DD203857A1

DD203857A1 - GRIPPING DEVICE FOR MANIPULATORS

Info

Publication number: DD203857A1
Application number: DD23756982A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Bohmann; Dieter Trautheim
Original assignee: Eberhard Bohmann; Dieter Trautheim
Priority date: 1982-02-22
Filing date: 1982-02-22
Publication date: 1983-11-09
Also published as: DD203857B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung fuer Manipulatoren zum Handhaben von schweren, insbesondere schmiedewarmen Werkstuecken mit ungenauer Ausgangslage. Ziel der Erfindung ist die Erreichung einer hohen Positioniergenauigkeit und Betriebssicherheit bei vertretbarem konstruktivem Aufwand. Die Aufgabe besteht in der Sicherung einer freien Beweglichkeit des Greifkopfes gegenueber dem Ausleger bei zuverlaessiger Werkstueckspannung sowie im Fernhalten der Hitzeeinwirkungen von empfindlichen Anlagenteilen. Sie wird geloest, indem ein den Greifkopf tragender konischer Zentrierkoerper von einem ebenfalls konischen Aufnahmering umschlossen und gelenkig mit einem den Antrieb aufnehmenden, sich in einem den Antrieb aufnehmenden, sich in einem Schubkugellager abstuetzenden Gabeltraeger verbunden ist. Der als Schubtrieb ausgebildete Antrieb wirkt ueber Zugstange und Winkelhebel auf den Greifkopf. Die freie Beweglichkeit des Greifkopfes wird bei Aufsetzen auf das Werkstueck durch Ausheben des Zentrierkoerpers aus seinem konischen Sitz bewirkt, wobei der kardanisch aufgehaengte Gabeltraeger der Ausweichbewegung folgt. Die Absenkbewegung des Auslegers wird durch die Lage des Gabeltraegers abgeschaltet.The invention relates to a device for manipulators for handling heavy, in particular forge-warm workpieces with inaccurate starting position. The aim of the invention is to achieve a high positioning accuracy and reliability with reasonable design effort. The task is to ensure a free movement of the gripping head relative to the boom with reliable workpiece tension and to keep away the heat effects of sensitive equipment parts. It is solved by a conical centering body carrying the gripping head surrounded by a conical receiving ring and articulated with a drive receiving, in a drive receiving, in a thrust ball bearing weguetzenden fork carrier is connected. The drive designed as a thrust drive acts on the gripper head via drawbar and angle lever. The free movement of the gripping head is effected when placed on the workpiece by lifting the Zentrierkoerpers from its conical seat, the gimballed forked forks follows the evasive movement. The lowering movement of the boom is switched off by the position of the fork carriage.

Description

Titel der Erfindung Greifeinrichtung für ManipulatorenTitle of the invention Gripping device for manipulators

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

- Die Erfindung "betrifft eine Einrichtung von Manipulatoren mit höhenverstelloarem in horizontaler Ebene "beweglichem Ausleger zum Greifen und Festhalten von schweren Werkstücken in definierter Ausgangslage bei praktisch auftretenden LageungenauigkeitenV- The invention "relates to a device of manipulators with höhenverstelloarem in a horizontal plane" movable boom for gripping and holding heavy workpieces in a defined starting position at practically occurring LageverauigkeitenV

Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das programmgesteuerte Stapeln und Entstapeln von schmiedewarmen hohlzylindrischen Rohlingen mit annähernd senkrechter Position der Drehachse¹.Preferred field of application is the program-controlled stacking and destacking of forge-warm hollow cylindrical blanks with approximately vertical position of the rotation axis ¹ .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Zum Greifen von hohlzylinderförmigen Werkstücken durch Manipulatoren sind Einrichtungen bekannt, bei denen ein Greifkopf mit sternförmig angeordneten Hebelsystemen von oben eingeführt wird und letztere gegen die Innenfläche des Werkstücks verspannt werden'. Diese Einrichtungen sind am Auslegerende in senkrechter Richtung verschiebbar angeordnet. Bei Aufsetzen des Greifkopfes auf das Werkstück bzw', des am Greifkopf klemmenden Werkstücks auf die Ablagefläche erfährt dieser eine Lageveränderung zum sich weiter senkenden Ausleger, die zur Betätigung eines Schalters zur Beendigung der Absenkbewegung genutzt wird. Die genannten Einrichtungen erfordern jedoch zum Greifen eine genaue Positionierung des Greifkopfes über dem Werkstück oder die Fähigkeit des Auslegers, Seitenkräfte, die durch Verschieben ungenauCharacteristics of the known technical solutions For gripping hollow cylindrical workpieces by manipulators devices are known in which a gripping head is introduced with star-shaped lever systems from above and the latter are clamped against the inner surface of the workpiece '. These devices are arranged displaceably in the vertical direction at the boom end. When placing the gripping head on the workpiece or ', the workpiece clamping on the gripping head on the support surface, this undergoes a change in position to the further-lowering boom, which is used to actuate a switch to terminate the lowering movement. The said devices, however, require for gripping accurate positioning of the gripping head over the workpiece or the ability of the cantilever to exert lateral forces that are inaccurate upon displacement

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liegender Werkstücke auf der Unterlage beim Spannen entstehen, aufnehmen zu können. Die Erfüllung der Forderungen ist mit zusätzlichem Aufwand verbunden, entweder in Gestalt entsprechender Steuereinrichtungen oder höherer Steifigkeit und damit höherer Eigenmasse des Manipulators'·lying workpieces on the base during clamping arise to be able to record. The fulfillment of the requirements is associated with additional expenditure, either in the form of appropriate control devices or higher rigidity and thus higher net mass of the manipulator.

Winkelab^eichungen der Achsen von Werkstück und Greifkopf führen beim Spannen zu zusätzlichen Dreh- oder Biegebeanspruchungen im Ausleger.oder stellen die Funktion der Greifeinrichtung überhaupt in Frage'.Angle calibrations of the axes of the workpiece and the gripper head lead to additional torsional or bending stresses in the boom during clamping or even call into question the function of the gripper device.

Bezogen auf das Handhaben von schmieden arme η Werkstücken weisen die bekannten Einrichtungen den Nachteil auf, daß die unmittelbar über dem Greiferkopf angeordneten Antriebs- und Betätigungseinrichtungen der von den Werkstücken ausgehenden Hitze ausgesetzt sind und selbst entsprechende Abschirm- und Kühlsysteme Störungen und eine Verkürzung der Lebensdauer von empfindlichen Antriebs- und Schaltelementen nicht verhindern können·Relative to the handling of forging poor η workpieces, the known devices have the disadvantage that the arranged directly above the gripper head drive and actuation devices are exposed to the heat from the workpieces and even appropriate shielding and cooling systems disturbances and a shortening of the life of sensitive drive and switching elements can not prevent

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung, einer Greifeinrichtung für Manipulatoren zum Stapeln und Entstapeln schwerer schmiede— warmer hohlzylindriger Werkstücke mit Abweichungen von der idealgeometrischen Ausgangslage bei optimalem konstruktiven und steue— rungatechnischem Aufwand hoher Positioniergenauigkeit und ge- : ringer Störanfälligkeit'·The aim of the invention is the provision of a gripping device for manipulators for stacking and unstacking heavy forged hollow-cylindrical workpieces with deviations from the ideal geometric initial position with optimum design and control engineering effort of high positioning accuracy and low susceptibility to interference.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Ursachen für die dem Stand, der Technik anhaftenden Mangel bestehen in der ungenügenden Beweglichkeit des Greifkopfes gegenüber dem Ausleger sowie in der Anordnung der Antriebs- und Be-. tätigungseinrichtungen im.Ein^irkungsbereich der von den Werkstücken ausgehenden Hitze·The causes of the state, the technology adhering deficiency exist in the insufficient mobility of the gripping head relative to the boom and in the arrangement of the drive and loading. actuating devices in the area of contact of the heat emanating from the workpieces.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Greifeinrichtung für den Manipulator so zu gestalten, daß der Greifkopf in allen erforderlichen Freiheitsgraden gegenüber dem Ausleger beweglich ist, daß trotz dieser Freiheit ein sicheres Spannen des Werkstücks gewährleistet ist und daß die Antriebs- und BetätigungseinrichtungThe object of the invention is therefore to make the gripping device for the manipulator so that the gripping head is movable in all required degrees of freedom relative to the boom, that despite this freedom a secure clamping of the workpiece is ensured and that the drive and actuator

weitestgehend der unmittelbaren Hitzeeinwirkung entzogen wird» Zur Lösung der Aufgabe wird eine Einrichtung vorgeschlagen, bei der ein den an sich bekannten Greifkopf tragender und in seiner Bohrung die Schubstange des Greifköpfea aufnehmender Zentrierkörper mit konischem Schaftoberteil und zylindrischem Schaftunterteil in einem am Auslegerende befestigten mit einer Auflagefläche und gleichem Konus versehenen Aufnahmering von größerem Innendurchmesser als der Durchmesser des zylindrischen Schaftunterteils geführt ist, eine mit dem Zentrierkörper befestigte, ein Kraftübertragungselement für die Betätigung der Schubstange des Greif kopfes aufnehmende Traverse mit einem den Antrieb tragenden, parallel zum Aus- ; C leger angeordneten, sich auf dessen dem Greifkopf abgewandten Ende in einer Schub-Kugellagerung mittels einer Führungsstange abstützenden Gabelträger gelenkig um die horizontale Achse quer zum Ausleger verbunden ist und der am dem Greifkopf abgewandten Ende des Gabelträgers angeordnete Antrieb mit dem in der Traverse angeordneten Kraftübertragungselement durch ein Zwischenglied gelenkig verbunden istY Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Antrieb als Schubtrieb ausgebildet und auf der den Anlenkpunkt an der Traverse mit der Schub-Kugellagerung verbindenden Achse des Gabelträgers angeordnet, wobei der Anlenkungspunkt des als Winkelhebel ausgebildeten Kraftübertragungselements mit dem als Zugstange ausgebildeten Zwischenglied ebenfalls auf dieser Achse bzw. in ihrer Nähe liegt', ^v~ Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Schaltelement in der Nähe des freien Endes der Führungsstange des Gabelträgers, das auf die Lageveränderung des letzteren reagiert, angeordnet". Bei Aufsetzen des Greifkopfes auf das Werkstück und Ausheben des ersteren aus seiner durch die konischen Auflageflächen bestimmte stabilen Hanglage ermöglicht die Durchmesserdifferenz zwischen Schaftunterteil des Zentrierkörpers und Aufnahmering in Verbindung mit der kardanischen Aufhängung des Gabelträgers in der Schub-Kugellagerung eine Anpassung der Lage des im Verhältnis zu: Werkstück leichten Greifkopfes an die des Werkstücks« Die freie Beweglichkeit des Greifkopfes gestattet somit ein zentrischesTo solve the problem, a device is proposed, in which a known per se known gripping head and receiving in its bore the push rod of the Greifköpfea receiving centering with conical upper shaft and cylindrical shaft lower part in a fixed to the boom end with a support surface and the same cone provided receiving ring is guided by a larger inner diameter than the diameter of the cylindrical shaft lower part, a fixed to the centering, a power transmission element for the actuation of the push rod of the gripping head receiving crosshead with a drive-carrying, parallel to the output; C arranged casual, on the end facing away from the gripping head in a thrust ball bearing by means of a guide rod supporting fork beam is pivotally connected to the horizontal axis transversely to the boom and facing away from the gripper head end of the fork carriage arranged drive arranged in the traverse power transmission element an intermediate member is hingedly connected Y According to a further feature of the invention, the drive is designed as a thrust and arranged on the articulation point on the cross member with the thrust ball bearing axis connecting the fork carriage, wherein the articulation point of the angular lever formed as a force transmission element with the trained as a pull rod intermediate member Also located on this axis or in its vicinity ', ^v ~ Also according to the invention, a switching element in the vicinity of the free end of the guide rod of the fork carriage, which responds to the change in position of the latter, arranged ei placing the gripping head on the workpiece and lifting the former from its determined by the conical bearing surfaces stable slope allows the difference in diameter between the shaft base of the centering and receiving ring in conjunction with the gimbal of the fork carriage in the thrust ball bearing an adjustment of the position of the relative to : Workpiece light gripping head to that of the workpiece «The free mobility of the gripper head thus allows a centric

Spannen des Werkstückes ohne daß dadurch, zusätzliche Kräfte auf den Ausleger Tsirken". Mit dem zentrischen Spannen des Werkstückes- und der zentrischen stabilen Hanglage des Greifkopfes durch Ineinandergleiten der konischen Auflageflächen nach Anheften des Auslegers sind Voraussetzungen für eine hohe Positioniergenauigkeit, die insbesondere "beim. Stapeln von Werkstücken erforderlich ist, gegeben⁸· Durch die Anordnung des Antriebs auf dein der Aus-weichbevjegung des Greif kopf es folgenden Gabelträgers und der Lage der Gelenkpunkte auf oder in Nähe der verlängerten Achse des Antriebs ist ein Spannen des Greifkopfes in jeder Lage gesichert.' Durch Ausnutzung der Lage der Führungsstange des Gabelträgers für die Abschaltung der Senkbevjegung des Auslegers kann das entsprechende Betätigungselement ebenso wie der Antrieb außerhalb des Bereichs der unmittelbaren Hitzeeinwirkung durch die Werkstücke.angeordnet werden".Clamping of the workpiece without thereby, additional forces on the boom Tsirken "With the centric clamping of the workpiece and the centric stable slope of the gripping head by sliding the conical bearing surfaces by attaching the boom conditions for a high positioning accuracy, in particular". Stacks of workpieces is required, if ⁸ * Due to the arrangement of the drive on your the off weichbevjegung the gripping it head on the following fork carrier and the location of the hinge points or in proximity of the extended axis of the drive is a tensioning of the gripping head secured in any position. ' By utilizing the position of the guide bar of the fork carriage for the disengagement of the lowering of the cantilever beam, the corresponding actuator as well as the drive outside the range of direct heat exposure through the Werkstück.angeordnet ".

Ausführung s be isp ielVersion is beep

Die vorliegende Erfindung ftird anhand eines Ausführungsbeispiels zum programmierten.Stapeln von Planschrohlingen erläutert'« In beiliegender Zeichnung zeigen»The present invention ftird reference to an embodiment for progra m mierten.Stapeln explained by Planschrohlingen '"In the enclosed drawings"

Figur 1 die Seitenansicht der Einrichtung im Schnitt mitFigure 1 shows the side view of the device in section with

Werkstück in zentrischer Hanglage Figur 2 die Draufsicht auf die Einrichtung Figur 3 mögliche Positionen des Zentrierkörpers in Abhänigkeit und 4 von der Lage des Werkstückes.Workpiece in centric slope position Figure 2 is the plan view of the device Figure 3 possible positions of the centering body in dependence and 4 of the position of the workpiece.

Am Ausleger 2 des Manipulators 1 ist der mit konischer Auflagefläche versehene Aufnahmering 3 angeordnet'«' Dieser umschließt den mit ebenfalls konischem Schaftoberteil versehenen Zentrierkörper 4-, an dessen unterem Flansch der Greifkopf 5 befestigt ist⁵. Die Bohrung des Zentrierkorpers 4 nimmt die Schubstange 6 auf, die in Aussparungen der im Greifkopf 5 gelenkig angeordneten Spannhebel 7 eingreift''· Der obere Flansch des Zentrierkorpers 4 trägt eine Traverse 8, in der der in die Schubstange 6 eingreifende Winkelhebel 9 drehbar gelagert ist, und der mit dem Gabelträger 10 gelenkig ,verbunden ist⁵.' Die Abstützung des Gabelträgers 10 an seinem entgegengesetzten Ende erfolgt durch eine zentrischOn the boom 2 of the manipulator 1, the receiving ring 3 provided with a conical bearing surface is arranged '''This encloses the centering body 4- also provided with a conical upper shaft part, to the lower flange of which the gripping head 5 is fastened ⁵ . The bore of the Zentrierkorpers 4 takes on the push rod 6, which engages in recesses of the gripping head 5 articulated clamping lever 7 '' · The upper flange of Zentrierkorpers 4 carries a cross member 8, in which the engaging in the push rod 6 angle lever 9 is rotatably mounted , and hinged to the fork carriage 10, is connected ⁵ . The support of the fork carriage 10 at its opposite end by a centric

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angeordnete Führungsstange 14, die in einem Schub-Kugellager 11 gleitend geführt ist, Am Querjoch des Gabelträgers 10 ist der als hydraulischer Arbeitszylinder ausgebildete, über die Zugstange 13 mit dem Winkelhebel 9 gelenkig verbundene Antrieb 12 angeordnete ·Arranged on the transverse yoke of the fork carriage 10 is the drive 12 designed as a hydraulic working cylinder and arranged via the drawbar 13 with the angle lever 9 connected in an articulated manner.

In definiertem Abstand vom freien Ende der Führungsstange 14 ist ein auf das Fortbewegen des erstereη reagierender Geber 15 vorgesehen·'At a defined distance from the free end of the guide rod 14, a transmitter 15 reacting to the movement of the first actuator is provided.

ITach programmgesteuerter Positionierung des Greifkopfes 5 über dem Werkstück bzw« Werkstückstapel 16 wird der Ausleger 2 abgesenkt· Dabei setzt der Greifkopf so auf das Werkstück auf, daß die eingefahrenen Spannhebel 7 von oben in die Bohrung desselben gleiten'. Gleichzeitig werden der Zentrierkörper 4 aus seiner Hanglage im Aufnahmering 3 herausgehoben und der Gabelträger 10 aus seiner zum Ausleger 2 parallelen Lage her ausgeschwenkt»'ITach program-controlled positioning of the gripping head 5 on the workpiece or «workpiece stack 16, the boom 2 is lowered · It sets the gripper head on the workpiece so that the retracted clamping lever 7 of the same slide into the bore '. At the same time the centering 4 are lifted out of its slope in the receiving ring 3 and the fork carriage 10 is swung out of its position parallel to the boom 2 ago ''

Auf Grund des nunmehr vorhandenen Spiels zwischen Schaftunterteil des Zentrierkörpers 4 und Aufnahmering 3 kann sich der Greifkopf 5 weitgehend der durch Exzentrizität (Figur 4) und/ oder Winkelabweichung (Figur 3) gekennzeichneten Ausgangslage des Werkstückes zur Achse des Aufnahmerings 3 anpassend Der Gabelträger 10 reagiert auf die Lageabweichung des Zentrierkörpers 4 durch Winkelausschlag um den Gelenkpunkt an der Traverse 8, durch Gleiten und/oder Drehen der Führungsstange 14 im Schubkugellager 11 sowie durch Winkelausschlag des Schubkugellagers¹·Due to the now existing game between shaft lower part of the centering body 4 and receiving ring 3, the gripping head 5 largely by eccentricity (Figure 4) and / or angular deviation (Figure 3) marked starting position of the workpiece to the axis of the receiving ring 3 adapting the fork carriage 10 responds the positional deviation of the centering 4 by angular deflection about the hinge point on the crossbar 8, by sliding and / or rotating the guide rod 14 in the thrust ball bearing 11 and by angular deflection of the thrust ball bearing ¹ ·

Hat der Ausleger 2 eine vorbestimmbare Grenzlage senkrecht zum Werkstück 16 erreicht, wird durch Entfernen des Endes der Führungsstange 14 vom Geber 15 ein Impuls, der die Absenkbewegung des Auslegers 2 beendet, ausgelöst.If the boom 2 has reached a predeterminable limit position perpendicular to the workpiece 16, a pulse that stops the lowering movement of the arm 2 is triggered by removing the end of the guide rod 14 from the encoder 15.

Durch Betätigung des Antriebs 12 werden über die Zugstange 13, den Winkelhebel 9 und die Schubstange 6 die Spannhebel 2 ausgefahren, wobei der Greifkopf 5 eine zentrische Lage zum schweren Werkstück 16 einnimmt. Das Anheben des Auslegers 2 nach dem Spannen bewirkt, daß der Zentrierkörper 4 wieder in seine zentrische Hanglage im Aufnahmering 3 zurückgleitet und der Gabel-By operating the drive 12, the clamping lever 2 are extended via the pull rod 13, the angle lever 9 and the push rod 6, wherein the gripping head 5 occupies a central position to the heavy workpiece 16. The raising of the boom 2 after the tensioning causes the centering body 4 to slide back into its centric inclined position in the receiving ring 3 and the fork

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träger 10 ebenfalls seine Ausgangslage einnimmt. Der konische Sitz des Zentrierkörpers 4 im Aufnahmering 3 sichert, daß ein Pendeln des Greifkopfes 5 mit dem Werkstück 16 aber auch ohne infolge Pahrbeschleunigurig des Manipulators 1 unterbleibt⁵· Die Anordnung des Anlenkpunktes der Zugstange 13 an den Winkelhebel 9 auf der Achse des Gabelträgers 10 gewährleistet, daß selbst bei Schwenkbewegung der Traverse 8 zum Gabelträger 10 die Spannkraft am ..Werkstück erhalten bleibt und das durch das Spannen auf den Greifkopf wirkende äußere Moment im Verhältnis zum Lastmoment gering ist· Minimale Entfernungsänderungen zwischen Anlenkpunkt und Antrieb durch Winkelausschlag werden bei Anliegen des Arbeitsdrucks kompensiert⁵· Das Absetzen des Werkstücks erfolgt nach Positionierung am vorprogrammierten Bestimmungsort'· Das Abschalten der Absenkbewegung des Auslegers in Abhängigkeit von seinem Abstand zum Werkstück ermöglicht das Anschlagen des jeweils obenliegenden Werkstücks beim Entstapeln sowie das Aufsetzen des Werkstücks, auf den vorliegenden Stapel selbst bei unterschiedlicher Höhe der zu stapelnden Werkstücke"· Damit ist eine Programmierung der senkrechten Bewegung des Auslegers nicht erforderlich. Ein Auffahren des Auslegers auf den Werkstückstapel ist damit ebenfalls ausgeschlossen·'carrier 10 also assumes its initial position. The conical seat of the centering 4 in the receiving ring 3 ensures that a commuting of the gripping head 5 with the workpiece 16 but also without Pahrbeschleunigurig of the manipulator 1 is omitted ⁵ · The arrangement of the articulation point of the drawbar 13 to the angle lever 9 on the axis of the fork carriage 10 guaranteed in that even with pivotal movement of the cross member 8 to the fork carriage 10, the clamping force on ..Werkstück is maintained and acting by clamping on the gripping head external moment in relation to the load torque is small · Minimal distance changes between the articulation point and drive by angular deflection are at concern of the working pressure compensated ⁵ · discontinuation of the workpiece is performed after positioning the pre-programmed destination '· the disconnection of the lowering movement of the boom as a function of its distance to the workpiece allows the abutment of each overhead workpiece during unstacking and placing the workpiece cks, the present stack even at different heights of the workpieces to be stacked "· In order for a programming the vertical movement of the boom is required. An approach of the boom on the workpiece stack is thus also excluded · '

Claims

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claim

1. Gripping device for manipulators with height-adjustable in the horizontal plane movable boom and provided with clamping levers actuated by a drive gripper head for gripping and holding heavy workpieces, characterized in that a gripping head (5) bearing centering body (4) with conical upper shaft part and cylindrical lower shaft part from a at the end of the boom (2) fixed also provided with a conical bearing surface receiving ring (3) surrounded by a larger inner diameter than the diameter of the cylindrical shaft lower part and with a facing away from the gripper head V. End the drive (12) bearing, there by means of a Guide rod (14) in a thrust ball bearing (11) slidably parallel to the boom supported fork carriage (10) articulated via a cross member (8) which receives a power transmission element (9) for the operation of the gripping head is connectedV

2V gripping device for manipulators according to item 1, characterized in that the drive (12) designed as a thrust, is arranged at the greatest possible distance from the gripping head on the pivot point of the cross member and the guide rod connecting axis of the fork carriage and as an angle lever (9) formed in the Traverse mounted power transmission element is articulated via a pull rod (13) connected to the drive, wherein the articulation point of angle lever and tie rod is also located on said axis, '

3. gripping device for manipulators according to item 1 or 2, characterized in that in the middle of the free end of the guide rod (14) is arranged on the removal responsive switching element.

For this .. ^ Lieiien drawings