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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Greifvorrichtung für Roboter
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Solche
Greifvorrichtungen werden dazu genutzt, Gegenstände und Materialen, deren Strukturen
schon durch geringste Krafteinwirkungen zerstört werden können, automatisch zu handhaben und/oder
zu bearbeiten.
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Aus
dem Stand der Technik sind Greifvorrichtungen für die automatisierte Handhabung
von Gegenständen
in Form von Parallelbackengreifern, zentrischen Greifvorrichtungen
und Sauggreifern bekannt.
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Die
bekannten Greifvorrichtungen werden mit Hilfe von Servomotoren oder
pneumatischen Vorrichtungen betätigt.
Servomotoren haben den Vorteil, dass sie eine Positions-Geschwindigkeits-
und Kraftregelung erlauben.
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Des
weiteren sind Vorrichtungen bekannt, die mit einer Vielzahl von
Gelenken ausgerüstet
sind, welche die Greiffähigkeit
der menschlichen Hand nachzubilden versuchen. Für den Antrieb der Gelenke sind
Servomotoren vorgesehen, mit denen sich Kraftinformationen verarbeiten
lassen, so dass damit Gegenstände
mit empfindlichen Strukturen zu handhaben sind. Diese Gelenke mit
der Vielzahl von Antrieben sind jedoch die für industrielle Anwendungen zu
komplex.
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Die
Anwendung von pneumatischen Greifvorrichtungen ist wegen der geringen
Funktionsfähigkeit
dieser Vorrichtungen begrenzt. Für
die Handhabung verschiedener Werkstückgeometrien werden bei diesen
pneumatischen Greifvorrichtungen Greiferwechselsysteme benötigt, die
erhebliche Kosten verursachen. Der Wechsel eines Greifers ist zeitaufwendig,
wodurch die Effizienz der Automatisierung reduziert wird. Auf die
Lebensdauer einer Automatisierungslösung umgerechnet, verursachen
pneumatische Greifvorrichtungen durch den Verbrauch von Druckluft,
die mit nicht unerheblichem Energieaufwand erzeugt und zum Greifer
geleitet werden muss, Betriebskosten, die nicht zu vernachlässigen sind.
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Mittels
Servomotoren angetriebene Greifer, die für industrielle Anwendungen
vorgesehen, stecken noch in den Anfängen der Entwicklung. Hohe Herstellungs-
und Betriebskosten haben zudem eine breite Anwendung bisher verhindert.
Die Gründe
dafür sind
im wesentlichen, dass sehr einfache Greifer nur einen Motor für den Antrieb
aufweisen, so dass sie in ihren Funktionen ähnlich begrenzt sind wie einfache
pneumatische Greifer.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung für einen
Roboter aufzuzeigen, die vor allem zur Handhabung von Gegenständen und
Materialen mit leicht zerstörbaren
Strukturen genutzt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Greifvorrichtung
verfügt über eine
größere Variabilität als die
herkömmlichen
Greifvorrichtungen dieser Art, da die Greifgeometrie durch zwei
unabhängig
voneinander ansteuerbare Servomotoren an die Größe und Form des zu greifenden
Gegenstandes angepasst werden kann.
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Die
Greifvorrichtung bietet ferner den Vorteil, dass sie zum Greifen über drei
Greiferelemente bzw. Backen oder Finger verfügt, die auswechselbar sind, und
bei Bedarf speziell an das zu greifende Werkstück angepasst werden können.
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Weitere
erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Greifvorrichtung
mit drei Greiferelementen,
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2 einen
Teilbereich der Greifvorrichtung gemäß 1,
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3 den
Teilbereich gemäß 2 mit
drei Greiferelementen,
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4 eine
erste Anwendung der Greifvorrichtung gemäß 1,
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5.
eine weitere Anwendung der Greifvorrichtung gemäß 1.
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Die
in 1 dargestellte Greifvorrichtung 1 umfasst
im wesentlichen drei Greiferelemente 2, 3 und 4,
zwei Servomotoren 5 und 6 sowie ein Trägerelement 7.
Alle drei Greiferelemente 2, 3 und 4,
die nachfolgend auch als Backen oder Finger bezeichnet werden, weisen
die gleichen Abmessungen auf. Sie sind bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als
stabförmige
Bauelemente mit zylindrischem Querschnitt ausgebildet. Die ersten
freien Enden der Greiferelemente 2, 3 und 4,
die zum Greifen vorgesehen sind, sind bei der hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
mit Kuppen 2K, 3K und 4K versehen, deren Durchmesser
im mittleren Bereich geringfügig
größer sind
als die Durchmesser der Greiferelemente 2, 3 und 4.
Die Durchmesser der Kuppen 2K, 3K und 4K können hier
zwischen zwei und fünf
Millimeter größer sein
als die Durchmesser der zugehörigen
Greiferelemente 2, 3 und 4. Die Kuppen 2K, 3K und 4K sind zudem
an den nach außen
gerichteten Enden verjüngt.
Ferner sind die Kuppen 2K, 3K und 4K sind
bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
mit Rillen 2R, 3R, 4R versehen, die ein
rutschfestes Greifen ermöglichen.
Die Oberflächen
der Kuppen 2K, 3K, 4K können aufgeraut
oder aus einem elastischen Material in Form von Gummi gefertigt
sein, falls das die jeweiligen Gegebenheiten erfordern. Die zweiten
Enden (hier nicht dargestellt) der Greiferelemente 2, 3 und 4 sind
für den
Antrieb mit den Servomotoren 5 und 6 lösbar verbunden.
Jedes Greiferelement 2, 3, 4 kann damit
auf einfache Weise durch ein anders geformtes Greiferelement 2, 3, 4 ersetzt
werden, falls das für
die durchzuführenden
Arbeiten erforderlich ist. Vorzugweise sind zwischen den Greiferelementen 2, 3, 4 und
den Servomotoren 5 und 6 Kupplungen (hier nicht
dargestellt) installiert. Mit deren Hilfe kann jedes Greiferelement 2, 3, 4 gelöst, anschließend ausgewechselt
und jedes neue Greiferelement 2, 3, 4 leischt
mit dem zugehörigen
Servomotor 5, 6 verbunden werden.
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Erfindungsgemäß werden
die beiden Greiferelemente 2 und 3 gemeinsam von
dem Servomotor 5 angetrieben, während der zweite Servomotor 6 nur
zur Betätigung
des zweiten Greiferelements 4 vorgesehen ist. Die Servomotoren 5 und 6 sind
auf dem Trägerelement 7 installiert,
das den Rahmen für die
Greifvorrichtung 1 bildet. Das Trägerelement 7 wird
bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel durch
eine runde Platte gebildet, auf deren äußerem Rand eine nach oben weisende
Kante 7R ausgebildet ist, die den Bereich mit den Servomotoren 5 und 6 nach
außen
begrenzt.
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Wie 2 zeigt,
ist das Trägerelement 7 desweiteren
mit Führungsvorrichtungen 7C, 7D und 7E für die Greiferelemente 2, 3 und 4 versehen.
Als Führungsvorrichtungen
können
Linearführungen
verwendet werden, die als gleitende oder rollende Lagerungen ausgebildet
sind. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich
um Führungsschlitze 7C, 7D und 7E,
die das Trägerelement 7 von seiner
Oberfläche 7A bis
zu seiner Unterseite 7B, gezeigt in 1, durchsetzen.
Die Breiten der Führungsschlitze 7C, 7D und 7E sind
so bemessen, dass die Greiferelemente 2, 3 und 4 mindestens
mit ihrem mittleren Bereich innerhalb der Führungsschlitze 7C, 7D und 7E hin
und her bewegt werden können,
was in 1 dargestellt ist. Werden die hier dargestellten Greiferelemente 2, 3, 4 gegen
andere ausgetauscht, wie oben beschrieben, müssen die Abmessungen der neuen
Greiferelemente entsprechend angepasst sein.
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Wie 2 desweiteren
zu entnehmen ist, sind die Führungsschlitze 7C, 7D und 7E radial
so ausgerichtet, dass ihre Längsachsen
durch den Mittelpunkt des Trägerelements 7 verlaufen.
Die Länge der
beiden Führungsschlitze 7C und 7D ist
so bemessen, dass sie sich vom Rand 7R des Trägerelements 7 bis
fast zur Mitte des Trägerelements 7 erstrecken.
Dort wird der Abstand zwischen den beiden Führungsschlitzen 7C und 7D durch
die Breite des dritten Führungsschlitzes 7E bestimmt.
Der Führungsschlitz 7E ist
vom Rand 7R aus durch den Mittelpunkt des Trägerelements 7 hindurch
und zusätzlich
darüber
hinaus geführt
ist. Die beiden Führungsschlitze 7C und 7D sind
so ausgebildet, dass sie einen Winkel von 90° bis 120° zwischen sich einschließen. Der
Führungsschlitz 7E ist
so positioniert, dass er mit jedem der beiden Führungsschlitze 7C und 7D jeweils
einen Winkel von etwa 120° bis
135° einschließt. Die
beiden in den Führungsschlitzen 7C und 7D geführten Greiferelemente 2 und 3 sind über eine mechanische
Kopplungsvorrichtung 8 miteinander verbunden. Die Kopplungsvorrichtung 8 ist
nur schematisch durch die gestrichelte Linie A-A' in den 3 bis 5 dargestellt.
Sie ist bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen als Kulissenelement
ausgebildet. Die Längsachse
des Kulissenelementes 8 ist senkrecht zur Längsachse
des Führungsschlitzes 7E ausgerichtet.
Die beiden Greiferelemente 2 und 3 sind so mit
dem Kulissenelement 8 verbunden, dass sie entlang desselben
gleiten können.
Hierdurch wird erreicht, dass sich die beiden Greiferelemente 2A und 2B bei
ihrer Bewegungen entlang der Führungsschlitze 7C und 7D,
immer gemeinsam entweder auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Trägerelements 7 zu
oder davon weg bewegen, und zwar immer um die gleiche Stecke.
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Werden
die beiden Greiferelemente 2 und 3 mit Hilfe des
Servomotors 5 beispielsweise auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Trägerelementes 7 zubewegt,
und wird auch das Greiferelement 4 von dem Servomotor 6 zur
Mitte des Trägerelements 7 geführt, so
bilden die drei Greiferelemente 2, 3 und 4 zusammen
eine Umklammerung für
ein rundes oder zylinderförmiges
Bauelement 10 wie es in 4 dargestellt
ist. Da die Führungsschlitze 7C, 7D und 7E bis
zum Mittelpunkt des Trägerelements 7 geführt sind,
können
die drei Greiferelemente 2, 3 und 4 so weit
aufeinander zubewegt werden, dass sich ih re Kuppen 2K, 3K und 4K berühren. Damit
ist es auch möglich,
ein pulverförmiges
Material (hier nicht dargestellt) mit den Greiferelementen 2, 3 und 4 aufzunehmen.
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Wie
den 4 und 5 zu entnehmen ist, lassen sich
mit Hilfe der drei Greiferelemente 2, 3 und 4 vor
allem Bauelement mit komplexen geometrischen Formen sehr leicht
handhaben. Um ein recheckigen Bauelement 11 zu greifen,
das in seinem zentralen Bereich mit Ausnehmungen 11A und 11B versehen
ist, werden die Kuppen 2K und 3K der beiden Greiferelemente 2 und 3 in
diese Ausnehmungen 11A und 11B gesteckt. Hierfür werden
die beiden Greiferelemente 2 und 3 so weit bewegt,
bis die beiden Ausnehmungen 11A und 11B erreicht
sind. Das dritte Greiferelement 4 wird dann ebenfalls so
weit auf das Bauelement 11 zubewegt, bis es mit einer Außenkante
desselben in Kontakt kommt. Damit ist es möglich, eine Druckkraft auf
das Bauelement 11 auszuüben,
welche den Druckkräften
der beiden Greiferelementen 2 und 3 entgegenwirkt.
Das Bauelement 11 wird hierdurch zwischen die drei Greiferelemente 2, 3 und 4 geklemmt.
Es kann dann von der Greifvorrichtung 1 angehoben werden
kann.
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5 zeigt
wie zwischen den drei Greifelementen 2, 3 und 4 eine
Ringscheibe 12 gehalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird das dritte Greiferelement 4 gegen die Innenseite der
Ringscheibe 12 gepresst. Die Greiferelemente 2 und 3 werden
auf der Außenseite
der Ringscheibe 12 positioniert: Damit üben sie von außen Druckkräfte auf die
Ringscheibe 12 aus, die der Druckkraft des dritten Greiferelements 4 entgegengerichtet
sind. Die Ringscheibe 12 ist damit zwischen den Greiferelementen 2, 3 und 4 festgeklemmt,
und kann von der Greifvorrichtung 1 aufgenommen und für eine Bearbeitung
in einer definierten Position gehalten werden.
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Die
Erfindung beschränkt
sich nicht nur auf das hier beschriebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr umfasst
sie alle Variationen der Vorrichtung, die dem Kern der Erfindung
zugeordnet werden können.