-
Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung, insbesondere einen Zentrischgreifer, zum Erfassen, Bewegen und/oder Drehen achssymmetrischer Werkstücke oder Gegenstände, und ein Verfahren zur Betätigung eines Werkstücks.
-
Greifvorrichtungen dienen zum Betätigen von Werkstücken oder Gegenständen. Mittels solcher Greifvorrichtungen können Werkstücke z.B. gegriffen, gehalten, bewegt, transportiert und/oder positioniert werden. Bekannt sind u.a. so genannte Zentrischgreifer, die zum Betätigen von achssymmetrischen, vorzugsweise runden und/oder rohrförmigen, Werkstücken geeignet sind.
-
Es stellt sich das technische Problem, eine Greifvorrichtung, insbesondere einen Zentrischgreifer, und ein Verfahren zur Betätigung eines Werkstücks zu schaffen, die eine zuverlässige, sichere Betätigung des Werkstücks mit einer gewünschten Betätigungskraft ermöglichen, wobei ein Bauraumbedarf der Greifvorrichtung minimiert wird.
-
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Vorgeschlagen wird eine Greifvorrichtung, insbesondere ein Zentrischgreifer, zur Betätigung von vorzugsweise rotationssymmetrischen, insbesondere runden und/oder (hohl-)zylinderförmigen, Werkstücken oder Gegenständen. Die Greifvorrichtung kann hierbei z.B. als Endeffektor eines Roboters oder eines Portalsystems ausgebildet sein. Der Begriff ”Betätigung” umfasst hierbei z.B. einen Transport, ein Handling, eine Manipulation und/oder eine Positionierung des Werkstücks. Der Begriff „Betätigen“ umfasst prinzipbedingt auch das Zentrieren des Werkstücks. Durch eine Erfassung von Positionen der Greifelemente der Greifvorrichtung können außerdem Dimensionen des Werkstücks, z.B. ein Radius, bestimmt werden.
-
Es ist eine Grundidee der Erfindung, dass mindestens zwei, vorzugsweise vier, Greifelemente gleichzeitig und in vorzugsweise gleichem Maße durch eine einzige zentrale Antriebswelle angetrieben werden, um das Werkstück zu betätigen oder loszulassen.
-
Die Greifvorrichtung umfasst ein erstes Greifelement und mindestens ein weiteres Greifelement. Vorzugsweise umfasst die Greifvorrichtung ein erstes Greifelement, ein zweites Greifelement, ein drittes Greifelement und ein viertes Greifelement. Die Greifelemente können hierbei beispielsweise als Greifbacke oder Greiffinger ausgebildet sein.
-
Die Greifvorrichtung kann aber z.B. auch 6 oder 8 Greifelemente umfassen.
-
Weiter umfasst die Greifvorrichtung einen Aktor und eine zentrale Antriebswelle, wobei die Antriebswelle mittels des Aktors antreibbar ist. Der Aktor kann z.B. als elektromechanischer Aktor, vorzugsweise als Servomotor, ausgebildet sein. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Ausführungsformen des Aktors vorstellbar. Die zentrale Antriebswelle und der Aktor, z.B. eine Abtriebswelle des Aktors, können hierbei mechanisch über eine Kupplungsvorrichtung, beispielsweise miteinander wechselwirkende Zahnräder oder über einen Zahnriemen, gekoppelt sein. Auch kann die Abtriebswelle des Aktors die zentralen Antriebswelle ausbilden oder direkt mit dieser mechanisch starr gekoppelt sein. Der Aktor kann die zentrale Antriebswelle in einer ersten Drehrichtung und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung antreiben.
-
Weiter ist die Antriebswelle derart mit den Greifelementen mechanisch gekoppelt, dass bei einer Rotation der Antriebswelle in die erste Drehrichtung die Greifelemente auf ein gemeinsames Zentrum hin und bei einer Rotation der Antriebswelle entgegen der ersten Drehrichtung von dem gemeinsamen Zentrum weg bewegbar sind.
-
Hierbei können die Greifelemente synchron, also zeitgleich, bewegbar sein. Auch können die Greifelemente im gleichen Maße, d.h. bewegungsgleich, bewegt werden. Bewegungsgleich bedeutet hierbei, dass die Greifelemente bei einer Rotation der Antriebswelle jeweils den gleichen Weg zurücklegen. Die Greifelemente können hierbei in jeder Position der Greifelemente mit gleichen Abstand zum gemeinsamen Zentrum beabstandet sein. Die Greifelemente können gleichmäßig entlang eines Umfangs eines Kreises um das gemeinsame Zentrum herum angeordnet sein. Umfasst die Greifvorrichtung beispielsweise vier Greifelemente, so können diese Greifelemente entlang eines Umfangs eines Kreises um das gemeinsame Zentrum herum mit einem Winkelversatz von jeweils 90° zueinander angeordnet sein.
-
Vorzugsweise sind die Greifelemente jeweils mit einer Linearbewegung auf das Zentrum hin und von dem Zentrum weg bewegbar. Hierfür kann die Greifvorrichtung mindestens eine Kopplungsvorrichtung umfassen, die die Rotationsbewegung der zentralen Antriebswelle in eine Linearbewegung der Greifelemente umformt.
-
Beispielsweise können das erste Greifelement und das zweite Greifelement mit einer Linearbewegung in einer Längsrichtung (X-Richtung) von gegenüberliegenden Seiten auf das Zentrum hin und von dem Zentrum weg bewegbar sein. Umfasst die Greifvorrichtung vier Greifelemente, so können das dritte und das vierte Greifelement mit einer Linearbewegung in einer Querrichtung (Y-Richtung) von gegenüberliegenden Seiten auf das Zentrum hin und von dem Zentrum weg bewegbar sein. Die Längsrichtung und die Querrichtung liegen hierbei in einer Ebene und sind um 90° gegeneinander versetzt. Vorzugsweise verläuft in diesem Fall eine Rotationsachse der zentralen Antriebswelle in einer Vertikalrichtung (Z-Richtung), die senkrecht zur Quer- und Längsrichtung orientiert ist. Ein Ursprung des somit definierten kartesischen Koordinatensystems kann beispielsweise in dem vorhergehend erläuterten gemeinsamen Zentrum liegen.
-
Das erste Greifelement und das zweite Greifelement können ein erstes Greifelementenpaar ausbilden. Weiter können das dritte und das vierte Greifelement ein zweites Greifelementenpaar ausbilden.
-
Der Aktor kann hierbei ein positionsgesteuerter Aktor sein. Hierzu kann die Vorrichtung Mittel zur Positionserfassung, beispielsweise einen Positionssensor, umfassen. Ein solcher Positionssensor kann beispielsweise eine absolute Position mindestens eines Greifelements erfassen. Vorzugsweise erfasst der Positionssensor jedoch ausschließlich eine Lage- oder Winkeländerung oder eine Winkelposition der zentralen Antriebswelle bzw. der Abtriebswelle des Aktors. Sind mechanische Übersetzungsverhältnisse der Greifvorrichtung bekannt, kann hierdurch in Abhängigkeit des Winkels/der Winkeländerung der Antriebswelle bzw. Abtriebswelle auch eine Lage/Lageänderung der Greifelemente bestimmt werden.
-
Die vorgeschlagene Greifvorrichtung ermöglicht hierbei in vorteilhafter Weise, dass mindestens zwei, insbesondere vier oder mehr, Greifelemente gleichzeitig durch einen Aktor mittels einer zentralen Antriebswelle angetrieben werden können, um z.B. ein Werkstück zu betätigen. Die Greifvorrichtung kann hierbei als Außen- oder Innengreifer verwendet werden. Durch eine geeignete Dimensionierung des Aktors und der Übersetzungsverhältnisse zwischen der Abtriebswelle des Aktors und den Greifelementen kann eine gewünschte Greifkraft oder Betätigungskraft durch die Greifvorrichtung bereitgestellt werden. Insbesondere ergibt sich vorteilhaft, dass ein Bauraum der vorgeschlagenen Greifvorrichtung und eine Anzahl der benötigten Bauelemente gering gehalten werden kann, da alle Greifelemente durch nur eine einzige zentrale Antriebsachse antreibbar sind.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebswelle einen ersten Kopplungsabschnitt und einen zweiten Kopplungsabschnitt auf. Der zweite Kopplungsabschnitt ist hierbei entlang der Antriebswelle vom ersten Kopplungsabschnitt versetzt angeordnet, beispielsweise mit einem vorbestimmten Abstand. Weiter ist über den oder mittels des ersten Kopplungsabschnitt(s) mindestens ein Greifelement, beispielsweise das erste Greifelement, bewegbar. Über den oder mittels des weiteren Kopplungsabschnitt(s) ist mindestens ein weiteres Greifelement bewegbar.
-
Selbstverständlich ist vorstellbar, dass die Antriebswelle weitere Kopplungsabschnitte aufweist, wobei über einen solchen Kopplungsabschnitt jeweils mindestens ein weiteres Greifelement bewegbar ist.
-
Vorzugsweise können über einen Kopplungsabschnitt jedoch zwei oder mehr Greifelemente bewegt werden. Umfasst die Greifvorrichtung z.B. vier Greifelemente, so können beispielsweise das erste Greifelement und das zweite Greifelement über den ersten Kopplungsabschnitt und das dritte und das vierte Greifelement über den zweiten Kopplungsabschnitt synchron bewegt werden. Selbstverständlich können weitere Kopplungsabschnitte vorgesehen sein, über die beispielsweise weitere Greifelementenpaare bewegt werden.
-
Die Kopplungsabschnitte bilden hierbei einen Teil einer mechanischen Kopplung der Antriebswelle mit den Greifelementen aus, die die Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Linearbewegung der Greifelemente umformt. So kann die Greifvorrichtung korrespondierende, greiferseitige Kopplungsgegenelemente umfassen, die mit den Kopplungsabschnitten wechselwirken und an denen die Greifelemente befestigt sind. Durch den räumlichen Versatz der Kopplungsabschnitte zueinander können auch diese Kopplungsgegenelemente räumlich versetzt zueinander in einer Richtung parallel zur zentralen Antriebswelle angeordnet werden, wodurch sich insbesondere ein Bauraumbedarf in einer zur zentralen Rotationsachse senkrechten Richtung reduziert.
-
Die Kopplungsabschnitte können hierbei direkt aneinander anliegen oder mit einem vorbestimmten Abstand voneinander entlang der Antriebswelle beabstandet sein. Beispielsweise können die Kopplungsabschnitte als untere und obere Hälfte eines gemeinsamen Ritzels ausgebildet sein, welches drehfest an der Antriebswelle befestigt ist.
-
Durch den räumlichen Versatz der Kopplungsabschnitte entlang der zentralen Antriebswelle ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders platzsparende Realisierung der Greifvorrichtung.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Kopplungsabschnitt einen ersten Ritzelabschnitt und der zweite Kopplungsabschnitt einen zweiten Ritzelabschnitt. Die Ritzelabschnitte können hierbei Abschnitte eines ersten und eines zweiten Ritzels sein oder vorzugsweise als erstes und zweites Ritzel ausgebildet sein, wobei das erste und das zweite Ritzel separate Bauteile sind. Auch ist aber vorstellbar, dass die Ritzelabschnitte Abschnitte eines einzigen Ritzels sind.
-
Der erste Ritzelabschnitt wechselwirkt mit einer ersten Zahnstange und mit einer zweiten Zahnstange. Hierbei ist das erste Greifelement mit der ersten Zahnstange und ein zweites Greifelement mit der zweiten Zahnstange mechanisch verbunden. Weiter wechselwirkt der zweite Ritzelabschnitt mit einer dritten Zahnstange und mit einer vierten Zahnstange, wobei ein drittes Greifelement mit der dritten Zahnstange und ein viertes Greifelement mit der vierten Zahnstange mechanisch verbunden ist. In diesem Fall umfasst die Greifvorrichtung also vier Greifelemente, wobei jeweils zwei Greifelemente durch einen Ritzelabschnitt angetrieben werden.
-
Selbstverständlich können weitere Ritzelabschnitte, insbesondere ein drittes und ein viertes Ritzel, entlang der Antriebswelle angeordnet sein, die jeweils mit zwei Zahnstangen wechselwirken, wobei mit einer Zahnstange jeweils ein Greifelement mechanisch verbunden ist. In dieser Art lässt sich eine Greifvorrichtung mit 6 oder 8 Greifelementen realisieren.
-
Die Ritzel-Zahnstangen-Anordnung stellt hierbei eine Kopplungsvorrichtung zur Umformung der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine Linearbewegung eines Greifelements dar. Hierbei greifen Zähne der Ritzel in Zahnzwischenräume der Zahnstange, wodurch die Zahnstange bei Rotation des Ritzels mit einer Linearbewegung bewegt wird.
-
Bezogen auf die Rotationsachse können die erste und die zweite Zahnstange bzw. die dritte und die vierte Zahnstange auf gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Ritzelabschnitts bzw. der zentralen Antriebswelle angeordnet sein. Somit kann eine Bewegung der ersten Zahnstange parallel zu einer Bewegung der zweiten Zahnstange erfolgen, wobei sich die erste Zahnstange und die zweite Zahnstange in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Entsprechend kann eine Bewegung der dritten Zahnstange parallel zu einer Bewegung der vierten Zahnstange erfolgen, wobei sich die dritte Zahnstange und die vierte Zahnstange in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
-
In diesem Fall bewegen sich also die erste und die zweite Zahnstange, wie auch das erste und das zweite Greifelement, in der vorhergehend erläuterten Längsrichtung, wobei sich die dritte und die vierte Zahnstange, wie auch das dritte und das vierte Greifelement, in der vorhergehend erläuterten Querrichtung bewegen.
-
Durch die vorgeschlagene Ritzel-Zahnstangen-Anordnungen, die räumlich versetzt zueinander entlang der Antriebswelle angeordnet sind, ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach zu realisierende Umformung der Rotationsbewegung der Antriebswelle in die Linearbewegung der Greifelemente.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Greifvorrichtung mindestens ein Führungselement für mindestens ein Greifelement, wobei das mindestens eine Greifelement mittels des Führungselements mit einer vorbestimmten Bewegung führbar ist. Vorzugsweise ist das mindestens eine Greifelement mittels des Führungselements mit einer Linearbewegung führbar. Es ist jedoch auch eine Bewegungsführung mit einer beliebigen Trajektorie vorstellbar.
-
Insbesondere kann das Führungselement als Linearführung ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Linearführung eine Lineargleitführung, eine Linearwälzführung oder eine Linearlaufrollenführung sein.
-
Insbesondere kann das Führungselement die Bewegung der vorhergehend erläuterten Zahnstangen führen. Hierzu kann beispielsweise an jeder Zahnstange eine Führungsschiene befestigt sein, die in einem Schlitten eines Schiene-Schlitten-Systems linear geführt wird. Der Schlitten kann hierbei ortsfest an einer Halteplatte befestigt sein. Sind die Greifelemente mechanisch starr mit den jeweiligen Zahnstangen verbunden, so ergibt sich hierdurch, dass auch die Greifelemente mit der Linearbewegung geführt werden.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein gewünschtes Bewegungsprofil der Greifelemente gewährleistet wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Greifvorrichtung eine Bremsvorrichtung, wobei mittels der Bremsvorrichtung die Antriebswelle bremsbar ist. Die Bremsvorrichtung kann hierbei derart angeordnet sein, dass eine reibschlüssige Verbindung eines Bremselements, beispielsweise einer Bremsbacke, mit einem Abschnitt der Antriebswelle herstellbar ist. Die Bremsvorrichtung kann hierbei eine Feststellbremse sein. In diesem Fall kann ein dynamisches Bremsen der Antriebswelle durch den Aktor, insbesondere den Servomotor, erfolgen.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch eine einzige Bremsvorrichtung alle Greifelemente gleichzeitig und mit gleicher Bremskraft gebremst werden können und somit eine Bewegung aller Greifelemente gleichzeitig verhindert wird. Durch die Bremsvorrichtung ergibt sich in vorteilhafter Weise auch eine Greifkraftsicherung, da Antriebswelle beispielsweise dann gebremst werden kann, wenn ein Werkstück durch die Greifelemente z.B. mit einer vorbestimmten Greifkraft gegriffen wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine Greifsicherheit der Greifvorrichtung erhöht.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist die Bremsvorrichtung eine stromlos geschlossene Bremsvorrichtung. Dies bedeutet, dass die Bremsvorrichtung die Antriebswelle bremst, falls die Bremsvorrichtung nicht mit elektrischer Energie versorgt wird. Wird also die elektrische Energieversorgung der Bremsvorrichtung unterbrochen, so werden alle vier Greifelemente gebremst und somit deren Bewegung verhindert.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass bei einem Ausfall der Energieversorgung die Greifelemente automatisch gebremst werden, wodurch ein z.B. gehaltenes Werkstück weiterhin, insbesondere mit einer gewünschten Betätigungs- oder Greifkraft, gehalten oder gegriffen werden kann.
-
Vorzugsweise weisen der Aktor und die Bremsvorrichtung eine gemeinsame Energieversorgung auf. Wird die Energieversorgung des Aktors unterbrochen, so werden die Greifelemente automatisch gebremst. So können beispielsweise eine Leistungsstufe des Aktors und die Bremsvorrichtung gemeinsam an ein externes elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen sein.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine weitere Erhöhung der Greifsicherheit der vorgeschlagenen Greifvorrichtung.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Greifvorrichtung eine Indizierungsvorrichtung, wobei mittels der Indizierungsvorrichtung eine Referenzposition mindestens eines Greifelements detektierbar ist.
-
Beispielsweise kann mittels der Indizierungsvorrichtung eine Referenzposition mindestens einer Zahnstange erfasst werden, wobei das Greifelement an der Zahnstange befestigt ist. Umfasst die Greifvorrichtung, insbesondere der Aktor, einen Positionssensor, der, wie vorhergehend erläutert, eine Lage- oder Winkeländerung erfassen kann, so kann in Abhängigkeit einer detektierten Referenzposition eine absolute Winkelposition der Antriebswelle und somit eine absolute Position eines Greifelements bestimmt werden.
-
Die Indizierungsvorrichtung kann beispielsweise als induktiver Sensor ausgebildet sein. Die Indizierungsvorrichtung kann hierbei beispielsweise ein erstes Ausgangssignal erzeugen, wenn sich das Greifelement bzw. die Zahnstange in einem Erfassungsbereich der Indizierungsvorrichtung und somit in der Referenzposition befindet. Befindet sich das Greifelement bzw. die Zahnstange nicht in der Referenzposition, so kann die Indizierungsvorrichtung ein zweites Ausgangssignal, welches von dem ersten Ausgangssignal verschieden ist, erzeugen.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Positionsregelung mit absoluten Positionswerten der Greifvorrichtung möglich ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine mechanische Verbindung mindestens eines der Greifelemente mit der Antriebswelle ein Verkröpfungselement. Beispielsweise kann eine mechanische Verbindung des ersten Greifelements mit der Antriebswelle ein erstes Verkröpfungselement umfassen, wobei eine mechanische Verbindung des zweiten Greifelements mit der Antriebswelle ein zweites Verkröpfungselement umfasst. Z.B. kann das vorhergehend erläuterte Kopplungsgegenelement, das beispielsweise als Zahnstange ausgeführt ist, über das erste Verkröpfungselement mit dem ersten Greifelement verbunden sein. Entsprechend kann das zweite Kopplungsgegenelement, das beispielsweise ebenfalls als Zahnstange ausgeführt ist, über das zweite Verkröpfungselement mit dem zweiten Greifelement verbunden sein.
-
Ein Verkröpfungselement dient hierbei zur Halterung und Ausrichtung des Greifelements. Insbesondere dient das Verkröpfungselement jedoch zur Herumführung der mechanischen Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Greifelement um weitere Bauteile der Greifvorrichtung, insbesondere um Elemente der mechanischen Verbindung zwischen der Antriebswelle und beispielsweise dem dritten bzw. dem vierten Greifelement.
-
Ein Verkröpfungselement kann hierbei z.B. ein U-förmiges Profil in einem Querschnitt aufweisen, wobei eine Querschnittsebene senkrecht zur vorhergehend erläuterten Längsrichtung orientiert ist, in der sich das erste und das zweite Greifelement bewegen. In dem von dem U-Profil umfassten Innenvolumen können hierbei weitere Bauteile der Greifvorrichtung, insbesondere die dritte und die vierte Zahnstange sowie Verbindungselemente der dritten bzw. vierten Zahnstange mit dem dritten bzw. dem vierten Greifelement, angeordnet werden.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine besonders bauraumsparende Ausbildung der vorgeschlagenen Greifvorrichtung.
-
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Greifvorrichtung mindestens eine Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft mindestens eines Greifelements.
-
Die Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft kann beispielsweise ein Kraftsensor sein. Der Kraftsensor kann beispielsweise als Dehnungsmessstreifen ausgeführt sein. Hierbei kann die Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft in einer mechanischen Verbindungsstrecke zwischen einem Greifelement und der Antriebswelle angeordnet werden. Beispielsweise kann die Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft auf, an oder in einem der vorhergehend erläuterten Verkröpfungselemente angeordnet sein. Selbstverständlich ist auch vorstellbar, eine Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft direkt auf, an oder im Greifelement anzuordnen.
-
Weiter ist vorstellbar, die Einrichtung zur Erfassung einer Betätigungskraft als Stromsensor des Aktors auszubilden, wobei der Stromsensor einen Motorstrom des Aktors, der vorzugsweise als Servomotor ausgebildet ist, erfasst. Hierbei kann in Abhängigkeit des Motorstroms ein Abtriebsmoment des Aktors bestimmt werden. Sind die Übersetzungsverhältnisse der mechanischen Verbindungsstrecke zwischen der Abtriebswelle des Aktors und dem/den Greifelement(en) bekannt, so kann in Abhängigkeit des Motorstroms auch die Greifkraft bestimmt werden.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die vorgeschlagene Greifvorrichtung kraftgeregelt betrieben werden kann.
-
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Betätigung eines Werkstücks mittels einer der vorhergehend beschriebenen Greifvorrichtungen. Hierbei wird ein Aktor derart gesteuert, dass er eine zentrale Antriebswelle in eine erste Drehrichtung oder in eine zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung antreibt. Bei einer Rotation der Antriebswelle in der ersten Drehrichtung bewegen sich ein erstes Greifelement und mindestens ein weiteres Greifelement auf ein gemeinsames Zentrum hin und bei einer Rotation der Antriebswelle entgegen der ersten Drehrichtung bewegen sich die Greifelemente von dem gemeinsamen Zentrum weg.
-
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine sichere und zuverlässige, insbesondere mit einer vorbestimmten Betätigungskraft ausführbare, Betätigung eines Werkstücks.
-
Insbesondere ist die vorhergehend vorgeschlagene Vorrichtung zur Betätigung von Glasphiolen geeignet, wobei eine Betätigungskraft eine vorbestimmte geringe Betätigungskraft nicht überschreiten darf, die Glasphiole jedoch trotzdem sicher gehaltert werden muss.
-
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Greifvorrichtung,
-
2 eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Greifvorrichtung,
-
3 eine weitere perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Greifvorrichtung und
-
4 eine Greifvorrichtung mit geschlossenem Gehäuse.
-
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
-
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer vorgeschlagenen Greifvorrichtung 1 dargestellt. Die Greifvorrichtung 1 umfasst einen ersten Greiffinger 2, einen zweiten Greiffinger 3, einen dritten Greiffinger 4 und einen vierten Greiffinger 5.
-
Weiter umfasst die Greifvorrichtung 1 einen Servomotor 6, der auf einer Flanschplatte 7 befestigt ist. Die Flanschplatte 7 dient hierbei zur Befestigung der Greifvorrichtung 1 z.B. an einem Roboter oder einem Portalsystem. Hierzu kann die Flanschplatte 7 geeignete Befestigungselemente aufweisen. Der Servomotor 6 umfasst einen Getriebeabschnitt 8, einen Motorabschnitt 9 und einen Steuerabschnitt 10. In dem Steuerabschnitt 10 ist eine Steuereinrichtung, z.B. ein Controller, zur Steuerung des Servomotors 6 angeordnet. In einem Gehäuse 11 auf der Flanschplatte 7 ist eine Ritzel-Verspann-Einrichtung angeordnet, mittels derer die nicht dargestellte Abtriebswelle des Servomotors 6 mit einem Antriebsritzel 12 verspannt ist. Das Antriebsritzel 12 ist an einer zentralen Antriebswelle 13 drehfest befestigt. Somit kann der Servomotor 6 die zentrale Antriebswelle 13 in einer ersten Drehrichtung und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung antreiben. Die erste Drehrichtung wird hierbei als im mathematischen Sinne negative Drehrichtung um eine zentrale Rotationsachse der Antriebswelle bezeichnet.
-
Weiter dargestellt ist ein kartesisches Koordinatensystem, dessen Ursprung O in einem gemeinsamen Zentrum der Greiffinger 2, 3, 4, 5 liegt. Eine Vertikalrichtung Z entspricht hierbei der vorhergehend erläuterten zentralen Rotationsachse der zentralen Antriebswelle 13. Weiter dargestellt ist eine Längsrichtung X und eine Querrichtung Y.
-
Der erste Greiffinger 2 und der zweite Greiffinger 3 ist jeweils mit einer Linearbewegung in oder entgegen der Längsrichtung X bewegbar, wobei der dritte und der vierte Greiffinger 4, 5 jeweils mit einer Linearbewegung in oder entgegen der Querrichtung Y bewegbar ist.
-
Die zentrale Antriebswelle 13 ist hierbei drehbar auf der Flanschplatte 7 gelagert. Entlang der Vertikalrichtung Z erstreckt sich die zentrale Antriebswelle durch eine erste Halteplatte 14 und eine zweite Halteplatte 15, die hierfür geeignete Öffnungen aufweisen. Hierbei ist die erste Halteplatte 14 entlang der Vertikalrichtung Z mit einem vorbestimmten Abstand von der Flanschplatte 7 und mit einem weiteren vorbestimmten Abstand von der zweiten Halteplatte 15 beabstandet angeordnet, wobei alle drei Platten 7, 14, 15 parallel zueinander verlaufen. Hierbei ist dargestellt, dass sich der Servomotor 6 ebenfalls durch Öffnungen der ersten Halteplatte 14 und der zweiten Halteplatte 15 erstreckt.
-
Weiter dargestellt ist ein zweites Ritzel 16, welches an einem in Vertikalrichtung Z hinteren Ende der zentralen Antriebswelle 13 befestigt ist. Das zweite Ritzel 16 wechselwirkt mit einer dritten Zahnstange 17 und einer vierten Zahnstange 18. Hierbei sind die dritte und die vierte Zahnstange 17, 18 in Bezug auf die zentrale Rotationsachse der Antriebswelle 13 auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebswelle 13 angeordnet, wobei sich die dritte und die vierte Zahnstange 17, 18 bei einer Rotation der zentralen Antriebswelle 13 parallel zueinander, jedoch in entgegengesetzten Richtungen bewegen. Der dritte Greiffinger 4 ist über ein drittes Halteelement 19 mit der dritten Zahnstange 17 mechanisch starr verbunden. Das dritte Halteelement 19 dient hierbei zum Halten und Ausrichten des dritten Greiffingers 4. Hierbei ist dargestellt, dass das dritte Halteelement 19 in einer Schnittebene senkrecht zur Vertikalrichtung Z ein im Wesentlichen L-förmiges oder gebogenes Profil aufweist. Durch einen ersten Schenkel des L-förmigen Profils, der parallel zur Querrichtung Y verläuft, kann hierbei ein gewünschter Versatz des dritten Greiffingers 4 entgegen der Querrichtung Y zur zentralen Rotationsachse der Antriebswelle 13 hergestellt werden. Durch einen zweiten Schenkel des L-förmigen Profils, der parallel zur Längsrichtung X verläuft, kann ein gewünschter Versatz des dritten Greiffingers 4 zur zentralen Rotationsachse in Längsrichtung X hergestellt werden. Weiter dargestellt ist, dass das dritte Halteelement 17 einen oder mehrere Abstufungen oder Versätze in Vertikalrichtung Z entlang des im Wesentlichen L-förmigen Profils aufweist. Hierdurch kann ein freies Ende des dritten Greiffingers 4 an einer gewünschten vertikalen Position in Vertikalrichtung Z angeordnet werden.
-
Entsprechend ist der vierte Greiffinger 5 über ein viertes Halteelement 20 mechanisch starr mit der vierten Zahnstange 18 verbunden. Auch dieses vierte Halteelement 20 weist in einer Querschnittsebene senkrecht zur Vertikalrichtung Z ein im Wesentlichen L-förmiges oder gebogenes Profil auf. Durch einen ersten Schenkel des L-förmigen Profils, der parallel zur Querrichtung Y verläuft, kann ein vorbestimmter Versatz des vierten Greiffingers 5 in Querrichtung Y von der zentralen Rotationsachse 13 hergestellt werden. Durch einen zweiten Schenkel, der parallel zur Längsrichtung X verläuft, kann ein vorbestimmter Versatz des vierten Greiffingers 5 von der zentralen Rotationsachse entgegen der Längsrichtung X hergestellt werden. Weiter weist auch das vierte Halteelement 20 ein oder mehrere Abstufungen oder Versätze in Vertikalrichtung Z auf, um ein Ende des vierten Greiffingers 5 an einer gewünschten Vertikalposition in Vertikalrichtung Z anzuordnen.
-
Das dritte und das vierte Halteelement 19, 20 können auch als drittes und viertes Verkröpfungselement bezeichnet werden.
-
In 1 ist dargestellt, dass, wenn der Servomotor 6 die Antriebswelle 13 in der ersten Drehrichtung antreibt, sich der dritte Greiffinger 4 in der Querrichtung Y zu dem Koordinatenursprung O, also dem gemeinsamen Zentrum, hin bewegt. Synchron bewegt sich der vierte Greiffinger 5 bei einer Rotation der Antriebswelle 13 in der ersten Drehrichtung entgegen der Querrichtung Y zu dem Koordinatenursprung O um den gleichen Weg hin (Schließen). Bei einer Rotation der Antriebswelle 13 entgegen der ersten Drehrichtung bewegen sich der dritte Greiffinger 4 entgegen der Querrichtung Y und der vierte Greiffinger 5 in der Querrichtung Y von dem Koordinatenursprung O weg (Öffnen).
-
Weiter dargestellt ist ein erstes Verkröpfungselement 21, wobei der erste Greiffinger 2 mittels des ersten Verkröpfungselements 21 mit einer in 2 dargestellten ersten Zahnstange 22 mechanisch starr verbunden ist. Ebenfalls dargestellt ist ein zweites Verkröpfungselement 23, wobei der zweite Greiffinger 3 mittels des zweiten Verkröpfungselements 23 mit einer zweiten Zahnstange 24 (siehe 2) mechanisch starr verbunden ist. Die Verkröpfungselemente 21, 23 dienen hierbei zur Halterung und Ausrichtung des ersten und des zweiten Greiffingers 2, 3. Wie insbesondere in 2 ersichtlich, dienen die Verkröpfungselemente 21, 23 auch der Herumführung der mechanischen Verbindung der Greiffinger 2, 3 mit den jeweiligen Zahnstangen 22, 24 um die zweite Halteplatte 15 sowie die dritte und vierte Zahnstange 17, 18 und das dritte und das vierte Halteelement 19, 20. Dies wird nachfolgend in Bezug auf 2 näher erläutert.
-
In 1 ist weiter dargestellt, dass die erste und die zweite Halteplatte 14, 15 jeweils an einer zur Querrichtung Y parallel verlaufenden Seite nutförmige Ausnehmungen 25 aufweisen. Diese nutförmigen Ausnehmungen 25 dienen zur Führung eines Flachbandkabels 26, durch welches Steuersignale und eine elektrische Energieversorgung für die Steuereinrichtung des Servomotors 6 geleitet wird. Weiter kann durch das Flachbandkabel 26 eine Energieversorgung des Servomotors 6, insbesondere des Motorabschnitts 8, erfolgen.
-
Weiter dargestellt ist eine Haltevorrichtung 27, die in einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung X ein U-förmiges Profil aufweist, wobei eine Grundseite des U-förmigen Profils ebenfalls eine nutförmige Ausnehmung 25 zur Führung des Flachbandkabels 26 aufweist. Die Haltevorrichtung 27 dient zur Halterung z.B. einer Platine, die zur Leistungs- und Signalverteilung zwischen Elementen der Greifvorrichtung 1 dient. Beispielsweise kann die Platine durch ein weiteres, nicht dargestelltes Flachbandkabel kontaktiert werden, welches die Übertragung von Steuersignalen und eine elektrische Energieversorgung von außerhalb, z.B. von einem Schaltschrank, gewährleistet. Das weitere Flachbandkabel kann hierbei eine Leitung zur Energieversorgung sowohl des Servomotors 6 als auch einer Bremsvorrichtung 30 umfassen, die auf der Platine aufgeteilt wird und dann zu den entsprechenden Bauteilen geführt wird. Auch kann das weitere Flachbandkabel eine weitere Leitung zur Energieversorgung der Steuereinrichtung des Servomotors umfassen. Weiter kann das weitere Flachbandkabel eine Signalleitung umfassen, durch welches Steuersignale zur Steuereinrichtung des Servomotors 6 geleitet werden können.
-
Somit erfolgt die elektrische Energieversorgung der in 2 dargestellten Bremsvorrichtung 30 aus derselben Energiequelle und über dieselbe Leitung wie die Energieversorgung des Servomotors 6. Die elektrische Energieversorgung der Steuereinrichtung, die in dem Steuerabschnitt 10 des Servomotors 6 angeordnet ist, erfolgt jedoch hiervon unabhängig. Fällt die elektrische Energieversorgung für den Servomotor 6 aus, so bremst, wie vorhergehend erläutert, die Bremsvorrichtung 30 automatisch die Antriebswelle 13, sodass keine Bewegung der Greiffinger 2, 3, 4, 5 mehr erfolgen kann. Hierbei kann jedoch die Energieversorgung für die Steuereinrichtung weiter hergestellt sein, wodurch in vorteilhafter Weise kein Verlust von Positionsinformationen erfolgt. Wird die Energieversorgung für den Servomotor 6 und die Bremsvorrichtung 30 wieder hergestellt, so kann die Betätigung z.B. eines Werkstückes problemlos fortgesetzt werden. Die Energieversorgungen können hierbei beispielsweise durch jeweils 24 V Versorgungsspannung bereitgestellt werden.
-
Weiter dargestellt ist, dass die zweite Halteplatte 15 an Seiten, die parallel zur Längsrichtung X verlaufen, nutförmige Ausnehmungen 28 aufweist. Hierbei erstrecken sich Grundschenkel 29 der Verkröpfungselemente 21, 23 in Vertikalrichtung Z durch diese nutförmigen Ausnehmungen 28. Die nutförmigen Ausnehmungen 28 bilden somit mechanische Anschläge für die Verkröpfungselemente 21, 23 aus, wodurch eine Bewegung der Verkröpfungselemente 21, 23 in oder entgegen der Längsrichtung X und somit auch eine Bewegung des ersten und des zweiten Greiffingers 2, 3 in oder entgegen der Längsrichtung X begrenzt wird.
-
In 2 ist eine Seitenansicht der in 1 dargestellten Greifvorrichtung 1 dargestellt. Hierbei ist eine Bremsvorrichtung 30 dargestellt, wobei mittels der Bremsvorrichtung 30 die zentrale Antriebswelle 13 bremsbar ist. Die Bremsvorrichtung 30 kann beispielsweise als stromlos geschlossene Magnetbremse ausgeführt sein, wobei in einem stromlosen Zustand ein Reibschluss zwischen Bremsbacken der Magnetbremse und der zentralen Antriebswelle 13 hergestellt ist. In diesem gebremsten Zustand kann die zentrale Antriebswelle 13 keine Drehbewegung ausführen. Somit können auch die Greiffinger 2, 3, 4, 5 keine Linearbewegung ausführen. Hierbei ist dargestellt, dass die Bremsvorrichtung 30 an der ersten Halteplatte 14 mechanisch befestigt ist. Auch die in Bezug auf 1 bereits erläuterte Haltevorrichtung 25 ist an der ersten Halteplatte 14 befestigt. Hierbei ist die Bremsvorrichtung 30 und die Haltevorrichtung 25 in einem Zwischenraum zwischen der Flanschplatte 7 und der ersten Halteplatte 14 angeordnet.
-
Weiter dargestellt ist ein erstes Ritzel 31, welches in Vertikalrichtung Z entlang der Antriebswelle 13 mit einem vorbestimmten Abstand vor dem zweiten Ritzel 16 (siehe 1) angeordnet ist. Das erste Ritzel 31 wechselwirkt hierbei mit der ersten Zahnstange 22 und der zweiten Zahnstange 24. Die erste und die zweite Zahnstange 22, 24 sind hierbei in Bezug auf die zentrale Rotationsachse auf gegenüberliegenden Seiten der zentralen Antriebswelle 13 angeordnet. Hierbei führen die Zahnstangen 22, 24 bei einer Rotation der zentralen Antriebswelle 13 jeweils eine Linearbewegung aus, wobei sich die Zahnstangen 22, 24 parallel zueinander, jedoch in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Treibt der Servomotor 6 die zentrale Antriebswelle 13 mit der ersten Drehrichtung an, so bewegt sich die erste Zahnstange 22 und somit auch der erste Greiffinger 2 mit einer Linearbewegung in der Längsrichtung X (siehe 1) zu dem Koordinatenursprung O hin. Gleichzeitig bewegt sich die zweite Zahnstange 24, und somit auch der zweite Greiffinger 3, mit einer Linearbewegung entgegen der Längsrichtung X zu dem Koordinatenursprung O hin (Schließen). Bei einer Rotation der Antriebswelle 13 entgegen der ersten Drehrichtung bewegt sich die erste Zahnstange 22, und somit auch der erste Greiffinger 2, entgegen der Längsrichtung X und die zweite Zahnstange 24, und somit auch der zweite Greiffinger 3, in der Längsrichtung X von dem Koordinatenursprung O weg (Öffnen).
-
An der ersten Zahnstange 22 ist eine Führungsschiene 32 befestigt, die in einem Schlitten 33 linear geführt wird. Der Schlitten 33 ist hierbei ortsfest auf einer Positionierplatte 34 befestigt, wobei die Positionierplatte 34 an der zweiten Halteplatte 15 befestigt ist. Entsprechend ist an der zweiten Zahnstange 24 eine Führungsschiene 35 befestigt, die in einem Schlitten 36 linear geführt wird. Auch dieser Schlitten 36 ist auf der Positionierplatte 34 befestigt.
-
Die Positionierplatte 34 weist hierbei Ausnehmungen auf, die eine exakte und vorbestimmte Positionierung und Befestigung der Schlitten 33, 36 ermöglichen. Hierdurch kann eine Positioniergenauigkeit der Greifvorrichtung 1 gewährleistet werden.
-
Ebenfalls dargestellt ist, dass an der dritten Zahnstange 17 eine Führungsschiene 38 und an der vierten Zahnstange 18 eine Führungsschiene 37 befestigt ist. Die Führungsschiene 37 der vierten Zahnstange 18 wird hierbei durch einen Schlitten 39 linear geführt. Nicht dargestellt ist ein weiterer Schlitten, in welchem die Führungsschiene 38 der dritten Zahnstange 19 linear geführt wird. Der Schlitten 39 ist hierbei ortsfest auf einer weiteren Positionierplatte 44 befestigt, wobei die weitere Positionierplatte 44 wiederum an der zweiten Halteplatte 15 befestigt ist. Auch die weitere Positionierplatte 44 weist Ausnehmungen zur exakten Positionierung und Befestigung der Schlitten 39 auf.
-
In 2 ist weiter dargestellt, dass das erste und das zweite Verkröpfungselement 21, 23 in einer Querschnittsebene, die senkrecht zur Längsrichtung X orientiert ist, ein U-förmiges Profil aufweist. Hierbei ist ein erster Seitenschenkel des U-förmigen Profils des zweiten Verkröpfungselements 23, der parallel zur Querrichtung Y verläuft, an der zweiten Zahnstange 24 mechanisch befestigt. Ein Grundschenkel 29 des U-förmigen Profils, der den ersten Seitenschenkel mit einem zweiten Seitenschenkel des U-förmigen Profils verbindet und parallel zur Vertikalrichtung Z verläuft, erstreckt sich hierbei durch die nutförmige Ausnehmung 28 der zweiten Halteplatte 15 (siehe 1). Der zweite Seitenschenkel, der wiederum parallel zur Querrichtung Y verläuft, dient zur Befestigung und Halterung des zweiten Greiffingers 3. In einem von den Seitenschenkeln und dem Grundschenkel 29 eingeschlossenen Volumen sind u.a. die zweite Halteplatte 15, die dritte und vierte Zahnstange 17, 18 sowie das dritte und vierte Halteelement 19, 20 angeordnet.
-
Entsprechend ist das erste Verkröpfungselement 21 ausgebildet.
-
Wie in 1 zu sehen, weisen die Verkröpfungselemente 21, 23 mehrere Abstufungen in Längsrichtung X auf. Durch eine geometrische Ausführung der Verkröpfungselemente 21, 23, der Halteelemente 19, 20 sowie durch die Länge der dritten und vierten Zahnstangen 17, 18 wird sichergestellt, dass es in keiner Position der Greiffinger 2, 3, 4, 5 zu einer mechanischen Kollision zwischen den Verkröpfungselementen 21, 23, den Halteelementen 19, 20 und der dritten und vierten Zahnstange 17, 18 kommt.
-
Weiter dargestellt ist eine Abdeckplatte 40, die die Greifvorrichtung 1 abdeckt. Somit können Enden der Greiffinger 2, 3, 4, 5 außerhalb eines durch die Abdeckplatte 40 abgeschlossenen Gehäuses angeordnet werden, wodurch die mechanischen Bauteile der Greifvorrichtung 1 gegenüber einer äußeren Umgebung geschützt werden.
-
Weiter dargestellt ist ein Kabelhalter 45, der zu Halterung des vorhergehend erläuterten weiteren Flachbandkabels dient.
-
In 3 ist eine weitere perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Greifvorrichtung 1 dargestellt. Insbesondere ist hierbei eine Indizierungsvorrichtung 41 dargestellt, die an der ersten Halteplatte 14 befestigt ist. Die Indizierungsvorrichtung 41 erstreckt sich hierbei durch eine Öffnung der ersten Halteplatte 14 von einem Zwischenraum zwischen der Flanschplatte 7 und der ersten Halteplatte 14 in einen Zwischenraum zwischen der zweiten Halteplatte 15 und der ersten Halteplatte 14. Die Indizierungsvorrichtung 41 ist hierbei derart angeordnet, dass sich die erste Zahnstange 22 bei einer Bewegung in oder entgegen der Längsrichtung X in einen Erfassungsbereich der Indizierungsvorrichtung 41 bewegt. Hierdurch kann mittels der Indizierungsvorrichtung 41 detektiert werden, ob sich die erste Zahnstange 22 an einer vorbestimmten Referenzposition befindet. Da Übersetzungsverhältnisse zwischen den Ritzeln 16, 31 und den Zahnstangen 22, 24, 17, 18, zwischen der Abtriebswelle des Servomotors 6 und dem Antriebsritzel 12 sowie ein Übersetzungsverhältnis eines nicht dargestellten Motorgetriebes des Servomotors 6 bekannt sind, kann somit auch eine absolute Referenzposition der Greiffinger 2, 3, 4, 5 detektiert werden. Weiter kann die Greifvorrichtung 1 einen Sensor zur Erfassung einer Winkelposition der Abtriebswelle des Servomotors 6 umfassen, der z.B. als Winkelpositionsencoder ausgebildet sein kann. Ist eine absolute Position der Greiffinger 2, 3, 4, 5 an der Referenzposition vorbekannt, so kann in Abhängigkeit der detektierten Referenzposition und des Ausgangssignals des Sensors zur Erfassung einer Winkelposition sowie unter Berücksichtigung der vorhergehend erläuterten Übersetzungsverhältnisse eine absolute Positionsregelung der Greiffinger 2, 3, 4, 5 erfolgen. Der Sensor zur Erfassung einer Winkelposition kann hierbei in den Servomotor 6 integriert sein.
-
In 4 ist eine Greifvorrichtung 1 dargestellt, die in einem durch Seitenteile 42 und die Abdeckplatte 40 gebildeten Gehäuse zumindest teilweise angeordnet ist. Hierbei ist dargestellt, dass die Greiffinger 2, 3, 4, 5 durch Langlöcher 43 der Abdeckplatte 40 aus dem Gehäuse herausragen. Die Langlöcher 43 dienen hierbei als Anschlagelemente zur Begrenzung der von den Greiffingern 2, 3, 4, 5 jeweils ausgeführten Linearbewegung.
-
Die vorgeschlagene Greifvorrichtung 1 ermöglicht hierbei eine Betätigung eines Werkstücks mit einer hohen mechanischen Positioniergenauigkeit, insbesondere im Bereich von 0.2 mm. Weiter kann mit der Greifvorrichtung eine Betätigungskraft von bis zu 120 N pro Greifelementenpaar erzeugt werden. Ein Greiferhub der Greiffinger 2, 3, 4, 5 kann bis zu 40 mm betragen kann. Eine Geschwindigkeit der Bewegung kann bis zu 21 mm/s betragen.
-
Die Kraftübertragung der Betätigungskraft erfolgt über die zentrale Antriebswelle 13. Weiter ermöglicht die beschriebene Greifvorrichtung 1 aufgrund des Servomotors 6, dass eine Betätigungskraft beim Öffnen und Schließen gleich groß sein kann.
