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Die Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff der selbstständigen Ansprüche.
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Ein solches Greifwerkzeug ist aus der Praxis bekannt. Es weist ein Werkzeuggestell mit einem Roboteranschluss und ein oder mehrere bewegliche Greifbacken auf. Die Greifbacken werden von einem eigenen Antrieb am Greifwerkzeug betätigt. Dies kann z.B. ein elektromotorischer oder fluidischer Antrieb sein.
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Die
DE 10 2008 020 489 B4 zeigt ein Greifwerkzeug zum Ergreifen von Werkstücken verschiedenster Art und Größe wobei das Ergreifen der Gegenstände ohne unmittelbare Energiezufuhr zur Greiferbetätigung und ohne Signalzuleitung an das Greifwerkzeug geschieht und nur durch Berührung des zu greifenden Gegenstandes mit dem Greifwerkzeug dadurch erfolgt, dass die Energie zum Zugreifen zumindest teilweise aus zumindest einem im Werkzeug befindlichen Energiespeicher kommt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Greiftechnik mit passiver Aufnahme und Abgabe des Werkstücks aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den selbstständigen Ansprüchen.
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Die beanspruchte Greiftechnik, d.h. das Greifwerkzeug und das Verfahren, haben verschiedene Vorteile.
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Das beanspruchte Greifwerkzeug ist ein Passivwerkzeug, welches ohne eigenen Antrieb für die Bewegung der ein oder mehreren Greifbacken auskommt. Die Greifbacke(n) werden durch eine Zustellbewegung des bevorzugt robotergeführten Greifwerkzeugs im Zusammenwirken mit einem Anschlag betätigt. Zum Aufnehmen eines an einer ersten Fassung in vorgegebener Position gehaltenen Werkstücks kann letzteres durch federndes Anlegen der Greifbacke(n) aufgenommen werden. Dies kann durch Formschluss und/oder Kraftschluss geschehen, wobei die zugestellte(n) Greifbacke(n) auf das Werkstück gesteckt oder gestülpt werden und seitlich greifen.
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Die Greifbacke(n) weist ein in Zustellrichtung der Zustellachse vorstehendes Kontaktelement auf, das zum Anschlag an der zweiten, anderen Fassung dient. Es ist als Rohr sowie zur Aufnahme des Werkstücks ausgebildet, wobei die Greifbacke(n) durch seitliche Öffnung(en) (15) des Rohrs greift/greifen.
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In einer besonders günstigen Ausführungsform können die zunächst federnd ausweichende(n) Federbacke(n) zur Werkstückaufnahme in eine Hinterschneidung oder einen Vorsprung am Werkstück formschlüssig eingreifen.
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Das aufgenommene Werkstück kann an einer zweiten, anderen Fassung positioniert und abgegeben werden. Es kann insbesondere in eine solche Fassung eingesteckt werden. Das Abgeben erfolgt mittels einer Zustellbewegung, wobei die Greifbacke(n) durch Anschlag an der zweiten Fassung betätigt sowie vom Werkstück gelöst, insbesondere entfernt wird. Das Werkstück kann dabei durch die bei Anschlag fortgesetzte Zustellbewegung des Greifwerkzeugs ausgeschoben werden.
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Die beanspruchte Greiftechnik eignet sich für unterschiedlichste Aufgaben, z.B. für Pick-and-Place-Prozesse und insbesondere für die Montage von bevorzugt stiftartigen Werkstücken, z.B. Bolzen oder Stößeln, an Aufnahmeöffnungen oder anderen Fassungen an einem anderen Werkstück.
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Die besagten Fassungen können in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein. Die erste Fassung für die Bereitstellung der ein oder mehreren Werkstücke kann z.B. als Magazin, Blisterhalter oder dgl. ausgebildet sein.
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Die zweite und andere Fassung kann eine Montageöffnung in einem anderen Werkstück oder dgl. sein.
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Das beanspruchte Greifwerkzeug ist konstruktiv einfach, kostengünstig und platzsparend. Es ist auch durch den Entfall eines eigenen Antriebs besonders leicht. Das Greifwerkzeug eignet sich besonders für den Einsatz in Verbindung mit Manipulatoren, insbesondere mehrachsigen programmierbaren Industrierobotern. Dies können insbesondere taktile Industrieroboter sein, die sensitive Eigenschaften haben. Hierüber kann z.B. die Zustellbewegung gesteuert und das Angreifen der federnden Greifbacke(n) am aufzunehmenden Werkstück sowie der Anschlag an der zweiten Fassung sensiert werden.
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Ein taktiler Industrieroboter mit Einsatz bei Montage- und Assemblierprozessen hat häufig eine kleine Baugröße und eine niedrige Traglast. Hierfür ist die kleine Bauform und das niedrige Gewicht des Greifwerkzeugs von besonderem Vorteil. Das niedrige Gewicht und die kleine Baugröße ermöglichen außerdem die Anordnung mehrerer Greifwerkzeuge an einem gemeinsamen Werkzeughalter. Der besagte Manipulator kann damit mehrere Werkstücke in einer Sequenz nacheinander aufnehmen, zu mehreren zweiten Fassungen transportieren und dort wieder abgeben.
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Das beanspruchte Greifwerkzeug zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass die Greifbacke(n) quer zu einer Zustellachse gegen eine Federkraft, insbesondere eine Backenfeder, ausweichfähig ist/sind, wobei das Greifwerkzeug ferner einen das Werkstück beaufschlagenden Stößel aufweist, der mit der Greifbacke zusammenwirkt. Die Greifbacke und der Stößel können dabei entlang der Zustellachse gegen eine Rückstellkraft, insbesondere eine Rückstellfeder, relativ zueinander verfahrbar am Werkzeuggestell angeordnet sein.
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Für die Aufnahme- und Abgabefunktion ist es vorteilhaft, wenn die Rückstellkraft, insbesondere die Rückstellfeder, stärker als die Federkraft, insbesondere die Backenfeder, des oder der Greifbacken ist. Für die Aufnahme des Werkstücks wird die Greiffunktion und das federnde Ausweichen der Greifbacke(n) sichergestellt. Nach der Abgabe des Werkstücks wird die Ausgangskonfiguration des Greifwerkzeugs wieder hergestellt.
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Für das sichere Aufnehmen und Abgeben ist es außerdem vorteilhaft, wenn das Greifwerkzeug zwei oder mehr Greifbacken aufweist, die einander gegenüberliegen, insbesondere mit Abstand. Das Greifwerkzeug kann dabei als Parallelgreifer mit zwei direkt gegenüberliegenden Greifbacken ausgebildet sein. Andererseits können auch drei oder mehr Greifbacken in einem Ring angeordnet sein.
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Der bevorzugt stangenartige Stößel ist bei den verschiedenen Varianten zwischen den Greifbacken angeordnet. Er kann durch diese Anordnung bei Anschlag der Greifbacke(n) und Weiterbewegung des Greifwerkzeugs das Werkstück aus dem Eingriff mit der oder den Greifbacken lösen und ausschieben. Bei dieser Ausschiebebewegung kann z.B. das Werkstück in die zweite Fassung tiefer eingesetzt bzw. versenkt werden.
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Vorteilhaft ist auch die Ausbildung des Greifwerkzeugs mit einem Backenhalter nebst bevorzugt linearer Führung an einem Werkzeuggestell für die lineare Ausweichbewegung und Beaufschlagung durch eine Rückstellfeder. Für die Anschlagfunktion kann der Backenhalter ein in Richtung der Zustellachse vorspringendes Kontaktelement aufweisen. Dieses kann an das aufzunehmende und abzugebende Werkstück angepasst sein. Die Rohr- oder Hülsenform hat den Vorteil, dass das aufgenommene Werkstück zusätzlich umfangseitig geführt ist. Die Rohr- oder Hülsenform kann durch einen geschlossenen und bevorzugt zylindrischen Mantel oder auf andere Weise, z.B. durch eine Ringanordnung von axialen Stiften oder dergleichen gebildet werden.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
- 1: eine perspektivische Ansicht von mehreren Greifwerkzeugen an einem abgebrochen dargestellten taktilen Roboter,
- 2: eine perspektivische Ansicht eines Greifwerkzeugs,
- 3 und 4: eine Seitenansicht und eine Stirnansicht des Greifwerkzeugs von 2,
- 5: einen Längsschnitt durch das Greifwerkzeug gemäß 4 mit Darstellung einer ersten und zweiten Fassung sowie unterschiedlicher Werkzeugpositionen und
- 6: eine geschnittene perspektivische Ansicht des Greifwerkzeugs.;
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Die Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug (2) und ein Verfahren zum Aufnehmen und Abgeben, insbesondere montieren, eines Werkstücks (3). Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Greifeinrichtung mit einem Manipulator (21) und einem Greifwerkzeug (2).
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1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Greifeinrichtung (1) mit einem Manipulator (21) und mehreren Greifwerkzeugen (2). Die Greifwerkzeuge (2) sind in einer verteilten ringförmigen Anordnung an einem Werkzeughalter montiert, der seinerseits am Abtriebselement des Manipulators, z.B. einem rotierenden Abtriebsflansch, angebaut ist.
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Der Manipulator (21) ist als programmierbarer, mehrgliedriger Industrieroboter mit vier oder mehr angetriebenen Roboterachsen ausgebildet. In 1 ist der Übersicht halber das letzte Roboterglied mit dem Abtriebselement dargestellt. Die Roboterachsen können rotatorische und/oder translatorische Roboterachsen in beliebiger Zahl und Kombination sein.
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Der Manipulator (21) ist bevorzugt als taktiler Industrieroboter ausgebildet, der sensitive Eigenschaften hat und von außen einwirkende Belastungen durch eine entsprechende Sensorik erfassen kann. Hierfür sind z.B. Kraft- und/oder Momentensensoren an den Roboterachsen und deren Lagerungen angeordnet. Der Manipulator (21) ist mit einer nicht dargestellten Robotersteuerung verbunden, welche die Manipulatorbewegungen, insbesondere die Zustellbewegungen zum Aufnehmen und Abgeben eines Werkstücks (3) steuert. Dies kann ggf. in Verbindung mit den sensitiven Eigenschaften erfolgen.
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Das Greifwerkzeug (2) ist in 2 bis 6 näher dargestellt. Es ist als Passivgreifer ausgebildet, der nur durch Zustellbewegungen des Manipulators (21) in Verbindung mit einer Anschlagfunktion an einem externen Anschlag, Hindernis oder dgl. funktioniert und betätigt wird. Das Greifwerkzeug (2) hat bevorzugt keinen eigenen für die Greifbackenbewegung.
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Das Greifwerkzeug (2) weist ein Werkzeuggestell (4) und eine oder mehrere bewegliche Greifbacken (7,8), einen Stößel (16) und bevorzugt einen Backenhalter (5) auf.
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Das Werkzeuggestell (4) ist z.B. als gerader Tragarm ausgebildet. Es kann alternativ eine andere, z.B. rahmenartige, Formgebung haben. Das Werkzeuggestell (4) ist mit einem geeigneten Anschluss zur Verbindung mit dem Manipulator (21) ausgestattet. Dies kann eine direkte Verbindung oder eine mittelbare Verbindung über den vorgenannten Werkzeughalter sein.
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In der gezeigten Ausführungsform weist das Greifwerkzeug (2) zwei Greifbacken (7,8) auf, die einander diametral zu einer zentralen Zustellachse (18) oder Werkzeugachse gegenüberliegen. Alternativ sind drei oder mehr in einem Ring verteilte Greifbacken möglich. In einer anderen Variante ist nur eine bewegliche Greifbacke vorhanden, die mit einem gegenüberliegenden Festanschlag oder dgl. zusammenwirkt. Die nachfolgenden Erläuterungen zur gezeigten Ausführungsform gelten mit entsprechender Anpassung auch für diese Greifbackenvarianten.
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Die beiden Greifbacken (7,8) haben z.B. eine längliche Form und erstrecken sich entlang der Zustellachse (18). Die Greifbacken (7,8) sind quer zur Zustellachse (18) gegen eine Federkraft ausweichfähig. Hierfür können die Greifbacken (7,8) in sich federnd ausgebildet sein. In der gezeigten Ausführungsform sind die Greifbacken (7,8) starr ausgebildet und werden jeweils von einer Backenfeder (9) beaufschlagt, die quer oder schräg zur Zustellachse (18) wirkt. Die gezeigten Greifbacken (7,8) haben z.B. ein seitlich vorspringendes und verrundetes Backenende zur Ausführung der Greiffunktion. Die Backenenden sind zur bevorzugt zentralen Zustellachse (18) gerichtet.
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Die Greifbacken (7,8) sind gemeinsam an einem Backenhalter (5) angeordnet. Dieser weist einen Korpus (6) mit jeweils einer Lagerung (10) für die Greifbacken (7,8) auf. In der gezeigten Ausführungsform ist dies eine Schwenklagerung. Bei einer anderen Ausführungsform, z.B. quer zur Zustellachse (18) und liegend ausgerichteten Greifbacken (7,8) kann die Lagerung (10) in entsprechend anderer Weise, z.B. als Schiebelagerung, ausgebildet sein.
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Der Backenhalter (5) ist längs der Zustellachse (18) beweglich am Werkzeuggestell (4) gelagert. Hierfür ist der Backenhalter (5) mit einer Führung (11), z.B. einer linearen Schlittenführung, verbunden. Der Fahrweg des Backenhalters (5) und der Greifbacken (7,8) kann durch einen Begrenzer (12) limitiert sein. Der Begrenzer (12) wird z.B. von einem am Korpus (6) angeordneten aufrechten Ausleger mit einem einstellbaren Anschlagelement gebildet, welches an einem endseitigen Flansch des Auslegers angeordnet ist und an der Oberseite des Werkzeuggestells (4) anschlägt.
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Am Backenhalter (5) ist ferner ein in Zustellrichtung entlang der Zustellachse (18) vorspringendes Kontaktelement (13) angeordnet. Dieses steht in Zustellrichtung über die Enden der Greifbacken (7,8) axial vor. Das Kontaktelement (13) ist als Rohr (14) ausgebildet, welches konzentrisch und längs der Zustellachse (18) ausgerichtet ist. Das Rohr (14) hat am Mantel durchgehende Öffnungen (15), durch welche die Greifbacken (7,8) mit ihren nach innen ausbauchenden Backenenden greifen können.
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Der Stößel (16) erstreckt sich ebenfalls entlang der Zustellachse (18) und ist bevorzugt starr am Werkzeuggestell (4) befestigt. Der z.B. stangenartige Stößel (16) ist zwischen den Greifbacken (7,8) angeordnet. 5 und 6 verdeutlichen diese Ausbildung. Die Greifbacken (7,8) und der Stößel (16) sind entlang der Zustellachse (18) gegen eine Rückstellkraft relativ zueinander verfahrbar am Werkzeuggestell (4) angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform bewegen sich die Greifbacken (7,8) zusammen mit dem Backenhalter (5) mittels der Führung (11) relativ zum gestellfesten Stößel (16). Die Kinematik kann alternativ anders sein.
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Die Rückstellkraft wird von einer Rückstellfeder (17) entwickelt, die zwischen dem Werkzeuggestell (4) und dem Backenhalter (5) angeordnet ist und in Richtung der Zustellachse (18) wirkt. Die Rückstellkraft bzw. Rückstellfeder (17) drückt den Backenhalter (5) und die Greifbacken (7,8) in Zustellrichtung weg vom Werkzeuggestell (4). Die Rückstellfeder (17) ist z.B. als Schraubendruckfeder ausgebildet und auf dem Stößel (16) angeordnet. Sie liegt mit ihren Enden am Werkzeuggestell (4) und an einem Ansatz des Backenhalters (5) an. 5 und 6 zeigen diese Anordnung.
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Die Rückstellfeder (17) ist stärker als die Backenfedern (9) und hat eine höhere Federsteifigkeit.
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Der Stößel (16) kann mit seinem vorderen freien Ende zwischen die seitlich distanzierten, abgewinkelten Enden der Greifbacken (7,8) greifen. Wie 5 und 6 verdeutlichen, endet in der Ausgangsstellung der Stößel (16) vor den Greifbacken (7,8). Am vorderen stirnseitigen Ende des Stößels (16) kann eine Sackbohrung angeordnet sein. Diese kann eine Zentrierfunktion für das aufzunehmende Werkstück (3) haben. Sie kann auch als Schrauböffnung zur Aufnahme eines Adapters ausgebildet sein.
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5 verdeutlicht die Funktion des Greifwerkzeugs (2) beim Aufnehmen und Abgeben eines Werkstücks (3). Dieses ist z.B. stiftförmig ausgebildet und kann am oberen Ende eine ringförmige Einschnürung am Mantel aufweisen, in welche die abgewinkelten und verrundeten Enden der Greifbacken (7,8) formschlüssig eingreifen können. Die Greifbackenform und die Formgebung des Werkstücks (3) können ansonsten auch in anderer Weise aufeinander greifgünstig abgestimmt sein.
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Gemäß 5 ist das aufzunehmende Werkstück (3) an einer ersten Fassung (19) ausgerichtet und derart gehalten, dass es zumindest im oberen Bereich längs der Zustellachse (18) ausgerichtet ist, entlang der auch die vom Manipulator (21) ausgeführte Zustellbewegung des Greifwerkzeugs (2) erfolgt.
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Zum Aufnehmen des Werkstücks (3) wird das Greifwerkzeug (2) mit dem Kontaktelement (13) voraus über das obere Ende des Werkstücks (3) gestülpt und dabei längs der Zustellachse (18) in Pfeilrichtung gemäß 5 bewegt. Bei der Zustellbewegung gleiten die Greifbackenenden an der Außenseite des Werkstücks (3) entlang, wobei sie federnd gespreizt werden, und schnappen dann unter Federwirkung formschlüssig in die Einschnürung. Die stärkere Rückstellfeder (17) verhindert dabei ein axiales Ausweichen der Greifbacken (7,8).
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Das obere Ende des Werkstücks (3) kann am Ende der Zustellbewegung am vorderen Ende des Stößels (16) anliegen und ggf. durch die Sackbohrung und deren Randphase geführt sein. Die Lage des vorderen Stößelendes relativ zu den Greifbackenenden kann auf die Formgebung und Dimension des Werkstücks (3), insbesondere die Lage einer evtl. Einschnürung oder dgl. für eine formschlüssige Verrastung, angepasst sein. Beim Einschnappen bzw. Einrasten der Greifbacken (7,8) an der Einschnürung ist das Werkstück (3) am Greifwerkzeug (2) aufgenommen und gehalten. Es kann durch eine entsprechende Werkzeugbewegung von der Fassung (19) gelöst werden.
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Der Manipulator (21) transportiert dann das Werkstück (3) zu einer zweiten Fassung (20) und führt es dort mit seinem anderen und freien Ende ein. Die Zustellachse (18) wird bei der Zustellung auf die Längsachse der Fassung (20) ausgerichtet.
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Der Zustellweg zum Einsetzen des Werkstücks (3) in die Fassung (20) ist größer als die Länge des aus dem Kontaktelement (13) herausragenden Werkstückbereichs. Bei der Zustellung schlägt das außenseitig das Werkstück (3) umgebende Kontaktelement (13) an der Fassung (20) an, so dass die Greifbacken (7,8) in Zustellrichtung nicht weiter bewegt werden können. Bei fortgesetzter Zustellung wird der Stößel (16) relativ zu den Greifbacken (7,8) vorgeschoben und drückt das Werkstück (3) in Zustellrichtung. Das Werkstück (3) wird dabei von den federnd ausweichenden Greifbacken (7,8) gelöst und bis in die gewünschte Endstellung in die Fassung (20) eingeführt. Dabei wird die Rückstellfeder (17) gespannt. Die Greifbacken (7,8) liegen am Stößelmantel am Ende der Zustellbewegung an.
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Das Greifwerkzeug (2) kann dann entgegen der Zustellrichtung zurück bewegt werden, wobei das von den Greifbacken (7,8) gelöste Werkstück (3) an der Fassung (20) verbleibt. Die Rückstellfeder (17) drückt den Backenhalter (5) mit den Greifbacken (7,8) wieder in die Ausgangsstellung und ist zur Aufnahme des nächsten Werkstücks (3) bereit.
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Das Einschnappen der Greifbacken (7,8) beim Aufnehmen und die Anschlagstellung beim Abgeben des Werkstücks (3) können sensorisch vom taktilen Industrieroboter erfasst und zur Steuerung seiner Bewegungen in Zustellrichtung und Gegenrichtung benutzt werden.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die vorbeschriebenen Ausführungsformen und Varianten beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Greifeinrichtung
- 2
- Greifwerkzeug
- 3
- Werkstück
- 4
- Werkzeuggestell
- 5
- Backenhalter
- 6
- Korpus
- 7
- Greifbacke
- 8
- Greifbacke
- 9
- Backenfeder
- 10
- Lagerung
- 11
- Führung
- 12
- Begrenzer
- 13
- Kontaktelement
- 14
- Rohr
- 15
- Öffnung
- 16
- Stößel
- 17
- Rückstellfeder
- 18
- Zustellachse
- 19
- Fassung
- 20
- Fassung
- 21
- Manipulator, taktiler Industrieroboter
