DE202021004185U1 - Effector for an industrial robot - Google Patents
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Abstract
Effektor (10) für einen Industrieroboter, umfassend
- zwei Greiffinger (36) mit jeweils einem Greifabschnitt (40) und einem Führungsabschnitt (38), deren Greifabschnitte (40) jeweils eine Greifkante (46) aufweisen und die Greifkanten (46) der beiden Greiffinger (36) parallel zueinander stehen,
- eine senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Greifkanten (46) erstreckte Führungsschiene (12), an der die Führungsabschnitte (38) der Greiffinger (36) drehfest und linearverschieblich gelagert sind, und
- eine parallel zu der Führungsschiene (12) orientierte und an dieser um ihre Längsachse rotierbar gelagerte Spindelstange (20) mit zwei axial getrennten Gewindeabschnitten (26a, b), die einander entgegengesetzt orientierte Primärgewinde (34a, b) aufweisen, wobei die beiden Greiffinger (36) unterschiedlichen Gewindeabschnitten (26a, b) zugeordnet sind und der Führungsabschnitt (38) jedes Greiffingers (36) ein zu dem Primärgewinde (34a, b) des zugeordneten Gewindeabschnitts (26a,b) korrespondierendes Sekundärgewinde (44a,b) aufweist und darüber mit dem zugeordneten Gewindeabschnitt (26a,b) verschraubt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifabschnitte (40) im Bereich ihrer freien Enden jeweils einen senkrecht zu ihrer Längeserstreckungsrichtung ausgerichteten und vom jeweils anderen Greiffinger (36) weg vorspringende Fanghaken (48) aufweisen.
Effector (10) for an industrial robot, comprising
- two gripping fingers (36), each with a gripping section (40) and a guide section (38), whose gripping sections (40) each have a gripping edge (46) and the gripping edges (46) of the two gripping fingers (36) are parallel to one another,
- a guide rail (12) extending perpendicularly to the direction of longitudinal extension of the gripping edges (46), on which the guide sections (38) of the gripping fingers (36) are mounted in a rotationally fixed and linearly displaceable manner, and
- a spindle rod (20) which is oriented parallel to the guide rail (12) and is mounted thereon such that it can rotate about its longitudinal axis and has two axially separate threaded sections (26a, b) which have primary threads (34a, b) oriented opposite to one another, the two gripping fingers ( 36) are assigned to different threaded sections (26a, b) and the guide section (38) of each gripping finger (36) has a secondary thread (44a, b) corresponding to the primary thread (34a, b) of the associated threaded section (26a, b) and above it with is screwed to the associated threaded section (26a, b), characterized in that the gripping sections (40) in the region of their free ends each have a catch hook (48) which is aligned perpendicularly to their direction of longitudinal extension and projects away from the respective other gripping finger (36).
Description
Gebiet der Erfindungfield of invention
Die Erfindung betrifft einen Effektor für einen Industrieroboter, umfassend
- - zwei Greiffinger mit jeweils einem Greifabschnitt und einem Führungsabschnitt, deren Greifabschnitte jeweils eine Greifkante aufweisen und die Greifkanten der beiden Greiffinger parallel zueinander stehen,
- - eine senkrecht zur Längserstreckungsrichtung der Greifkanten erstreckte Führungsschiene, an der die Führungsabschnitte der Greiffinger drehfest und linearverschieblich gelagert sind, und
- - eine parallel zu der Führungsschiene orientierte und an dieser um ihre Längsachse rotierbar gelagerte Spindelstange mit zwei axial getrennten Gewindeabschnitten, die einander entgegengesetzt orientierte Primärgewinde aufweisen,
- - two gripping fingers, each with a gripping section and a guide section, whose gripping sections each have a gripping edge and the gripping edges of the two gripping fingers are parallel to one another,
- - a guide rail extending perpendicularly to the direction of longitudinal extension of the gripping edges, on which the guide sections of the gripping fingers are mounted in a rotationally fixed and linearly displaceable manner, and
- - a spindle rod which is oriented parallel to the guide rail and is mounted on it so that it can rotate about its longitudinal axis and has two axially separate threaded sections which have primary threads oriented in opposite directions,
Stand der TechnikState of the art
Derartige Effektoren sind bekannt aus der
Unter einem Industrieroboter sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung gemäß der allgemeinen Definition eine universelle, programmierbare Maschine zur Handhabung von Werkstücken verstanden, die im Wesentlichen aus einem auch als Roboterarm bezeichneten Manipulator, einen am freien Ende des Manipualtors angeordneten Effektor, der insbesondere als ein Greifer ausgebildet sein kann, und einer zugehörigen Steuerung besteht. Solche Industrieroboter sind häufig zusätzlich mit Sensoren ausgerüstet, um Einzelheiten der Handhabung des Werkstücks überwachen zu können.In the context of the present description, according to the general definition, an industrial robot is understood to mean a universal, programmable machine for handling workpieces, which essentially consists of a manipulator, also known as a robot arm, an effector arranged at the free end of the manipulator, which is designed in particular as a gripper can be, and an associated controller. Such industrial robots are often additionally equipped with sensors in order to be able to monitor details of the handling of the workpiece.
Im Bereich der Getränkeindustrie finden derartige Industrieroboter vielfach Einsatz, um bspw. das Umsetzen von Flaschen aus bzw. in Flaschenkästen zu automatisieren. Die Effektoren solcher Industrieroboter sind darauf ausgelegt, bedarfsgerecht Flaschen einzeln oder gruppenweise zu ergreifen. Eine Wechselwirkung mit dem Flaschenkasten selbst ist regelmäßig nicht erwünscht. Vielmehr werden die Flaschenkästen als solche regelmäßig mit Horizontal- und/oder Vertikalförderern transportiert.Such industrial robots are often used in the beverage industry, for example to automate the transfer of bottles from or into bottle crates. The effectors of such industrial robots are designed to grip bottles individually or in groups as required. An interaction with the bottle crate itself is regularly not desired. Rather, the bottle crates are regularly transported as such with horizontal and / or vertical conveyors.
Dies ist auch beim Entpacken von Stapeln aus Flaschenkästen - bzw. allgemeiner beim Entpacken von Stapeln aus gleichförmigen Gebinden - der Fall. So ist aus der
Aus der
All solche Systeme haben sich für Anwendungen gut bewährt, bei denen in jeder Gebindelage gleichförmige, insbesondere höhengleiche Gebinde zusammengefasst sind. Speziell in der Leergutbranche bereiten jedoch sogenannte „Zauberwürfel“ oft Probleme. Unter einem „Zauberwürfel“ versteht man im Fachjargon, ungeordnete, „wild“ zu einem Stapel aufgetürmte, meist ganz oder teilweise mit Leerflaschen befüllte Flaschenkästen unterschiedlicher Herkunft und entsprechend unterschiedlicher Form, insbesondere unterschiedlicher Höhe. Leerguthändler erhalten derartige „Zauberwürfel“ regelmäßig von Supermärkten, die Kosten, Aufwand und Platzbedarf für eine sortenreine, insbesondere kastensortenreine Sortierung und Stapelung scheuen. Derartige „Zauberwürfel“ könnten grundsätzlich mittels eines Industrieroboters entpackt werden. Allerdings sind keine hierfür geeigneten Effektoren bekannt, welche die in unmittelbarem seitlichen Kontakt zueinander stehende Flaschenkästen unterschiedlicher Form zuverlässig ergreifen könnten, um sie anzuheben und auf einem Abförderer zu positionieren.All such systems have proven themselves for applications in which uniform packs, in particular packs of the same height, are grouped together in each pack layer. However, so-called “magic cubes” often cause problems, especially in the empties industry. In technical jargon, a “magic cube” is understood to mean unordered, “wild” crates piled up in a pile, mostly completely or partially filled with empty bottles, of different origins and correspondingly different shapes, in particular different heights. Empties dealers regularly receive such "magic cubes" from supermarkets, which shy away from the costs, effort and space required for sorting and stacking by type, in particular by type of crate. Such “magic cubes” could in principle be unpacked using an industrial robot. However, no effectors suitable for this purpose are known which could reliably grasp the bottle crates of different shapes that are in direct lateral contact with one another in order to lift them and position them on a discharge conveyor.
Der aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift bekannte Effektor ist so konstruiert, dass eine Rotation der Spindelstange zu einer gegenläufigen Linearbewegung der Greiffinger führt. Die mit den Gewindeabschnitten der Spindelstange verschraubten Greiffinger können nämlich aufgrund ihrer drehfesten Lagerung an der Führungsschiene der Rotation der Spindelstange nicht folgen. Daher kommt es zu einer Relativrotation der Primär- und Sekundärgewinde, die die Rotation der Spindelstange in eine Linearbewegung der Finger übersetzt, wobei diese Linearbewegung von der Lagerung der Greiffinger-Führungsabschnitte an der Führungsschiene durchaus zugelassen wird. Aufgrund der entgegengesetzten Orientierung der Primärgewinde (und entsprechend der korrespondierenden Sekundärgewinde) bewirkt die Rotation der Spindelstange auf jedem ihrer Gewindeabschnitte eine anders gerichtete Linearbewegung des zugeordneten Greiffingers. Die Greifabschnitte der Greiffinger können dadurch von innen gegen die Wände eines oben offenenen Kastens gepresst werden, sodass der Kasten kraftschlüssig fixiert wird und durch geeignete Bewegung des Manipulators nach oben abgehoben werden kann. Das ist insofern nachteilig als eine solcher Ansatz im Fall nasser Kästen nicht ausreichend sein kann, um eine zuverlässige Fixierung herbeizuführen uns im Fall beschädigter Kastenwände zu deren vollständigem Bruch führen kann. Beide Fälle treten in der Praxis nicht selten auf. Der bekannte Effektor ist daher zum individuellen Greifen von Flaschenkästen nicht geeignet.The effector known from the generic publication mentioned above is constructed in such a way that a rotation of the spindle rod results in an opposing linear movement of the gripper fingers leads. The gripping fingers screwed to the threaded sections of the spindle rod cannot follow the rotation of the spindle rod due to their non-rotatable mounting on the guide rail. Therefore, there is a relative rotation of the primary and secondary threads, which translates the rotation of the spindle rod into a linear movement of the fingers, this linear movement being entirely permitted by the mounting of the gripper finger guide sections on the guide rail. Due to the opposite orientation of the primary threads (and accordingly the corresponding secondary threads), the rotation of the spindle rod causes a differently directed linear movement of the associated gripping finger on each of its threaded sections. The gripping sections of the gripping fingers can thus be pressed from the inside against the walls of a box that is open at the top, so that the box is fixed in a non-positive manner and can be lifted up by a suitable movement of the manipulator. This is disadvantageous in that such an approach may not be sufficient to provide reliable fixation in the case of wet boxes, and in the case of damaged box walls may result in their complete rupture. Both cases are not uncommon in practice. The known effector is therefore not suitable for individually gripping bottle crates.
Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Effektor für einen Industrieroboter zur Verfügung zu stellen, der das individuelle Ergreifen von Flaschenkästen gestattet.It is the object of the present invention to provide an effector for an industrial robot that allows bottle crates to be gripped individually.
Darlegung der ErfindungPresentation of the invention
Diese Aufgabe wird durch einen Effektor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Greifabschnitte im Bereich ihrer freien Enden jeweils einen senkrecht zu ihrer Längeserstreckungsrichtung ausgerichteten und vom jeweils anderen Greiffinger weg vorspringende Fanghaken aufweisen.This object is achieved by an effector having the features of the preamble of claim 1 in that the gripping sections in the region of their free ends each have a catch hook that is aligned perpendicular to their direction of longitudinal extension and projects away from the respective other gripping finger.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred embodiments are subject of the dependent claims.
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Effektors ist aus dem Stand der Technik bekannt und wurde oben bereits erläutert.The basic principle of the effector according to the invention is known from the prior art and has already been explained above.
Das Spektrum der auf diese bekannte Weise einstellbaren Abstände zwischen den Greiffingern ist abhängig von der Länge der Gewindeabschnitte sowie von ihrem axialen Abstand voneinander. Bevorzugt sind diese Dimensionen so gewählt, dass der minimal einstellbare Abstand zwischen den Greiffingern kleiner ist als der minimale Abstand zweier gegenüberliegender Wände der kleinsten für ein Handhabung mittels des Effektors zugelassenen Flaschenkastensorte. Zudem sind besagte Dimensionen vorzugsweise so gewählt, dass der größte einstellbare Abstand zwischen den Greiffingern größer ist als der größte Abstand zwischen zwei Seitenwänden der größten zur Handhabung mittels des erfindungsgemäßen Effektors zugelassenen Flaschenkastensorte. Auf diese Weise ist es nämlich möglich, jeden Kasten einer zugelassenen Kastensorte zuverlässig zu ergreifen. Hierzu werden die Greiffinger zunächst durch geeignet orientierte Rotation der Spindelstange soweit zusammengefahren, dass sichergestellt ist, dass sie zwischen zwei Seitenwände des zu ergreifenden Kastens passen. Sodann kann der Effektor ungefähr parallel zu einer Kastenseite über den zu ergreifenden Flaschenkasten gefahren und so weit abgesenkt werden, dass seine Greiffinger bis unterhalb der Kastenoberkante ragen. Alsdann können die Greiffinger durch entgegengesetzte Rotation der Spindelstange auseinandergefahren werden, bis sie kraftschlüssig an jeweils einer Kastenwand anliegen. Der Effektor ist in diesem Zustand im Kasteninneren verklemmt. Bei hinreichend großer Klemmkraft kann der geklemmte Kasten dann beim Anheben des Effektors mit angehoben werden. Durch entsprechende Ansteuerung des Manipulators kann er dann nahezu beliebig überall im Zugriffsbereich des Industrieroboters positioniert werden. Ein erneutes Zusammenfahren der Greiffinger löst sodann den Effektor vom Flaschenkasten.The spectrum of the distances between the gripper fingers that can be adjusted in this known manner depends on the length of the threaded sections and on their axial distance from one another. These dimensions are preferably selected in such a way that the minimum distance that can be set between the gripping fingers is smaller than the minimum distance between two opposite walls of the smallest type of bottle crate permitted for handling by means of the effector. In addition, said dimensions are preferably selected such that the largest adjustable distance between the gripping fingers is greater than the largest distance between two side walls of the largest type of bottle crate permitted for handling by means of the effector according to the invention. In this way it is in fact possible to reliably seize any crate of a permitted type of crate. For this purpose, the gripping fingers are first moved together by a suitably oriented rotation of the spindle rod to ensure that they fit between two side walls of the box to be gripped. The effector can then be moved approximately parallel to one side of the crate over the bottle crate to be taken and lowered so far that its gripping fingers protrude below the top edge of the crate. The gripping fingers can then be moved apart by rotating the spindle rod in opposite directions until they each rest against a box wall in a non-positive manner. In this state, the effector is stuck inside the box. If the clamping force is sufficiently high, the clamped box can then also be lifted when the effector is lifted. By controlling the manipulator accordingly, it can then be positioned almost anywhere within the reach of the industrial robot. Then moving the gripper fingers together again releases the effector from the bottle crate.
Um die oben erläuterte Problematik der korrekten Klemmkraft etwas zu entschärfen, kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche der Greifkanten der Greiffinger aus einem elastischen Material besteht. Bspw. kann eine entsprechende Oberflächenbeschichtung vorgesehen sein. Durch die elastische Oberfläche wird die Haftreibung zwischen der Kastenwand und dem Greiffinger, insbesondere dessen Greifabschnitt verbessert, sodass auch bei verringerter Klemmkraft eine hohe Zuverlässigkeit beim Anheben des Kastens gewährleistet ist.In order to alleviate the problem of the correct clamping force, as explained above, it can be provided that the surface of the gripping edges of the gripping fingers consists of an elastic material. For example, a corresponding surface coating can be provided. The elastic surface improves the static friction between the crate wall and the gripping finger, in particular its gripping section, so that a high level of reliability when lifting the crate is ensured even with a reduced clamping force.
Um gleichwohl bei einem Versagen der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Effektor und Flaschenkasten ein Abstürzen eines bereits angehobenen Flaschenkastens zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Greifabschnitte im Bereich ihrer freien Enden jeweils einen senkrecht zu ihrer Längserstreckungsrichtung ausgerichteten und vom jeweils anderen Greiffinger weg vorspringenden Fanghaken aufweisen. Üblicherweise nämlich weisen die Seitenwände von Flaschenkästen Durchbrechungen auf, die auch als Handgriffe beim manuellen Kastentransport genutzt werden. Bei der erwähnten Weiterbildung der Erfindung greifen die Fanghaken von innen in besagte Durchbrechungen hinein, wechselwirken also im Normalfall nicht mit den Seitenwänden. Lediglich beim Versagen des Kraftschlusses zwischen Greifkante und KastenSeitenwand, wenn also der Kasten am Greiffinger nach unten abrutscht, hintergreift der Fanghaken die Oberkante besagter Durchbrechung und unterstützt mit diesem Formschluss die Fixierung des Flaschenkastens am Effektor.In order to prevent a bottle crate that has already been lifted from falling if the non-positive connection between the effector and the bottle crate fails, the invention provides that the gripping sections in the region of their free ends each have a catch hook that is aligned perpendicular to their longitudinal direction and projects away from the other gripping finger. The side walls of bottle crates usually have openings that are also used as handles for manual crate transport. In the mentioned development of the invention, the catch hooks reach into said openings from the inside, ie interact in the Normally not with the side walls. Only if the frictional connection between the gripping edge and the side wall of the crate fails, i.e. if the crate slips down on the gripping finger, does the catch hook grip behind the upper edge of said opening and support the fixing of the bottle crate on the effector with this form fit.
Der Kraftschluss zwischen den Greiffingern und dem Flaschenkasten kann auch durch ein Schaukeln des Flaschenkastens relativ zum Effektor geschwächt werden. Um einem solchen Schaukeln entgegenzuwirken ist bei einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Greifabschnitte im Bereich ihrer nicht-freien Enden jeweils ein senkrecht zu ihrer Längserstreckung ausgerichtetes Prallblech aufweisen. Dieses Prallblech beschränkt den möglichen Schaukelwinkel. Auch kann es beim Herabfahren des Effektors auf bzw. in den Flaschenkasten als Anschlag dienen, der dann von einer entsprechenden Sensorik des Manipulators registriert werden kann.The adhesion between the gripper fingers and the bottle crate can also be weakened by the bottle crate rocking relative to the effector. In order to counteract such rocking, a development of the invention provides that the gripping sections each have a baffle plate aligned perpendicular to their longitudinal extension in the area of their non-free ends. This baffle limits the possible rocking angle. It can also serve as a stop when the effector is lowered onto or into the bottle crate, which can then be registered by a corresponding sensor system of the manipulator.
Der erfindungsgemäße Effektor stellt also einen zuverlässigen Greifer für Flaschenkästen dar, der insbesondere geeignet ist, Flaschenkästen auch dann zuverlässig zu ergreifen, wenn sie etwa in gestapelten Zustand eng von benachbarten Kästen umstanden sind, sodass ein Zugriff von außen nicht möglich ist. Der erfindungsgemäße Effektor ist daher insbesondere zum Entpacken von Stapeln von Flaschenkästen mittels eines Industrieroboters, insbesondere von „Zauberwürfeln“, die unterschiedliche Flaschenkastensorten enthalten, geeignet.The effector according to the invention thus represents a reliable gripper for bottle crates, which is particularly suitable for reliably gripping bottle crates even if they are closely surrounded by neighboring crates in the stacked state, so that access from the outside is not possible. The effector according to the invention is therefore particularly suitable for unpacking stacks of bottle crates using an industrial robot, in particular “magic cubes” that contain different types of bottle crates.
Konstruktiv besonders einfach ist es, wenn die Primärgewinde als Außengewinde und die Sekundärgewinde als Innengewinde von Durchgangsöffnungen der Führungsabschnitte ausgebildet sind. Grundsätzlich wäre auch eine umgekehrte Anordnung denkbar, wobei diese jedoch konstruktiv höchst kompliziert umzusetzen wäre.It is structurally particularly simple if the primary threads are designed as external threads and the secondary threads as internal threads of through-openings in the guide sections. In principle, a reverse arrangement would also be conceivable, although this would be extremely complicated to implement in terms of construction.
Wie oben erläutert, ist es für die Funktion des erfindungsgemäßen Effektors erforderlich, dass seine Spindelstange bei Betrieb rotiert wird. Hierzu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Spindelstange neben den Gewindeabschnitten weiter einen Antriebsabschnitt aufweist, über welchen eine die Spindelstange um ihre Längsachse rotierendes Drehmoment einleitbar ist. Typischerweise wird dieser Antriebsabschnitt mittig zwischen den Gewindeabschnitten angeordnet sein. Grundsätzlich denkbar sind jedoch auch Anordnungen, bei denen die Gewindeabschnitte einander direkt benachbart und der Antriebsabschnitt endständig auf der Spindelstange angeordnet ist. Die erstgenannte Variante ist insbesondere dann zu bevorzugen, wenn der erfindungsgemäße Effektor pendelartig am freien Ende des Manipulators der Industrieroboters angelenkt sein soll, wie dies für viele Entpackungsanwendungen als günstig angesehen wird.As explained above, it is necessary for the function of the effector according to the invention that its spindle rod is rotated during operation. For this purpose, it is preferably provided that the spindle rod, in addition to the threaded sections, also has a drive section, via which a torque rotating the spindle rod about its longitudinal axis can be introduced. Typically, this drive section will be located centrally between the threaded sections. In principle, however, arrangements are also conceivable in which the threaded sections are directly adjacent to one another and the drive section is arranged at the end on the spindle rod. The first-mentioned variant is to be preferred in particular if the effector according to the invention is to be articulated in a pendulum-like manner at the free end of the manipulator of the industrial robot, as is considered favorable for many unpacking applications.
Wie eingangs erwähnt, dient der Einsatz von Industrierobotern in der Getränkeindustrie und insbesondere in der Leergutbranche vorwiegend der Automatisierung von Prozessen. Daher ist es günstig, wenn die Rotation der Spindelstange motorisch erfolgt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass als Bestandteil des erfindungsgemäßen Effektors weiter ein mittels einer Motorsteuerung steuerbarer, interner Motor umfasst ist, dessen rotierbares Ausgangselement in Wirkverbindung mit dem Antriebsabschnitt der Spindelstange steht. Die Motorsteuerung kann dabei bspw. in der Steuerung des Industrieroboters integriert sein. In diesem Fall würde neben einer zwingend erforderlichen mechanischen Anlenkung des Effektors am freien Ende des Manipulators eine Steuerleitungsverbindung und, sofern der interne Motor keine eigene, ebenfalls Effektor-interne Energieversorgung aufweist, eine Engergieversorgungsleitung genügen. Insbesondere wäre keine drehmomentübertragende Verbindung zwischen Manipulator und Effektor erforderlich.As mentioned at the beginning, the use of industrial robots in the beverage industry and especially in the empties industry primarily serves to automate processes. It is therefore favorable if the spindle rod is rotated by a motor. For this purpose, it can be provided that as part of the effector according to the invention, an internal motor controllable by means of a motor controller is also included, the rotatable output element of which is operatively connected to the drive section of the spindle rod. The motor controller can be integrated into the controller of the industrial robot, for example. In this case, in addition to an absolutely necessary mechanical linkage of the effector at the free end of the manipulator, a control line connection and, if the internal motor does not have its own energy supply, which is also internal to the effector, an energy supply line would suffice. In particular, no torque-transmitting connection between the manipulator and the effector would be required.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist hingegen vorgesehen, dass der Antriebsabschnitt der Spindelstange mit einem rotierbaren Ausgangselement eines mittels einer Motorsteuerung steuerbaren, externen Motors in Wirkverbindung bringbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Motor selbst nicht Bestandteil des Effektors, sondern kann insbesondere Bestandteil des Manipulators sein. Bei dieser Ausführungsform erübrigt sich also die energetische und steuertechnische Ankopplung des Effektors, wobei allerdings eine drehmomentübertragende Verbindung zum Manipulator, insbesondere zu dessen externem Motor gegeben sein muss. Der Fachmann wird bei der Wahl zwischen beiden Varianten vorwiegend auf die durch die Konstruktion des Manipulators definierten Vorgaben zu achten haben.In an alternative embodiment, on the other hand, it is provided that the drive section of the spindle rod can be brought into operative connection with a rotatable output element of an external motor that can be controlled by means of a motor controller. In this embodiment, the motor itself is not part of the effector, but can in particular be part of the manipulator. In this embodiment, the energetic and control-related coupling of the effector is therefore unnecessary, although there must be a torque-transmitting connection to the manipulator, in particular to its external motor. When choosing between the two variants, the person skilled in the art will primarily have to pay attention to the specifications defined by the construction of the manipulator.
Unabhängig von der Positionierung des Motors ist bevorzugt vorgesehen, dass der Motor einen mit der Motorsteuerung wirkverbundenen Drehmomentsensor aufweist. Dies erlaubt es nämlich, die Motorsteuerung einzurichten, einen Betrieb des Motors bei Erreichen eines vorgegebenen Drehmomentes zu beenden. Damit kann auf eine optische Identifizierung des jeweils zu ergreifenden Kastens verzichtet werden. Zwar mag zur grundlegenden Positionierung des Effektors mittig über dem zu ergreifenden Kasten und in etwa parallel zu einer seiner Seitenwände eine optische Detektion, bspw. mittels einer Kamera, hilfreich sein. Eine genaue Kastenvermessung oder eine Identifizierung mit anschließendem Abruf der genauen Kastendimensionen aus einer Datenbank ist hingegen nicht zwingend erforderlich. Vor dem Einfahren in den Kasten werden die Greiffinger so weit zusammengefahren, dass sie in jedem Fall in den Kasten passen. Beim Auseinanderfahren der Greiffinger detektiert der genannte Drehmomentsensor den Anschlag der Greiffinger an den Kastenwänden und kann ein weiteres Auseinanderfahren in demjenigen Moment unterbinden, in dem einerseits eine zum Anheben des Kastens erforderliche Klemmkraft realisiert ist, aber andererseits noch keine Gefahr eines Bruchs des Kastens besteht. Insbesondere zur Einhaltung der letztgenannten Bedingung kann es allerdings hilfreich sein, entgegen der obigen Erläuterung doch eine individuelle Kastenidentifizierung durchzuführen. Unterschiedliche Kastensorten können nämlich deutlich unterschiedliche Stabilitäten aufweisen, sodass eine individuelle Kenntnis der Bruchgrenze im Hinblick auf eine Maximierung der Klemmkraft und damit der Zuverlässigkeit beim Anheben des Kastens hilfreich sein kann.Regardless of the positioning of the motor, it is preferably provided that the motor has a torque sensor that is operatively connected to the motor controller. This allows the engine control to be set up to end operation of the engine when a predetermined torque is reached. This means that there is no need for an optical identification of the crate to be taken in each case. Optical detection, for example by means of a camera, may be helpful for the basic positioning of the effector in the center above the box to be gripped and approximately parallel to one of its side walls. However, an exact box measurement or an identification with subsequent retrieval of the exact box dimensions from a database is not absolutely necessary. Before entering the box the gripper fingers are pushed together so far that they always fit into the box. When the gripper fingers move apart, the torque sensor mentioned detects the impact of the gripper fingers on the crate walls and can prevent them from moving apart further at the moment when, on the one hand, a clamping force required to lift the crate is realized, but, on the other hand, there is no danger of the crate breaking. However, in order to comply with the latter condition in particular, it can be helpful, contrary to the explanation above, to carry out an individual box identification. Different crate types can have significantly different stabilities, so that individual knowledge of the breaking point can be helpful with regard to maximizing the clamping force and thus the reliability when lifting the crate.
Die Seitenwände der meisten Flaschenkästen weisen eine nicht unerheblich Form- und Materialelasitzität auf. Dies bedeutet, dass sich die Seitenwände bei einer Kraftbeaufschlagung durch die auseinanderfahrenden Greiffinger elastisch verformen. Nach Stopp der Greiffinger wirkt daher auf diese eine elastische Rückstellkraft. Diese darf nicht zu einem Wieder-Zusammenfahren der Greiffinger führen, da dadurch die aufgebaute Klemmkraft wieder reduziert würde. Denkbar ist daher, die Motorsteuerung einzurichten, den Motor auch in dieser Situation ständig zu bestromen und zur Ausgabe eines die Rückstellkraft exakt kompensierenden Drehmomentes anzusteuern. Dies ist jedoch sowohl energetisch als auch regeltechnisch ungünstig. Bei einer günstigeren Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Wirkverbindung zwischen dem Ausgangselement des Motors und dem Antriebselement der Spindelstange selbsthemmend ausgebildet ist. Insbesondere kann diese Wirkverbindung in Form eines Schneckentriebs realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Gewindepaarungen zwischen der Spindelstange und den Führungsabschnitten der Greiffinger selbsthemmend ausgebildet sind. Dies ist, wie der Fachmann weiß, eine Frage der gewählten Gewindesteigung. Bei jeder der selbsthemmenden Varianten kann jedenfalls der Motor nach Erreichen der vorzugsweise mittels des Drehmomentensensors erkannten Zielposition der Greiffinger abgeschaltet werden. Während des Anhebens und Umsetzens des Kastens wird somit keine Halteenergie benötigt. Auch bedarf es keiner weiteren Regelung zur Aufrechterhaltung der Klemmkraft.The side walls of most bottle crates have a not inconsiderable degree of flexibility in terms of shape and material. This means that the side walls deform elastically when force is applied by the gripping fingers moving apart. After the gripper fingers have stopped, an elastic restoring force acts on them. This must not lead to the gripper fingers moving together again, as this would reduce the clamping force that has built up again. It is therefore conceivable to set up the motor control to constantly energize the motor even in this situation and to control it to output a torque that exactly compensates for the restoring force. However, this is unfavorable in terms of both energy and control technology. In a more favorable embodiment of the invention, it is therefore provided that the operative connection between the output element of the motor and the drive element of the spindle rod is designed to be self-locking. In particular, this active connection can be realized in the form of a worm drive. Alternatively or additionally, it can be provided that the thread pairings between the spindle rod and the guide sections of the gripping fingers are designed to be self-locking. As the expert knows, this is a question of the selected thread pitch. In any case, in each of the self-locking variants, the motor can be switched off after the gripper fingers have reached the target position, which is preferably detected by means of the torque sensor. This means that no holding energy is required while the box is being lifted and moved. Also, no further control is required to maintain the clamping force.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further details and advantages of the invention result from the following specific description and the drawings.
Figurenlistecharacter list
Es zeigt:
-
1 : eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Effektors.
-
1 : a schematic representation of an embodiment of an effector according to the invention.
Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of Preferred Embodiments
An ihren beiden Enden ist die Führungshülse 12 mit Radiallagern 18 versehen, in denen eine Spindelstange 20 rotierbar gelagert ist. Die Spindelstange 20 weist endständig jeweils einen mit dem zugeordneten Lager 18 wechselwirkenden Lagerabschnitt 22, in ihrem Zentralbereich einen Antriebsabschnitt 24 und seitlich des Antriebsabschnitts 24 zwei Gewindeabschnitte 26a, 26b auf. Der Antriebsabschnitt 24 ist mit einem äußeren Schneckengewinde versehen, über welches er durch den oberen Längsschlitz 16 hindurch mit einem als Ausgangselement eines elektrischen Motors 28 wirkenden Schneckenrad 30 wechselwirkt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Stator bzw. das Gehäuse des Motors 28 an der Führungshülse 12 festgelegt. Zudem trägt das Motorgehäuse bei der dargestellten Ausführungsform eine Anlenkeinrichtung 32, mittels welcher der Effektor 10 an einem nicht weiter dargestellten Manipulator eines Industrieroboters anlenkbar ist. Die Verbindung zu dem Manipulator umfasst zudem in
Die Gewindeabschnitte 26a, 26b sind mit entgegengesetzt orientierten, als Außengewinde ausgebildete Primärgewinden 34a, 34b versehen. Auf die Gewindeabschnitte 26a, 26b der Spindelstange 12 ist jeweils ein Greiffinger 36 aufgeschraubt. Jeder Greiffinger 36 umfasst einen Führungsabschnitt 38 und einen Greifabschnitt 40. Die Führungsabschnitte 38 sind mit Durchgangsöffnungen 42 versehen, deren Innenwandung jeweils mit einem als Innengewinde ausgebildeten Sekundärgewinde 44a, 44b versehen ist, welches zu dem Primärgewinde 34a, 34b des zugeordneten Gewindeabschnitts 26a, 26b korrespondiert.The threaded
Die Führungsabschnitte 38 der Greiffinger 36 durchragen den unteren Längsschlitz 14, der damit eine Drehfixierung und zugleich eine Linearführung für die Führungsabschnitte 38 darstellt. Eine Rotation des Schneckenrades 30 führt also zu einer Rotation der Spindelstange 20, welche über die wechselwirkenden Gewinde 34a, 44a; 34b, 44b in eine Linearbewegung der Führungsabschnitte 38 und damit in eine Linearbewegung auch der Greifabschnitte 40 der Greiffinger 36 übersetzt wird. Aufgrund der entgegengesetzten Orientierung der Primärgewinde 34a, 34b und der korrespondierenden Sekundärgewinde 44a, 44b erfolgt die Bewegung der Greiffinger 36 entgegengesetzt zueinander, insbesondere bei gleicher Absolutsteigung der Gewinde 34a, 44a; 34b, 44b symmetrisch. Die als Greifkanten 46 dienenden Außenkanten der Greifabschnitte 40 sind bei der dargestellten Ausführungsform mit einem elastischen Kunststoffmaterial beschichtet um eine verbesserte Reibung mit nicht dargestellten Seitenwänden von anzuhebenden Flaschenkästen zu erzielen.The
An ihrem unteren, freien Ende weisen die Greifkanten 46 bzw. die Greifabschnitte 40 nach außen gerichtete Fanghaken 48 auf, die einer formschlüssigen Sicherung eines nicht dargestellten, von dem Effektor 10 ergriffenen Flaschenkastens dienen können. Bezüglich des Betriebs des erfindungsgemäßen Effektors 10 wird auf die ausführliche Erläuterung im allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.At their lower, free end, the gripping
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist es denkbar, dass der Motor 28 kein Bestandteil des erfindungsgemäßen Effektors 10 sondern Bestandteil eines angeschlossenen Manipulators eines Industrieroboters ist. In diesem Fall kann auf Energieversorgungs- und Steuerleitungen an der Schnittstelle zwischen Manipulator und Effektor 10 verzichtet werden. Allerdings ist dann eine drehmomentübertragende Kopplung erforderlich, die das Drehmoment des externen Motors auf den Antriebsabschnitt 24 der Spindelstange 20 überträgt.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures only represent illustrative exemplary embodiments of the present invention. In particular, it is conceivable that the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Effektoreffector
- 1212
- Führungsschieneguide rail
- 1414
- unterer Längsschlitzlower longitudinal slit
- 1616
- oberer Längsschlitzupper longitudinal slit
- 1818
- Radiallagerradial bearing
- 2020
- Spindelstangespindle rod
- 2222
- Lagerabschnitt von 20camp section of 20
- 2424
- Antriebsabschnitt von 20Drive section of 20
- 26a, b26a, b
- Gewindeabschnitt von 20Threaded section of 20
- 2828
- Motorengine
- 3030
- Schneckenradworm wheel
- 3232
- Anlenkeinrichtungarticulation device
- 34a, b34a, b
- Primärgewindeprimary thread
- 3636
- Greiffingergripping fingers
- 3838
- Führungsabschnitt von 36Lead section of 36
- 4040
- Greifabschnitt von 36Gripping section of 36
- 4242
- Durchgangsöffnung in 38passage opening in 38
- 44a, b44a, b
- Sekundärgewindesecondary thread
- 4646
- Greifkantegripping edge
- 4848
- Fanghakencatch hook
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 202005019060 U1 [0002]DE 202005019060 U1 [0002]
- DE 4329180 A1 [0005]DE 4329180 A1 [0005]
- US 3139993 A [0006]US3139993A [0006]
- FR 2450220 A1 [0006]FR 2450220 A1 [0006]
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-
2021
- 2021-11-30 DE DE202021004185.0U patent/DE202021004185U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |