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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgleichseinheit zur Verwendung bei einer Vorrichtung zum Greifen, Bewegen und räumlichen Anordnen eines Gegenstands, wobei die Vorrichtung eine Plattform und ein Greifwerkzeug aufweist und das Greifwerkzeug mittels der Ausgleichseinheit aus einer Nullposition relativ zum Gehäuse heraus an der Plattform schwimmend beweglich anbringbar ist, sodass es beim Ergreifen des Gegenstands eine passive Ausgleichsbewegung zu vollführen fähig ist und diese kompensierend in die Nullposition oder diese teilweise kompensierend in eine vorab festgelegte oder festlegbare Sollposition aktiv ausrichtbar ist. Eine passive Ausgleichsbewegung kann zum Beispiel durch Einweiser an dem Greifwerkzeug initiiert werden.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Greifen, Bewegen und räumlichen Anordnen eines Gegenstands. Üblicherweise umfasst der Ausdruck „räumliches Anordnen“ ein Positionieren und Orientieren. Demzufolge soll unter dem Begriff „Nullposition“ auch die Kombination von einer „Nullposition“ und einer „Nullorientierung“ fallen. Dasselbe gilt in analoger Form auch für eine „Sollposition“. Die Begriffe „Nullposition“ und „Nullorientierung“ können auch als „Ausgangsposition“ bzw. „Ausgangsorientierung“ interpretiert werden. Eine Nullposition kann zum Beispiel eine Zentrierposition sein.
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Die
US 4 639 184 A offenbart eine Ausgleichseinheit zur Verwendung bei einem Roboterwerkzeug, das eine Plattform und ein Greifwerkzeug aufweist. Das Greifwerkzeug ist mittels der Ausgleichseinheit aus einer Nullposition heraus an der Plattform schwimmend beweglich angebracht, sodass es beim Ergreifen des Gegenstandes eine passive Ausgleichsbewegung zu vollführen fähig ist. Das Greifwerkzeug richtet sich ferner aktiv in die Nullposition aus, wobei es die Ausgleichsbewegung kompensiert. Die Ausgleichseinheit umfasst ein Gehäuse und ein plattenförmiges Ausgleichselement, das in dem Gehäuse in einer ersten Ebene translatorisch und drehbeweglich gelagert ist. Das Ausgleichselement ist für eine Verbindung mit einem Greifwerkzeug an einer ersten Seite von außerhalb des Gehäuses zugänglich. Zwei Ausrichtelemente dienen zum Ausrichten des Ausgleichselements in die Nullposition relativ zum Gehäuse, die in dem Gehäuse in eine jeweilige zugehörige Vertiefung in dem Ausgleichselement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite hineinragend angeordnet sind. Die Ausrichtelemente sind in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene verschiebbar, um durch Bewegen in der Vertiefung das Ausgleichselement in die Nullposition zurückzubringen. Die Ausrichtelemente werden ferner durch Antriebseinrichtungen angetrieben.
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Aus der
US 4 955 655 A ist eine Ausgleichseinheit mit mehreren Federstiften zum seitlichen Vorspannen eines Ausgleichselements bekannt.
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Die bekannten Ausgleichseinheiten der eingangs genannten Art werden zum Beispiel beim automatischen Handhaben von Bauteilen in der Presswerk- und Rohbauautomatisierung der Fahrzeugindustrie eingesetzt. Sie weisen jedoch eine recht große Bauhöhe auf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Ausgleichseinheit der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sie eine geringere Bauhöhe aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Ausgleichseinheit zur Verwendung bei einer Vorrichtung zum Greifen, Bewegen und räumlichen Anordnen eines Gegenstands, wobei die Vorrichtung eine Plattform und ein Greifwerkzeug aufweist und das Greifwerkzeug mittels der Ausgleichseinheit aus einer Nullposition heraus an der Plattform schwimmend beweglich anbringbar ist, sodass es beim Ergreifen des Gegenstands eine passive Ausgleichsbewegung zu vollführen fähig ist und diese kompensierend in die Nullposition oder diese teilweise kompensierend in eine vorab festgelegte oder festlegbare Sollposition aktiv ausrichtbar ist, umfassend: ein Gehäuse, ein, vorzugsweise plattenförmiges, Ausgleichselement, das in dem Gehäuse in einer ersten Ebene translatorisch und drehbeweglich gelagert ist sowie für eine indirekte oder direkte Verbindung mit einem Greifwerkzeug an einer ersten Seite von außerhalb des Gehäuses zugänglich ist, mindestens zwei Ausrichtelemente zum Ausrichten des Ausgleichselements in die Nullposition relativ zum Gehäuse, die in dem Gehäuse in eine jeweilige zugehörige, vorzugsweise länglichen, Vertiefung in dem Ausgleichselement auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite hineinragend angeordnet sind und von denen zumindest ein Ausrichtelement in einer zur ersten Ebene parallelen oder nahezu parallelen zweiten Ebene verschiebbar ist, um durch Bewegen des mindestens einen Ausrichtelements in der Vertiefung das Ausgleichselement in die Nullposition zurückzubringen oder in die Sollposition zu bringen, und mindestens eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des mindestens einen der Ausrichtelemente, wobei die äußeren Enden der Vertiefungen eine sich nach außen verjüngende Gestalt aufweisen und die zugehörigen Enden der zugehörigen Ausrichtelemente dazu komplementär gestaltet sind.
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Eine Vertiefung kann zum Beispiel eine Nut, eine Aussparung oder eine Öffnung sein.
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Der Begriff „translatorisch“ kann hier nicht nur lineare Bewegungen, sondern auch zum Beispiel (zusammengesetzte) bogenförmige Bewegungen umfassen.
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Weiterhin liefert die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Greifen, Bewegen und räumlichen Anordnen eines Gegenstands, umfassend eine Plattform, ein Greifwerkzeug und eine Ausgleichseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, mittels derer das Greifwerkzeug aus einer Nullposition relativ zum Gehäuse heraus an der Plattform schwimmend beweglich angebracht ist, sodass es beim Ergreifen des Gegenstands eine Ausgleichsbewegung zu vollführen fähig ist und diese kompensierend in die Nullposition oder diese teilweise kompensierend in eine vorab festgelegte oder festlegbare Sollposition ausrichtbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Plattform ein Roboterarm ist oder einen Roboterarm umfasst.
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Günstigerweise ist das Ausgleichselement in dem Gehäuse gleitfähig gelagert.
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Vorteilhafterweise ist mindestens ein Ausrichtelement so gestaltet, dass es in der jeweiligen Vertiefung ohne einen Kontakt von dessen Unterseite mit der jeweiligen Vertiefung verschiebbar ist.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Ausgleichselement, vorzugsweise federbelastet, in die Nullstellung vorgespannt.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Ausgleichseinheit mehrere Federstifte zum seitlichen Vorspannen des Ausgleichselements in die Nullposition aufweist.
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Zweckmäßigerweise ist das mindestens eine Ausrichtelement aus einer Freigabestellung in eine Fixierstellung verschiebbar.
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In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die mindestens zwei Ausrichtelemente genau zwei Ausrichtelemente und weist das Gehäuse eine schlitzförmige Durchgriffsöffnung auf, in der die beiden Ausrichtelemente mit Spiel verschiebbar, vorzugsweise symmetrisch, angeordnet sind.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass in der Fixierstellung die beiden Ausrichtelemente an den Längsenden der schlitzförmigen Durchgriffsöffnung angeordnet sind.
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Zweckmäßigerweise sind die beiden zugehörigen Vertiefungen kollinear hintereinander angeordnet.
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Vorteilhafterweise liegen in der Nullposition die beiden Vertiefungen parallel zur Durchgriffsöffnung über selbiger.
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Günstigerweise befinden sich in der Fixierstellung die Ausrichtelemente ohne seitliches Spiel in den beiden Vertiefungen.
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Vorteilhafterweise ist die Antriebseinrichtung ein 2-Finger-Parallelgreifer oder weist sie einen Großteil der Komponenten eines solchen Greifers auf.
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Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die mindestens zwei Ausrichtelemente genau drei Ausrichtelemente.
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Schließlich kann dabei vorgesehen sein, dass die drei Ausrichtelemente umlaufend in einem Winkelabstand von 120° auf einem Kreis sich radial erstreckend angeordnet sind. Es können aber andere und/oder unterschiedliche Winkelabstände vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise ist die Antriebseinrichtung ein 3-Backen-Parallelgreifer oder weist sie einen Großteil der Komponenten eines solchen Greifers auf.
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Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch Ausrichtelemente, die in einer (horizontalen) Ebene, die parallel zu der Ebene ist, in der ein Ausgleichselement beweglich ist, verschiebbar gestaltet sind, während im Stand der Technik die Ausrichtelemente normal (vertikal) dazu bewegt werden, eine besonders platzsparende Bauweise, insbesondere eine geringere Bauhöhe, realisiert werden kann. Zudem ist dieses Konzept mit wenigen Fertigungsteilen kostengünstig umsetzbar. Durch die horizontal verschiebbar gestalteten Ausrichtelemente können auch Antriebseinrichtungen mit geringerer Bauhöhe verwendet werden. Als Antriebseinrichtungen kommen zum Beispiel Parallelgreifer, aber auch Pneumatikzylinder, E-Motoren etc. in Frage.
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In einer einfachsten Bauform können ein festes Ausrichtelement und ein verschiebbares angetriebenes Ausgleichselement vorgesehen sein.
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Zumindest in einer besonderen Ausführungsform können zumindest in einer linearen Richtung (zum Beispiel in x-Richtung parallel zum Antrieb) sehr große Wege bei verhältnismäßig kleinem Bauraum abgedeckt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf schematische Darstellungen erläutert werden. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht von einer Ausgleichseinheit gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine Vorderansicht der Ausgleichseinheit von 1;
- 3 eine Rückansicht der Ausgleichseinheit von 1;
- 4 eine Draufsicht auf die Ausgleichseinheit von 1;
- 5 eine Draufsicht wie 4, aber ohne Abdeckblech und ohne 2-Finger-Parallelgreifer;
- 6 eine perspektivische Ansicht von dem Ausgleichselement und den Ausrichtelementen der in den 1 bis 5 gezeigten Ausgleichseinheit;
- 7 eine Schnittansicht entlang der Linie B - B in 2 mit in Freigabestellung befindlichen Ausrichtelementen;
- 8 eine Schnittansicht entlang der Linie C - C in 4 im in 7 gezeigten Zustand;
- 9 eine perspektivische Ansicht schräg von unten von der Ausgleichseinheit im in 7 gezeigten Zustand;
- 10 eine Schnittansicht entlang der Linie B - B in 2 mit in Fixierstellung befindlichen Ausrichtelementen;
- 11 eine Schnittansicht entlang der Linie C - C in 4 im in 10 gezeigten Zustand;
- 12 eine perspektivische Ansicht schräg von unten von der Ausgleichseinheit in dem in der 10 gezeigten Zustand;
- 13 eine Ansicht ähnlich wie 7, aber in Draufsicht und in einem Zustand, in dem die Ausrichtelemente in Freigabestellung sind und das Ausgleichselement aus einer Nullposition verschoben ist;
- 14 eine Ansicht ähnlich wie 13, in der aber das Ausgleichselement zusätzlich verdreht ist;
- 15 eine perspektivische Ansicht von einer Vorrichtung gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit mehreren Einweisern im Einsatz beim Greifen eines plattenförmigen Gegenstands von einem Stapel;
- 16 eine Vorderansicht der Vorrichtung von 15 in einem späteren Greifzustand;
- 17 eine Draufsicht auf ein Ausgleichselement mit Ausrichtelementen nebst Antriebseinrichtung einer Ausgleichseinheit gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 18 eine Ansicht wie 17, aber mit in Fixierstellung befindlichen Ausrichtelementen;
- 19 eine ähnliche Ansicht wie 13 von einer Ausgleichseinheit gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 20 eine Schnittansicht von der Ausgleichseinheit von 19 mit in einer Freigabestellung befindlichen Ausrichtelementen; und
- 21 eine Schnittansicht wie 20, aber mit in Fixierstellung befindlichen Ausrichtelementen.
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1 zeigt eine Ausgleichseinheit 10 zur Verwendung bei einer Vorrichtung (nicht gezeigt) zum Greifen, Bewegen und räumlichen Anordnen eines Gegenstands (nicht gezeigt) gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung weist üblicherweise eine Plattform (nicht gezeigt) und ein Greifwerkzeug (nicht gezeigt) auf und das Greifwerkzeug ist mittels der Ausgleichseinheit 10 aus einer Nullposition heraus an der Plattform schwimmend beweglich anbringbar, sodass es beim Ergreifen des Gegenstands eine passive Ausgleichsbewegung zu vollführen fähig ist und diese kompensierend in die Nullposition aktiv ausrichtbar ist.
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Die Ausgleichseinheit 10 weist ein mehrteiliges Gehäuse 12, ein plattenförmiges, in diesem Beispiel stadionförmiges Ausgleichselement 14, das in dem Gehäuse 12 in einer in diesem Beispiel horizontalen Ebene translatorisch und drehbeweglich gelagert ist sowie für eine indirekte Verbindung mit einem Greifwerkzeug an einer in diesem Beispiel unteren Seite 16 von außerhalb des Gehäuses 12 zugänglich ist. Die indirekte Verbindung erfolgt über einen Kugelkopfadapter 18. Des Weiteren weist die Ausgleichseinheit 10, wie sich aus den 5 bis 14 ergibt, zwei Ausrichtelemente 20 und 22 zum Ausrichten des Ausgleichselements 14 in die Nullposition (siehe 5, 7, 8, 9, 13, und 14) auf. Wie sich insbesondere aus der 6 ergibt, sind die Ausrichtelemente 20 und 22 als eine Art Zentriereinsatz bzw. -stein gestaltet, wobei die jeweilige nach innen gewandte Seite 24 im Prinzip senkrecht verläuft und - wie auch der senkrechte Querschnitt über einen großen Teil in Längserstreckung des Ausrichtelements - T-förmig. Das jeweilige äußere Ende 26 der Ausrichtelemente 20 und 22 ist in Draufsicht im Wesentlichen konisch gestaltet. Wie sich ebenfalls insbesondere aus der 6 ergibt, weist das Ausgleichselement 14, das auch als eine Zentrierplatte angesehen werden kann, für jedes Ausrichtelement 20 und 22 eine jeweilige, in diesem Beispiel nach unten teilweise durchgehende Vertiefung 28 bzw. 30 auf, deren jeweiliges äußeres Ende 31 bzw. 32 komplementär zu dem jeweiligen Ende 26 der Ausrichtelemente 20 und 22 ausgebildet sind. Die Vertiefungen 28 und 30 könnten aber auch nach unten vollständig durchgehen oder aber nicht durchgehend gestaltet sein.
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Wie sich beispielsweise aus einer Kombination der 1 und 5 ergibt, weist das Gehäuse 12 ein Unterteil 34, in dem eine in diesem Beispiel kreisförmige Öffnung 36 mittig ausgebildet ist (siehe beispielsweise 11), über die der Kugelkopfadapter 18 mit dem Ausgleichselement 14 in Verbindung steht, und ein Oberteil 38 auf, wobei das Unterteil 34 und das Oberteil 38 zwischen sich eine Kammer 40 bilden (siehe 8), in der das Ausgleichselement 14 schwimmend beweglich angebracht ist. In dem Oberteil 38 befindet sich in diesem Beispiel mittig eine längliche Vertiefung 42 (siehe zum Beispiel 5), in der die beiden Ausrichtelemente 20 und 22 in diesem Beispiel symmetrisch zur Mitte über einen jeweiligen äußeren Teil hin- und herbeweglich angeordnet sind. Die Ausrichtelemente 20 und 22 stehen dabei mit den Innenseiten der Vertiefung 42 nicht in Kontakt. Dies kann aber auch anders gestaltet sein.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Vertiefungen 28 und 30 im Prinzip rechteckig mit einer jeweiligen ausgeprägten Spitze gestaltet und deutlich breiter und auch länger als die Ausrichtelemente 20 und 22 sowie spiegelsymmetrisch zur Mittellinie MA des Ausgleichselements 14 angeordnet (siehe 6). Die Ausrichtelemente 20 und 22 berühren mit ihrer jeweiligen Unterseite 44 nicht den Boden 46 der jeweiligen Vertiefung 28 bzw. 30 (siehe zum Beispiel 8).
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Als Antriebseinrichtung für die Ausrichtelemente 20 und 22 dient in diesem Ausführungsbeispiel ein 2-Finger-Parallelgreifer 48, der im Prinzip auf dem Oberteil 38, durch eine Öffnung 50 in einer oberen Abdeckung 52 auf dem Gehäuse 12 sitzt (siehe zum Beispiel 1). An den Klemmbacken 54 bzw. 56 des 2-Finger-Parallelgreifer 48 sind die Ausrichtelemente 20 bzw. 22 mittels Schrauben 58 von der Unterseite befestigt (siehe zum Beispiel 8). 7 bis 9 zeigen den Zustand, in dem die Klemmbacken 54 und 56 des 2-Finger-Parallelgreifers 48 geöffnet sind und das Ausgleichselement 14 beweglich ist. Die 10 bis 12 zeigen den Zustand, in dem die Klemmbacken 54 und 56 des 2-Finger-Parallelgreifers 48 geschlossen sind und das Ausgleichselement 14 ausgerichtet bzw. zentriert und mittels mehrerer Federstifte 60 in die Nullposition seitlich vorgespannt ist. Die Federstifte sind sich symmetrisch zur Mittellinie M des Unterteils 34 und in der Ebene des Unterteils 34 erstreckend angeordnet.
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In der 13 sind die Klemmbacken 54 und 56 des 2-Finger-Parallelgreifers 48 geöffnet, aber ist das Ausgleichselement 14 verschoben. In der 14 ist das Ausgleichselement 14 zusätzlich um eine zur Ebene des Unterteils 34 senkrechte Drehachse etwas verdreht. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichselement 14 fähig, eine Ausgleichsbewegung in der x- und y-Richtung von ± 10mm und eine Drehung um ± 10° (siehe Winkel a) auszuführen. Dies kann zum Beispiel erforderlich sein, wenn, wie in den 15 und 16 gezeigt ist, mit einer Vorrichtung 62 zum Greifen, Bewegen und zum räumlichen Anordnen eines Gegenstands, wie zum Beispiel eines Bleches 64 von einem Stapel 66, das Blech 64 ergriffen werden soll. Die Vorrichtung 62 weist eine Ausgleichseinheit 10 sowie einen Sauggreifer 68 und mehrere an einem Außenumfang einer Platte 70 angeordnete Einweiser 72 auf. Wenn das Blech 64 nicht genau in seiner Sollposition im Stapel 66 angeordnet vorgefunden wird, kann es trotzdem von der Vorrichtung 62 ergriffen werden, da diese durch die Ausgleichseinheit 10 fähig ist, Fehlpositionen in gewissem Maße auszugleichen und später zu kompensieren. Bei der Annäherung der Vorrichtung 62 von oben an den Stapel 66 wird der Sauggreifer 68 über die Einweiser 72 und das Ausgleichselement 14 etwas aus der ursprünglich vorgesehenen Position herausbewegt, um das Blech 64 zu ergreifen und später räumlich korrekt an einer nächsten Station anzuordnen. Die Kompensation der Ausgleichsbewegung erfolgt durch diesem Beispiel ein Verfahren der Ausrichtelemente 20 und 22 mittels des 2-Finger-Parallelgreifers 48.
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17 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform einer Ausgleichseinheit, bei der zwar genau wie in der vorausgegangenen Ausführungsform genau zwei Ausrichtelemente 20 und 22 vorgesehen sind, aber das Ausrichtelement 20 feststeht, das heißt nicht verschiebbar ist, und nur das Ausrichtelement 22 linear verschiebbar ist. Dies kann zum Beispiel in der Form erfolgen, dass nur das Ausrichtelement 22 mit einer Lineareinheit 74 verschiebbar verbunden ist. In der 17 ist das Ausgleichselement 14 in gewissem Maße verschiebbar und drehbar, während es in der 18 durch Nachaußenfahren des beweglichen Ausrichtelements 22 fixiert/zentriert ist.
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Die 19 bis 21 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Ausgleichseinheit 76 gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese unterscheidet sich von den beiden vorangehend beschriebenen Ausführungsformen im Wesentlichen darin, dass sie genau drei Ausrichtelemente 78, 80 und 82 aufweist. Dementsprechend weist die Ausgleichseinheit 76 auch drei zugehörige Vertiefungen 84, 86 und 88 auf. Die Vertiefungen und auch die Ausrichtelemente sind in diesem Beispiel in gleichen Abständen von 120° umlaufend angeordnet. Das Ausgleichselement 90 weist in diesem Beispiel eine kreisförmige Außenkontur auf und sechs Federstifte 92 sind in gleichen Winkelabständen umlaufend im Unterteil 94 abgeordnet. Die Ausrichtelemente 78 bis 82 können zum Beispiel durch einen 3-Backen-Parallelgreifer (nicht gezeigt) angetrieben werden.
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In der 19 sind die Klemmbacken (nicht gezeigt) des 3-Backen-Parallelgreifers und damit die Ausrichtelemente 78 bis 82 geöffnet und ist das Ausgleichselement 90 verschoben und verdreht.
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In der 20 sind die Klemmbacken und damit die Ausrichtelemente 78 bis 82 geöffnet und das Ausgleichselement 90 durch die Federstifte 92 „zentriert“.
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Schließlich sind in der 21 die Klemmbacken und damit die Ausrichtelemente 78 bis 82 geschlossen und ist das Ausgleichselement 90 „zentriert“ und fixiert.
