DD153602B1

DD153602B1 - GRIPPING HEAD WITH PNEUMATIC SERVOMECHANISM FOR FITTING COMPONENTS

Info

Publication number: DD153602B1
Application number: DD21955480A
Authority: DD
Inventors: Dieter Schrepel; Arnulf Schwarz; Manfred Pieloth
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1980-03-10
Filing date: 1980-03-10
Publication date: 1986-06-11
Also published as: DD153602A1

Description

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifkopf fur automatische Fugeprozesse vorzugsweise mit Manipulatoren oder Industrierobotern zu schaffen, der Bauteile mit verschiedenen Abmessungen greifen kann, keine genaue Vorpositionierung erfordert, selbsttätig eine genaue Feinpositionierung der relativen Lage der zu fugenden Bauteile gewährleistet und die Überwachung des Ablaufs des Fugevorganges ermöglichtThe invention has the object to provide a gripping head for automatic jointing processes, preferably with manipulators or industrial robots that can handle components of different dimensions, does not require precise pre-positioning, automatically ensures accurate fine positioning of the relative position of the components to be joined and monitoring the process the Fugevorganges allows

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe unter Verwendung eines Greifkopfes mit pneumatichem Servomechanismus, der eine pneumatisch gesteuerte Stelleinrichtung und pneumatische Sensoren mit Abtastoffnungen enthalt, wobei die Sensoren zum Erfassen der relativen Lage von zwei Bauteilen gleichzeitig mit beiden Bauteilen in Berührung gebracht werden, dadurch gelost, daß die Sensoren an Greiferfingern des Greifkopfes einzeln, über diese hinausragend, angeordnet sind Weiterhin sind an den Greiferfingern mit den dazugehörigen Sensoren federnde Elemente befestigt, mit deren Hilfe ein Andrucken der Sensoren an die zu fugenden Bauteile durchfuhrbar ist Die Abtastoffnungen sind vorteilhafterweise nahe an der zwischen einer ersten Flache und einer zweiten Flache liegenden Kante der Sensoren angeordnet In einer weiteren vorteilhaften Auskleidung sind die Flachen der Sensoren an ihrem unteren Ende mit einem vorspringenden Flachenteil versehen Zur Erfassung der Bewegung zwischen den Sensoren und den Greiferfingern können in den Greiferfingern Signalgeber angeordnet werdenAccording to the invention, the object is achieved by using a gripping head with pneumatic servo mechanism, which contains a pneumatically controlled adjusting device and pneumatic sensors with Abtastoffnungen, wherein the sensors for detecting the relative position of two components are brought into contact with both components simultaneously, that the sensors Furthermore, resilient elements are attached to the gripper fingers with the associated sensors, by means of which a pressure of the sensors on the components to be fugierten durchfuhrbar The Abtastoffnungen are advantageously close to that between a first surface and a second flat lying edge of the sensors arranged in a further advantageous lining, the surfaces of the sensors are provided at its lower end with a projecting flat portion for detecting the movement between the sensors and the size Ifer fingers can be arranged in the gripper fingers signal generator

exemplary

Die Erfindung soll an Hand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert werden In den zugehörigen Zeichnungen zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments in the accompanying drawings

Fig 1 schematische Darstellung eines Manipulators mit Greifkopf1 shows a schematic representation of a manipulator with gripping head

Fig 2 Darstellung eines Greifkopfes mit pneumatischem Servomechanismus2 shows a gripping head with pneumatic servo mechanism

Fig 3 Seitenansicht der Greiferfinger mit Sensoren in der Position vor dem FeinpositionierenFigure 3 Side view of the gripper fingers with sensors in position prior to fine positioning

Fig 4 Ruckansicht eines Greiferfingers mit Sensor und SignalgeberFig 4 Back view of a gripper finger with sensor and signal generator

Fig 5 Seitenansicht der Greiferfinger mit Sensoren in der Fugeposition5 shows a side view of the gripper fingers with sensors in the joint position

Fig 6 Unteransicht der Greiferfinger mit Sensoren in einer Anordnung mit drei SensorenFigure 6 Bottom view of the gripper fingers with sensors in a three sensor arrangement

Fig 7 Unteransicht einer Anordnung mit vier Sensoren7 shows a bottom view of an arrangement with four sensors

Fig 8 Unteransicht einer Anordnung von fünf Sensoren fur prismatische BauteileFigure 8 Bottom view of an array of five sensors for prismatic components

Fig 9 Seitenansicht der Greiferfinger mit unterfassenden SensorenFig 9 Side view of the gripper fingers with unterfassenden sensors

Nach Fig 1 sind die zu fugenden Bauteile ein Bolzen 1 und ein Block 2 mit der Bohrung 3 Der Block 2 ist auf einer feststehenden Unterlage oder Vorrichtung 4 angeordnet, wahrend der Bolzen 1 von einem Greifkopf 5 getragen wird Der Greifkopf 5 besteht aus einem Greifer 6 mit Greiferfingern 7 und Sensoren 8 sowie aus einer Stelleinrichtung 9 Der Greifkopf 5 wird von einem Manipulator 10 gefuhrt Um den Bolzen 1 in die Bohrung 3zu fugen, bewegt der Manipulator den Greifkopf 5 mit dem Bolzen 1 über die Bohrung 3 (Grobpositionierung durch den Manipulator) Bei der Annäherung des Bolzens 1 an den Block 2 werden die Sensoren 8 wirksam und ermitteln die verbliebene relative Achsversetzung zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 Die von den Sensoren erzeugten Signale wirken auf die Stelleinrichtung 9, die den Greifer 6 so bewegt, daß der Bolzen 1 und die Bohrung 3 zentriert werden (Feinpositionierung durch den Greifkopf) Danach kann der Manipulator 10 durch eine weitere Abwartsbewegung den Bolzen 1 in die Bohrung 3 des Blockes 2 einfügenAccording to Figure 1, the components to be joined are a bolt 1 and a block 2 with the bore 3. The block 2 is arranged on a fixed base or device 4, while the bolt 1 is carried by a gripping head 5. The gripping head 5 consists of a gripper 6 with gripper fingers 7 and sensors 8 and from an adjusting device 9 The gripping head 5 is guided by a manipulator 10 To the bolt 1 in the bore 3zuzu, the manipulator moves the gripping head 5 with the bolt 1 through the hole 3 (coarse positioning by the manipulator) When approaching the bolt 1 to the block 2, the sensors 8 are effective and determine the remaining relative axial displacement between the two components 1 and 2 The signals generated by the sensors act on the adjusting device 9, which moves the gripper 6 so that the bolt 1 and the hole 3 are centered (fine positioning by the gripping head) Thereafter, the manipulator 10 by a further downward movement of the bolt 1 in the hole 3 of the block 2 insert

Ein Ausfuhrungsbeispiel fur den Aufbau des Greifkopfes 5 zeigt Fig 2 Die Greiferfinger 7 des Greifers 6 sind durch ein Hebelsystem 11 und eine Greiferstellzylinder 12 verbunden, so daß beim Anlegen von Drucksignalen an die Anschlüsse 13 die Greifbewegung der Greiferfinger 7 gesteuert und Bauteile unterschiedlicher Abmessungen gegriffen werden können Der Greifer 6 ist an einer Platte 15 befestigt, die in dem Gehäuse 16 der Stelleinrichtung 9 leicht verschiebbar gelagert ist Zur Verschiebung der Platte 15 in zwei Koordinaten sind Stellzylinder 17 angeordnet (zur Vereinfachung sind die senkrecht zur Zeichnungsebene wirkenden Stellzylinder nicht dargestellt) Die Anschlüsse 18 der Stellzylinder 17 sind über Absperrventile 14 und Leitungen 19 mit den Sensoren 8 und über Stromungswiderstande 20 mit einer Druckluftquelle 21 verbunden Die Greiferfinger 7 mit den Sensoren 8 sind in Fig 3 vergrößert und auf der linken Seite im Schnitt dargestellt Fig 4 zeigt eine Ruckansicht eines Greiferfingers 7 mit Sensor und Signalgeber 34 Entsprechend diesen Darstellungen sind die Sensoren 8 plattenförmig gestaltet und in einer schlitzförmigen Ausnehmung 22 der Greiferfinger 7 gefuhrt Die in den Sensoren 8 befestigten Stifte 23 und 24 sind in dem Langloch 25 gefuhrt und begrenzen somit die Beweglichkeit der Sensoren 8, wobei der Stift 24 zugleich als Angriffspunkt der Feder 26 dient Die Feder 26 druckt die SensorPM 8 so in die untere Stellung, daß sie sich mit der ersten Flache 27 an den gegriffenen Bolzen 1 anlegen und über die Enden der Greiferfinger 7 und den Bolzen 1 hinausragen In den sensoren 8 befindet sich ein Kanal 28, der an der zweiten Flache 29 nahe an der Kante 30 zwischen den Flachen 27 und 29 als Abtastoffnung 31 mundet und an der Außenseite in einen Anschluß 32 fur die Leitung 19 übergeht Im Greiferfinger befindet sich der Signalgeber 34, der ein Kontakt- oder Unterbrechergeber sein kann Nach Fig 4 ist der Signalgeber 34 eine einfache pneumatische Abtastoffnung, die mit der Leitung 35 verbunden istAn exemplary embodiment of the structure of the gripping head 5 is shown in FIG. 2. The gripper fingers 7 of the gripper 6 are connected by a lever system 11 and a gripper adjusting cylinder 12, so that upon application of pressure signals to the terminals 13 the gripping movement of the gripper fingers 7 is controlled and components of different dimensions are gripped The gripper 6 is attached to a plate 15 which is mounted slightly displaceable in the housing 16 of the adjusting device 9. To displace the plate 15 in two coordinates actuating cylinder 17 are arranged (for simplicity, the actuating cylinder acting perpendicular to the plane of the drawing are not shown) 18 of the actuating cylinder 17 are connected via shut-off valves 14 and lines 19 to the sensors 8 and flow resistance 20 with a compressed air source 21, the gripper fingers 7 with the sensors 8 are enlarged in Figure 3 and shown on the left side in section Fig. 4 shows a back view of a griffins According to these representations, the sensors 8 are plate-shaped and guided in a slot-shaped recess 22 of the gripper fingers 7 The pins 23 and 24 fixed in the sensors 8 are guided in the oblong hole 25 and thus limit the mobility of the sensors 8 wherein the pin 24 at the same time serves as a point of application of the spring 26. The spring 26 prints the SensorPM 8 in the lower position so that they bear against the gripped bolt 1 with the first surface 27 and over the ends of the gripper fingers 7 and the bolt. 1 In the sensors 8, there is a channel 28, which at the second surface 29 close to the edge 30 between the surfaces 27 and 29 as sampling aperture 31 and merges on the outside in a terminal 32 for the line 19 in the gripper fingers is the Signaling device 34, which may be a contact or interruption transmitter According to FIG. 4, the signal transmitter 34 is a simple pneumatic sampling device tion, which is connected to the line 35

Der Greifkopf arbeitet wie folgt Bewegt sich der Greifkopf 5 mit dem Bolzen 1 abwärts, so berühren zuerst die Sensoren 8 die Oberflache des Blockes 2 Bei einer vorhandenen Achsversetzung zwischen dem Bolzen 1 und der Bohrung 3, wie in Fig 3 dargestellt, werden die Abtastoffnungen 31 der Sensoren 8 unterschiedlich verschlossen So bleibt die Abtastoffnung des linken Sensors frei, da sie sich über der Bohrung 3 befindet wahrend die des rechten Sensors durch die Oberflache des Blockes 2 verschlossen wird Die in Fig 2 gezeigte Verbindung der Sensoren 8 mit der Stelleinrichtung 9 bewirkt, daß die von der Druckluftquelle 21 über die Stromungswiderstande 20 eingespeiste Luft durch den linken Sensor ungehindert entweichen kann, wahrend sich in der rechten Leitung 19 und im rechten Stellzylinder 17 ein Überdruck aufbaut Der rechte Stellzylinder 17 übt dadurch auf die Platte 15 eine Kraft aus, so daß dieselbe gemeinsam mit dem Greifer 6 nach links bewegt wird Sobald der Bolzen 1 zur Bohrung 3 zentriert ist, wird an den Sensoren 8 jeweils der gleiche Querschnitt der Abtastoffnungen 31 vom Bohrungsrand abgedeckt Dadurch stellt sich in beiden Stellzylindem 17 der gleiche Druck ein, dessen Betrag von der Breite der Fase 36 abhangtThe gripper head operates as follows If the gripper head 5 moves downwards with the bolt 1, the sensors 8 touch the surface of the block 2 first. If there is an offset between the bolt 1 and the hole 3, as shown in FIG. 3, the scanning openings 31 become the sensors 8 are locked in different ways. Thus, the sampling opening of the left-hand sensor remains free, since it is located above the bore 3, while that of the right-hand sensor is closed by the surface of the block 2. The connection of the sensors 8 with the setting device 9 shown in FIG. that the air fed from the compressed air source 21 via the flow resistance 20 air can escape unhindered through the left sensor, while in the right line 19 and the right actuating cylinder 17, an overpressure builds up the right actuating cylinder 17 exerts on the plate 15 a force, so that it is moved together with the gripper 6 to the left as soon as the bolt 1 to Bohru ng 3 is centered at the sensors 8 each have the same cross section of the Abtastoffnungen 31 from the edge of the hole covered thereby sets in both Stellzylindem 17, the same pressure, the amount of the width of the chamfer 36 depends

Zwischen beiden Stellzylindern herrscht deshalb ein Kräftegleichgewicht. In dieser stabilen Lage bleibt der Stellantrieb stehen und kann durch Schließen der Absperrventile 14 arretiert werden. Durch eine weitere Abwärtsbewegung des Greifkopfes kann nun der Bolzen 1 in die Bohrung 3 des Blockes 2 eingefügt werden. DieTherefore, there is an equilibrium of forces between the two adjusting cylinders. In this stable position, the actuator stops and can be locked by closing the shut-off valves 14. By a further downward movement of the gripping head of the bolt 1 can now be inserted into the bore 3 of the block 2. The

Sensoren 8 weichen dabei in die Greiferfinger 7 zurück, wie Fig. 5 zeigt. Die Bewegung der Sensoren 8 in den Greiferfingern 7 wird durch den in Fig.4 dargestellten Signalgeber 34 überwacht. Mit dem in der Leitung 35 entstehenden Signal können weitere Vorgänge des Fügeprozesses gesteuert werden. Die Fig. 2,3 und 5 zeigen die Anordnung der Sensoren und der Stelleinrichtung für die Funktion in nur einer Koordinatenrichtung. Allgemein wird es jedoch notwendig sein, die Achsversetzung in zwei Koordinatenrichtungen χ und у zu erfassen und zu korrigieren. Neben der entsprechenden Ausführung der Stelleinrichtung 9 ist dann auch eine Anordnung von mindestens drei Sensoren erforderlich, wie Fig. 6 zeigt. Eine Anordnung von vier Sensoren entsprechend Fig.7 hat den Vorteil, daß den Koordinatenrichtungen χ und у je ein Sensorpaar zugeordnet werden kann, was für die Ansteuerung der Stelleinrichtung günstig ist. Mit einer Anordnung von fünf Sensoren nach Fig. 8 kann bei prismatischen Teilen nicht nur die Achsversetzung, sondern auch die Verdrehung gegenüber einer entsprechenden Öffnung erfaßt werden. Fig.9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sensoren, bei denen die erste Fläche 27 unter dem gegriffenen Bolzen 1 als Flächenteil 33 vorspringt, so daß die Sensoren den Bolzen 1 unterfassen. Dadurch können die Abtastöffnungen 31 die Bohrungskante auch dann abtasten, wenn die Bohrung 3 keine Fase besitzt. Nach der Zentrierung des Bolzens 1 zur Bohrung 3 und Arretierung der Stelleinrichtung 9 mit Hilfe der Asperrventile 14 erfolgt die Abwärtsbewegung des Greiferkopfes, und der Bolzen 1 wird in die Bohrung 3 gefügt. Dabei weichen die Sensoren nach oben und seitlich aus. Mit dieser Ausführung wird eine genaue Feinpositionierung gewährleistet, die insbesondere beim Fügen von Bauteilen ohne Fase notwendig ist.Sensors 8 dodge into the gripper fingers 7, as shown in FIG. 5. The movement of the sensors 8 in the gripper fingers 7 is monitored by the signal generator 34 shown in FIG. With the resulting signal in the line 35 further operations of the joining process can be controlled. FIGS. 2, 3 and 5 show the arrangement of the sensors and the setting device for the function in only one coordinate direction. In general, however, it will be necessary to detect and correct the offset in two coordinate directions χ and у. In addition to the corresponding embodiment of the adjusting device 9, an arrangement of at least three sensors is then required, as shown in FIG. 6. An arrangement of four sensors according to Figure 7 has the advantage that the coordinate directions χ and у each sensor pair can be assigned, which is favorable for the control of the control device. With an arrangement of five sensors according to Fig. 8, not only the axial offset, but also the rotation relative to a corresponding opening can be detected in prismatic parts. 9 shows an embodiment of the sensors in which the first surface 27 protrudes under the gripped bolt 1 as a surface part 33, so that the sensors underpin the bolt 1. As a result, the scanning openings 31 can scan the bore edge even if the bore 3 has no chamfer. After centering of the bolt 1 to the hole 3 and locking the adjusting device 9 by means of the check valves 14, the downward movement of the gripper head, and the bolt 1 is inserted into the bore 3. The sensors deviate upwards and sideways. With this design, a precise fine positioning is ensured, which is particularly necessary when joining components without chamfer.

Claims

Invention claim:

Anspruch [en] A gripping head with pneumatic servomechanism for joining components, comprising a pneumatically controlled adjusting device and pneumatic sensors with scanning apertures, the sensors for detecting the relative position of two components being brought into contact with both components simultaneously, characterized in that the sensors ( 8) on gripper fingers (7) of the gripper head (5) individually, on this movable protruding, arranged and further on the gripper fingers (7) with the associated sensors (8) resilient elements (26) are fixed, with their help pressing the sensors (8) to the components to be joined (1; 2) is feasible.

2. Gripping head according to item 1, characterized in that the scanning openings (31) close to the between a first surface (27) and a second surface (29) lying edge (30) of the sensors (8) are arranged.

3. Gripping head according to item 2, characterized in that the surfaces (27) of the sensors (8) are provided at its lower end with a projecting surface portion (33).

4. gripper head with pneumatic servo mechanism according to the points 1,2 or 3, characterized in that for detecting the movement between the sensors (8) and the gripper fingers (7) in the gripper fingers (7) signal transmitter (34) are arranged.

For this 4 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a gripping head with a pneumatic servo mechanism for automatic joining processes, preferably with manipulators or industrial robots for fine positioning of the relative position of components.

Characteristic of the known technical solutions

The positioning accuracy of manipulators or industrial robots is often not sufficient to add components with small clearance during assembly tasks. Therefore, measures for fine positioning of the relative position of components must be applied immediately before the joining process. In addition to devices using electrical and optical means, see e.g. B. (Auer, B.H., u.a .: industrial robots and their practical use Grafenau 1 / Württ .: Lexika -Verlag 1979 contact and study, Volume 36), also various pneumatic solutions have been proposed. Thus, to join a bolt into a bore through this bore, air is blown against the bolt so that a force is created by the hydrodynamic effect centering the bolt with the easily movable gripper relative to the bore (Jachimovic, Va., Ravinovic, LA; ON Avtomaticekaya sborka detalej aerodinamiceskim metodom Vestnik masinostroenie 50 (1970) 6, pp. 46-49). The disadvantage here is that despite a large air consumption only small forces for centering arise and no high positioning accuracy is achieved. In addition, the components must be pre-positioned very accurately to maintain a distance of about 0.05 ... 0.3mm, without touching the components. Also known is a pneumatically controlled device for mounting prismatic components (Jachimovic, V. A. Vertogradov, O. N .: Avtomaticeskaya sborka prizmaticeskich detalej, Mechanizacija i avtomatizacija proizvodstva 23 (1969) 12, p 1-2). The prismatic component is held in a two-part frame in which a plurality of scanning apertures are arranged. The sampling ports are fed by throttles with compressed air and are each connected to a rubber bellows. If the frame is pressed with the prismatic component on the second component in which the corresponding mounting hole is located, the scanning openings are more or less covered depending on the positional deviation. The rubber bellows thus receive different pressures and push or rotate the frame with the prismatic part in the correct joining position. A disadvantage of this device is that the frame must be adapted to the contours of the components to be joined and can not be used for components of different dimensions. In addition, the frame with the prismatic component must be placed exactly on the second component, wherein the surfaces to achieve small gaps between the scanning holes and component must be just enough. Otherwise, the working capacity of the device is not given because the two-part frame can not adapt to bumps. Furthermore, an electric-pneumatic sensing element for manipulators according to DE-OS 2614524 or US-PS 4001 556 is known, which is designed as a thin tube and in conjunction with a cylinder-piston arrangement in an extended and a retracted position is adjustable. If the sensing element is arranged directly on the gripping tool of a manipulator, the position and orientation of a component or the target position for a component z. B. a hole can be determined by scanning. However, the sensing element is not suitable for fine positioning in joining processes, since it can not detect the relative position of the two components to be joined together. Another disadvantage is that the sensor can only be operated in conjunction with a computer.

Also known is a gripping head with a servomechanism, on the gripper fingers pneumatic proximity sensors are arranged, which control an adjusting device so that the gripping head is centered relative to a component to be gripped (Hanafusa, H., Asada, H .: An adaptive control robot hande equipped with pneumatic proximity sensors, 3rd CIRT at 6th, Nottingham, 24-26 March 1976, Paper D4, pp. 31-42). However, this servo mechanism is not suitable for detecting the relative position of two components to each other and the gripping head is not applicable for the joining of components with a small clearance.

Object of the invention

The aim of the invention is to enable the automation of assembly processes, the joining of components - especially with a small game. The necessary servomechanisms should be simple additional devices for manipulators and industrial robots, so that a high cost for the mechanisms and the control of the manipulator to achieve the required positioning accuracy is avoided.