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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endeffektor für einen Industrieroboter, insbesondere einen Greifer oder ein Greifmodul, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit.
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Endeffektoren bzw. Greif- oder Vorrichtungssysteme der in Rede stehenden Art weisen Aktoren auf, welche auf verfahrbaren Führungsschlitten angeordnet sind. Die
DE 10 2013 019 034 A1 offenbart in diesem Zusammenhang eine Parallelgreifvorrichtung mit bewegliche Greifelemente tragenden Schlitten, wobei die Schlitten in Greifrichtung der Greifelemente hintereinander in einer gemeinsam genutzten, in einem Grundkörper angeordneten, zu den Greifelementen hin zumindest bereichsweise offenen Führungsnut parallel zur Greifrichtung antreibbar geführt und quer zur Greifrichtung allseitig abstützend gelagert sind. Es hat sich gezeigt, dass derartige Konstruktionen für die im Betrieb auftretenden hohen Momente und Kräfte oftmals nicht geeignet sind. Dies resultiert in einem schnellen Verschleiß und in der Folge in großen Positionierungsungenauigkeiten.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Endeffektor sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit anzugeben, wobei insbesondere ein Endeffektor bereitgestellt wird, welcher höchsten Belastungen standhält und eine sehr hohe Positionierungsgenauigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Endeffektor gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Endeffektor für einen Industrieroboter, insbesondere ein Greifmodul oder ein Greifer, einen Grundkörper sowie zumindest zwei Verfahreinheiten, wobei der Grundkörper ein erstes Führungselement aufweist, in oder an welchem eine erste Verfahreinheit gelagert ist, und wobei der Grundkörper ein zweites Führungselement aufweist, in oder an welchem eine zweite Verfahreinheit gelagert ist, wobei der Grundkörper ein drittes Führungselement aufweist, über welches die erste Verfahreinheit und die zweite Verfahreinheit gelagert sind, und wobei das dritte Führungselement versetzt zu einer Ebene angeordnet ist, welche durch das erste Führungselement und das zweite Führungselement definiert ist. Zweckmäßigerweise sind das erste Führungselement und das zweite Führungselement in der Ebene bzw. in einer Ebene angeordnet. Mit Vorteil ist das dritte Führungselement versetzt zu der Ebene in einem Abstand angeordnet. Jede Verfahreinheit ist zweckmäßigerweise durch zwei Führungselemente geführt bzw. gelagert, wobei diese vorteilhafterweise nicht in der gleichen Ebene liegen. Dadurch ist eine sehr hohe Stabilität gegen auftretende Momente gegeben. Die Führungselemente sind ausgelegt und gestaltet, dass die Verfahreinheiten, welche auch als Lineareinheiten bezeichnet werden können, entlang der Führungselemente beweglich gelagert sind. Insbesondere können die Verfahreinheiten zueinander verfahren werden, insbesondere also entlang der Führungselemente aufeinander zu und voneinander weg bzw. aneinander vorbei. Der Antrieb kann über eine Spindel-/Mutterkombination erfolgen, wobei diese gemäß einer Ausführungsform über einen Motor (z. B. Roboterantrieb) angetrieben wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das dritte Führungselement ein gemeinsames Führungselement. Dies bedeutet, dass im dritten Führungselement oder am dritten Führungselement zweckmäßigerweise beide Verfahreinheiten geführt oder gelagert sind. Mit insgesamt drei Führungselementen werden also vorteilhafterweise zwei Verfahreinheiten jeweils doppelt geführt. Alternativ kann das dritte Führungselement zwei Einzelführungen, beispielsweise Führungsschienen oder Lagerachsen, umfassen, welche beispielsweise unmittelbar nebeneinander angeordnet sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Führungselement, insbesondere das dritte Führungselement, eine Lagerachse bzw. als Lagerachse ausgebildet. Der Querschnitt der Lagerachse ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform rund, insbesondere kreisrund. Diese Ausgestaltung ermöglicht mit Vorteil große Freiheitsgrade hinsichtlich der Anordnung bzw. Positionierung der Verfahreinheiten selbst. Alternativ ist das dritte Führungselement als, insbesondere gemeinsame, Führungsschiene, ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform sind das erste Führungselement und das zweite Führungselement als Führungsschienen ausgebildet. Zweckmäßigerweise sind die Führungsschienen am Grundkörper angeordnet. Zweckmäßigerweise weisen die Verfahreinheiten entsprechend kongruent ausgebildete Führungsnuten auf, welche formschlüssig mit den Führungsschienen zusammenwirken.
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Alternativ ist auch eine umgekehrte Anordnung möglich, wonach Führungsschienen an den Verfahreinheiten angeordnet sind und im Grundkörper entsprechend ausgebildete Führungsnuten. Hinsichtlich der Geometrie der Führungsnuten bzw. Führungsschienen, insbesondere was dessen Querschnitt betrifft, gibt es keine Einschränkungen. Zweckmäßigerweise werden hier Standardkomponenten bzw. Bauteile verwendet, welche käuflich zu erwerben sind. Gemäß einer Ausführungsform sind das erste und/oder das zweite Führungselement als Lagerachsen ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform weisen die Führungsschienen im Querschnitt in etwa ein U-Form auf.
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Bevorzugterweise sind die Verfahreinheiten in oder über die Führungselemente wälzgelagert. Gemäß einer Ausführungsform weist jede Verfahreinheit ein Kugelumlauflager auf, welches mit dem dritten Führungselement, bevorzugt der Lagerachse, zusammenwirkt. Auch die Führungsschienen bzw. Führungsnuten sind zueinander gemäß einer Ausführungsform wälzgelagert. Zweckmäßigerweise umfassen die Verfahreinheiten jeweils Schlitten oder auch Führungsschlitten, welche die eigentliche Anbindung an den Grundkörper ermöglichen. Insbesondere sind also die Führungsschlitten mit Vorteil wälzgelagert. Alternativ ist aber auch eine Gleitlagerung, ggf. mit entsprechender Schmierung, möglich bzw. auch eine Kombination verschiedener Lagerungen oder Lagerkonzepte.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das dritte Führungselement zwischen dem ersten Führungselement und dem zweiten Führungselement angeordnet, wobei das erste Führungselement und das zweite Führungselement, insbesondere die Führungsschienen, jeweils von dem dritten Führungselement weg geneigt sind.
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Zweckmäßigerweise liegt ein Neigungswinkel in einem Bereich von 30-50°. Dabei bemisst sich der Neigungswinkel zwischen einer Normalenrichtung des ersten bzw. zweiten Führungselements und einer Normalenrichtung des dritten Führungselements. Die Positionierung der Führungen ist mit Vorteil so gewählt, dass die Hauptbelastungsrichtungen immer möglichst senkrecht auf die Führung(en) wirkt, auch wenn die an den Verfahreinheiten angeordneten Aktoren, wie beispielsweise Greiffinger, angewinkelt sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Führungselement und das zweite Führungselement in der Ebene und im gleichen Abstand zum dritten Führungselement angeordnet. Insbesondere ist das dritte Führungselement zweckmäßigerweise mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Führungselement angeordnet. Quer zu den Führungselementen weist der Endeffektor mit Vorteil einen spiegelsymmetrischen Aufbau auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, als dadurch eine Vielzahl von Gleich- bzw. Wiederholteilen verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an den Verfahreinheiten Aktoren, insbesondere Greiffinger, angeordnet, wobei sich die Aktoren entlang einer gemeinsamen Richtung von den Verfahreinheiten weg erstrecken, und wobei die Richtung zu den Normalenrichtungen des ersten Führungselements und des zweiten Führungselements senkrecht und parallel orientiert ist. Dadurch ist mit Vorteil ermöglicht, dass die Hauptbelastungsrichtungen immer möglichst senkrecht auf die Führungen, insbesondere auf das erste und das zweite Führungselement wirken. Auftretende Momente werden in idealer Weise durch das Vorhandensein des dritten Führungselements abgestützt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Baueinheit, umfassend die Schritte:
- - Bereitstellen eines Industrieroboters, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Endeffektor;
- - Verwenden des Industrieroboters bei der Montage einer Baueinheit.
Bevorzugt kann das Verfahren im Kraftfahrzeugbau, insbesondere beispielsweise im Karosseriebau verwendet werden, wo große Teile, wie beispielsweise Karosserieteile, mit hoher Dynamik bewegt werden müssen. Durch die Anordnung bzw. Verwendung mehrerer Führungselemente in unterschiedlichen Ebenen ist die Aufnahme von Kräften und Momenten bei den Verfahr- bzw. Linearverfahreinheiten deutlich verbessert. Die Positioniergenauigkeit und die Verschleißfestigkeit werden gegenüber konventionellen Kauflösungen erhöht. Dabei kann bei der Konstruktion auf Standardführungselemente zurückgegriffen werden, was insbesondere auch der Wartungsfreundlichkeit zu Gute kommt.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Endeffektoren mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Teilansicht einer Ausführungsform eines Endeffektors im Schnitt;
- 2: eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Endeffektors;
- 3: den aus der 2 bekannten Endeffektor in einer anderen Ansicht;
- 4: eine Schnittansicht des Endeffektors, wie in der 3 skizziert.
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1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht abschnittsweise eine Ausführungsform eines Endeffektors, wobei insbesondere ein Grundkörper 10 zu erkennen ist. In diesem sind ein erstes Führungselement 21, ein zweites Führungselement 31 sowie ein drittes, gemeinsames Führungselement 40 angeordnet, wobei sich die Führungselemente 21, 31 und 40, wie der gesamte Grundkörper 10, entlang einer Längsachse L erstrecken. Die Führungselemente 21, 31 und 40 sind vorliegend als Führungsnuten mit in etwa rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Alternative Ausgestaltungen sind allerdings möglich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist beispielsweise das dritte Führungselement 40 als runde, insbesondere Kreisrunde, Lagerachse ausgebildet, welche sich entlang der Längsachse L erstreckt. Weiter schematisch dargestellt ist, dass eine erste Verfahreinheit 20 über das erste Führungselement 21 sowie über das dritte Führungselement 40 gelagert ist. Zweckmäßigerweise ist die Verfahreinheit 20 also doppelt geführt, wobei eine besonders hohe Stabilität dadurch gegeben ist, dass die Führungselemente 21 und 40 bzw. auch 31 nicht in einer Ebene angeordnet sind. Stattdessen ist das dritte Führungselement 40 in einem Abstand a versetzt zu einer Ebene E angeordnet, welche durch das erste Führungselement 21 und das zweite Führungselement 31 definiert oder aufgespannt wird. Das erste Führungselement 21 bzw. das zweite Führungselement 31 sind jeweils um einen Neigungswinkel α gegenüber dem dritten Führungselement 40 geneigt. Der Winkel bemisst sich dabei insbesondere in Bezug auf die jeweiligen Normalenrichtungen N21, N31 und N40 der entsprechenden Führungselemente 21, 31 und 40.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines Endeffektors 82, umfassend einen Grundkörper 10, auf welchem zwei Verfahreinheiten 20 und 30 geführt bzw. gelagert sind. Der Grundkörper 10 ist an einem Rahmen 80 angeordnet, wobei an diesem ein weiteres Greifmodul 84 sowie ein Adapterelement 86 angeordnet sind. Über den Rahmen 80 kann ein Anschluss an einen hier nicht weiter gezeigten Industrieroboter erfolgen. Am Grundkörper 10 sind ein erstes Führungselement 21 sowie ein zweites Führungselement 31 erkennbar, wobei beide als Führungsschienen ausgebildet sind. Diese sind vorliegend mit dem Grundkörper 10 verschraubt. Die Führungselemente 21 bzw. 31 dienen der Lagerung der Führungsschlitten 22 bzw. 32 der ersten Verfahreinheit 20 bzw. der zweiten Verfahreinheit 30. Mit Vorteil sind beide Verfahreinheiten 20 und 30 doppelt geführt bzw. gelagert, wobei hierzu das dritte Führungselement 40 vorgesehen ist, welches vorliegend, als insbesondere mittig angeordnete, Lagerachse ausgebildet ist. An den Verfahreinheiten sind Aktoren 60 angeordnet.
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3 zeigt die im Wesentlichen aus der 2 bekannte Ausführungsform eines Greifmoduls, wobei die Aktoren 60 in dieser Ansicht aus der Zeichenebene schräg heraus gerichtet sind. Zu erkennen sind die erste Verfahreinheit 20 nebst Führungsschlitten 22 und dem ersten Führungselement 21. Der Führungsschlitten der zweiten Verfahreinheit 30 ist in dieser Ansicht durch die erste Verfahreinheit 20 verdeckt. Mit der Strichpunktlinie ist ein versetzt angeordneter Schnitt skizziert, welcher in der 4 dargestellt ist.
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4 zeigt den Schnitt durch das Greifmodul, wie in der 3 skizziert. Zu erkennen ist insbesondere, dass die Normalenrichtungen N21 sowie N31 des ersten Führungselements 21 bzw. des zweiten Führungselements 31 parallel bzw. im Wesentlichen parallel bzw. senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung R orientiert sind, entlang derer sich die Aktoren 60, vorliegend die Greiffinger, erstrecken. Die Positionierung der Führungselemente 21 und 31 ist zweckmäßigerweise also so gewählt, dass die Hauptbelastungsrichtungen immer möglichst senkrecht auf die Führungselemente, insbesondere auf das erste Führungselement 21 und das zweite Führungselement 31, wirken, auch wenn die Greiffinger angewinkelt sind. In Kombination mit der versetzten Anordnung der Führungselemente 21, 31, und 40 ist damit eine extrem hohe Stabilität gegeben, welche eine sehr hohe Positionsgenauigkeit ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Grundkörper
- 20
- erste Verfahreinheit
- 21
- erstes Führungselement
- 22
- Führungsschlitten
- N21
- Normalenrichtung erstes Führungselement
- 30
- zweite Verfahreinheit
- 31
- zweites Führungselement
- 32
- Führungsschlitten
- N31
- Normalenrichtung zweites Führungselement
- 40
- drittes, gemeinsames Führungselement
- N40
- Normalenrichtung drittes Führungselement
- 60
- Aktor
- 80
- Rahmen
- 82
- Endeffektor, Greifmodul
- 84
- weiteres Greifmodul
- 86
- Adapterelement
- α
- Neigungswinkel
- a
- Abstand
- E
- Ebene
- R
- Richtung
- L
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013019034 A1 [0002]
