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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum robotergeführten Greifen von ungeordnet in einem Behälter liegenden, zumindest teilweise rotationssymmetrischen Teilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Anordnungen finden Anwendung bei Robotern in der industriellen Fertigungstechnik, z.B. in der Automobilindustrie. Dort lautet eine Problemstellung, Teile, die ungeordnet in einem Vorratsbehälter liegen, mittels eines Roboters einzeln aufzunehmen, um sie der weiteren Bearbeitung oder Montage zuzuführen. Diese Problemstellung ist als „Griff in die Kiste“ bekannt.
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Als Roboter wird hier allgemein ein in mehreren Freiheitsgraden steuerbares Handhabungssystem bezeichnet.
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Bekannte Greiferanordnungen benötigen in unmittelbarer Nähe des Greifers Raum beanspruchende mechanische Dreheinrichtungen, zur Anpassung an die jeweilige Greifsituation, so dass das Greifen unter beengten Verhältnissen wie z.B. am Kistenrand, in der Ecke der Kiste oder bei eng zusammen liegenden Teilen sehr schwierig oder gar unmöglich wird. Konventionelle Zangengreifer benötigen zudem Raum beanspruchende mechanische Gelenke in unmittelbarer Nähe der Greifzangen, was das Greifen in den genannten Situationen zusätzlich erschwert. Die erforderlichen Dreheinrichtungen und Gelenke erhöhen zusätzlich die zu hantierende Masse und beeinträchtigen damit die Wendigkeit des Gesamtsystems.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine möglichst schlank aufgebaute Greifanordnung bereitzustellen, die auch dann noch funktioniert, wenn die Teile in solchen beengten Verhältnissen zu greifen sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Erfindungsgemäß bereitgestellt wird also eine Anordnung zum robotergeführten Greifen von ungeordnet in einem Behälter liegenden, zumindest teilweise rotationssymmetrischen Teilen, mit einer Stange, an deren Ende sich ein lineares Greifelement befindet, wobei die Stange und das lineare Greifelement in einem Winkel von ungefähr zwischen 5 und 60 Grad zueinander stehen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung stellt eine Greifanordnung extrem einfacher und schlanker Geometrie bereit, mit welcher eine große Klasse von Teilen in allen realistischen Lagen greifbar ist. Ein Vorteil liegt darin, dass die Orientierung des Greifelements um den Greifpunkt ohne zusätzliche Mechanik alleine durch Veränderung der Orientierung und axiale Drehung der Stange realisiert werden kann; dies wäre bei rechtwinkliger Anordnung nur unter Verlust eines Freiheitsgrads möglich. Es wird zusätzliche raumgreifende Mechanik am Greifer eingespart und es wird insbesondere ermöglicht, ein Teil, das nah am Kistenrand oder sonst in beengter Lage liegt, definiert zu greifen.
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Das lineare Greifelement kann einen linearen Magneten oder mehrere linear zueinander angeordnete Magnete aufweisen.
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Bei der Anordnung kann der Magnet oder zumindest einer der Magnete als Permanentmagnet ausgestaltet sein. Bei Verwendung von Permanentmagneten kann die Anordnung ohne Kabel und Schläuche am Greifer auskommen, was weiter der Vereinfachung und Verschlankung der Anordnung dient.
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Bei der Anordnung kann das lineare Greifelement eine lineare Anordnung von pneumatischen Saugern aufweisen.
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Bei der Anordnung kann der Winkel zwischen genau 5 und 60 Grad liegen. Dieser Winkelbereich hat sich als besonders geeignet herausgestellt, denn dann kommt der Roboterarm ohne Knicken, also nur durch Schwenken und Drehen der Stange an nahezu jede Stelle im Behälter heran.
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Der Winkel kann manuell einstellbar sein.
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Der Winkel kann aber auch ein fester Winkel sein.
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Es können aber auch zwei fest oder manuell vorgegebene Winkel über Endanschläge mittels eines Stellelements automatisch einstellbar sein, wobei sich ein aktiver Teil des Stellelements außerhalb des beim Greifen in den Behälter hineinragenden Bereichs der Stange befindet. Dann kann mit nur geringfügig größerem Raumbedarf des Greifers ein noch größeres Teilespektrum bzw. in noch mehr verschiedenen Teile-Konstellationen erfolgreich gegriffen werden.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
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1 typische zu greifende Teile,
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2 eine typische Konstellation von zu greifenden Teilen in einem Behälter,
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3 den Greifarm und
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4 eine Reihe typischer Greif-Konstellationen.
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1 zeigt zumindest teilweise rotationssymmetrische Teile 1, welche die erfindungsgemäße Anordnung zu greifen bestimmt ist. Darunter fallen beispielsweise Rohre, Bolzen, Rohlinge von Wellen, Getriebeglocken etc. Die Teile werden vorzugsweise entlang der Mantellinie eines rotationssymmetrischen Abschnitts gegriffen, ggf. also auch entlang der Mantellinie eines konischen Teils bzw. Abschnitts.
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2 zeigt eine typische Situation mit Teilen, die zur Vereinfachung der Darstellung als Zylinder gezeichnet sind. Die Kiste 2 ist gestrichelt dargestellt, zur Vereinfachung der Zeichnung sind die vordere und die hintere Seitenwand weggelassen.
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3 zeigt Greifarme 3, am roboterseitigen Ende vorzugsweise mit einem roboterseitigen Befestigungsflansch 4.
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3a zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik, bei welcher das Greifelement 20, und zwar ein oder mehrere pneumatischer Sauger, bzw. dessen Halterung 200 mit der Stange 10 fluchten, also einen Winkel von 0° bilden.
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Der erfindungsgemäße Greifarm gemäß 3b umfasst eine Stange 10, an deren Ende 15 sich ein lineares Greifelement 20 befindet. Das Greifelement 20 wird von einer Halterung 200 gehalten. Die Stange 10 und das lineare Greifelement 20 stehen in einem Winkel α von ca. 30° zueinander.
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Die Stange 10 ist drehbar um ihre Längsachse ausgestaltet, muss jedoch nicht knickbar sein.
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In 3b, c ist dargestellt, wie einfach durch Drehung der Stange 10 um 180° um ihre Längsachse sich der Winkel α effektiv auf 90° + α verändert, vorzugsweise realisiert durch eine der Roboterachsen. Es können also ohne Veränderung des Winkels α (und somit ohne Gelenk im Greifelement 20 selbst) Teile zweier z.B. um 90° verschiedener Orientierungen gegriffen werden.
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4 zeigt eine Reihe typischer Greif-Konstellationen zu der Situation gemäß 2, mit situationsabhängiger Drehung um die Stangen-Längsachse um 0° oder 180° entsprechend 3b, c. Der Roboter wird hierbei über ein nicht gezeichnetes Bildverarbeitungssystem angesteuert, das die Situation im Behälter in bekannter Weise erkennt; daraus werden entweder im Bildverarbeitungssystem selbst oder in der Robotersteuerung die Verfahrdaten einschließlich Drehung der Stange 10 um die Stangen-Längsachse abgeleitet. Wie aus den 4e, f erkennbar ist, kann – bei konstantem Winkel α – einfach durch Drehen der Stange 10 um 180° das Teil gemäß 4f gegriffen werden, welches um 90° gedreht liegt (im Vergleich zum Teil gemäß e).
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Der Winkel α ist vorzugsweise fest eingestellt, zumindest jeweils für eine bestimmte Werkstückklasse. Bei Chargenwechsel (also Wechsel der Werkzeugklasse) wird erforderlichenfalls ein anderer Winkel manuell eingestellt.
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Das Greifelement 20 umfasst beispielsweise eine lineare Anordnung von pneumatischen Saugern, vorzugsweise jedoch einen Magneten oder Magnete, die linear zueinander angeordnet sind. Magnete sind vorzugsweise als Permanentmagnete ausgestaltet, was die Anordnung stark vereinfacht (Wegfall von Schläuchen, Kabel, Schaltelementen). Anordnung und Zahl der Magnete des Greifelements 20 können von der Werkstückklasse abhängen. Für ein zuverlässiges Greifen wird das Greifelement 20 in etwa die gleiche Ausdehnung aufweisen wie die zu greifenden Werkstücke bzw. der verwendete Mantellinien-Abschnitt. Winkel α im Bereich zwischen ungefähr 5° und 60° haben sich als besonders geeignet für die Greifanordnung herausgestellt, denn auf diese Weise kann der Roboterarm ohne Knicken, also nur durch Schwenken und Drehen der Stange 10, an deren Ende 15 sich das Greifelement 20 befindet, an nahezu jede Stelle in einen Behälter herangefahren werden – je nach Werkstückgröße und Behälterdimensionen. Auf diese Weise entsteht ein einfacher, jedoch sehr wendiger Greifmechanismus, der aufgrund seiner Schlankheit kollisionslos auch an schlecht zugängliche Teile (etwa in Ecken oder nahe an einer Kistenwand) herangeführt werden kann.
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In allen Ausführungsformen der Erfindung können zusätzlich oder anstelle von Permanentmagneten Elektromagnete und/oder pneumatische Sauger verwendet werden. Zusätzlich oder anstelle von Magneten können je nach Material der Teile und sonstigen Anforderungen beispielsweise pneumatische Sauger eingesetzt werden, die am Greifelement 20 in Reihe angeordnet sind. Es könnten auch Permanentmagnete mit Erregerspulen zum Einsatz kommen; hierbei können sich auch bei Erregung das elektrisch erregte Feld und das des Permanentmagneten gegenseitig aufheben. Bei dieser Ausgestaltung werden die Teile durch die Permanentmagnete alleine angezogen, und elektrischer Strom wird nur zugeführt, um das Permanentmagnetfeld auszulöschen, wenn die Teile wieder abgelegt werden sollen. Dies verringert die Unfallgefahr in der Weise, dass bei Stromausfall ein vom Greifelement 20 aufgenommenes Teil nicht von alleine herabfallen kann.
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Auch mit einem immer gleichbleibenden Winkel α kann ein relativ großes Spektrum von Teilen gehandhabt werden. In besonderer Ausgestaltung ist der Winkel α zwar im Automatikbetrieb gleichbleibend, bei Chargenwechsel jedoch manuell einstellbar; dabei kann auch ggf. das Greifelement selbst ausgetauscht werden; so wird unter Beibehaltung der schlanken Mechanik ein noch größeres Teilespektrum handhabbar. In besonderer Ausgestaltung ist mit nach wie vor geringem zusätzlichem Platzbedarf am Greifer, unter Beibehaltung der schlanken Bauweise, der Winkel α auf zwei fest oder manuell vorgegebene Werte α1, α2 über Endanschläge mittels eines Stellelements automatisch einstellbar, z.B. betätigt über einen Seilzug, wobei das aktive Element (Motor, Stellmagnet, Pneumatikzylinder o.ä.) des Stellelements außerhalb des beim Greifen in die Kiste hineinragenden Bereichs der Stange 10 befindet, vorzugsweise am oberen Ende in der Nähe des Flansches 4. Bei einer derartigen Anordnung ist weiterhin gewährleistet, dass der Greifer an nahezu jede Stelle auch in einer engen Kiste kollisionslos hingefahren werden kann.
