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Es
sind Roboter mit Unterdruckhebeeinrichtungen bekannt, die zum exakten
räumlichen
Positionieren eines Werkstückes
nur langsam verfahren können
und eines hohen Programmieraufwandes bedürfen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Unterdruckhebeeinrichtung so
zu verbessern, dass auf möglichst
einfache Weise ein räumliches
Positionieren von zu haltenden und zu transportierenden Objekten
in rascher Weise möglich ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer
Unterdruckhebeeinrichtung zum Halten von Objekten, mit den Merkmalen
des Anspruches 1. Durch die Auslenkbarkeit des Aufnahmeabschnittes quer
relativ zur Tragvorrichtung, ist eine Art schwimmende Lagerung realisierbar.
Die schwimmende Lagerung ermöglicht
eine ausgleichende Relativbewegung zwischen Objekt und Tragvorrichtung,
wodurch das Objekt zum exakten Positionieren im Raum beispielsweise
gegen einen Anschlag quer zur Ansaugrichtung verfahren werden kann.
Wegen der ausgleichenden Relativbewegung kann zum exakten Positionieren
des Objekts ein ungenaures Positionieren der Tragvorrichtung durch
einen die Unterdruckhebeeinrichtung führenden Roboter ausreichend
sein. Wegen der ausgleichenden Relativbewegung bei Anlage des Objekts
an dem Anschlag, ist das Objekt mit großer Geschwindigkeit gut positionierbar.
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Trotzdem
bleibt das Objekt sicher von dem Saugelement gehalten.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann der Aufnahmeabschnitt um einen Schwenkpunkt pendelartig
auslenkbar gelagert sein. Dies ermöglicht eine definierte Relativbewegung
von Aufnahmeabschnitt und Tragvorrichtung mit ausreichender Ausgleichsbewegung
für den
Aufnahmeabschnitt.
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In
einer günstigen
Ausführungsform
der Erfindung kann der Aufnahmeabschnitt um etwa 5° bis 40° in wenigstens
einer Richtung auslenkbar sein, vorzugsweise bis etwa 20°, oder auch
bis 30°.
Mit 5° bis
40° ist
ein großer
Bereich von Relativbewegungen für
verringerten Programmieraufwand und erhöhte Positioniergeschwindigkeit
abgedeckt, mit bis 20° und
30° ein
häufig
genutzter Bereich.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann
die Öffnung
an beiden Öffnungsenden
jeweils bereichsweise sich weitend etwa konisch und/oder stufenartig
ausgebildet sein. Dadurch ist der Aufnahmeabschnitt mit relativ
geringem Spiel von der Tragvorrichtung aufnehmbar und gleichzeitig
pendelartig auslenkbar.
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Bevorzugterweise
kann der Aufnahmeabschnitt von einem Rückstellmittel in Richtung Ausgangslage
kraftbeaufschlagt sein. In ausgelenkter Stellung wird der Aufnahmeabschnitt
somit stets in seine Ausgangslage zurückgedrängt.
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Vorteilhafterweise
kann das Rückstellmittel unter
Erzeugung einer Federspannung auslenkbar sein. Hierdurch ist das
Rückstellmittel
technisch einfach ausführbar
und die zum Rückstellen
aufgebrachte Kraft ist gemäß den Federeigenschaften
des Rückstellmittels
bestimmbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das Rückstellmittel
ein das Saugelement mit Unterdruck beaufschlagendes Unterdruckleitmittel
sein. Hiermit wird das stetige Zurückdrängen des Aufnahmeabschnittes
in seine Ausgangslage durch ein vorhandenes Bauteil übernommen.
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Besonders
günstig
kann das Unterdruckleitmittel ein wenigstens abschnittsweise präformiertes, schlauchartiges
Element sein. Das Unterdruckleitmittel nimmt in entspanntem Zustand
eine Form gemäß seiner
Präformierung
ein.
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Vorteilhafterweise
kann das Unterdruckleitmittel so präformiert sein, dass es den
Aufnahmeabschnitt in unbelastetem Zustand in seiner Ausgangslage
hält. Dadurch ist
ein Zurückführen des
Aufnahmeabschnittes in unbelastetem Zustand von einer ausgelenkten
Lage in seine Ausgangslage gewährleistet.
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Bevorzugterweise
kann das Unterdruckleitmittel in an dem Aufnahmeabschnitt montiertem
Zustand in einer Ausgangslage wenigstens leicht vorgespannt sein.
Hiermit kann z.B. durch die Wahl der Länge bzw. des Verlaufs im Raum
des Unterdruckleitmittels die Ausgangslage des Aufnahmeabschnittes
gegenüber
der Tragvorrichtung bestimmt werden.
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Besonders
vorteilhaft kann das Unterdruckleitmittel wenigstens abschnittsweise
bogenförmig sein.
Ein Bogen ist für
ein gleichmäßiges elastisches Verformen
und ein entsprechendes gleichmäßiges Aufbringen
einer Rückstellkraft
besonders gut geeignet und auslegbar.
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Besonders
günstig
kann das Unterdruckleitmittel auf der dem Saugelement abgewandten
Seite an der Tragvorrichtung befestigt sein. Hierdurch erfolgt ein
Rückstellen
des Aufnahmeabschnittes mit Kopplung an die Tragvorrichtung.
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Separater
Schutz wird für
einen Roboter mit wenigstens einer Unterdruckhebeeinrichtung nach wenigstens
einem der Ansprüche
1 bis 12 beansprucht.
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Eine
Ausführungsformen
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine
Roboterzelle mit einem Roboter mit erfindungsgemäßer Unterdruckhebeeinrichtung,
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2 eine abschnittsweise Ansicht
auf eine erfindungsgemäße Unterdruckhebeeinrichtung
an einem Roboterarm,
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3 eine schematische Ansicht
auf einen Teil der Unterdruckhebeeinrichtung in einer ersten Ausgangsstellung,
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4 eine schematische Ansicht
auf einen Teil der Unterdruckhebeeinrichtung in einer ersten ausgelenkten
Stellung,
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5 eine schematische Ansicht
auf einen Teil der Unterdruckhebeeinrichtung mit angesaugtem Objekt
in einer zweiten Ausgangsstellung, und
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6 eine schematische Ansicht
auf einen Teil der Unterdruckhebeeinrichtung mit angesaugtem Objekt
in einer zweiten ausgelenkten Stellung.
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Nachfolgend
werden für
gleiche Elemente stets gleiche Bezugszeichen verwendet. Um Wiederholungen
zu vermeiden, wird auf bereits erfolgte und noch erfolgende Beschreibungen
zu den jeweiligen Elementen verwiesen.
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1 zeigt eine Roboterzelle 1,
in der ein Roboter 2 und eine Abkantvorrichtung 3 angeordnet sind.
Der Roboter hat einen Aktionsbereich 4, mit dem er an die
Abkantvorrichtung 3 heranreicht, um der Abkantvorrichtung 3 abzukantende
Werkstücke zuzuführen und
abgekantete Werkstücke
von der Abkantvorrichtung 3 abzuführen.
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Der
Roboter 2 ist zum Halten von Werkstücken mit einer erfindungsgemäßen Unterdruckhebeeinrichtung 5 versehen.
Mit Hilfe der Unterdruckhebeeinrichtung 5 nimmt der Roboter 2 Werkstücke von einer
Rohteilpalette 6 auf, die innerhalb des Aktionsbereiches 4 positioniert
ist. Innerhalb des Aktionsbereiches 4 sind ferner eine
Umgreifstation 7 und eine Ausrichtstation 8 vorgesehen.
Auf der Umgreifstation 7 sind Werkstücke durch den Roboter 2 ablegbar
und von einer anderen Seite oder in anderer Ausrichtung neu greifbar.
Mit Hilfe der Ausrichtstation 8 sind Werkstücke in eine
exakte Position bezüglich
des Roboters 2 bringbar. Innerhalb des Aktionsbereiches 4 sind
ferner zwei Palettenaufnahmen 9 angeordnet.
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Die
Roboterzelle 1 wird durch feststehende Wände 10 und öffenbare
Roboterzellentore 11 begrenzt.
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Zu
der Roboterzelle 1 gehören
eine Robotersteuerung 12 und eine Peripheriesteuerung 13,
die in der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung außerhalb
eines Innenbereichs 14 der Roboterzelle vorgesehen sind.
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In 2 ist ein Teil der Unterdruckhebeeinrichtung 5 näher gezeigt.
Die Unterdruckhebeeinrichtung ist über einen Kollisionsschutz 15 am
Ende eines Roboterarmes 16 gelagert.
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Die
untere Druckhebeeinrichtung 5 weist mehrere Saugelemente 17 auf,
die mit Unterdruck beaufschlagbar und an Objekten, insbesondere Werkstücken, festsaugbar
sind. Jedes der Saugelemente ist mit Hilfe eines Aufnahmeabschnittes 18 an einer
Tragvorrichtung 19 gelagert. Über den Aufnahmeabschnitt 18 sind
die Saugelemente 17 jeweils mit einem Unterdruckleitmittel
verbunden, das in dieser Ausführungsform
ein präformierter
Unterdruckschlauch 20 ist.
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Bei
der Unterdruckhebeeinrichtung 5 der vorliegenden Ausführungsform
sind jeweils auf einer ersten Seite 21 und einer zweiten
Seite 22 der Unterdruckhebeeinrichtung Einheiten 23 aus
Saugelement 17, Aufnahmeabschnitt 18, Tragvorrichtung 19 und Unterdruckschlauch 20 mehrfach
in Reihe hintereinander angeordnet. In 2 ist der Übersichtlichkeit halber auf
jeder der Seiten 21 und 22 jeweils nur eine dieser
Einheiten 23 dargestellt.
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Die
Tragvorrichtungen 19 jeder Seite 21, 22 sind
jeweils an einem Reihenträger 24 befestigt
und über
diesen miteinander verbunden. Quer über die Tragvorrichtungen 19 einer
jeden Seite 21, 22 ist jeweils eine Unterdruckverteilerleiste 25 verlegt
und an den jeweiligen Tragvorrichtungen 19 befestigt. An den
Unterdruckverteilerleisten 25 sind die Unterdruckschläuche 20 mit
ihrer dem ihnen zugeordneten Saugelement 17 abgewandten
Seite 26 befestigt. Dementsprechend sind die Unterdruckschläuche 20 mit
ihrer dem Saugelement 17 abgewandten Seite 26 an
der jeweiligen Tragvorrichtung 19 befestigt.
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Die
Unterdruckschläuche 20 sind
wenigstens abschnittsweise aus einem elastischen Material hergestellt
und wenigstens abschnittsweise bogenförmig präformiert. Somit weist jeder
Unterdruckschlauch 20 einen Bogen 27 auf. Jeder
Bogen 27 verbindet einen etwa geraden aufnahmeabschnittsseitigen
Schlauchabschnitt 28 mit einem etwa geraden unterdruckverteilerleistenseitigen
Schlauchabschnitt 29.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung, die ebenfalls zu den 1 bis 6 korrespondiert, kann ein
in entspanntem Zustand in etwa gerader Unterdruckschlauch verwendet
werden. Dieser Unterdruckschlauch ist in an dem Aufnahmeabschnitt
und der Tragvorrichtung montiertem Zustand wenigstens leicht vorgespannt.
Dabei ist der Unterdruckschlauch wenigstens abschnittsweise bogenförmig. Über die
Länge des
Unterdruckschlauches zwischen Aufnahmeabschnitt und Tragvorrichtung wird
die Ausgangslage des Aufnahmeabschnittes relativ zu der Tragvorrichtung
bestimmt.
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An
dem Reihenträger 24 der
zweiten Seite 22 ist ein Näherungssensor 30 vorgesehen.
Mit dem Näherungssensor 30 wird
die Stapelhöhe
der Rohteile ermittelt.
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Die
Reihenträger 24 der
ersten und der zweiten Seite 21, 22 sind jeweils
an einer Verstelleinheit 31 gelagert. Beide Verstelleinheiten 31 weisen
Mittel zum Verstellen des jeweiligen Reihenträgers etwa in und etwa quer
zu einer Längsrichtung 32 des
Roboterarmes 16 auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform
der Erfindung sind die Mittel zum Verstellen in und quer zur Längsrichtung 32 Pneumatikzylinder 33, 34.
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In 3 ist eine Einheit 23 mit
Saugelement 17, Aufnahmeabschnitt 18, Tragvorrichtung 19 und Unterdruckschlauch 20 in
einer ersten, unbelasteten Ausgangsstellung 35 schematisch
dargestellt. Der Bogen 27 des Unterdruckschlauches 20 ist
etwa kreisbogenförmig
ausgebildet und erstreckt sich etwa über einen Bereich von 180°. Der aufnahmeabschnittsseitige
Schlauchabschnitt 28 und der unterdruckverteilerseitige
Schlauchabschnitt 29 verlaufen etwa parallel zueinander.
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Die
Tragvorrichtung 19 weist eine Öffnung 39 auf. Eine
Längsachse 40 der Öffnung 39 verläuft in der
ersten unbelasteten Ausgangsstellung 35 parallel zu einer
Längsachse 41 eines
zylindrischen Abschnittes 42 des Aufnahmeabschnittes 18.
Mit dem zylindrischen Abschnitt 42 erstreckt sich der Aufnahmeabschnitt 18 abschnittsweise
durch die Öffnung 39.
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Die Öffnung 35 weist
ein erstes Öffnungsende 43 und
ein zweites Öffnungsende 44 auf.
Zu den Öffnungsenden 43, 44 hin
weitet sich die Öffnung 39 bereichsweise,
wobei die Öffnung 39 hier
sich jeweils stufenartig weitend ausgebildet ist.
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In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann die Öffnung 39 an
den beiden Öffnungsenden 43, 44 sich
jeweils bereichsweise weitend konisch ausgebildet sein.
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Um
den zylindrischen Abschnitt 42 des Aufnahmeabschnittes 18 herum
sind eine erste 48 und eine zweite Feder 49 vorgesehen.
Die erste Feder 48 liegt an einer schlauchseitigen Anlage 52 des
Aufnahmeabschnittes 18 und an einem inneren Abschnitt 53 der Öffnung 39 an.
Die zweite Feder 49 liegt auf einer gegenüberliegenden
Seite an dem inneren Abschnitt 53 und einer saugelementseitigen Anlage 54 des
Aufnahmeabschnittes 18 an. Beide Federn 48, 49 sind
in der ersten unbelasteten Ausgangsstellung 35 der Einheit 23 nahezu
entspannt.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung ist der Aufnahmeabschnitt 18 in Richtung
der Längsachse 40 der Öffnung 39 translatorisch
verschiebbar in der Öffnung 39 gelagert.
Da die Öffnung 39 sich
zu den beiden Öffnungsenden 43, 44 hin
weitend ausgebildet ist, ist der Aufnahmeabschnitt 18 auch
quer zu der Längsachse 40 der Öffnung 39 auslenkbar. Dies
ist in 4 prinziphaft
dargestellt. Dabei schließen
die Längsachse 40 der Öffnung 39 und
die Längsachse 41 des
Aufnahmeabschnittes 18 einen Winkel α miteinander ein. Der Winkel α kann zu
allen radialen Richtungen der Längsachse 40 der Öffnung 39 mit
der Längsachse 41 des
Aufnahmeabschnittes 18 Werte annehmen, die sich nach der
Art und Weise richten, wie die beiden Öffnungsenden 43, 44 sich weitend
ausgebildet sind. Das Auslenken erfolgt um einen Schwenkpunkt 51,
der hier etwa im Bereich der Öffnung 39 liegt.
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In
dieser Ausführungsform
der Erfindung ist der Aufnahmeabschnitt 18 gemäß dem Winkel α um etwa
5° bis 40° gegenüber der
Längsachse 40 der Öffnung 39 pro
Richtung auslenkbar, vorzugsweise bis etwa 20°, oder auch bis 30°.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann der Auslenkbereich des Aufnahmeabschnittes 18 zu
beiden Seiten der Längsachse 40 der Öffnung 39 einen
Bereich von etwa 5° bis
40° umfassen,
vorzugsweise bis 20°,
oder auch bis 30°.
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Wenn
sich der Aufnahmeabschnitt 18 in einer ersten, unbelasteten
ausgelenkten Stellung 36 befindet, ist der präformierte
Unterdruckschlauch 20 mit federnder Vorspannung verformt.
Dementsprechend sind auch der Bogen 27 und die beiden Schlauchabschnitte 28, 29 unter
Erzeugung einer Federkraft verformt. Wegen der Verformung wirkt
der Unterdruckschlauch 20 als ein Rückstellmittel, das den Aufnahmeabschnitt 18 in
Richtung zu seiner ersten, unbelasteten Ausgangsstellung 35 kraftbeaufschlagt
zurückdrängt.
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In 5 ist die Einheit 23 der
Unterdruckhebeeinrichtung 5 in einer zweiten, belasteten
Ausgangsstellung 37 gezeigt. Dabei ist ein Objekt oder Werkstück 47 an
einer Saugglocke 45 des Saugelementes 17 festgesaugt.
Gegenüber
der ersten unbelasteten Ausgangsstellung 35 in 3, ist ein Faltenbalgabschnitt 46 des
Saugelementes 17 durch die Gewichtskraft des Werkstückes 47 in
Richtung der Längsachse 41 des
Aufnahmeabschnittes 18 in die Länge gezogen. Der Aufnahmeabschnitt 18 selbst
ist in Richtung zu dem Werkstück 47 hin
translatorisch parallel zu der Längsachse 40 der Öffnung 39 verschoben
und der Unterdruckschlauch 20 ist entsprechend elastisch
verformt. Gemäß der Verschiebung des
Aufnahmeabschnittes 18 ist die erste Feder 48 komprimiert
und die zweite Feder 49 ist entspannt. In der zweiten belasteten
Ausgangsstellung 37 verlaufen die Längsachse 40 der Öffnung 39 und
die Längsachse 41 des
Aufnahmeabschnittes 18 parallel zueinander.
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In 6 ist die Einheit 23 der
Unterdruckhebeeinrichtung 5 in einer zweiten belasteten
ausgelenkten Stellung 38 gezeigt. Gegenüber der zweiten Ausgangsstellung 37 ist
die Tragvorrichtung 19 so verfahren, dass das Werkstück 47 an
einem Anschlag 50 zur Anlage gekommen ist. Dabei befindet sich
die Tragvorrichtung 19 in einer in Richtung Anschlag 50 weiterbewegten
Position, als es für
ein Berühren
von Werkstück 47 und
Anschlag 50 gerade erforderlich gewesen wäre. Dementsprechend
ist die Tragvorrichtung 19 relativ zu dem Werkstück 47 in Richtung
zu dem Anschlag 50 in etwa parallel verschoben. Gemäß dieser
Parallelverschiebung ist der Aufnahmeabschnitt 18 um den
Schwenkpunkt 51 um den Winkel α ausgelenkt. Der Unterdruckschlauch 20 ist
gegenüber
der Darstellung von 5 noch
stärker elastisch
verformt und beaufschlagt den Aufnahmeabschnitt 18 mit
einer Kraft in Richtung Ausgangsstellung. Darüber hinaus ist der Faltbalgabschnitt 46 des
Saugelementes 17 zusätzlich
bogenartig verformt.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
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Zunächst befindet
sich die Einheit 23 der Unterdruckhebeeinrichtung 5 in
ihrer ersten, unbelasteten ausgelenkten Stellung gemäß 3. Durch Verfahren der Unterdruckhebeeinrichtung 5 wird
die Saugglocke 45 des Saugelementes 17 auf das
Werkstück 47 gedrückt. Dann
wird das Saugelement 17 über den Unterdruckschlauch 20 und
den hohlen Aufnahmeabschnitt 18 mit Unterdruck beaufschlagt,
wobei sich das Saugelement 17 an dem Werkstück 47 festsaugt.
Mit einer durch den Roboter 2 ausgeübten Hebebewegung der Tragvorrichtung 19,
wird eine Hubkraft auf das Werkstück 47 ausgeübt. Hierdurch kommt
es zum Strecken des Faltbalgabschnitt 46 des Saugelementes 17,
der Aufnahmeabschnitt 18 wird relativ zu der Tragvorrichtung 19 parallel
zu der Längsachse 40 der Öffnung 39 verschoben
und der Unterdruckschlauch 20 sowie die erste Feder 48 verformen
sich elastisch. Nun befindet sich die Einheit 23 in der
zweiten belasteten Ausgangsstellung, wie sie in 5 dargestellt ist.
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Die
erste und die zweite Ausgangsstellung bedeuten eine Ausgangslage
des Aufnahmeabschnittes 18 relativ zu der Tragvorrichtung 19.
Dabei entspricht in dieser Ausführungsform
der Erfindung die Ansaugrichtung des Saugelementes 17 an
dem Werkstück 47 gemäß der Ausgangslage
der Richtung der Längsachse 40 der Öffnung 39,
welche hierbei zu der Längsachse 41 des
Aufnahmeabschnittes 18 parallel verläuft bzw. mit ihr zusammenfällt.
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Nun
wird die Unterdruckhebeeinrichtung 5 mit ihrer in der zweiten
belasteten Ausgangsstellung 37 befindlichen Einheit 23 und
dem daran festgesaugten Werkstück 47 so
bewegt, dass das Werkstück 47 gegen
einen Anschlag 50 verfahren wird und an diesem zur Anlage
kommt. Nach erfolgter Anlage setzt die Unterdruckhebeeinrichtung 5 mit
der Tragvorrichtung 19 ihre Bewegung zu dem Anschlag 50 hin
noch etwas fort, bevor die Tragvorrichtung 19 zum Stillstand
kommt. Hierdurch wird die etwa parallele Relativbewegung zwischen
Tragvorrichtung 19 und Werkstück 47 hervorgerufen.
In deren Folge wird der Aufnahmeabschnitt 18 aus seiner
Ausgangslage relativ zur Tragvorrichtung 19 quer zur Ansaugrichtung
der Ausgangslage um den Winkel α ausgelenkt. Dabei
gelangt die Einheit 23 in die zweite belastete ausgelenkte
Stellung 38 gemäß 6.
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In
dem Moment, in dem das Werkstück 47 an dem
Anschlag 50 zur Anlage gekommen ist, ist das Werkstück 47 exakt
im Raum positioniert. Wegen der Auslenkbarkeit des Aufnahmeabschnittes 18 gegenüber der
Tragvorrichtung 19, kann sich die Tragvorrichtung 19 und
somit die Unterdruckhebeeinrichtung 5 noch problemlos etwas
weiterbewegen und dann zum Stillstand kommen. Hierdurch eröffnet sich
dann für
das exakte Positionieren des Werkstückes 47 ein großer Toleranzbereich
zum Positionieren der Unterdruckhebeeinrichtung 5. Gegenüber dem
Stand der Technik ist dazu ein deutlich verringerter Programmieraufwand
für den
Roboter 2 ausreichend. Ferner kann das Werkstück 47 mit
größerer Geschwindigkeit gegen
den Anschlag 50 verfahren werden, weil die Unterdruckhebeeinrichtung
erst später
zum Stillstand zu kommen braucht. Die dadurch erhöhte Positioniergeschwindigkeit
bedeutet einen erheblichen Zeitgewinn.
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Trotz
der Auslenkbarkeit des Aufnahmeabschnittes 18 gegenüber der
Tragvorrichtung 19, ist die Bewegung der Unterdruckhebeeinrichtung 5 gegenüber der
Abkantvorrichtung 3 gut synchronisierbar. Jedoch ist wegen
der Auslenkbarkeit des Aufnahmeabschnittes 18 hierfür ein geringerer
Aufwand ausreichend, insbesondere zum Programmieren und Abstimmen
der Roboterbewegungen gegenüber
Abkantvorrichtung 3 und ihren Prozessabläufen.