DD245616A1

DD245616A1 - Kraftsensibler zweifingergreifer fuer industrieroboter

Info

Publication number: DD245616A1
Application number: DD26638184A
Authority: DD
Inventors: Hartmut Marschall; Andreas Braunschweig
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1987-05-13

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kraftsensiblen Zweifingergreifer fuer Industrieroboter, der geeignet ist zur Handhabung leicht zerbrechlicher und leicht deformierbarer Teile mit zylindrischen und prismatischen Formen, besonders fuer Handhabungsaufgaben in der Geraetetechnik. Die Kraftmesseinrichtung in Form elastischer Elemente und Dehnungsmessstreifen ist in die Greiferfinger integriert, wodurch keine zusaetzlichen Elemente zur Kraftmessung benoetigt werden und die Masse des Greifers gering gehalten werden kann. Der Greifer wird durch einen Gleichstrommotor angetrieben und besitzt ein Getriebe bestehend aus einem Wellrohrgetriebe, einem Stirnradgetriebe und einem Koppelgetriebe. Er besitzt einen grossen regelbaren Greifkraftbereich. Durch eine Regeleinrichtung z. B. in Form eines Rechners kann die Greifkraft beim Halten und Handhaben der Teile geregelt und beliebig veraendert werden. Durch eine spezielle Anordnung der Kraftmesseinrichtung ist die Realisierung zusaetzlicher Messfunktionen mit einer einzigen Sensorart moeglich.

Description

Die Greiferfinger bestehen aus Blattfedern mit aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen. Diese Greiferfinger besitzen eine Doppelfunktion. Erstens dienen sie zum Greifen und Halten der Teile und zweitens sind sie die Kraftmeßeinrichtung zur Messung der an den Greifbacken und somit auch am Werkstück anliegenden Greifkraft. Durch eine spezielle Anordnung mehrerer Dehnungsmeßstreifen auf den Blattfedern ist die Realisierung von Zusatzfunktionen wie Positionierung im Montageprozeß oder Erkennen und Abtasten von Flächen und Konturen mit einer einzigen Sensorart möglich.

Durch den Einsatz eines zusätzlichen Kegelradgetriebes zwischen Wellrohrgetriebe und Stirnradgetriebe ist die Veränderung der äußeren Form des Greifers möglich.

Zur Regelung der Greifkraft ist eine Regeleinrichtung nötig, die mit dem Steuerrechner eines Industrieroboters in Verbindung mit entsprechenden Regelprogrammen realisiert werden kann. Der Einsatz einer anderen geeigneten Regeleinrichtung ist möglich.

Der kraftsensible Zweifingergreifer für Industrieroboter wird angetrieben durch einen Gleichstrommotor, an dessen Antriebswelle der Antrieb des Wellrohrgetriebes angeschlossen ist. Der innenverzahnte Zahnkranz des Getriebes ist gestellfest in das Gehäuse des Greifers eingebaut. Das Wellrohr bildet den Abtrieb des Wellrohrgetriebes, das eingesetzt wurde, um eine hohe Übersetzung auf kleinstem Raum zu erreichen. Am Abtrieb dieses Getriebes befindet sich ein Stirnrad, das den Antrieb eines Stirnradgetriebes bildet. Dieses Stirnradgetriebe besitzt zwei Abtriebsräder. Die beiden Abtriebsräder bilden zusammen mit den Greiferfingerhebeln ein Koppelgetriebe in Form einer schwingenden Kurbelschleife. Die mechanische Verbindung zwischen den Abtriebsrädern und den Greiferfingerhebeln wird durch in die Abtriebsräder eingepreßte Stifte realisiert, die in Schlitzen geführt werden, die sich in den Greiferfingerhebeln befinden.

Die Greiferfinger, bestehend aus Blattfedern und darauf aufgeklebten Dehnungsmeßstreifen, sind starr an den Greiferfingerhebeln befestigt. Am Ende der Greiferfinger befinden sich auswechselbare Greifbacken, die mit Federn an den Greiferfingern gehalten werden.

Die Dehnungsmeßstreifen sind elektrisch mit einer Regeleinrichtung verbundenen der die Meßsignale ausgewertet werden und in eine, in einem bestimmten Verhältnis zu den Meßsignalen stehenden Steuergröße umgewandelt werden, die zum Motor, der auch elektrisch mit der Regeleinrichtung verbunden ist, geleitet wird. Das Verhältnis von Meßsignal und Steuergröße wird durch eine Führungsgröße bestimmt, die intern in der Regeleinrichtung vorhanden ist und beliebig verändert werden kann.

Die Regelung der Greifkraft beginnt mit dem Auftreffen der Greifbacken auf das Werkstück. Durch die Kraftwirkung des Motors werden die Blattfedern der Greiferfinger definiert verbogen. Diese Biegung, die der Krafteinwirkung auf das Werkstück proportional ist, wird mit Hilfe der Dehnungsmeßstreifen gemessen. Das Kraftmeßsignal wird in der Regeleinrichtung ausgewertet und in eine Steuergröße für den Motor umgesetzt. Daraufhin dreht sich der Anker des Motors definiert in eine bestimmte Richtung. Diese Drehbewegung wird durch das Wellrohrgetriebe in ihrer Geschwindigkeit stark herabgesetzt. Das am Abtrieb des Wellrohrgetriebes angebrachte Stirnrad treibt einerseits das eine Abtriebsrad und andererseits ein Zwischenrad an, welches wiederum das zweite Abtriebsrad gegenläufig zum ersten Abtriebsrad bewegt. Die Bewegung wird über die in den Abtriebsrädern befindlichen Stifte auf die Greiferfingerhebel mit den Greiferfingern, Dehnungsmeßstreifen und Greifbacken übertragen. Diese Bewegung bewirkt eine Änderung der Kraftwirkung auf das Werkstück. Der Vorgang wiederholt sich so lange, bis sich an den Greiferfingern eine der Führungsgröße entsprechende Kraft auf das Werkstück eingestellt hat.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Figur 1: Seitenansicht des kraftsensiblen Zweifingergreifers für Industrieroboter Figur 2: Ansicht von Stirnrad- und Koppelgetriebe.

Der Motor 1, der zusammen mit dem Zahnkranz 2 des Wellrohrgetriebes am Gehäuse 3 befestigt ist, dreht mit einer entsprechenden Übersetzung den Abtrieb des Getriebes, das Wellrohr 4. Dieses wiederum treibt das Antriebsrad 7 des Stirnradgetriebes an, das sich zusammen mit den darauffolgenden Getriebeteilen zwischen den Lagerplatten 5 und 6 befindet. Vom Antriebsrad 7 wird die Bewegung einerseits direkt auf das eine Abtriebsrad 9 und andererseits über das Zwischenrad 8, das zur Erzeugung der gegensinnigen Bewegung dient, auf das zweite Abtriebsrad 9 übertragen. Mittels der Stifte 10, die in den Schlitzen 11 der Greiferfingerhebel 12 geführt werden, wird die Bewegung auf die Greiferfinger 13, auf denen die Kraftmeßeinrichtung in Form von Dehnungsmeßstreifen 14 aufgebracht sind, übertragen. Die auswechselbaren Greifbacken 15 werden mit Federn 16 an den Greiferfingern 13 gehalten. Die Regeleinrichtung 17 dient zur Koordinierung der Bewegung des Motors 1 in Abhängigkeit von den an den Dehnungsmeßstreifen 14 anliegenden Meßsignalen. Durch die Anwendung von vier Dehnungsmeßstreifen 14 ist es möglich, mit Hilfe einer veränderten Regeleinrichtung 17, Zusatzfunktionen wie Positionierung oder Teileerkennung zu realisieren.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Kraftsensibler Zweifingergreifer für Industrieroboter, bei dem im Greifer ein Gleichstrommotorantrieb, ein Getriebe und eine Kraftmeßeinrichtung angeordnet ist und der mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus einem Wellrohrgetriebe, einem Stirnradgetriebe und einem Koppelgetriebe besteht und als Kraftmeßeinrichtung Blattfedern und Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.
2. Kraftsensibler Zweifingergreifer für Industrieroboter nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Blattfedern mehrere Dehnungsmeßstreifen angeordnet sind.
3. Kraftsensibler Zweifingergreifer für Industrieroboter nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Wellrohrgetriebe und Stirnradgetriebe zusätzlich ein Kegelradgetriebe angeordnet ist.
4. Kraftsensibler Zweifingergreifer für Industrieroboter nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regeleinrichtung ein im Roboter vorhandener Rechner verwendet wird.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen kraftsensiblen Zweifingergreifer für Industrieroboter, der geeignet ist zur Handhabung leicht zerbrechlicher und leicht deformierbarer Teile mit unterschiedlichen zylindrischen oder prismatischen Formen, besonders bei Handhabungs- und Montageaufgaben in der Gerätetechnik.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Handhabung kraftsensibler Teile ist es notwendig, Greifer mit Kraftsensoren einzusetzen. Dabei sollen die Sensoren möglichst klein und leicht sein, um die Masse des Greifers gering zu halten. Weiterhin ist es günstig, die Kraftmeßstelle so nahe wie möglich an das zu greifende Objekt heranzubringen, um genaue und unverfälschte Meßergebnisse zu erzielen. Bei den bekannten technischen Lösungen werden stets zusätzliche bewegte Elemente benötigt, um die Kraftmessung durchführen zu können (SU-US-804427). Hierbei wird mittels des Zahnkranzes eines Planetenradgetriebes eine Welle mit einem darauf befestigten Zahnrad bewegt. An einem Ende der Welle befindet sich ein Kraftaufnehmer. Zur Erzeugung der Vergleichskraft wird eine Spiralfeder, die sich axial auf der Welle befindet und zwischen Gehäuse und Zahnrad befestigt ist, definiert verdreht. Wird die Kraftmessung mit optischen Hilfsmitteln durchgeführt, sind zusätzlich zu den bewegten mechanischen Teilen noch Beleuchtungseinrichtungen, optische Systeme und optische Sensoren nötig, die die Masse des Greifers zusätzlich vergrößern (SU-US-918086).

Oft werden komplizierte Sondergetriebearten eingesetzt (z.B..PIanetenradgetriebe, Parallelkurbelgetriebe, Kegelräder in Verbindung mit Kegelradsegmenten usw.), die Herstellungskosten, Baugröße und Masse der Greifer wesentlich beeinflussen. Da die bekannten Greifertypen jeweils nur eine Kraftmeßstelle besitzen, kann nur die Gesamtgreifkraft gemessen werden. Beim Einsatz mehrerer Kraftmeßstellen besteht die Möglichkeit, die Kraftmeßeinrichtungen auch für andere Aufgaben (z. B. Positionierung) einzusetzen.

Weiterhin sind Greifer bekannt, die Einrichtungen zur Voreinstellung der G reif kraft besitzen (DD-PS-158626). Nachteil dieser Einrichtungen ist es, daß jeweils nur eine bestimmte Greifk/aft vorprogrammiert werden kann. Ein Greifen unterschiedlich kraftsensibler Teile während eines Arbeitszyklus ist somit nicht möglich, weil die Voreinstellung der Greifkraft manuell vorgenommen werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines kraftsensiblen Zweifingergreifers für Industrieroboter, der eine Kraftmeßeinrichtung besitzt, die in die Greiferfinger integriert ist und somit keine zusätzlichen Elemente zur Kraftmessung benötigt. Es soll eine relativ einfache und gewichtsarme Getriebeanordnung mit möglichst hoher Übersetzung eingesetzt werden. Mit dem kraftsensiblen Zweifingergreifer für Industrierobotersoll es möglich gemacht werden, eine beliebige vorgewählte Greifkraft aus einem großen regelbaren Greifkraftbereich möglichst genau einzustellen und während des Haltens der Teile die Greifkraft zu regeln und zu verändern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst werden soll, ist die Entwicklung eines durch einen elektrischen Antrieb bewegten mechanischen Zweifingergreifers mit Kraftmeßsensoren, mit dem zylindrische und prismatische, leicht deformierbare oder leicht zerbrechliche Teile mit einer wählbaren Kraft gegriffen werden können und die Greifkraft beim Halten und Handhaben der Teile geregelt werden kann. Essoll ein großer regelbarer Greifkraftbereich für Teile, deren Werkstoffe, Abmessungen und Formen in der Gerätetechnik typisch sind, erreicht werden. Weiterhin soll die Kraftmeßeinrichtung so in die Greiferanordnung integriert werden, daß keine zusätzlichen, vor allem keine zusätzlich bewegten Elemente benötigt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Greiferanordnung durch einen Gleichstrommotor angetrieben wird, der relativ einfach steuerbar ist. Das Getriebe besteht aus einem Wellrohrgetriebe zur Realisierung einer hohen Getriebeübersetzung auf kleinstem Raum, einem Stirnradgetriebe und einem Koppelgetriebe in Form einer schwingenden Kurbelschleife, die zur Bewegung der Greiferfinger dienen.