-
Die Erfindung betrifft eine Manipulationsvorrichtung
mit mindestens zwei mit Hubstangeneinrichtungen versehenen Auslegereinheiten,
die auf eine, die Auslegereinheiten verbindende Gelenkeinrichtung
einwirken.
-
Derartige Manipulationsvorrichtungen
werden zur automatischen Montage von Baugruppen und Geräten oder
Fügeteilen
verwendet. Herkömmliche
einfache Manipulationsvorrichtungen bestehen meist aus zwei hintereinander
geordneten Bewegungssystemen, nämlich
einem Hubsystem und einem Linearsystem. Manipulationsvorrichtungen
für spezielle
Anwendungsfälle,
bei denen stets ein oder mehrere Manipulationsvorgänge zu bewältigen sind, sind
mit herkömmlichen
Manipulationsvorrichtungen wirksam und wirtschaftlich zu handhaben,
da einem unter Umständen
auch aufwendigen Einrichtungs- und Justiervorgang eine lange Nutzungszeit
gegenübersteht.
Soll hingegen eine herkömmliche
Manipulationsvorrichtung wechselnden bzw. unterschiedlichen Bedingungen
angepaßt
werden, ist dies normalerweise nur mit einem erheblichen Justieraufwand möglich. Meistens
ist bei andersartigen Anwendungsfällen die gesamte Manipulationsvorrichtung mit
hohem Kostenaufwand neu zu konzipieren, umzukonstruieren und zu
programmieren, ohne daß Altteile
eine zwingende Verwendung finden.
-
Alternativ ist es möglich, einen
Roboter einzusetzen, der für
unterschiedliche Manipulationsaufgaben einsetzbar ist und auf die
jeweils erforderlichen Bewegungsabläufe programmiert werden kann, wobei
zwar eine Vielzahl von Manipulationsvarianten möglich sind, von denen in den
meisten Anwendungsfällen
nur eine Variante je Aufgabe benötigt wird
und daher nur ein kleiner Teil seiner Möglichkeiten bei einer konkreten
Anwendung genutzt werden kann. Gleichzeitig ist ein derartiger Roboter
jedoch sehr teuer in der Anschaffung und Wartung und ist daher für viele
einfache Manipulationsaufgaben im allgemeinen unwirtschaftlich.
-
Aus der
US 5 060 532 A ist eine gattungsgemäße Manipulationsvorrichtung
bekannt, bei der drei gelenkig miteinander verbundene Arme mit Hydraulikzylindern
verbünden
sind und dadurch die Bewegbarkeit der Manipulationsvorrichtung erreichen.
Diese Konstruktion ermöglicht
jedoch nur einen relativ kleinen Drehwinkel zwischen benachbarten
Armen von etwa 90°,
wodurch die Manipulationsvorrichtung nur einen sehr eingeschränkten Bewegungsbereich besitzt.
-
Die
DE 41 36 441 A1 offenbart eine Manipulationsvorrichtung
mit einem Hebelgestänge,
bei dem im Gelenkpunkt zwischen zwei Hebelarmen ein Umlenkhebel
angelenkt ist, der mit zwei weiteren Hebelarmen gelenkig verbunden
ist. Diese Konstruktion bildet zwei Hebelparallelogramme, die eine
Parallelverschiebung eines Werkzeugträgers ermöglichen soll.
-
Der Erfindung liegt also die Aufgabe
zugrunde, eine gattungsgemäße Manipulationsvorrichtung anzugeben,
die sich durch einfache Handhabung, einfache Justierung und einen
breiten Anwendungsbereich auszeichnet, wobei gleichzeitig die Konstruktion
baulich so einfach wie möglich
gehalten werden soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht
darin, die gattungsgemäße Manipulationsvorrichtung dahingehend
zu verbessern, daß die
Gelenkeinrichtung zur Verbindung der einzelnen Auslegereinheiten einen
großen
Gelenkschwenkbereich zuläßt und dabei
gleichzeitig kompakt ausgeführt
und einfach zu handhaben ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die
im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Ausbildung der Gelenkdrehachse
ermöglicht vorteilhafterweise
eine einfache Betätigung über elektrisch,
pneumatisch oder hydraulisch betätigte Hubstangeneinrichtungen
bei einem großen Schwenkbereich
des Gelenks von mindestens 180°, wobei
das Gelenk sehr kompakt und klein ausgebildet ist.
-
Durch den vorgesehenen Umlenkhebel,
der einerseits an der Gelenkdrehachse angebracht ist und mit seinem
anderen Ende gelenkig mit den beiden Hubstangeneinrichtungen gekoppelt
ist, läßt sich ein
großer
Schwenkwinkel erzielen. Dabei wird durch jede der beiden Hubstangeneinrichtungen
die Hälfte des
gesamten Drehwinkels betätigt,
so daß durch
die alternative oder gleichzeitige Betätigung der Hubstangeneinrichtungen
unterschiedliche Drehwinkel möglich
sind, selbst wenn die Hubstangeneinrichtungen nur in zwei Endstellungen
verfahrbar sind. Es ist möglich,
eine oder beide Hubstangeneinrichtungen mittels unterschiedlicher
Wirkprinzipien anzusteuern, also beispielsweise eine Hubstangeneinrichtung pneumatisch
und die zweite elektrisch oder die eine analog,. so daß beliebige
Positionen der Hubstangen möglich
sind und die zweite binär,
so daß nur
zwei Endstellungen möglich
sind. Die erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung
zeichnet sich durch eine Kompaktheit der Konstruktion aus, wobei
bei Ausbildung von jeweils zwei Lagerböcken beidseitig des Gelenks
mit durchgehender Gelenkdrehachse durch die Flächen der Lagerböcke die
dazwischen angeordnete Bewegungskinematik mit dem Umlenkhebel geschützt ist.
-
Dabei ist das nicht mit der Gelenkdrehachse verbundene
Ende des Umlenkhebels über
zwei Verbindungslaschen gelenkig mit den beiden Hubstangeneinrichtungen
verbunden. Hierdurch läßt sich
auf konstruktiv sehr einfache Art und Weise eine Koppelung des Umlenkhebels
mit den Hubstangeneinrichtungen unter Berücksichtigung der Zwangsbedingungen
erreichen.
-
Vorzugsweise sind zwei unterschiedliche Ausbildungen
des Umlenkhebels möglich,
nämlich die
in Anspruch 2 beschriebene Variante, bei der die beiden Verbindungslaschen über eine
gemeinsame Gelenkachse am Umlenkhebel angelenkt sind. Die zweite,
in Anspruch 3 beschriebene Ausführung, sieht
vor, daß der
Umlenkhebel gleichschenklig dreieckig ausgebildet ist und die beiden
Verbindungslaschen über
zwei getrennte Gelenkachsen am Umlenkhebel gelenkig angebracht sind.
Die erstgenannte Variante ist baulich einfacher und insbesondere
für Schwenkwinkel
zwischen 90° und
270° geeignet.. Die
zweite Variante ist für
Schwenkwinkel des Drehgelenks zwischen 0° und 180° geeignet.
-
Die erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung
umfaßt
gemäß Anspruch
5 vorzugsweise zwei oder drei Auslegereinheiten, zwischen denen
jeweils eine erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung
vorgesehen ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Manipulationsvorrichtung
eine um eine vertikale Drehachse drehbare an einer Fundamentplatte
montierte Dreheinheit umfaßt, an
der entweder über
eine Gelenkeinrichtung oder ein sonstiges Gelenk eine erste Auslegereinheit
angebracht ist, an der über
eine Gelenkeinrichtung eine zweite Auslegereinheit angebracht ist.
Diese wiederum ist über
ein weiteres Gelenk mit einem Handhabungshalter verbunden, an der
ein Greifarm oder ähnliche
Manipulationswerkzeuge angebracht sein können.
-
Die bei der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung
vorge sehenen Hubstangeneinrichtungen umfassen vorzugsweise gedämpfte Endanschläge, was
sich insbesondere bei einer binären
Betätigungsweise
(die Hubstange wandert nur zwischen zwei Endstellungen hin und her)
wünschenswert
ist, wobei die Endanschläge
vorzugsweise manuell oder ferngesteuert (elektrisch) verstellbar
sind.
-
Die Hubstangeneinrichtungen sind
vorzugsweise pneumatisch ausgebildet, was baulich sehr einfach und
mit einem geringen apparativen Aufwand steuerbar ist. Falls größere Kräfte zu beherrschen sind,
kann alternativ auch eine hydraulische Hubstangeneinrichtung vorgesehen
sein. Alternativ ist es auch möglich,
einzelne oder alle Hubstangeneinrichtungen elektrisch auszubilden,
wobei sich dann ein Schrittmotor mit Schneckenantrieb oder Linearmotor anbietet,
um beliebige Stellungen der Hubstangen zu ermöglichen.
-
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung
sind mannigfaltig. Infolge der Konstruktion gemäß Anspruch 6 ist es möglich, räumliche Punkte
anzufahren und damit Bauteile räumlich
in drei Ebenen zu positionieren.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der beigefügten
Zeichnungen weiter erläutert.
Dabei zeigt:
-
1:
eine Seitenansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung
in ausgefahrener Stellung;
-
2:
eine Seitenansicht der Ausführung von 1 im eingefahrenen Zustand;
-
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung 10a in
einer ausgefahrenen (1)
sowie einer eingefahrenen (2)
Stellung gezeigt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Dreheinheit 12 einer
ersten Auslegereinheit 14, die auch als Schwenkeinheit
bezeichnet werden kann, einer zweiten Auslegereinheit 16 sowie
einem Handhabungshalter 18, an dem Handhabungsgeräte z.B.
ein Greifarm befestigt werden können.
Die Dreheinheit 12 ist über
eine Lagereinrichtung 20 mit einem Untergrund 22 gekoppelt
und um eine vertikale Drehachse 24 drehbar. In der Dreheinheit
ist eine erste Arbeitseinheit 26a angeordnet, die eine
Hubstange 28a umfaßt, die
mittels Energiezufuhr zur Arbeitseinheit 26a hydraulische,
pneumatische oder elektrische Energie in Richtung der Drehachse 24 axial
verschiebbar ist. Um den Bewegungshub der Hubstange 28a zu
begrenzen, sind beiderseits der Arbeitseinheit 26a gedämpfte Anschläge 30a vorgesehen.
Das freie Ende der Hubstange 28a ist über eine Verbindungslasche 32 mit
einem Lagerbock 34b der ersten Auslegereinheit 14 drehbar
gekoppelt. Dazu ist die Verbindungslasche 32 mittels Achsen 36a, 36b mit
der Hubstange 28a bzw. dem Lagerbock 34a verbunden.
-
Der Lagerbock 34b der ersten
Auslegereinheit 14 ist über
eine horizontale Drehachse 38 mit dem Lagerbock 34a der
Dreheinheit 12 verbunden.
-
Die erste Auslegereinheit 14 umfaßt wiederum
eine zweite Arbeitseinheit 26b mit Hubstange 28b und
auf der Hubstange 28b angebrachter Anschläge 30b.
-
Zwischen der ersten Auslegereinheit 14 und der
zweiten Auslegereinheit 16 ist eine Gelenkeinheit 40 vorgesehen,
die im wesentlichen aus zwei Lagerböcken 34b, 34c,
einem Umlenkhebel 42 und zwei Verbindungslaschen 44a, 44b besteht.
Die beiden Lagerböcke 34b, 34c sind
an der ersten bzw. zweiten Auslegereinheit 14, 16 montiert
und bilden zusammen mit einer Gelenkdrehachse 46 die eigentliche Gelenkeinrichtung 47a.
Ebenfalls an der Gelenkdrehachse 46 ist der gleichschenklig
dreieckige Umlenkhebel 42 montiert, in dessen anderen beiden
Ecken die Verbindungslaschen 44a, 44b über Achsen 48 angebracht
sind. Die jeweils zweiten Enden der Verbindungslaschen 44a, 44b sind
mit den Hubstangen 28b, 28c der zweiten und dritten
Arbeitseinheit 26b, 26c gelenkig verbunden. Diese
umfaßt
wiederum eine Hubstange 28c mit Anschlägen 30c, 30d.
-
Am zweiten Ende der Hubstange 28c der dritten
Arbeitseinheit 26c ist wiederum über eine Verbindungslasche 50 der
Handhabungshalter 18 montiert, der über eine Drehachse 51 am
dem Lagerbock 34e schwenkbar befestigt ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform
werden die drei Arbeitseinheiten 26 pneumatisch betrieben,
so daß nicht
dargestellte Gasdruckleitungen vorhanden sind, die zu den jeweiligen
Arbeitseinheiten 26 führen.
-
Die dargestellte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung 10a kann einfach
dadurch an gewünschte
Zuführpositionen
angepasst werden, daß die
Anschläge 30 vor zugsweise manuell
eingestellt werden. Damit ist eine große Variabilität und ein
Toleranzausgleich möglich.
Die Auslegereinheiten 14, 16 sind vorzugsweise
zugleich Krafteinheiten, also die Arbeitseinheiten 26 bilden
die Tragstruktur der Auslegereinheiten 14, 16 und
an deren beiden Enden sind lediglich die Lagerböcke 34 befestigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform
für die Arbeitseinheiten 26 wird
von der Fa. Festo, Esslingen unter der Bezeichnung „Baukastensystem"
vertrieben.
-
Die Schwenkwinkellage und die Endpunkte der
Manipulationseinrichtung 10a sind justierbar, so daß diese
mit geringem Ummontageaufwand an unterschiedliche Einsatzbedingungen
angepasst werden kann.
-
Die Anordnung der einzelnen Lagerpunkte ist
so vorgenommen, daß durch
das Ausfahren z.B. der Hubstange 28b der ersten Auslegereinheit
(der Schwenkeinheit) 14 der Umlenkhebel 42 um
90° schwenkt.
Zwangsläufig
wird die zweite Auslegereinheit 16 bei eingefahrene r,
Hubstange 28c den gleichen Winkel (90°) zurücklegen. Fährt nun die Hubstange 28c der
zweiten Auslegereinheit 16 aus, so stützt sich diese über die
Verbindungslasche 44b und den Umlenkhebel 42 auf
die ausgefahrene und festgehaltene Hubstange 28b der ersten
Auslegereinheit 14 ab. Die zweite Auslegereinheit 16 schwenkt
nun ihrerseits um den gemeinsamen Lagerpunkt für den Umlenkhebel 42,
der ersten und zweiten Auslegereinheit 14, 16,
z.B. 90°.
Der gesamte Schwenkwinkel der zweiten Auslegereinheit 16 beträgt somit
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
180°. Durch die
Anschläge 30,
die die axiale Bewegung der Hubstangen 28 begrenzen, ist
der Schwenkwinkel stufenlos veränderbar.
Beim Einfahren der beiden Hubstangen 28b, 28c bewegt
sich die zweite Auslegereinheit 16 zurück. Der am freien Ende der
zweiten Auslegereinheit 16 angeordnete Handhabungshalter 18 wird
dabei entweder. über
die Verbindungslasche 50 gleichzeitig mit bzw. alternativ
durch eine separate Arbeitseinheit bewegt.
-
Schließlich ist in den 4a und 4b eine andere Variante für die Drehgelenkeinrichtung 47d in zwei
um 180° versetzten
Stellungen dargestellt, bei der der Umlenkhebel 42d nicht
dreieckig ausgebildet ist und die Verbindungslaschen 44a, 44b an
einer gemeinsamen Verbindungsachse 70 angebracht sind.
-
Diese Variante eignet sich für einen Schwenkwinkelbereich
von ± 90°, während die
in den 1–3 dargestellte Ausführungsform
vor allem für Schenkwinkel
von 0 bis 180° geeignet
ist. Der Fachmann wird also je nach dem gewünschten Schwenkwinkelbereich
die eine oder andere Variante der Drehgelenkseinrichtung auswählen.
-
Es wird auch darauf hingewiesen,
daß die einzelnen
Varianten der Drehgelenke auch gekoppelt werden können, also
als Drehgelenk zwischen der Dreheinheit 12 und der esten
Auslegereinheit 14 die Variante von 1 und 2 zu
verwenden, hingegen für
das Drehgelenk zwischen der ersten und der zweiten Auslegereinheit 14, 16 eine
der Varianten von 4a,b einnzubauen,
etc.