DD245616A1

DD245616A1 - POWERFUL TWO-TONE GRIPPERS FOR INDUSTRIAL ROBOTS

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.The invention relates to a force-sensitive Zweifingergreifer for industrial robots, which is suitable for handling easily breakable and easily deformable parts with cylindrical and prismatic shapes, especially for handling tasks in the Geraetetechnik. The force measuring device in the form of elastic elements and strain gauges is integrated into the gripper fingers, whereby no additional elements for measuring force are required and the mass of the gripper can be kept low. The gripper is driven by a DC motor and has a gear consisting of a corrugated tube, a spur gear and a coupling gear. He has a large controllable gripping force range. By a control device z. B. in the form of a computer, the gripping force when holding and handling of the parts can be controlled and changed as desired. By a special arrangement of the force measuring device, the realization of additional measuring functions with a single type of sensor is possible.

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.The gripper fingers consist of leaf springs with glued strain gauges. These gripper fingers have a double function. First, they serve to grasp and hold the parts and, secondly, they are the force measuring device for measuring the gripping force applied to the gripper jaws and thus also to the workpiece. By a special arrangement of several strain gauges on the leaf springs, the realization of additional functions such as positioning in the assembly process or detection and scanning of surfaces and contours with a single type of sensor is possible.

Durch den Einsatz eines zusätzlichen Kegelradgetriebes zwischen Wellrohrgetriebe und Stirnradgetriebe ist die Veränderung der äußeren Form des Greifers möglich.By using an additional bevel gear between the corrugated tube gear and helical gear, the change in the outer shape of the gripper is possible.

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.To control the gripping force a control device is necessary, which can be realized with the control computer of an industrial robot in conjunction with appropriate control programs. The use of another suitable control device is possible.

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.The force-sensitive two-finger gripper for industrial robots is driven by a DC motor, to the drive shaft of the drive of the corrugated transmission is connected. The internally toothed ring gear of the gear unit is fixed to the frame of the gripper housing. The corrugated tube forms the output of the corrugated tube, which was used to achieve a high translation in the smallest space. At the output of this transmission is a spur gear, which forms the drive of a spur gear. This spur gear has two output gears. The two output wheels together with the gripper finger levers form a coupling mechanism in the form of a swinging crank loop. The mechanical connection between the driven wheels and the gripper finger levers is realized by pins pressed into the driven wheels, which are guided in slots located in the gripper finger levers.

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.The gripper fingers, consisting of leaf springs and glued thereto strain gauges are rigidly attached to the gripper finger levers. At the end of the gripper fingers are interchangeable jaws, which are held with springs on the gripper fingers.

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.The strain gauges are electrically connected to a control device of the measured signals are evaluated and converted into a, standing in a certain proportion to the measured signals control quantity, which is the motor, which is also electrically connected to the control device, passed. The ratio of the measured signal and the control variable is determined by a reference variable which is present internally in the control device and can be changed as desired.

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.The regulation of the gripping force begins with the impact of the gripping jaws on the workpiece. Due to the force of the motor, the leaf springs of the gripper fingers are bent defined. This bend, which is proportional to the force applied to the workpiece, is measured by means of the strain gauges. The force measuring signal is evaluated in the control device and converted into a control variable for the engine. Then the armature of the motor rotates defined in a certain direction. This rotational movement is greatly reduced by the corrugated tube transmission in their speed. The attached to the output of the corrugated transmission spur gear drives on the one hand to a driven gear and on the other hand to an idler, which in turn moves the second driven gear in opposite directions to the first driven gear. The movement is transmitted via the pins located in the driven wheels on the gripper finger lever with the gripper fingers, strain gauges and jaws. This movement causes a change in the force on the workpiece. The process is repeated until a force corresponding to the reference variable has been set on the workpiece at the gripper fingers.

embodiment

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und näher erläutert werden. Dabei zeigen:The invention will be illustrated with reference to an embodiment and explained in more detail. Showing:

Figur 1: Seitenansicht des kraftsensiblen Zweifingergreifers für Industrieroboter Figur 2: Ansicht von Stirnrad- und Koppelgetriebe.Figure 1: Side view of the force-sensitive Zweifingergreifers for industrial robots Figure 2: View of spur and coupling gear.

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.The motor 1, which is fastened together with the ring gear 2 of the corrugated transmission to the housing 3, rotates with a corresponding translation of the output of the transmission, the corrugated pipe 4. This in turn drives the drive wheel 7 of the spur gear, which, together with the subsequent transmission parts between the bearing plates 5 and 6 is located. From the drive wheel 7, the movement is transmitted on the one hand directly to the one output gear 9 and on the other hand via the intermediate gear 8, which serves to generate the opposite movement, to the second output gear 9. By means of the pins 10, which are guided in the slots 11 of the gripper finger levers 12, the movement is transmitted to the gripper fingers 13, on which the force measuring device in the form of strain gauges 14 are applied. The replaceable gripping jaws 15 are held with springs 16 on the gripper fingers 13. The control device 17 serves to coordinate the movement of the motor 1 in response to the voltage applied to the strain gauges 14 measuring signals. By using four strain gauges 14, it is possible, with the help of a modified control device 17, to realize additional functions such as positioning or part recognition.

Claims

Invention claim:

1. Force sensitive Zweifingergreifer for industrial robots, in which a DC motor drive, a transmission and a force measuring device is arranged in the gripper and which is connected to a control device, characterized in that the transmission consists of a corrugated tube gear, a spur gear and a coupling gear and as force measuring leaf springs and Strain gauges are arranged.

2. Force sensitive Zweifingergreifer for industrial robots according to item 1, characterized in that a plurality of strain gauges are arranged on the leaf springs.

3. Force-sensitive Zweifingergreifer for industrial robots according to item 1 and 2, characterized in that between corrugated tube gear and helical gear in addition a bevel gear is arranged.

4. Force sensitive two-finger gripper for industrial robots according to item 1 to 3, characterized in that a robot in the existing computer is used as a control device.

For this 2 pages drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a force-sensitive Zweifingergreifer for industrial robots, which is suitable for handling easily breakable and easily deformable parts with different cylindrical or prismatic shapes, especially in handling and assembly tasks in the device technology.

Characteristic of the known technical solutions

For handling force sensitive parts, it is necessary to use grippers with force sensors. The sensors should be as small and light as possible in order to keep the mass of the gripper low. Furthermore, it is advantageous to bring the force measuring point as close as possible to the object to be gripped in order to achieve accurate and unadulterated measurement results. In the known technical solutions always additional moving elements are needed to perform the force measurement can (SU-US-804427). Here, a shaft with a gear wheel mounted thereon is moved by means of the ring gear of a planetary gear. At one end of the shaft is a force transducer. To generate the comparison force is a coil spring, which is axially on the shaft and is fixed between the housing and gear rotates defined. If the force measurement is carried out with optical aids, lighting equipment, optical systems and optical sensors are required in addition to the moving mechanical parts, which additionally increase the mass of the gripper (SU-US-918086).

Often, complicated special gear types are used (for example, planetary gear, parallel crank gear, bevel gears in conjunction with bevel gear segments, etc.), which significantly affect manufacturing costs, size and mass of the gripper. Since the known gripper types each have only one force measuring point, only the total gripping force can be measured. When using several force measuring points, it is possible to use the force measuring devices for other tasks (eg positioning).

Furthermore, grippers are known, the means for presetting the G ripe force have (DD-PS-158626). Disadvantage of these devices is that only a certain Greifk / aft can be preprogrammed. A gripping different force sensitive parts during a work cycle is therefore not possible because the presetting of the gripping force must be made manually.

Object of the invention

The aim of the invention is to provide a force-sensitive Zweifingergreifers for industrial robots, which has a force measuring device, which is integrated into the gripper fingers and thus requires no additional elements for measuring force. It should be used with the highest possible translation a relatively simple and low-weight gear assembly. With the force-sensitive two-finger gripper for industrial robots, it should be made possible to set any preselected gripping force from a large controllable gripping force range as accurately as possible and to regulate and change the gripping force during the holding of the parts.

Explanation of the essence of the invention

The technical problem to be solved by the invention is the development of a powered by an electric drive mechanical two-finger gripper with force sensors, with the cylindrical and prismatic, easily deformable or easily breakable parts can be gripped with a selectable force and the gripping force when holding and handling the parts. Essoll is a large controllable gripping force range for parts whose materials, dimensions and shapes are typical in the device technology can be achieved. Furthermore, the force measuring device should be integrated into the gripper assembly that no additional, especially no additional moving elements are needed. According to the invention the object is achieved in that the gripper assembly is driven by a DC motor, which is relatively easy to control. The transmission consists of a corrugated tube gear to realize a high gear ratio in a small space, a spur gear and a coupling gear in the form of a swinging crank loop, which serve to move the gripper fingers.