DE10048662C2 - Elektrischer Greifer mit Dämpfungsmechanismus - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Greifer, bei dem ein Paar von Klauenelementen zum Ergreifen eines Werkstücks durch einen Elektromotor geöffnet und geschlossen wird, und insbesondere auf einen elekt­ rischen Greifer mit Dämpfungsfunktion, bei dem die Auswirkung eines Stoßes auf eine Motorantriebswelle verhindert wird, wenn die Klauenelemente an Öff­ nungs- und Schließenden, Greifpositionen des Werkstücks und dgl. anhalten.

Stand der Technik

Ein Greifer (Hand) zum Ergreifen eines Werkstücks zwischen einem Paar von Klauenelementen, die geöffnet und geschlossen werden können, ist üblicher­ weise so ausgestaltet, dass die Klauenelemente mit Hilfe eines Pneumatikzylin­ ders geöffnet und geschlossen werden können.

Da aber ein herkömmlicher Greifer mit einem solchen Aufbau Begleitausrüs­ tung, wie eine Pneumatikrohrleitung für den Luftzylinder und Einrichtungskon­ trollventile für die Steuerung der Zufuhr/Abfuhr von unter Druck stehender Luft zu bzw. von der Leitung erfordert, wird die Anzahl der Teile, die den Greifer bil­ den, erhöht. Dadurch wird eine Miniaturisierung des Greifers verhindert und es ist auch schwer, das Gesamtsystem mit Begleitausrüstung für die Betätigung des Greifers kompakt auszugestalten.

Zur Lösung dieser Probleme haben die vorliegenden Erfinder einen elektrischen Greifer vorgeschlagen, bei dem ein Paar von Klauenelementen zum Ergreifen eines Werkstücks durch einen Elektromotor geöffnet und geschlossen wird (JP 2000-233391 A). Bei diesem elektrischen Greifer ist ein Umsetzmechanismus mit einer Nocke zwischen einer Antriebswelle des Elektromotors und den Klauenelementen vorgesehen, und eine hin und her gehende Drehbewegung der Antriebswelle wird durch den Umsetzmechanismus in Öffnungs- /Schließbewegungen der Klauenelemente umgesetzt.

Bei einem solchen elektrischen Greifer wird ein Motor mit Geschwindigkeitsbegrenzung mit einer Vielzahl von Gängen als Elektromotor verwendet, um die Kraft zum Ergreifen des Werkstücks mit Hilfe der Klauenelemente zu erhöhen. Wenn ein solcher Motor mit Gängen (Getriebezahnrädern) verwendet wird, wirkt durch einen Rotor des Motors eine große Trägheitskraft, wenn die Klauenelemente an Öffnungs- und Schließenden, Greifpositionen des Werkstücks und dgl. anhalten, und die Gänge der Geschwindigkeitsbegrenzung können beschädigt werden.

Beschreibung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Greifer vorzuschlagen, bei dem Klauenelemente zum Ergreifen eines Werkstücks durch einen Motor geöffnet und geschlossen werden können, wobei eine beim Stoppen der Klauenelemente an Öffnungs- und Schließenden, Greifpositionen des Werkstücks und dgl. auf eine Motorantriebswelle wirkende Trägheitskraft absorbiert werden kann, so dass eine Beschädigung von Motorteilen, wie Getrieben, durch die Stoßwirkung vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein elektrischer Greifer gemäß der vorliegenden Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Dämpfungsmittel ein inneres zylindrisches Element mit einem kleinen Durchmesser auf, das an der Antriebswelle befestigt ist, ein äußeres zylindrisches Element mit einem großen Durchmesser, das an dem Nockenelement vorgesehen ist und so mit dem inneren zylindrischen Element zusammengesetzt ist, dass das äußere zylindrische Element sich relativ zu dem inneren zylindrischen Element drehen kann, und einen elastischen Körper, der zwischen dem inneren zylindrischen Element und dem äußeren zylindrischen Element angeordnet ist und dazu dient, die beiden Elemente zu verbinden und Stöße zu absorbieren.

Vorzugsweise sind bogenförmige Vertiefungen in einer Vielzahl von Positionen ausgebildet, die einander an einer inneren Fläche des äußeren Zylinderelements und einer äußeren Fläche des inneren Zylinderelements gegenüberliegen, wobei der elastische Körper eine säulenförmige Gestalt aufweist und jeweils in den Vertiefungen aufgenommen ist. In diesem Fall weist vorzugsweise jede Vertiefung in dem inneren Zylinderelement einen größeren Krümmungsra­ dius auf als die Vertiefungen in dem äußeren Zylinderelement und die Kanten­ abschnitte jeder Vertiefung in dem inneren Zylinderelement sind abgerundet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schnitt, der eine Ausführungsform eines elektrischen Grei­ fers gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein Nockenelement.

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang einer Linie B-B in Fig. 1.

Fig. 5 ist ein Schnitt entlang einer Linie C-C in Fig. 2.

Fig. 6 ist ein Schnitt in einer ähnlichen Position wie bei Fig. 4, der ein an­ deres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Fig. 1 bis 5 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform eines elektrischen Greifers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der elektrische Greifer weist ein Paar von Klauenelementen 2, 2 auf, die ein Werkstück ergreifen und geöffnet und geschlossen werden können, einen Elektromotor 3 mit einer Geschwindig­ keitsreduzierung 4, einen Umsetzmechanismus 5 zur Umwandlung einer hin und her gehenden Drehbewegung einer Antriebswelle 3a des Elektromotors 3 in Öffnungs-/Schließbewegungen der Klauenelemente 2, 2, einen Positionsdetek­ tiermechanismus zur Feststellung von Betriebspositionen des Klauenelementes 2, 2 und ein Gehäuse 1, an dem die oben genannten Elemente und Mechanis­ men angebracht sind.

Die Klauenelemente 2, 2 haben einen im wesentlichen T-förmigen Querschnitt, sind gleitend in eine in dem Gehäuse 1 ausgebildete Führungsnut 10 eingesetzt und werden linear entlang der Führungsnut 10 geöffnet und geschlossen. Durch an den Klauenelementen 2, 2 angebrachte Vorsätze 2a, 2a wird das Werkstück ergriffen.

Der Elektromotor 3 weist die Geschwindigkeitsreduzierung 4 mit einem Ge­ schwindigkeitsreduziermechanismus auf, der aus einer Vielzahl von Überset­ zungen besteht, wobei die Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors durch die Ge­ schwindigkeitsreduzierung 4 reduziert wird und die Drehung auf die Antriebswel­ le 3a übertragen wird. Die Antriebswelle 3a steht in einen ausgesparten Ab­ schnitt 11 in dem Gehäuse 1 vor, und eines der Nockenelemente 12 aus dem durch das Nockenelement 12 und Antriebsstifte 13 gebildeten Umsetzmecha­ nismus ist an einem Ende der Antriebswelle 3a über Dämpfungsmittel 7 ange­ bracht.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, hat das Nockenelement 12 eine in der Draufsicht kreisförmige Gestalt, wobei die Antriebswelle 3a an einem mittleren Abschnitt des Nockenelements 12 angebracht ist und ein Paar von Nockennuten 15, 15 von halbkreisförmiger Form symmetrisch zu einer äußeren Fläche des Nocken­ elementes 12 vorgesehen ist. Die Nockennuten 15, 15 sind so vorgesehen, dass gegenüberliegende Enden 15a, 15b jeder der Nockennuten 15 auf einer geraden Linie L, die durch einen Drehmittelpunkt 0 des Nockenelements 12 ver­ läuft, und an gegenüberliegenden Seiten des Drehmittelpunkts 0 angeordnet sind, und dass das eine Ende 15a in einer dem Drehmittelpunkt 0 naheliegen­ den Position angeordnet ist, während das andere Ende 15b an einer von dem Drehmittelpunkt 0 beabstandeten Position angeordnet ist.

Andererseits sind die Antriebsstifte 13 des Umsetzmechanismus 5 jeweils an Position der entsprechenden Klauenelemente 2, 2 angebracht, die den inneren Enden nahe liegen, und die Antriebsstifte 13 sind jeweils in die entsprechenden Nockennuten 15, 15 eingesetzt.

Wenn das Nockenelement 12 durch den Motor 3 entgegen dem Uhrzeigersinn von einem in Fig. 3 dargestellten Zustand, in dem die Antriebsstifte 13, 13 sich zu den inneren Enden 15a, 15a der Nockennuten 15, 15 bewegt haben, gedreht wird, bewegen sich die jeweiligen Antriebsstifte 13, 13 auf der geraden Linie L entlang der Nockennuten 15, 15, durch die die Antriebsstifte 13, 13 verschoben werden, zu den äußeren Seiten des Nockenelements 12, so dass das Paar von Klauenelementen 2, 2 geöffnet wird. Wenn das Nockenelement 12 von dem offenen Zustand im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden die entsprechenden Antriebsstifte 13, 13 in den Nockennuten 15, 15 nach innen gezogen, um sich zu dem Drehmittelpunkt des Nockenelements 12 zu bewegen, so dass die Klauenelemente 2, 2 geschlossen werden.

Somit wird durch Drehen des Nockenelements 12 in hin und her gehender Weise durch die Antriebswelle 3a des Motors 3 das Paar von Klauenelementen 2, 2 geöffnet und geschlossen, um das Werkstück zwischen den Vorsätzen 2a, 2a, die an den jeweiligen Klauenelementen 2, 2 angebracht sind, zu ergreifen und um das ergriffene Werkstück freizugeben. Wenn die Klauenelemente 2, 2 an den Öffnungs- und Schließenden, den Greifpositionen des Werkstücks und dgl. anhalten, wirkt durch den Rotor des Motors 3 die große Trägheitskraft auf die Antriebswelle 3a. Um die wirkende Kraft zu absorbieren, sind daher die Dämpfungsmittel 7 zwischen der Antriebswelle 3a und dem Nockenelement 12 vorgesehen.

Wie sich aus den Fig. 1 und 4 ergibt, werden die Dämpfungsmittel 7 durch ein inneres zylindrisches Element 18 in Form eines Zylinders mit kleinem Durch­ messer, der an der Antriebswelle 3a über Schrauben 17 befestigt ist, ein äuße­ res zylindrisches Element 19 in zylindrischer Form mit einem großen Durchmes­ ser, das einstückig mit dem Nockenelement 12 ausgebildet und so mit dem in­ neren zylindrische Element 18 zusammengesetzt ist, dass das äußere Zylinder­ element 19 und das innere Zylinderelement 13 sich relativ zueinander drehen können, und durch elastische Körper 20 gebildet, die zwischen dem inneren Zy­ linderelement 18 und dem äußeren Zylinderelement 19 angeordnet sind und an diesen angreifen. Im Einzelnen sind Vertiefungen 18a und 19a in halbkreisför­ miger oder bogenförmiger Gestalt an einer Vielzahl von Positionen ausgebildet, die einander an der inneren Fläche des äußeren Zylinderelements 19 und der äußeren Fläche des inneren Zylinderelements 18 gegenüberliegen, wobei je­ weils ein elastischer Körper 20, der säulenförmig ausgestaltet ist (bspw. als Zy­ linder) aus elastischem Material wie Polyurethan, Gummi oder dgl., in einer von den gegenüberliegenden Vertiefungen 18a und 19a umgebenen Öffnungen auf­ genommen ist. Ein Bezugszeichen 18b in der Zeichnung bezeichnet einen kreis­ förmigen Flansch, der an einem Endabschnitt des inneren Zylinderelements 18 ausgebildet ist und die Endabschnitte der Öffnungen verschließt, um zu verhin­ dern, dass die elastischen Körper 20 abfallen.

Vorzugsweise sind die Kantenabschnitte der linken und rechten gegenüberlie­ genden Enden der jeweiligen Vertiefungen 18a und 19a wie in der Zeichnung gezeigt abgerundet. Als Folge hiervon ist es möglich, eine Beschädigung der elastischen Körper 20 aufgrund ihres Kontakts mit scharfen Kantenabschnitten zu vermeiden, so dass die Haltbarkeit der elastischen Körper 20 verbessert wird. Die Vertiefungen 18a und 19a müssen nicht notwendigerweise dieselbe Form aufweisen. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Vertiefung 19a in dem äuße­ ren Zylinderelement 19 bspw. eine halbkreisförmige Gestalt aufweisen, in der die Hälfte des elastischen Körpers 20 aufgenommen ist, und die Vertiefung 18a in dem inneren Zylinderelement 18 kann eine Bogenform mit einem größeren Krümmungsradius als die Vertiefung 19a aufweisen. Wenn die Vertiefung 18a in dem inneren Zylinderelement 18 mit kleinerem Durchmesser auf diese Weise eine Bogenform aufweist, ist es möglich, ein Ausbilden von scharfen Kanten an den linken und rechten gegenüberliegenden Enden der Vertiefung 18a zu ver­ meiden, um dadurch eine Beschädigung des elastischen Körpers 20 zu vermei­ den.

Durch Vorsehen der Dämpfungsmittel 7 zwischen der Antriebswelle 3a und dem Nockenelement 12 stoppt die Antriebswelle 3a in gedämpfter Weise, wobei die elastischen Körper 20 elastisch deformiert werden, obwohl das Nockenelement 12 mit den Klauenelementen 2, 2 stoppt, wenn die Klauenelemente 2, 2 an den Öffnungs- und Schließenden, Greifpositionen des Werkstücks oder dgl. anhal­ ten. Daher wird die Trägheitskraft des Rotors des Motors 3 absorbiert und eine Beschädigung von Motorteilen, wie den Zahnrädern oder Getrieben der Ge­ schwindigkeitsreduzierung 4, durch die Stoßwirkung wird verhindert. Als Folge hiervon ist zu erwarten, dass die Haltbarkeit des Greifers dramatisch verbessert wird und dass die Lebensdauer des Greifers im Vergleich mit Greifern ohne Dämpfungsmittel 7 100fach erhöht wird. Da außerdem die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten der Klauenelemente 2, 2 vergrößert werden können, wird auch die Betriebseffizienz verbessert.

Andererseits werden bei den Öffnungs- und Schließvorgängen der Klauenele­ mente 2, 2 die elastischen Körper 20 in dem inneren Zylinderelement 18 und dem äußeren Zylinderelement 19 verriegelt, um diese zu verbinden, wodurch die Rotation der Antriebswelle 3a zuverlässig auf das Nockenelement 12 über­ tragen wird. Daher haben die elastischen Körper 20 sowohl die Funktion einer Verbindung des inneren Zylinderelements 18 mit dem äußeren Zylinderelement 19, um die Rotationskraft zu übertragen, als auch die Funktion der Absorption von Stößen, die wie oben beschrieben auf die Antriebswelle wirken.

Obwohl bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel vier Grup­ pen von Vertiefungen 18a, 19a und elastischen Körpern 20 um jeweils 90° um den Drehmittelpunkt der Antriebswelle 3a versetzt vorgesehen sind, kann die Zahl dieser Gruppen auch 2, 3, 5 oder mehr sein. Es kann auch lediglich eine Gruppe vorgesehen sein.

Die Form des elastischen Körpers 20 ist nicht auf eine Säulenform beschränkt und kann auch andere Formen, wie eine Prismen- und Kugelform umfassen. In einem solchen Fall sind Vertiefungen mit den Formen der elastischen Körper entsprechenden Formen zwischen der inneren Fläche des äußeren Zylinder­ elements 19 und der äußeren Fläche des inneren Zylinderelements 18 vorgese­ hen.

Wie sich aus den Fig. 2 und 5 ergibt, weist der Positionsdetektiermechanismus 6 außerdem ein Bewegungselement 23 auf, das zwischen dem Klauenelement 2 und dem Nockenelement 12 angeordnet ist, wobei das Bewegungselement 23 an dem Antriebsstift 13 eines der Klauenelemente 2 angebracht ist. Das Bewe­ gungselement 23 besteht aus einem Basisabschnitt 23a, der an dem Antriebs­ stift 13 befestigt ist, einem Paar von Bewegungsführungsabschnitten 23b, 23b, die sich parallel zueinander von dem Basisabschnitt 23a erstrecken, so dass ein Vorsprung 12a an dem Nockenelement 12 zwischen den Bewegungsführungs­ abschnitten 23b, 23b angeordnet ist, und einem Befestigungsabschnitt 23c, der sich seitlich von einem der Bewegungsführungsabschnitte 23b erstreckt und einen detektierten Körper 24 an seiner Spitze aufweist. Der Befestigungsab­ schnitt 23c ist zu einer Gestalt geformt, die im Wesentlichen L-förmig entlang einer inneren Fläche des ausgesparten Abschnitts 11 des Gehäuses 1 gebogen ist, und weist den detektierten Körper 24 an seiner Spitze auf. Der detektierte Körper 24 liegt einer Befestigungsnut 26 für einen Positionssensor 25, die in einer äußeren Umfangsfläche des Gehäuses 1 ausgebildet ist, gegenüber.

Der Positionssensor 25 weist eine lange und schmale säulenförmige Gestalt auf, die an einer festgelegten Position in die Befestigungsnut 26 mit kreisförmi­ gem Querschnitt eingesetzt und durch eine Schraube befestigt ist. Der Positi­ onssensor 25 und der detektierte Körper 24, der an dem Bewegungselement 23 befestigt ist, bilden den Positionsdetektiermechanismus 6.

Obwohl bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform als detektierter Körper 24 ein Permanentmagnet verwendet wird und obwohl zur Feststellung der Nähe eines als Magnet ausgebildeten detektierten Körpers 24 ein magneti­ scher Proximitätsschalter als Positionssensor 25 verwendet wird, sind weder der detektierte Körper 24 noch der Positionssensor 25 auf diese Elemente be­ schränkt. Vielmehr können verschiedene andere Elemente als detektierte Kör­ per 24 und Positionssensor 25 verwendet werden. So kann bspw. der detektier­ te Körper 24 aus Metall bestehen und der Positionssensor 25 ein mit Hochfre­ quenz oszillierender Proximitätssensor sein.

Wie im einzelnen oben beschrieben wurde, ist es mit einem elektrischen Greifer gemäß der vorliegenden Erfindung durch Vorsehen der Dämpfungsmittel zwi­ schen der Antriebswelle und dem Nockenelement möglich, die Trägheitskraft, die auf die Motorantriebswelle wirkt, wenn die Klauenelemente an den Öff­ nungs- und Schließenden, Greifpositionen des Werkstücks oder dgl. stoppen, zu absorbieren und eine Beschädigung der Motorteile, bspw. von Getriebeelemen­ ten, aufgrund der Wirkung der Trägheitskraft, zuverlässig zu verhindern.

Claims (4)

1. Elektrischer Greifer mit Dämpfungsfunktion mit einem Paar von Klauenelementen (2, 2) zum Ergreifen eines Werkstücks, die geöffnet und geschlossen werden können, einem Elektromotor (3) mit einer Drehantriebswelle (3a) und einem Umsetzmechanismus (5), der zwischen der Antriebswelle (3a) und den Klauenelementen (2, 2) angeordnet ist, um eine hin und her gehende Drehbewegung der Antriebswelle (3a) in Öffnungs- /Schließbewegungen der Klauenelemente (2, 2) umzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzmechanismus (5) ein Nockenelement (12), das an der Antriebswelle (3a) des Elektromotors (3) befestigt ist, ein Paar von Nockennuten (15, 15), die in dem Nockenelement (12) ausgebildet sind, und Antriebsstifte (13) aufweist, die jeweils an entsprechenden Klauenelementen (2, 2) angebracht sind, jeweils in entsprechende Nockennuten (15, 15) eingesetzt sind und durch die hin und her gehende Drehung des Nockenelements (12) in den Nockennuten (15, 15) in einer Öffnungs-/Schließrichtung der Klauenelemente (2, 2) verschoben werden, und dass Dämpfungsmittel (7) zur Absorption eines Stoßes, der beim Anhalten der Klauenelemente (2, 2) auf die Antriebswelle (3a) wirkt, zwischen der Antriebswelle (3a) und dem Nockenelement (12) vorgesehen sind.

2. Elektrischer Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel (7) ein inneres Zylinderelement (18) mit kleinem Durch­ messer, das an der Antriebswelle (3a) befestigt ist, ein äußeres Zylinderelement (19) mit großem Durchmesser, das an dem Nockenelement (12) vorgesehen und auf einem Umfang des inneren Zylinderelements (18) so aufgesetzt ist, dass sich das äußere Zylinderelement (19) relativ zu dem inneren Zylinderele­ ment (18) drehen kann, und einen elastischen Körper (20) aufweist, der mit dem inneren Zylinderelement (18) und dem äußeren Zylinderelement (19) in Eingriff steht und zwischen diesen beiden Elementen (18, 19) angeordnet ist und einerseits diese beiden Elemente (18, 19) verbindet und sich andererseits zur Absorption von Stößen elastisch deformieren kann.

3. Elektrischer Greifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bogenförmige Vertiefungen (18a, 19a) an einer Vielzahl einander gegenüberlie­ gender Positionen an einer inneren Fläche des äußeren Zylinderelements (19) und einer äußeren Fläche des inneren Zylinderelements (18) ausgebildet sind, und dass ein elastischer Körper (20) mit säulenförmiger Gestalt in den Vertie­ fungen (18a, 19a) aufgenommen ist.

4. Elektrischer Greifer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vertiefung (18a) in dem inneren Zylinderelement einen größeren Krüm­ mungsradius aufweist, als die Vertiefungen (19a) in dem äußeren Zylinderele­ ment (19) und dass Kantenabschnitte der Vertiefungen (18a) in dem inneren Zylinderelement (18) abgerundet sind.