DE102021129946A1

DE102021129946A1 - gripper

Info

Publication number: DE102021129946A1
Application number: DE102021129946.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Feyrer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-11-17
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2023-05-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Greifer (1) zur Ergreifen eines Gegenstands (2), mit einem Greifsystem (4), das einen elektrischen Schrittmotor (6) und eine mit dem Schrittmotor (6) gekoppelte Linearführung (7) umfasst, an der eine Greifbacke (8) linearbeweglich längs einer Bewegungsachse (9) gelagert ist, wobei eine parallel zur Bewegungsachse (9) erstreckte Antriebswelle (10) des Schrittmotors (6) mit einem Gewindeabschnitt (11) versehen ist, der in einen Koppelblock (12) eingeschraubt ist, wobei der Koppelblock (12) linearbeweglich längs der Bewegungsachse (9) in einer Ausnehmung (16) der Greifbacke (8) aufgenommen ist und wobei zwischen einer quer zur Bewegungsachse (9) ausgerichteten Seitenfläche (14) des Koppelblocks (12) und einer gegenüberliegend zur Seitenfläche (14) ausgerichteten, insbesondere die Ausnehmung (16) abschnittsweise begrenzenden, Stützfläche (18) eine Federanordnung (27) angeordnet ist, die für eine elastische Kraftübertragung zwischen dem Koppelblock (12) und der Greifbacke (8) ausgebildet ist.The invention relates to a gripper (1) for gripping an object (2), with a gripping system (4) which comprises an electric stepping motor (6) and a linear guide (7) coupled to the stepping motor (6), on which a gripping jaw ( 8) is mounted so that it can move linearly along a movement axis (9), a drive shaft (10) of the stepping motor (6) extending parallel to the movement axis (9) being provided with a threaded section (11) which is screwed into a coupling block (12), wherein the coupling block (12) is accommodated in a recess (16) of the gripping jaw (8) so that it can move linearly along the axis of movement (9) and between a side surface (14) of the coupling block (12) oriented transversely to the axis of movement (9) and one opposite the side surface (14) aligned supporting surface (18), in particular delimiting the recess (16) in sections, a spring arrangement (27) is arranged, which is designed for elastic force transmission between the coupling block (12) and the gripping jaw (8).

Description

Die Erfindung betrifft einen Greifer. Greifer werden beispielsweise im Bereich der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt, um Werkstücke manipulieren zu können. Beispielhaft ist vorgesehen, dass ein Greifer an einer Handachse eines Industrieroboters angebracht ist. Der Greifer kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, ein Werkstück aus einem Vorratsbehälter auf einen Werkstückträger aufzusetzen, wobei das Werkstück anschließend einer Werkstückbearbeitung zugeführt wird. Alternativ kann ein Greifer auch dazu eingesetzt werden, eine Montage und Demontage des Werkstücks in eine Vorrichtung oder aus einer Vorrichtung vorzunehmen. In jedem Fall ist vorgesehen, dass der Greifer das Werkstück zwischen wenigstens zwei Greifbacken aufnimmt und für den Transport des Werkstücks einer Greifkraft über die Greifbacken auf das Werkstück ausübt um zumindest eine kraftschlüssige Kopplung zwischen dem Werkstück und den Greifbacken übertragen zu können. Um die gewünschte Krafteinleitung über die Greifbacken auf das Werkstück gewährleisten zu können, weist der Greifer wenigstens eine Antriebseinrichtung auf, die zur Einleitung einer Relativbewegung zwischen der Greifbacke und einem Grundkörper des Greifers, an dem die Antriebseinrichtung festgelegt sein kann, ausgebildet ist. Als Antriebseinrichtung kommen beispielsweise pneumatische Antriebe wie Pneumatikzylinder oder elektrische Antriebe wie Schrittmotoren in Frage.The invention relates to a gripper. Grippers are used, for example, in the field of industrial automation technology in order to be able to manipulate workpieces. By way of example, it is provided that a gripper is attached to a hand axis of an industrial robot. The gripper can be used, for example, to place a workpiece from a storage container onto a workpiece carrier, with the workpiece then being fed to workpiece processing. Alternatively, a gripper can also be used to assemble and disassemble the workpiece in or out of a device. In any case, it is provided that the gripper picks up the workpiece between at least two gripping jaws and, for the transport of the workpiece, exerts a gripping force on the workpiece via the gripping jaws in order to be able to transmit at least one non-positive coupling between the workpiece and the gripping jaws. In order to be able to ensure the desired introduction of force via the gripper jaws onto the workpiece, the gripper has at least one drive device which is designed to initiate a relative movement between the gripper jaw and a base body of the gripper, to which the drive device can be fixed. Pneumatic drives, such as pneumatic cylinders, or electric drives, such as stepping motors, can be used as the drive device.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Greifer bereitzustellen, der einen einfachen Aufbau aufweist und mit einer einfachen Ansteuerung betrieben werden kann.The object of the invention is to provide a gripper that has a simple structure and can be operated with a simple control.

Diese Aufgabe wird mit einem Greifer zum Ergreifen eines Gegenstands gelöst, wobei der Greifer wenigstens ein Greifsystem aufweist, das einen elektrischen Schrittmotor und eine mit dem Schrittmotor gekoppelte Linearführung umfasst, an der eine Greifbacke linearbeweglich längs einer Bewegungsachse gelagert ist, wobei eine parallel zur Bewegungsachse erstreckte Antriebswelle des Schrittmotors mit einem Gewindeabschnitt versehen ist, der in einen Koppelblock eingeschraubt ist, wobei der Koppelblock linearbeweglich längs der Bewegungsachse in einer Ausnehmung der Greifbacke aufgenommen ist und wobei zwischen einer quer zur Bewegungsachse ausgerichteten Seitenfläche des Koppelblocks und einer gegenüberliegend zur Seitenfläche ausgerichteten, insbesondere die Ausnehmung abschnittsweise begrenzenden, Stützfläche eine Federanordnung angeordnet ist, die für eine elastische Kraftübertragung zwischen dem Koppelblock und der Greifbacke ausgebildet ist.This object is achieved with a gripper for gripping an object, the gripper having at least one gripping system which includes an electric stepping motor and a linear guide coupled to the stepping motor, on which a gripping jaw is mounted so as to be linearly movable along a movement axis, one extending parallel to the movement axis The drive shaft of the stepping motor is provided with a threaded section which is screwed into a coupling block, the coupling block being accommodated in a recess of the gripping jaw so that it can be linearly moved along the axis of movement and between a side face of the coupling block oriented transversely to the axis of movement and a side face oriented opposite the side face, in particular the Recess delimiting sections, support surface a spring arrangement is arranged, which is designed for an elastic force transmission between the coupling block and the gripping jaw.

Bei einem elektrischen Schrittmotor ist vorgesehen, dass eine Schrittmotorsteuerung eine gewisse Anzahl von Schritten vorgeht und der Schrittmotor diese Schritte ausführt. Ergibt sich jedoch die Situation, dass bei einer Ausführung eines oder mehrere Schritte ein maximales Drehmoment des Schrittmotors überschritten wird, kann die Situation eintreten, dass die Schrittmotorsteuerung hiervon keine Kenntnis erhält, da möglicherweise aus Kostengründen keine entsprechende Sensorik vorgesehen ist. Bei der nachfolgenden Ansteuerung des Schrittmotors durch die Schrittmotorsteuerung kommt es daher zu Positionierfehlern, die bei einer Verwendung eines solchen Schrittmotors in einem Greifer dazu führen können, dass das zu greifende Werkstück nicht korrekt gegriffen werden kann. In the case of an electric stepper motor, it is provided that a stepper motor controller takes a certain number of steps and the stepper motor executes these steps. However, if the situation arises that a maximum torque of the stepper motor is exceeded when executing one or more steps, the situation can arise that the stepper motor controller is not aware of this, since no corresponding sensor system is possibly provided for cost reasons. In the subsequent actuation of the stepping motor by the stepping motor controller, positioning errors therefore occur which, when such a stepping motor is used in a gripper, can result in the workpiece to be gripped not being able to be gripped correctly.

Um dennoch bei Beibehaltung eines möglichst einfachen Aufbaus für den Greifer und für die Ansteuerung des Schrittmotors vorgezogenen Schrittmotorsteuerung eine Verbesserung der Betriebssicherheit für den Greifer gewährleisten zu können, ist vorgesehen, in eine kinematische Kette, die den Schrittmotor mit seiner Antriebswelle, eine Getriebeanordnung, die zur Umsetzung der Rotationsbewegung der Antriebswelle in eine lineare Bewegung ausgebildet ist, sowie die Greifbacke eine definierte Elastizität einzubauen. Mit einer solchen Elastizität in der kinematischen Kette kann gewährleistet werden, dass trotz des aus Kostengründen vorzusehenden rein gesteuerten Betriebs für den Schrittmotor während eines Greifvorgangs das maximale Drehmoment des Schrittmotors nicht überschritten wird und somit keine fehlerhafte Ansteuerung durch die Schrittmotorsteuerung auftritt.In order to be able to guarantee an improvement in operational safety for the gripper while maintaining the simplest possible structure for the gripper and for the control of the stepper motor, it is provided that a kinematic chain that connects the stepper motor with its drive shaft, a gear arrangement that is used for Implementation of the rotational movement of the drive shaft is formed into a linear movement, and incorporate the gripping jaw a defined elasticity. With such elasticity in the kinematic chain, it can be ensured that, despite the purely controlled operation of the stepping motor, which is to be provided for cost reasons, the maximum torque of the stepping motor is not exceeded during a gripping process and thus no faulty activation by the stepping motor control occurs.

Um eine solche Elastizität in die kinematische Kette integrieren zu können ist vorgesehen, dass zwischen einem Gewindeabschnitt der Antriebswelle und der Greifbacke eine Federanordnung vorgesehen ist. In der praktischen Umsetzung für das Greifsystem bedeutet dies, dass anstelle einer unmittelbaren Kopplung zwischen dem Gewindeabschnitt der Antriebswelle und der Greifbacke eine Zwischenschaltung eines Koppelblocks vorgesehen ist, der mit einem Gewindebereich versehen ist, der zum Gewindeabschnitts der Antriebswelle korrespondiert. Dieses Funktionsprinzip kann sowohl für einen Außengreifer, der ein Werkstück an Außenflächen mit einer Annäherungsbewegung der Greifbacken als auch für einen Innengreifer, der ein Werkstück an Innenflächen mit einer Entfernungsbewegung der Greifbacken ergreifen kann, eingesetzt werden.In order to be able to integrate such elasticity into the kinematic chain, a spring arrangement is provided between a threaded section of the drive shaft and the gripping jaw. In practical implementation for the gripping system, this means that instead of a direct coupling between the threaded section of the drive shaft and the gripping jaw, an interposition of a coupling block is provided, which is provided with a threaded area that corresponds to the threaded section of the drive shaft. This functional principle can be used both for an outer gripper that can grip a workpiece on outer surfaces with an approaching movement of the gripping jaws and for an inner gripper that can grip a workpiece on inner surfaces with a moving away movement of the gripping jaws.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Gewindeabschnitt der Antriebswelle mit einem Außengewinde versehen ist und dementsprechend der Gewindebereich dem Koppelblock als Innengewinde ausgeführt ist. Der Koppelblock ist derart an oder in der Greifbacke oder gegebenenfalls an einem Schlitten, der zur Aufnahme einer Greifbacke vorgesehen ist, angeordnet, dass er längs einer Bewegungsachse, entlang der die Greifbacke relativ zur Linearführung bewegt werden kann, beweglich ist. Ferner ist vorgesehen, dass zwischen einer quer zur Bewegungsachse ausgerichteten Seitenfläche des Koppelblocks und einer gegenüberliegend zu dieser Seitenfläche ausgerichteten Stützfläche eine Federanordnung angeordnet ist. Diese Federanordnung ist derart ausgebildet, dass sie mit zunehmender Greifkraftausübung, die durch eine entsprechende Rotationsbewegung der Antriebswelle gegenüber dem Koppelblock hervorgerufen wird, mit Federenergie beaufschlagt wird. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Federanordnung eine oder mehrere Druckfedern umfasst, die mit zunehmender Greifkraft komprimiert werden und dadurch vom Schrittmotor bereitgestellte Energie in Form von Federenergie speichern. Bei einer Ausgestaltung der Federanordnung mit einer Zugfeder oder mehreren Zugfedern erfolgt eine zunehmende Einleitung von Zugkräften auf die Federanordnung bei Erhöhung der Greifkraft, womit die vom Schrittmotor bereitgestellte Energie zu einer Expansion der Federanordnung führt und in Form von Federenergie gespeichert werden kann.It is preferably provided that the threaded section of the drive shaft is provided with an external thread and accordingly the threaded area is attached to the coupling block as an internal thread winch is executed. The coupling block is arranged on or in the gripping jaw or optionally on a carriage that is provided for receiving a gripping jaw such that it can be moved along a movement axis along which the gripping jaw can be moved relative to the linear guide. Provision is also made for a spring arrangement to be arranged between a side face of the coupling block oriented transversely to the movement axis and a support face oriented opposite to this side face. This spring arrangement is designed in such a way that spring energy is applied to it as the gripping force increases, which is caused by a corresponding rotational movement of the drive shaft relative to the coupling block. For example, it is provided that the spring arrangement comprises one or more compression springs, which are compressed as the gripping force increases and thereby store energy provided by the stepper motor in the form of spring energy. In an embodiment of the spring arrangement with a tension spring or several tension springs, increasing introduction of tensile forces takes place on the spring arrangement when the gripping force increases, whereby the energy provided by the stepper motor leads to an expansion of the spring arrangement and can be stored in the form of spring energy.

Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Federanordnung zwischen der Seitenfläche des Koppelblocks und einer Innenoberfläche der Ausnehmung, die dieser Seitenfläche gegenüberliegt, abgestützt ist.By way of example, it is provided that the spring arrangement is supported between the side surface of the coupling block and an inner surface of the recess which is opposite this side surface.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Bevorzugt ist vorgesehen, wenn die Greifbacke mit einer Bohrung versehen ist, die in die Ausnehmung ausmündet und die von der Antriebswelle durchsetzt ist und dass die Antriebswelle in der Bohrung und/oder in einem Lagerblock, der in der Ausnehmung der Greifbacke aufgenommen ist, drehbeweglich gelagert ist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Greifbacke ist vorgesehen, dass die Greifbacke als Solche linearbeweglich in der Linearführung aufgenommen ist und somit sämtliche Funktionsflächen, die für diese linearbewegliche Lagerung in der Linearführung sowie für das Ergreifen eines Werkstücks erforderlich sind, in einer einzigen einstückig ausgebildeten Komponente verwirklicht. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Greifbacke mehrteilig ausgebildet ist, um beispielsweise eine Anpassung an unterschiedliche Werkstücke durch Auswechslung eines Greifabschnitts der Greifbacke verwirklichen zu können. Die Bohrung durch die Greifbacke erstreckt sich parallel zur Bewegungsachse und ist koaxial zur Antriebswelle des Schrittmotors angeordnet.Provision is preferably made for the gripping jaw to be provided with a bore which opens into the recess and through which the drive shaft passes, and for the drive shaft to be rotatably mounted in the bore and/or in a bearing block which is accommodated in the recess of the gripping jaw is. With such a configuration of the gripping jaw, it is provided that the gripping jaw as such is accommodated in the linear guide in a linearly movable manner and thus all functional surfaces that are required for this linearly movable mounting in the linear guide and for gripping a workpiece are realized in a single integrally formed component. Alternatively, it can be provided that the gripping jaw is designed in several parts, for example to be able to adapt to different workpieces by exchanging a gripping section of the gripping jaw. The bore through the gripping jaw extends parallel to the axis of movement and is arranged coaxially with the drive shaft of the stepper motor.

Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Antriebswelle in der Bohrung der Greifbacke drehbeweglich gelagert ist. Bevorzugt bilden eine Außenoberfläche der Antriebswelle und eine Innenoberfläche der Bohrung eine Gleitlagerung aus. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass eine spezifisch angepasste Lagerbuchse in der Bohrung aufgenommen ist, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser der Außenoberfläche der Antriebswelle angepasst ist und die aus einem Material hergestellt ist, das sich besonders für eine Gleitlagerung eignet, beispielsweise Messing oder Bronze oder ein Kunststoffmaterial wie Polyoxymethylen (POM).For example, it is provided that the drive shaft is rotatably mounted in the bore of the gripping jaw. An outer surface of the drive shaft and an inner surface of the bore preferably form a plain bearing. Alternatively, it can also be provided that a specially adapted bearing bush is accommodated in the bore, the inner diameter of which is adapted to the outer diameter of the outer surface of the drive shaft and which is made of a material that is particularly suitable for a plain bearing, for example brass or bronze or a Plastic material such as polyoxymethylene (POM).

Alternativ ist vorgesehen, dass die Bohrung in der Greifbacke einen Innendurchmesser aufweist, der größer als ein Außendurchmesser der Antriebswelle ist, so dass die Antriebswelle reibungsfrei in der Bohrung der Greifbacke aufgenommen ist. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Antriebswelle in einem separat ausgebildeten, in der Ausnehmung der Greifbacke angeordneten Lagerblock, der mit einer geeigneten Lagerbohrung versehen ist, drehbeweglich in der Art eines Gleitlagers gelagert ist. Vorzugsweise dient der Lagerblock zusätzlich zur Bereitstellung einer Stützfläche für die Federanordnung, wobei eine von dieser Stützfläche abweisende Außenfläche des Lagerblocks an der Wandung der Ausnehmung in der Greifbacke abgestützt ist.Alternatively, it is provided that the bore in the gripping jaw has an inside diameter that is larger than an outside diameter of the drive shaft, so that the drive shaft is accommodated in the bore of the gripping jaw without friction. In this case, it can be provided that the drive shaft is rotatably mounted in the manner of a slide bearing in a separately formed bearing block which is arranged in the recess of the gripping jaw and is provided with a suitable bearing bore. Preferably, the bearing block also serves to provide a support surface for the spring arrangement, with an outer surface of the bearing block facing away from this support surface being supported on the wall of the recess in the gripping jaw.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Federanordnung achssymmetrisch zu einer Rotationsachse der Antriebswelle angeordnet ist. Hierdurch wird eine unerwünschte asymmetrische Kraftübertragung zwischen der Federanordnung und dem Koppelblock vermieden, die ansonsten zu einer erhöhten Reibung zwischen dem Gewindeabschnitt der Antriebswelle und dem Gewindebereich im Koppelblock führen würde. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Federanordnung koaxial zur Antriebswelle angeordnet ist, dies kann beispielsweise durch Verwendung einer oder mehrerer Tellerfedern, die mit ihrer Bohrung auf die Antriebswelle aufgefächert sind, oder durch Verwendung wenigstens einer Wendelfeder, die die Antriebswelle wendelförmig umgibt, verwirklicht werden. Alternativ ist vorgesehen, dass beispielsweise beidseitig der Antriebswelle jeweils Federn der Federanordnung vorgesehen sind, wobei Mittelachsen dieser Federn, bei denen sich insbesondere um Wendelfeder oder Tellerfedern handeln kann, in einer gemeinsamen Ebene mit der Mittelachse der Antriebswelle liegen. Ferner ist in diesem Fall vorzusehen, dass die Mittelachsen dieser Federn jeweils einen ähnlichen, insbesondere identischen, Abstand zur Mittelachse der Antriebswelle aufweisen.Provision is preferably made for the spring arrangement to be arranged axially symmetrically with respect to an axis of rotation of the drive shaft. This avoids an undesired asymmetrical transmission of force between the spring arrangement and the coupling block, which would otherwise lead to increased friction between the threaded section of the drive shaft and the threaded area in the coupling block. By way of example, it is provided that the spring arrangement is arranged coaxially with the drive shaft. This can be achieved, for example, by using one or more disc springs, the bore of which is fanned out onto the drive shaft, or by using at least one helical spring which helically surrounds the drive shaft. Alternatively, it is provided that, for example, springs of the spring arrangement are provided on both sides of the drive shaft, with central axes of these springs, which can in particular be helical springs or disc springs, lying in a common plane with the central axis of the drive shaft. Furthermore, in this case it should be provided that the central axes of these springs each have a similar, in particular identical, distance from the central axis of the drive shaft.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Federeinrichtung aus der Gruppe: Tellerfeder, Tellerfederanordnung, Wendelfeder, Wendelfedaranordnung, Elastomerelement, Elastomerelementanordnung ausgewählt ist und dass eine von der Federanordnung übertragbare Maximalkraft kleiner als eine Maximalkraft einer vom Schrittmotor, der Antriebswelle und dem Koppelblock gebildeten kinematischen Kette ist. Dementsprechend kann die Federeinrichtung eine Tellerfeder oder eine aus mehreren Tellerfedern gebildete Tellerfederanordnung und/oder eine Wendelfeder oder eine aus mehreren Wendelfedern gebildete Wendelfederanordnung und/oder ein Elastomerelement (beispielsweise aus einem gummielastischen Werkstoff wie Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) oder Nitrilkautschuk (NBR) oder eine Anordnung derartiger Elastomerelemente umfassen.In a development of the invention, it is provided that the spring device from the group: plate spring, plate spring arrangement, helical spring, Spiral spring arrangement, elastomer element, elastomer element arrangement is selected and that a maximum force that can be transmitted by the spring arrangement is smaller than a maximum force of a kinematic chain formed by the stepping motor, the drive shaft and the coupling block. Accordingly, the spring device can be a disk spring or a disk spring arrangement formed from a plurality of disk springs and/or a helical spring or a helical spring arrangement formed from a plurality of helical springs and/or an elastomer element (for example made of a rubber-elastic material such as ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) or nitrile rubber ( NBR) or an arrangement of such elastomeric elements.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwei Greifsysteme vorgesehen sind, die jeweils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet sind, wobei die beiden Greifsysteme achssymmetrisch zueinander angeordnet sind. Hierdurch wird ein symmetrisches Ergreifen von Werkstücken ermöglicht, was insbesondere bei einer Verwendung des Greifers an einer Handachse eines Industrieroboters von Vorteil ist, um asymmetrische Krafteinleitungen auf diese Handachse zu vermeiden, die auftreten könnten, wenn lediglich eine der Greifbacken beweglich am Greifer gelagert ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that two gripping systems are provided, which are each designed according to one of the preceding claims, the two gripping systems being arranged axially symmetrically to one another. This enables workpieces to be gripped symmetrically, which is particularly advantageous when the gripper is used on a hand axis of an industrial robot, in order to avoid asymmetric force introduction onto this hand axis, which could occur if only one of the gripper jaws is movably mounted on the gripper.

Zweckmäßig ist es, wenn jedem der elektrischen Schrittmotoren eine Schrittmotorsteuerung zugeordnet und wenn die Schrittmotorsteuerungen der beiden Greifsysteme für eine synchron gegenläufige Bewegung der Greifbacken ausgebildet sind.It is expedient if each of the electric stepping motors is assigned a stepping motor controller and if the stepping motor controllers of the two gripping systems are designed for a synchronous, opposite movement of the gripping jaws.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 einen Greifer mit zwei Greifsystemen, die achssymmetrisch zueinander angeordnet sind, wobei jedes der Greifsysteme einen elektrischen Schrittmotor mit zugeordneter Linearführung und einer linearbeweglichen Greifbacke aufweist und wobei der Greifer eine Öffnungsstellung einnimmt,
2 der Greifer gemäß der 1 in einer Schließstellung zum Ergreifen eines Werkstücks.

An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. This shows:

1 a gripper with two gripping systems which are arranged axially symmetrically to one another, each of the gripping systems having an electric stepping motor with an associated linear guide and a linearly movable gripping jaw, and the gripper assuming an open position,
2 the gripper according to the 1 in a closed position for gripping a workpiece.

In den 1 und 2 ist ein nur streng schematisch und nicht maßstäblich dargestellter Greifer 1 zum Ergreifen eines rein exemplarisch in der 2 als quaderförmiger Gegenstand ausgebildeten Werkstücks 2 in einer Ruheposition gemäß der 1 und in einer Funktionsposition gemäß der 2 gezeigt.In the 1 and 2 is a strictly schematic and not shown to scale gripper 1 for taking a purely exemplary in the 2 designed as a cuboid object workpiece 2 in a rest position according to 1 and in a functional position according to 2 shown.

Der Greifer 1 weist eine Koppelschnittstelle 3 auf, die zur Ankopplung an einen nicht dargestellten Manipulator, insbesondere an eine Handachse eines Industrieroboters, ausgebildet ist und die sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Kopplung mit den Manipulator ermöglicht. Beispielhaft ist vorgesehen, dass über die Koppelschnittstelle 3 elektrische Energie und Steuersignale für den Greifer 1 übertragen werden können.The gripper 1 has a coupling interface 3 which is designed for coupling to a manipulator (not shown), in particular to a hand axis of an industrial robot, and which enables both mechanical and electrical coupling to the manipulator. By way of example, it is provided that electrical energy and control signals for the gripper 1 can be transmitted via the coupling interface 3 .

Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Greifer 1 mit zwei Greifsystemen 4 ausgerüstet sind, die rein exemplarisch achssymmetrisch zu einer Mittelachse 5 ausgerichtet sind.By way of example, it is provided that the gripper 1 is equipped with two gripping systems 4 which, purely by way of example, are aligned axially symmetrically with respect to a central axis 5 .

Beispielhaft ist vorgesehen, dass die beiden Greifsysteme 4 identisch ausgeführt sind. Hierbei umfasst jedes der Greifsysteme 4 einen elektrischen Schrittmotor 6 und eine mit dem Schrittmotor 6 gekoppelte Linearführung 7. In der rein schematischen Darstellung der 1 und 2 ist vorgesehen, dass die Linearführung 7 am Schrittmotor 6 festgelegt ist und sich mit einer konstanten Profilierung längs einer Bewegungsachse 9 erstreckt. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Profilierung der Linearführung 7 als Schwalbenschwanz-Profilierung ausgebildet ist und dass eine Greifbacke 8 abschnittsweise eine nicht näher dargestellte, zur Profilierung der Linearführung 7 korrespondierende Geometrie aufweist, um eine linearbewegliche Lagerung der Greifbacke 8 in der Linearführung 7 mit genau einem einzigen Freiheitsgrad der Bewegung, nämlich einem längs der Bewegungsachse 9 erstreckten Freiheitsgrad der Bewegung, zu verwirklichen.By way of example, it is provided that the two gripping systems 4 are of identical design. Each of the gripping systems 4 includes an electric stepping motor 6 and a linear guide 7 coupled to the stepping motor 6. In the purely schematic representation of FIG 1 and 2 it is provided that the linear guide 7 is fixed to the stepping motor 6 and extends with a constant profile along a movement axis 9 . For example, it is provided that the profiling of the linear guide 7 is configured as a dovetail profiling and that sections of a gripping jaw 8 have a geometry (not shown in detail) that corresponds to the profiling of the linear guide 7, in order to ensure a linearly movable mounting of the gripping jaw 8 in the linear guide 7 with exactly one to realize a single degree of freedom of movement, namely a degree of freedom of movement extending along the movement axis 9 .

Um eine Bewegung der Greifbacke 8 relativ zu Linearführung 7 zu ermöglichen ist es vorgesehen, dass eine drehbewegliche Antriebswelle 10 des Schrittmotors 6 an einem dem Schrittmotor 6 abgewandten Endbereich mit einem Außengewinde versehen ist, so dass dieser Endbereich auch als Gewindeabschnitt 11 bezeichnet wird. Ferner ist vorgesehen, dass in der Greifbacke 8 eine Bohrung 20 ausgebildet ist, die koaxial zu einer Rotationsachse 21 der Antriebswelle 10 ausgerichtet ist und deren Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Antriebswelle 10 ausgebildet ist. Wie der Darstellung der 1 und 2 entnommen werden kann, durchsetzt die Bohrung 20 abschnittsweise die Greifbacke 8 und mündet in einer Ausnehmung 16 aus, die beispielsweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 21 ausgebildet sein kann. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Verlängerung der Ausnehmung 16 eine weitere Bohrung 22 in der Greifbacke 8 vorgesehen ist, die ebenfalls rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 21 ausgebildet ist und die als Arbeitsraum für die Antriebswelle 10 genutzt werden kann, wie dies aus der 2 hervorgeht.In order to enable the gripper jaw 8 to move relative to the linear guide 7, a rotatable drive shaft 10 of the stepper motor 6 is provided with an external thread on an end area facing away from the stepper motor 6, so that this end area is also referred to as the threaded section 11. Furthermore, it is provided that a bore 20 is formed in the gripping jaw 8 , which is aligned coaxially to a rotational axis 21 of the drive shaft 10 and whose inner diameter is formed larger than an outer diameter of the drive shaft 10 . As the representation of 1 and 2 can be removed, the bore 20 passes through the gripping jaw 8 in sections and opens out into a recess 16 which can be configured, for example, rotationally symmetrical to the axis of rotation 21 . By way of example, it is provided that the extension of the recess 16 is provided with a further bore 22 in the gripping jaw 8, which is also designed to be rotationally symmetrical to the axis of rotation 21 and which can be used as a working space for the drive shaft 10, as can be seen from FIG 2 emerges.

Ferner ist vorgesehen, dass ein Querschnitt, insbesondere ein Durchmesser, der Ausnehmung 16 größer als ein Durchmesser der Bohrungen 21, 22 gewählt ist, wodurch rein exemplarisch kreisringförmig ausgebildete Stirnflächen 23, 24 in der Greifbacke 8 ausgebildet sind. Der Gewindeabschnitt 11 der Antriebswelle 10 ist in einen Innengewindeabschnitt 25 eines Koppelblocks 12 eingeschraubt, der beispielhaft kreisringförmig ausgebildet ist und linearbeweglich in der Ausnehmung 16 aufgenommen ist. An einer quer zur Rotationsachse 21 ausgerichteten Seitenfläche 14 des Koppelblocks 12 sind rein exemplarisch zwei Sacklöcher 26 in den Koppelblock 12 eingebracht, in denen jeweils eine Wendelfeder 28 endseitig aufgenommen ist. Die rein exemplarisch zwei Wendelfedern 28 bilden eine Federanordnung 27 und sind mit einem dem Koppelblock 12 abgewandten Endbereich in Sacklöchern 32 des gegenüberliegend zum Koppelblock 12 in der Ausnehmung 16 angeordneten und von der Antriebswelle 10 durchsetzten Lagerblocks 17 aufgenommen. Dabei bilden die jeweiligen Endbereiche der Sacklöcher 32 jeweils Stützflächen 18 für die Wendelfedern 28. Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine Bohrung 33 im Lagerblock 17 derart an eine Außenoberfläche 30 der Antriebswelle 10 angepasst ist, das der Lagerblock 17 ein Gleitlager für die drehbewegliche Lagerung der Antriebswelle 10 bildet.Furthermore, it is provided that a cross section, in particular a diameter, of the recess 16 is selected to be larger than a diameter of the bores 21, 22, as a result of which end faces 23, 24 of annular design are formed in the gripping jaw 8, purely by way of example. The threaded section 11 of the drive shaft 10 is screwed into an internally threaded section 25 of a coupling block 12 which, for example, is designed in the shape of a circular ring and is accommodated in the recess 16 in a linearly movable manner. On a side surface 14 of the coupling block 12 oriented transversely to the axis of rotation 21 , two blind holes 26 are made in the coupling block 12 purely by way of example, in each of which a helical spring 28 is accommodated at the end. The purely exemplary two helical springs 28 form a spring arrangement 27 and are accommodated with an end region facing away from the coupling block 12 in blind holes 32 of the bearing block 17 which is arranged in the recess 16 opposite the coupling block 12 and through which the drive shaft 10 passes. The respective end regions of the blind holes 32 each form support surfaces 18 for the coil springs 28. For example, it is provided that a bore 33 in the bearing block 17 is adapted to an outer surface 30 of the drive shaft 10 in such a way that the bearing block 17 is a plain bearing for the rotatable mounting of the drive shaft 10 forms.

Der Lagerblock 17 ist mit einer dem Koppelblock 12 abgewandten Rückseite 34 an der Stirnfläche 23 der Ausnehmung 16 abgestützt. Ferner ist vorgesehen, dass die Wendelfedern 28 in der Ruheposition für den Greifer 1 gemäß der 1 eine geringe innere Vorspannung aufweisen, damit sie die in der 1 gezeigte Positionierung des Lagerblocks 17 innerhalb der Ausnehmung 16 gewährleisten können.The bearing block 17 is supported on the end face 23 of the recess 16 with a rear side 34 facing away from the coupling block 12 . It is further provided that the helical springs 28 in the rest position for the gripper 1 according to 1 have a low internal preload so that they are in the 1 shown positioning of the bearing block 17 within the recess 16 can ensure.

Sofern die Antriebswelle 10 des Schrittmotors 6 in eine Rotationsbewegung um die Rotationsachse 21 versetzt wird und zudem sichergestellt ist, dass der Koppelblock 12 ausschließlich linearbeweglich und drehfest in der Ausnehmung 16 aufgenommen ist, was beispielsweise durch eine nicht dargestellte Nut-Feder-Kombination zwischen dem Koppelblock 12 und der Greifbacke 8 verwirklicht werden kann, erfolgt eine Schraubbewegung zwischen dem Gewindeabschnitt 11 und dem Koppelblock 12.If the drive shaft 10 of the stepper motor 6 is set in a rotational movement about the axis of rotation 21 and it is also ensured that the coupling block 12 is only linearly movable and non-rotatably received in the recess 16, which is possible, for example, by a tongue and groove combination (not shown) between the coupling block 12 and the gripping jaw 8 can be realized, a screwing movement takes place between the threaded section 11 and the coupling block 12.

Bei geeigneter Auswahl der Drehrichtung für die Antriebswelle 10 findet hierbei eine Annäherung des Koppelblocks 12 längs der Bewegungsachse 9 in Richtung des Schrittmotors 6 statt, wodurch nach Überwindung eines konstruktiv zu berücksichtigenden Bewegungswiderstands zwischen Greifbacke 8 und Linearführung 7 auch eine Annäherung der Greifbacke 8 in Richtung des Schrittmotors 6 stattfindet.With a suitable selection of the direction of rotation for the drive shaft 10, the coupling block 12 approaches along the axis of movement 9 in the direction of the stepper motor 6, whereby after overcoming a resistance to movement between the gripping jaw 8 and the linear guide 7, which must be taken into account in terms of design, the gripping jaw 8 also approaches in the direction of the Stepper motor 6 takes place.

Hierbei ist vorgesehen, dass die Anzahl der Schritte, die der Schrittmotor 6 durchführen soll, von einer Schrittmotorsteuerung 41 vorgegeben wird, die den jeweiligen Schrittmotor 6 zugeordnet ist. Die vorzugebende Anzahl der Schritte ist von der Geometrie des zu ergreifenden Werkstücks 2 und von der Geometrie des Greifers 1 abhängig und wird im Vorfeld vor der Durchführung des Greifvorgangs festgelegt.It is provided here that the number of steps that the stepping motor 6 is to carry out is specified by a stepping motor controller 41 which is assigned to the respective stepping motor 6 . The number of steps to be specified depends on the geometry of the workpiece 2 to be gripped and on the geometry of the gripper 1 and is defined in advance before the gripping process is carried out.

Sobald ein von der Greifbacke 8 abragender Greiffinger 40 in Kontakt mit dem in 2 schematisch dargestellten Werkstück 2 tritt und das Werkstück 2 als inkompressibel anzusehen ist, erfolgt eine axiale Verlagerung des Koppelblocks 12 relativ zur Greifbacke 8 unter Kompression der Wendelfedern 28. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Anzahl der vom Schrittmotor 6 für den Greifvorgang durchzuführenden Schritte derart gewählt ist, dass eine Kompression der Federanordnung 27 um einen vorgebbaren Prozentsatz, beispielsweise 50 Prozent, erfolgt, bevor eine Abschaltung des Schrittmotors aufgrund des Erreichens der vorgegebenen Schrittzahl stattfindet. Durch die hierbei erzielte innere Vorspannung der Wendelfedern 28 wird eine ausreichende Greifkrafteinleitung von der jeweiligen Greifbacke 8 auf das Werkstück 2 gewährleistet.As soon as a gripping finger 40 protruding from the gripping jaw 8 comes into contact with the in 2 workpiece 2 shown schematically occurs and the workpiece 2 is to be regarded as incompressible, an axial displacement of the coupling block 12 takes place relative to the gripping jaw 8 with compression of the helical springs 28. It is preferably provided that a number of steps to be carried out by the stepper motor 6 for the gripping process is selected in such a way that a compression of the spring assembly 27 by a predetermined percentage, for example 50 percent, takes place before the stepper motor is switched off because the predetermined number of steps has been reached. The internal prestressing of the helical springs 28 that is achieved in this way ensures that the respective gripping jaw 8 exerts sufficient gripping force on the workpiece 2 .

Ferner wird durch die nur teilweise Kompression der Wendelfedern 28 sichergestellt, dass ein zum Einleiten dieser Greifkraft erforderliches und vom Schrittmotor 6 aufzubringendes Drehmoment nicht oberhalb eines maximalen Drehmoments des Schrittmotors liegt und somit die von der Schrittmotorsteuerung 41 für den Schrittmotor 6 vorgesehene Schrittzahl stets der Schrittzahl entspricht, die der Schrittmotor 6 auch tatsächlich durchgeführt hat.Furthermore, the only partial compression of the helical springs 28 ensures that a torque required to initiate this gripping force and to be applied by the stepping motor 6 does not exceed a maximum torque of the stepping motor and thus the number of steps provided by the stepping motor controller 41 for the stepping motor 6 always corresponds to the number of steps , which the stepper motor 6 has actually carried out.

Claims

Gripper (1) for gripping an object (2), with a gripping system (4) which comprises an electric stepping motor (6) and a linear guide (7) coupled to the stepping motor (6), on which a gripping jaw (8) can be linearly moved longitudinally a movement axis (9), wherein a drive shaft (10) of the stepper motor (6), which extends parallel to the movement axis (9), is provided with a threaded section (11) which is screwed into a coupling block (12), the coupling block (12 ) linearly movable along the movement axis (9) in a recess (16) of the gripper jaw (8) and between a side face (14) of the coupling block (12) oriented transversely to the movement axis (9) and a side face (14) oriented opposite the side face (14). , In particular the recess (16) delimiting sections, a spring arrangement (27) is arranged, which is designed for an elastic force transmission between the coupling block (12) and the gripping jaw (8).

Gripper (1) after claim 1 , characterized in that the gripping jaw (8) is provided with a bore (20) which opens into the recess (16) and which is penetrated by the drive shaft (10) and that the drive shaft (10) in the bore (20) and/or is rotatably mounted in a bearing block (17) which is accommodated in the recess (16) of the gripping jaw (8).

Gripper (1) after claim 2 , characterized in that the support surface (18) is formed on the bearing block (17) and / or that the spring arrangement (27) is arranged axially symmetrically to an axis of rotation (21) of the drive shaft (10).

Gripper (1) after claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the spring device (27) is selected from the group: plate spring, plate spring arrangement, helical spring (28), helical spring arrangement, elastomer element, elastomer element arrangement and that a maximum force that can be transmitted by the spring arrangement (27) is less than a maximum force of a stepping motor (6th ), The drive shaft (10) and the coupling block (12) formed kinematic chain.

Gripper (1) according to one of the preceding claims, characterized in that two gripping systems (3) are provided, each designed according to one of the preceding claims, the two gripping systems (3) being arranged axially symmetrically to one another.

Gripper (1) after claim 5 , characterized in that each of the electric stepping motors (6) is assigned a stepping motor controller (41) and that the stepping motor controllers (41) of the two gripping systems (4) are designed for a synchronous, opposite movement of the gripping jaws (8).