DE10120939A1 - Greifvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betifft eine Greifvorrichtung für insbesondere manuell zu bedienende oder automatische Handhabungsgeräte, mit einem Greifergehäuse, mit wenigstens einer im Greifergehäuse verschieblich gelagerten Grundbacke, mit einem über ein Keilhakengetriebe mit der Grundbacke gekoppelten, von einem Antrieb antreibbaren Stellteil. DOLLAR A Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass der Antrieb ein Elektroantrieb mit einer Antriebswelle ist, die über einen Spindeltrieb mit dem Stellteil gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für insbesondere manuell zu bedienende oder automatische Handhabungsgeräte, mit einem Greifergehäuse, mit wenigstens einer im Greifergehäuse verschiebbar oder verschwenkbar gelagerten Grundbacke und mit einem über ein Keilhakengetriebe mit der Grundbacke gekoppelten, von einem Antrieb antreibbaren Stellteil.

Eine derartige Greifvorrichtung ist z. B. aus der DE 89 02 325 U1 bekannt. Um mit einem Handhabungsgerät oder mit einem Roboterarm Werkstücke einfach und dennoch präzise greifen zu können, werden in der Regel Parallelgreifer eingesetzt, die pneumatisch oder hydraulisch betätigt werden. Der Antrieb sieht hierbei ein in einem Zylinder verschieblich gelagertes, als Kolben ausgebildetes Stellteil vor, das mit dem Keilhakengetriebe zusammenwirkt. Der Kolben ist dabei von einem Druckmedium beaufschlagbar, wobei der Kolben in einem im Greifergehäuse eingearbeiteten Zylinder verschieblich gelagert ist. Durch die Verschiebung des Kolbens bzw. des Stellteils wird das Keilhakengetriebe betätigt, so dass die Grundbacken aus dem Greifergehäuse ausgeschoben oder in das Greifergehäuse eingezogen werden. Die Grundbacken weisen beispielsweise einen T-förmigen Querschnitt auf und sind in entsprechenden Führungen gelagert.

Der wesentliche Vorteil von derart bekannten Greifvorrichtung ist neben der relativ hohen Greifkraft die hohe Seitenstabilität und eine geringe Kippneigung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den bekannten Greifvorrichtungen die Hubkontrolle der Grundbacken nicht befriedigend ist. Insbesondere ist bei den bekannten Greifvorrichtungen ein positionsgenaues Anfahren der Grundbacken an einen vorgegebenen Hub mit zusätzlichem Aufwand verbunden. Des Weiteren ist es problematisch, die Greifkraft einzustellen bzw. zwischen zwei aufeinander folgenden Hüben zu verändern.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart weiter zu bilden, dass jede beliebige Hubposition exakt und reproduzierbar angefahren werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Greifvorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Antrieb ein Elektroantrieb mit einer Antriebswelle ist, die über einen Spindeltrieb mit dem Stellteil gekoppelt ist. Über den Elektroantrieb, insbesondere einen Servomotor, kann die wenigstens eine Grundbacke an jede beliebige Position reproduzierbar angefahren werden. Vorteilhafterweise baut der erfindungsgemäße Greifer sehr klein, da der Elektroantrieb sowie der Spindeltrieb nur wenig Bauraum beanspruchen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung ist, dass die Greifvorrichtung sehr flexibel einsetzbar ist. Dadurch, dass über den Elektroantrieb und den Spindeltrieb lediglich der vorgegebene, benötigte Hub gefahren werden kann, entfallen unnötige und zeitkostende Hubbewegungen. Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung führt daher zu einer Taktzeitreduzierung des Bearbeitungsvorganges.

Vorteilhafterweise ist der Spindeltrieb als Trapez- oder Kugelgewindetrieb ausgebildet. Bei entsprechender Steigung des Spindeltriebes kann eine Selbsthemmung erreicht werden, wodurch die Gesamtsteifheit der Greifvorrichtung zusätzlich erhöht wird.

Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass an der Antriebswelle eine Spindelstange drehfest angeordnet ist, die mit einer an dem Stellteil drehfest angeordneten Spindelmutter zusammenwirkt. Die Anordnung der Spindelstange bzw. der Spindelmutter kann insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig erfolgen.

Erfindungsgemäß ist ebenfalls denkbar, dass die Anrtiebswelle mit der Spindelstange und/oder das Stellteil mit der Spindelmutter einstückig ausgebildet ist. Hierdurch wird eine Bauteilreduzierung der einzelnen Bauteile der Greifvorrichtung erreicht, wodurch insbesondere Fertigungs- und Montageaufwand reduziert wird. Außerdem wird hierdurch die Genauigkeit der Greifvorrichtung bzw. der Grundbackenbewegung erhöht.

Vorteilhafterweise ist erfindungsgemäß die Antriebswelle orthogonal zu der Verschieberichtung der Grundbacke angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein vorteilhaftes Konstruktionsprinzip, das mit dem Keilhakengetriebe günstig zusammenwirkt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Elektroantrieb einen Stator und einen Rotor auf, wobei der Stator ortsfest in einem Antriebsgehäuse angeordnet und der Rotor drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Vorteilhafterweise weist der Elektroantrieb kein extra Gehäuse auf und das Antriebsgehäuse sieht ferner Lagerstellen für die Antriebswelle auf. Dies hat den Vorteil, dass die Greifvorrichtung insgesamt sehr klein und gewichtssparend baut. Weiterhin kann eine bessere Wärmeabfuhr aufgrund des Wegfallens von zusätzlichen Gehäuseteilen erreicht werden. Insgesamt gelangt man damit zu einer höheren Leistung des Elektroantriebs.

Vorteilhafterweise ist das Antriebsgehäuse mit dem Greifergehäuse lösbar verbindbar. Hierdurch kann die Montage der Greifvorrichtung vereinfacht werden. Andererseits ist auch denkbar, das Greifergehäuse mit dem Antriebsgehäuse einstückig auszubilden.

Bei einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wirkt die Antriebswelle mit einer Messeinheit, insbesondere mit einer Drehwinkel- und/oder einer Drehzahlmesseinheit zusammen, wobei über die von der Messeinheit erfassten Daten die Position der wenigstens einen Grundbacke bestimmbar ist. Insbesondere mit einer Drehwinkelmesseinheit kann aufgrund des erfassten Drehwinkels bei bekannter Übersetzung des Spindeltriebes und des Keilhakengetriebes die Position der Grundbacke ermittelt werden.

Weiterhin ist erfindungsgemäß denkbar, dass der Elektroantrieb mit einer Messeinheit, insbesondere mit einer Strommesseinheit, zusammenwirkt, wobei über die von der Messeinheit erfassten Daten die Greifkraft der wenigstens einen Grundbacke bestimmbar ist. Aufgrund des von dem Elektroantrieb aufgenommenen Stromes kann über das Drehmoment der Antriebswelle und den bekannten Antriebs- bzw. Getriebeübersetzungen die Greifkraft bestimmt werden. Hierbei sind allerdings Reibungsverluste innerhalb des Spindeltriebes und des Keilhakengetriebes zu berücksichtigen.

Vorteilhafterweise ist die Messeinheit bzw. sind die Messeinheiten mit einer Regel- und/oder Steuereinheit verbunden, die den Elektroantrieb aufgrund der erfassten Messdaten regelt und/oder steuert. Über die Regel- und/oder Steuereinheit können demnach gewünschte Positionen der Grundbacken exakt angefahren werden. Zusätzlich kann die Greifkraft entsprechend den gewünschten Verhältnissen eingestellt werden. Die Regel- und/oder Steuereinheit überwacht und kontrolliert somit jede Bewegung der Grundbacken, wodurch eine Hubkontrolle an jeder Stelle des Hubes möglich ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsgehäuse rohrartig ausgebildet ist und von einer Seite mit einem Lagerelement zur Lagerung der Antriebswelle, einem Stator, der Antriebswelle samt einem Rotor und von der anderen Seite mit einer mit der Antriebswelle zusammenwirkenden Messeinheit bestückbar ist. Dies hat den Vorteil, dass die Greifvorrichtung auf einfache Art und Weise, insbesondere entlang einer Montagerichtung montierbar ist.

Die erfindungsgemäßen Greifvorrichtungen können insbesondere als Zwei-Finger-Parallelgreifer, Drei-Finger-Zentrischgreifer, Zwei- oder Mehr-Finger-Schwenkgreifer oder als sonstige Greifer ausgebildet sein.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene erfindungsgemäße Greifvorrichtung;

Fig. 2 die Greifvorrichtung gemäß Fig. 1 im Längsschnitt; und

Fig. 3 die Greifvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2 in Explosionsdarstellung.

Die in den Fig. 1-3 dargestellte erfindungsgemäße Greiffvorrichtung 10 weist ein Greifergehäuse 12 mit zwei einander gegenüberliegenden, entlang einer Linie verschiebbar gelagerten Grundbacken 14 auf. Das Gehäuse 12 weist einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf, wobei die beiden Grundbacken 14 in den einander gegenüberliegenden Schenkeln des Gehäuses 12 verschieblich gelagert sind. Der dazu vertikale Schenkel des Gehäuses 12 nimmt ein orthogonal zu den Grundbacken 14 verschieblich gelagertes Stellteil 16 auf. Das Stellteil 16 ist über ein Keilhakengetriebe 18 bekannter Art mit den beiden Grundbacken 14 gekoppelt. Beim axialen Verschieben des Stellteils 16 entlang der Richtung des Doppelpfeils 20 werden über das Keilhakengetriebe 18 die beiden Grundbacken in Richtung der Doppelpfeile 22 verschoben.

Das Stellteil 16 wird erfindungsgemäß von einer Antriebswelle 24 eines Elektroantriebs 26 über einen Spindeltrieb 28, der in Fig. 2 dargestellt ist, axial verschoben. Aus Fig. 2 wird deutlich, dass die Antriebswelle 24 an ihrem dem Stellteil 16 zugewandten freien Ende eine drehfest angeordnete Spindelstange 30 aufweist. Die Spindelstange 30 kann mit der Antriebswelle insbesondere form-, kraft- und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Weiterhin ist erfindungsgemäß denkbar, dass die Spindelstange 30 einstückig mit der Antriebswelle 24 ausgebildet ist.

Die Spindelstange 30 wirkt mit einer Spindelmutter 32 zusammen, die über eine Hülse 34 mit dem Stellteil 16 drehfest verbunden ist. In axialer Verlängerung der Spindelstange 30 weist das Stellteil 16 eine Sackbohrung 36 auf, so dass die Spindelstange 30 beim Verfahren des Stellteils 16 in das Stellteil 16 bzw. in die Sackbohrung 36 ungehindert eintauchen kann.

Im Bereich des Elektromotors 26 ist auf der Antriebswelle 24 der Rotor 38 des Elektromotors 26 angeordnet. Der Rotor 28 kann insbesondere form-, kraft- oder stoffschlüssig auf der Antriebswelle 24 angeordnet sein. Der Stator 40 des Elektromotors 26 ist drehfest an einem Antriebsgehäuse 42 angeordnet. Ferner wird über eine weitere elektische Leitung 50 der Elektromotor 26 mit Strom versorgt.

Das dem Spindeltrieb abgewandte freie Ende der Antriebsstange 24 wird von einer Drehwinkelmesseinheit 44 erfasst. Die erfassten Daten werden über eine elektrische Leitung 46 über einen Kabelstrang 48 einer Auswerte- bzw. einer Regel- und Steuereinheit zugeführt.

Zwischen dem Elektromotor 26 und der Messeinheit 44 ist innerhalb des Antriebsgehäuses 42 eine Lagereinheit 52 zur Lagerung der Antriebswelle 24 angeordnet. Die Greifvorrichtung 10 kommt mit lediglich einer Lagereinheit 52 aus. Die Antriebswelle 24 bzw. die Spindelstange 30 wird über das axial verschiebbare Stellteil 16 in ihrer Lage gehalten. Dazu durchgreift die Hülse 34 passgenau eine an dem Gehäuseteil 12 vorhandene Bohrung 64.

An seiner dem Greifergehäuse 12 abgewandten Stirnseite weist das Antriebsgehäuse 42 ein deckelartiges Verschlusselement 54 auf.

Im Betrieb der Greifvorrichtung 10 wird die Antriebswelle 24 über den Elektromotor 26 angetrieben. Über den Spindeltrieb 28, der vorzugsweise ein Trapez- oder Kugelgewindetrieb ist, wird die Rotationsbewegung der Antriebswelle 24 in eine axiale Bewegung des Stellteils 16 gewandelt. Über das Keilhakengetriebe 18 werden bei axialer Verschiebung des Stellteils 16 die beiden Grundbacken 14 entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegt.

Aufgrund der Verwendung eines geeigneten Spindeltriebes 28 kann erfindungsgemäß weiterhin erreicht werden, dass der Spindeltrieb 28 selbsthemmend wirkt, wodurch eine höhere Belastbarkeit der Greifvorrichtung 10 erreicht wird.

Über den Kabelstrang 48 ist die Greifvorrichtung mit der bereits erwähnten Regel- und Steuereinheit verbunden. Nach einer einmaligen Kalibrierung der Greifvorrichtung 10 kann aus den von der Messeinheit 44 erfassten und von der Regel- und Steuereinheit ausgewerteten Messdaten die exakte Position der Grundbacken 14 bestimmt werden.

Die Kalibrierung der Greifvorrichtung 10 erfolgt folgendermaßen: Das Stellteil wird auf eine Extremposition bzw. bis zu einem vorgegebenen Anschlag verfahren. Diese Position wird von der Regel- und Steuereinheit als Nullstellung gespeichert. Anschließend wird das Stellteil 16 in die andere Extremposition bzw. an einen zweiten Anschlag verfahren. Diese Position wird als die Maximalposition gespeichert. Bei bekanntem maximalen Hub der Grundbacken 14 kann über den maximalen, aufsummierten Drehwinkel der Antriebswelle 24 eine lineare Funktion zwischen dem Drehwinkel der Antriebswelle und der Hubbewegung der Grundbacken 14 bestimmt werden. Folglich kann aus einem gemessenen Drehwinkel der Antriebswelle 24 die Position der Grundbacken bestimmt werden.

Über die Regel- und Steuereinheit kann die Greifvorrichtung 10 bzw. können die Grundbacken 14 auch derart angesteuert werden, dass sie einen vorgegebenen, definierten Hub ausführen. Aufgrund der Messeinrichtung 44 kann eine Hubkontrolle an jeder Stelle des Hubes erfolgen.

Die Regel- und Steuereinheit weist vorteilhafterweise außerdem eine Messeinheit zur Messung des von dem Elektromotor 26 aufgenommenen Motorstroms auf. Über den Motorstrom kann die Greifkraft der Grundbacken 14 an jeder Stelle des Hubes bestimmt werden.

Somit ist eine vollständige Überwachung und Steuerung des Greifvorganges, nämlich des Greiferhubes und der Greifkraft, aufgrund geschlossener Regelkreise möglich.

Dies hat den Vorteil, dass eine Taktzeitreduzierung erreicht werden kann, da lediglich die erforderlichen Bewegungen der Greiferbacken 14 gefahren werden können. Außerdem kann über den Motorstrom bzw. über das Drehmoment des Elektromotors 26 die Greiferkraft eingestellt werden. Ferner benötigt die erfindungsgemäße Greifvorrichtung deshalb keine Nährungssensoren zur Bestimmung der Positionen der Grundbacken 14, wie sie gemäß dem vorbekannten Stand der Technik erforderlich sind.

Die dargestellte Greifvorrichtung 10 hat weiterhin den Vorteil, dass sie - wie insbesondere Fig. 3 entnommen werden kann - auf besonders einfache Art und Weise montierbar ist. Hierzu wird zunächst das Stellteil 16 über die Hülse 34 mit der Spindelmutter 32 verbunden. Anschließend wird das Stellteil 16 in das Greifergehäuse 12 derart eingeführt, dass es über das Keilhakengetriebe 18 mit den beiden Grundbacken 14 zusammenwirkt. In einem nächsten Arbeitsschritt kann die den Rotor 38 tragende Antriebswelle 24 mit der Spindelstange 30 in die Spindelmutter 32 eingeführt werden.

Außerdem wird in das rohrförmig ausgebildete Antriebsgehäuse 42 von der dem Greifergehäuse 12 zugewandten Seite die Lagereinheit 52 eingeführt und mit einem Sicherungsring 56 im Gehäuse befestigt. Weiterhin wird der Stator 40 in das Antriebsgehäuse 42 eingeführt und dort beispielsweise mit einer Klebeverbindung festgesetzt.

In einem nächsten Arbeitsschritt wird die Antriebswelle 24 samt Rotor 38 in den Stator 40 bzw. in das Antriebsgehäuse 42 eingeführt. Zur Befestigung des Antriebsgehäuses 42 an dem Greifergehäuse 12 sind Befestigungsschrauben 58 vorgesehen.

Schließlich wird von der dem Greifergehäuse 12 abgewandten Seite die Messeinheit 44 in das nach unten offene Antriebsgehäuse 42 eingeführt. Die offene Stirnseite des Antriebsgehäuses 42 wird über das Verschlusselement 54 verschlossen. Zwischen dem Verschlusselement 54 und dem Antriebsgehäuse 42 ist ein Dichtring 60 angeordnet. Das Verschlusselement 54 wird über einen Sicherungsring 62 gehaltert.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (12)

1. Greifvorrichtung (10) für insbesondere manuell zu bedienende oder automatische Handhabungsgeräte, mit einem Greifergehäuse (12), mit wenigstens einer im Greifergehäuse (12) verschiebbar oder verschwenkbar gelagerten Grundbacke (14) und mit einem über ein Keilhakengetriebe (18) mit der Grundbacke (14) gekoppelten, von einem Antrieb antreibbaren Stellteil (16), dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb ein Elektroantrieb (26) mit einer Antriebswelle (24) ist, die über einen Spindeltrieb (28) mit dem Stellteil (16) gekoppelt ist.

2. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spindeltrieb (28) ein Trapez- oder Kugelgewindetrieb ist.

3. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebwelle (24) eine Spindelstange (30) drehfest angeordnet ist, die mit einer an dem Stellteil (16) drehfest angeordneten Spindelmutter (32) zusammenwirkt.

4. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebwelle (24) mit der Spindelstange (30) und/oder das Stellteil (16) mit der Spindelmutter (32) einstückig ausgebildet ist.

5. Greifvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) orthogonal zu der Verschieberichtung (22) der Grundbacke (14) angeordnet ist.

6. Greifvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (26) einen Stator (40) und einen Rotor (38) aufweist, wobei der Stator (40) ortsfest in einem Antriebsgehäuse (42) angeordnet und der Rotor (38) drehfest mit der Antriebswelle (24) verbunden ist.

7. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (42) mit dem Greifergehäuse (12) lösbar verbindbar ist.

8. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (42) wenigstens ein Lagerelement (52) zur Lagerung der Antriebswelle (24) aufweist.

9. Greifvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) mit einer Messeinheit (44), insbesondere mit einer Drehwinkel- und/oder einer Drehzahlmesseinheit zusammenwirkt, wobei über die von der Messeinheit (44) erfassten Daten die Position der wenigstens einen Grundbacke (14) bestimmbar ist.

10. Greifvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb (26) mit einer Messeinheit, insbesondere mit einer Strommesseinheit zusammenwirkt, wobei über die von der Messeinheit erfassten Daten die Greifkraft der wenigstens einen Grundbacke (14) bestimmbar ist.

11. Greifvorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regel- und/oder Steuereinheit den Elektroantrieb (16) über die erfassten Daten regelt und/oder steuert.

12. Greifvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (42) rohrartig ausgebildet ist und von einer Seite mit einem Lagerelement (52) zur Lagerung der Antriebswelle (24), einem Stator (40), der Antriebswelle (24) samt einem Rotor (38) und von der anderen Seite mit einer mit der Antriebswelle (24) zusammmenwirkenden Messeinheit (44) bestückbar ist.