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Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zur Handhabung von Teilen, insbesondere großvolumigen Werktstücken mit mindestens zwei aneinander gegenüberliegend an einem Horizontalträger relativ zueinander verfahrbaren Greifermodulen, die motorisch angetrieben sind.
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Handhabungsvorrichtungen dieser Art sind prinzipiell bekannt und werden beispielsweise bei der Automatisierung von Produktionslinien, beispielsweise zur Handhabung von Motorblöcken, Zylinderköpfen, Getriebegehäusen und dergleichen eingesetzt. Dazu werden die Handhabungsvorrichtungen an Manipulatoren wie Robotern oder Ladeportalen angebaut.
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Nach dem Stand der Technik werden diese Handhabungsvorrichtungen üblicherweise auf einen speziellen Greifvorgang und/oder geometrisch auf das zu greifende Teil ausgelegt. Sind unterschiedliche Teile zu bewegen, so wird üblicherweise mit Greiferwechselvorrichtungen gearbeitet, um den Manipulator durch den Austausch der gesamten Handhabungsvorrichtung automatisiert an die neue Greifaufgabe anzupassen. Alternativ können durch manuellen Eingriff der Anlagenbediener die Elemente der Handhabungsvorrichtung, also beispielsweise die Greiferarme für die in der Produktionslinie durchzuführende Aufgabe ausgetauscht oder in einer neuen Greifposition montiert werden. Ein derartiger Austausch bzw. eine neue Montage in anderer Ausrichtung ist aber zeit- und kostenaufwendig.
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Eine derartige Handhabungsvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 198 51 292 A1 bekannt, in der eine Handhabungsvorrichtung in Form eines Greifsystems zur Handhabung großvolumiger Werkstücke beschrieben ist. Bei diesem Greifsystem wird die Position der zwei Spannarme mittels eines Motors über eine Rechts-Links-Gewindespindel zueinander verstellt bzw. beim Greifen des Werkstücks werden die Spannarme aufeinander zubewegt. Nachteilig ist es hier, dass nur der Abstand der Spannarme zueinander modifiziert werden kann und dass sich dabei die Mittenposition des Werkstücks bei asymmetrisch aufgebauten Werkstücken verlagert. Bei dieser Handhabungsvorrichtung sind darüber hinaus auch nur zwei Spannarme vorgesehen, so dass längere Werkstücke bzw. asymmetrische Werkstücke nicht aufgenommen werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Handhabungsvorrichtung derart weiterzubilden, dass eine funktionssichere Handhabungsvorrichtung geschaffen wird, die die Handhabung großvolumiger, jedoch in ihren Abmessungen unterschiedlicher Teile gestattet und die flexibel an die Handhabungsaufgabe bzw. an die jeweiligen Aufnahme- bzw. Greifpunkte am zu bewegenden Werkstück angepasst werden kann, ohne dass jeweils die gesamte Handhabungsvorrichtung ausgetauscht werden muss.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Handhabungsvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Grundgedanke besteht darin, dass die Handhabungsvorrichtung modular aufgebaut und zumindest aus einem den Horizontalträger bildenden Trägermodul und mindestens zwei Greifermodulen als modular zusammenstellbaren Bauteilen besteht. Hierdurch kann die Handhabungsvorrichtung entsprechend der zu lösenden Greifaufgaben unterschiedlich zusammengestellt werden. Es muss nicht jeweils die gesamte Handhabungsvorrichtung ausgetauscht werden. Vorzugsweise kann sie durch eine automatische Verstellung der Position der Greifmodule zueinander möglichst schnell und automatisiert an unterschiedliche Greifaufgaben angepasst werden. Die Position der an den Greifmodulen angeordneten Greiferarme kann nicht nur in einer Linearrichtung, sondern in einer Ebene ausgerichtet werden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den sich an den Hauptanspruch anschließenden Unteransprüchen.
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Demnach kann die Handhabungsvorrichtung je nach Anzahl der geforderten linearen Bewegung des Trägermoduls und/oder der Greifmodule eine entsprechende Anzahl an Antriebsmodulen aufweisen.
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Die Antriebsmodule umfassen vorzugsweise Elektromotoren, insbesondere Servomotoren oder Schrittmotoren.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können die Antriebsmodule Hydraulik- oder Pneumatikzylinder und/oder Elektromotoren umfassen.
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Je nach Aufgabe des Antriebsmoduls soll dieses entweder in der Lage sein, den Greiferarm oder das Greifermodul zwischen zwei Endpunkten hin- und her zu bewegen oder aber das Greifermodul oder den Greiferarm an einer beliebigen Position auf dem Fahrweg zu positionieren. So wird dann entsprechend der Aufgabenstellung entweder ein Positionierantrieb, wie beispielsweise ein Servo- oder Schrittmotor, gewählt oder ein einfacher Antrieb in Form eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders oder eines einfachen Elektromotors, wenn es nur um die Bewegung zwischen zwei Positionen geht.
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Über das Trägermodul wird die Anbindung an einen Roboter oder ein Ladeportal geschaffen. Das Trägermodul kann in seiner Schnittstelle starr ausgeführt sein. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung kann es aber auch über eine steuerbare Drehverbindung an den Roboter bzw. das Ladeportal angeschlossen sein, so dass die gesamte Greifervorrichtung um ihre Hochachse gedreht werden kann.
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Die Greifermodule können bevorzugt über Führungsschuhe in einer am Trägermodul angeordnete Linearführung eingreifen.
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Bei Einsatz von Elektromotoren können die Greifermodule Zahnstangen aufweisen, in die von den Elektromotoren angetriebene Ritzel eingreifen. Hierdurch kann die entsprechende Linearbewegung mit großer Genauigkeit vollzogen werden.
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Die Handhabungsvorrichtung weist nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung eine Steuerung auf, über die das Trägermodul oder die Greifermodule unabhängig voneinander ansteuerbar sind. Aufgrund der ihnen jeweils zugeordneten Antriebseinheiten können hier also werkstückspezifische Einstellungen vorgenommen werden.
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Die Greifermodule weisen jeweils mindestens einen Greiferarm auf, dem bedarfsweise jeweils wiederum ein eigener Antrieb zugeordnet werden kann. Dadurch ist es möglich, dass der Greiferarm einerseits zusammen mit dem Antrieb des Greifermoduls, an dem er angeordnet ist, bewegt werden kann. Zum Anderen kann er auch durch den eigenen relativ zum Greifermodul bewegt werden.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die Träger- und/oder Greifermodulpositionen bzw. die Greiferarmposition in einer Rüststation durch externe Ankopplung einer Verstelleinrichtung an das jeweilige Modul verstellbar sein. Aufgrund der einfachen Ankopplung der Verstelleinrichtung können hier also Rüstvorgänge bzw. Umrüstvorgänge vorgenommen werden, ohne die gesamten Greifermodule austauschen zu müssen. Vorzugsweise erfolgt bei dieser Ausgestaltung der Erfindung die Bewegung zum Öffnen und Schließen des Greifers über eine separate Vorrichtung – z. B. Hydraulik- oder Pneumatikzylinder – an der Handhabungsvorrichtung.
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Die Handhabungsvorrichtung kann auch über eine Ausgleichseinheit mit dem Roboter oder Ladeportal gekoppelt sein. Mit dieser kann eine Korrektur eines Lagefehlers zwischen dem Werkstück und der Greifervorrichtung, sowohl in der Aufnahme wie auch in der Übergabeposition ausgeglichen werden.
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Das Trägermodul verfügt über wenigstens zwei Montagepositionen, an denen Greifermodule – auch unterschiedlicher Baugröße – befestigt werden können. An den Greifermodulen können die entsprechenden Greiferarme angeordnet werden, über die werkstückabhängige Greifereinsätze das Werkstück greifen können.
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Um ein Werkstück in einer Ladeposition zu greifen, müssen die Greiferarme mit ihren Greifereinsätzen auf das Werkstück zugefahren werden. Wenn das Werkstück von außen gegriffen wird, erfolgt die Greifbewegung dadurch, dass zwei Greifermodule am Trägermodul aufeinander zubewegt werden. Wenn sich die Greifpositionen innerhalb einer Werkstückkontur befinden, erfolgt eine umgekehrte Greifbewegung.
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Die Linearbewegungen der Greifermodule bzw. des Trägermoduls einerseits und der Greiferarme, die an den Greifermodulen angeordnet sind, andererseits, werden für verschiedene Funktionen benötigt. Zunächst dienen die Bewegungen der Einstellung der Armposition relativ zu den Greifpunkten am Werkstück. Abhängig von der Werkstückgröße und von den Greifpunkten am Werkstück ist eine Verstellung der Greifarme in einer X-Y-Ebene erforderlich. Im Rüstbetrieb wird also die Grundposition der Greiferarme bzw. Greiferfinger relativ zur Greifposition am Werkstück eingestellt. Im Produktionsbetrieb wird dann üblicherweise nur noch die Greifervorrichtung zum Werkstück positioniert und über eine Schließbewegung der Greiferarme wird das Werkstück gegriffen. Durch eine entgegengesetzte Bewegung der Greiferarme wird das Werkstück von den Greiferarmen gelöst.
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Die erfindungsgemäße Handhabungsvorrichtung besitzt die Möglichkeit, über eine synchrone Bewegung der Greiferarme das Werkstück in der X-Y-Ebene exakt zu positionieren. Dies kann die Aufstellung des Portals relativ zu den Übergabepositionen vereinfachen, da diese dann nicht mehr so exakt quer zur Portalrichtung ausgerichtet werden müssen. In Portallängsrichtung war dies bei bekannten Geräten bereits unproblematisch, da die Übergabeposition des Ladeportals in Längsrichtung einstellbar war.
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Die Linearbewegung am Trägermodul einerseits und an den Greifermodulen andererseits kann über verschiedene Mechanismen erfolgen. Neben einer motorischen Verstellung über Elektromotoren, die über Ritzel eine Zahnstange antreiben, können auch andere mechanische Antriebseinheiten, wie beispielsweise Zahnriemen, die Drehbewegung des Motors in eine Linearbewegung umsetzen. Ansteuerbare Motoren weisen den Vorteil auf, dass über sie sehr exakt die Position der Module beeinflusst werden kann. So kann über Motoren am Trägermodul die Position der Greifermodule relativ zum Trägermodul verändert werden. Darüber hinaus kann sowohl die Greiferbewegung als auch eine Positionierbewegung der Greiferarme bzw. des gegriffenen Werkstücks erfolgen. Gleiches gilt für Antriebseinheiten in den Greifermodulen. Über diese kann sehr exakt die Position der an den Greifermodulen montierten Greiferarme eingestellt werden.
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Im Rüstbetrieb kann so der jeweilige Greiferarm individuell auf das zu greifende Werkstück bzw. dessen Greifposition eingestellt werden. Im Produktionsbetrieb wird dann meist nur noch die Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Greiferarme genutzt, wobei aber auch Positionieraufgaben mit diesen Greiferarmen möglich wären. Bei sehr komplexen Greifoperationen kann durch die separate Ansteuerbarkeit der Motoren auch eine Greifbewegung um Kollisionskonturen am Werkstück herum erfolgen. Das Werkstück kann dabei beispielsweise auch in eine Spannvorrichtung eingefuttert werden, indem bestimmte Bewegungen nacheinander ausgeführt werden. Zwischen den einzelnen Modulen, also zwischen Trägermodulen und Greifermodulen, aber auch zwischen den Greifermodulen und den Greiferarmen können weitere Zwischenmodule, wie beispielsweise Wendeeinrichtungen und dergleichen zum Schwenken der Werkstücke befestigt werden.
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Durch die Modularität der Handhabungsvorrichtung kann diese je nach geforderter Aufgabe individuell zusammengestellt werden.
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Je nach der Ausbaustufe kann die Handhabungseinrichtung beispielsweise zunächst mit einer manuellen Verstelleinrichtung ausgerüstet sein. Später, wenn dann eine höhere Flexibilität gefordert ist, können dann Motoren zur Greiferverstellung nachgerüstet werden. Durch unterschiedliche Baugrößen der Module, kann die Handhabungseinrichtung an die Greifaufgabe angepasst oder auf eine andere Greifaufgabe umgerüstet werden.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand verschiedener in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung mit einem Trägermodul und zwei Greifermodulen,
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2: eine Seitenansicht der Handhabungsvorrichtung gemäß 1,
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3a–3d: eine schematische Darstellung der modularen Handhabungsvorrichtung in verschiedenen Ausbaustufen,
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4: eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung,
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5: eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen jeweils eine Draufsicht und eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen modularen Handhabungsvorrichtung 1 bestehend aus einem Trägermodul 16, welches über ein Verbindungsstück 14 mit einem Ladeportal oder Roboter 15 verbunden ist.
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Das Verbindungsstück 14 kann starr ausgeführt sein, wie es hier dargestellt ist. Alternativ kann es auch in Form einer Drehverbindung und/oder Ausgleichsenheit ausgeführt sein. Mit einer derartigen Drehverbindung ist es möglich, die gesamte Greifvorrichtung um ihre Hochachse (Z-Achse) zu verdrehen. Mit der Ausgleichseinheit können Lagefehler des Werkstücks in Bezug auf die Übergabeeinrichtung ausgeglichen werden. An dem Trägermodul sind in der hier dargestellten Ausführungsform zwei baugleiche Greifermodule 17 und 18 über Führungsschuhe 25 und eine Linearführung 26 angebunden. Die Greifermodule sind dabei an dem Trägermodul linear verfahrbar angeordnet. Die Linearbewegung der Greifermodule 17 und 18 erfolgt in dem Ausführungsbeispiel über Servomotoren 10 und 20, die jeweils mittels eines Ritzels mit an den Greifermodulen 17 bzw. 18 angeordneten Zahnstangen kämmen. Über die Servomotoren 10 und 20 kann die Position der einzelnen Greifermodule 17 und 18 unabhängig voneinander gesteuert werden, so dass die Position der Greifermodule 17 und 18 individuell einstellbar ist. Über eine synchrone Bewegung erfolgt die Verstellung in Y-Richtung und ermöglicht so eine Positionierung des Werkstücks relativ zur Handhabungsvorrichtung 1 in Y-Richtung, also in Richtung der Längsausdehnung des Trägermoduls 16. Ein Greifen eines hier nicht näher dargestellten Werkstücks 24 erfolgt dadurch, dass die Greifermodule 17 und 18 gesteuert aufeinander zubewegt werden.
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Die Greifermodule 17 und 18 wiederum ermöglichen die Bewegung der Greiferarme 19 und 22 mit den daran befestigten Greiferfingern 21 und 23 entlang der Achsrichtung der Greifermodule 17 und 18. Die Greiferfinger 21 und 23 sind dabei die das Werkstück berührenden Bauteile zur Aufnahme der Werkstücke 24 (vgl. 2).
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Ebenso wie beim Trägermodul 16 kann bei den Greifermodulen 17 und 18 die lineare Verstellbewegung motorisch über die Servoantriebe 30 und 40 erfolgen. Diese Motoren bewegen die Greiferarme 19 und 22 über Linearführungen 25 und 26 in Achsrichtung des Greifermoduls. In der hier dargestellten Ausführungsform ist jeweils nur ein Greiferarm 19 bzw. 22 je Greifermodul montiert. Alternativ sind zwei Greiferarme 19, 19' bzw. 22, 22' je Greifermodul 17 bzw. 18 in der in 1 in Draufsicht dargestellten Position montiert. Damit sind die Greiferarme zusätzlich noch relativ zueinander verstellbar, so dass sie an unterschiedliche Greifpositionen am Werkstück anpassbar sind. Hierdurch ist auch eine Kombination aus ein und zwei verstellbaren Greifern bzw. Greiferarmen je Greifermodul 17 und 18 möglich. Diese verschiedenen Varianten sind in den 3a bis 3d dargestellt.
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Die 3a zeigt schematisch die einfachste Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1 mit einem Trägermodul 16 und zwei Greifermodulen 17 und 18. Wenn nur zwei Greiferarme 19 und 22 vorgesehen sind und diese bezüglich der X-Richtung nicht entlang der Greifermodule verfahren werden müssen, sind nur zwei Motoren 10, 20 notwendig, um den Greifer zu öffnen bzw. zu schließen. Natürlich kann auch bei dem gemeinsamen Verfahren dieser beiden Motoren 10, 20 die Position in Y-Richtung verändert werden. In einer weiteren Ausbaustufe kann durch den Einbau einer oder zwei weiterer Antriebseinheiten mit dem Motoren 30 und/oder 40 noch die Verstellmöglichkeit der Greiferarme 19, 22 in X-Richtung geschaffen werden. Hier ist durch nachträgliches Einbauen der Antriebseinheiten auch eine Nachrüstung möglich.
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In der 3b ist eine alternative Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung gezeigt, wobei hier am Greifermodul 18 ein Doppelgreifer dargestellt ist. In dieser Ausführung sind am Greiferarm 19 zwei Greifereinsätze 21 und 21' montiert, wobei die Position dieser beiden Greifereinsätze zueinander fixiert ist, also nicht verstellt werden kann. Am gegenüberliegenden Greiferarm 22 ist nur ein Greifereinsatz 23 befestigt. Bei dieser Ausführung sind insgesamt vier Motoren 10, 20, 30, 40 an der Handhabungsvorrichtung angeordnet, um lineare Achsbewegungen in X-Richtung und Y-Richtung durchführen zu können.
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Werden die zwei Greiferarme 19, 19' am Greifermodul 18 auf zwei unabhängige Bewegungseinheiten montiert, wie dies schematisch in 3c dargestellt ist, wird eine weitere Antriebseinheit mit dem Motor 50 benötigt, um die unabhängige Bewegung der Greiferarme 19 und 19' am Greifermodul 18 zu realisieren. Hier ist also ein Trägermodul 16 mit eingebauter Antriebseinheit mit zwei Motoren zur Verstellung der Position der beiden Greifmodule in Y-Richtung sowie zwei motorische Verstellungen der Position der zwei linken Greiferarme und einer motorischen Verstellung des rechten Greiferarms rechtwinklig zur Verstellrichtung (X-Richtung) des Trägermoduls 16 dargestellt.
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Die größte Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1 ist schematisch in 3d gezeigt. Hier ist ein Trägermodul 16 mit eingebauter Antriebseinheit mit zwei Motoren zur Verstellung der Position der beiden Greifermodule 17 und 18 in Y-Richtung sowie vier motorische Antriebseinheiten zur unabhängigen Verstellung der Position der zwei linken bzw. zwei rechten Greiferarme rechtwinklig zur Verstellungsrichtung (X-Richtung) des Trägermoduls gezeigt. Damit wird jeder Greiferarm separat über eine zugeordnete Antriebseinheit mit Motoren 10, 20, 30, 40, 50, 60 im Greifermodul bewegt. Hierdurch ist die maximal mögliche Bewegungsfreiheit der Greiferarme in der X-Y-Ebene realisierbar.
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Die 4 und 5 zeigen verschiedene Baugrößen von Greifermodulen (4) und Trägermodulen (5). Durch Auswahl und Kombination der verschiedenen Module miteinander kann ein Greifer für Greifaufgaben mit unterschiedlich großen Werkstücken relativ einfach konfiguriert werden.
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In der 4 ist links eine Greifervorrichtung mit zwei baugleichen Greifermodulen (I, II) offenbart. Durch Montage von zwei verschieden großen Greifermodulen an einem Trägermodul können aber auch Werkstücke gegriffen werden, die eine deutlich unterschiedliche Ausdehnung rechts und links an ihrer Greifposition aufweisen. Dabei ist die Greifposition der Greifmodule (I, II) beliebig tauschbar. Auch die Trägermodule 16 gibt es in verschiedenen Baugrößen, wie dies in 5 dargestellt ist. Durch diese Modularisierung ist die Handhabungsvorrichtung sehr flexibel konfigurierbar und so recht einfach an unterschiedliche Werkstückgrößen bei der Erstauslegung anpassbar bzw. im laufenden Produktionsbetrieb im Rahmen der Verstellwege auf die verschiedenen Werkstücke einzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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