DE2425565C2

DE2425565C2 - Manipulator

Info

Publication number: DE2425565C2
Application number: DE2425565A
Authority: DE
Inventors: Ronald D. Waterford Mich. Potter
Original assignee: AUTO-PLACE Inc TROY MICH US
Current assignee: AUTO-PLACE Inc TROY MICH US
Priority date: 1974-05-16
Filing date: 1974-05-27
Publication date: 1983-05-05
Also published as: FR2272006B1; AU482450B2; DE2425565A1; AU6903674A; FR2272006A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator zum bo Verschieben von plattenförmigen Gegenständen auf einer Arbeitsfläche, die rechtwinklig zur lotrechten Drehachse des Manipulators angeordnet ist. der ein am Ende einer heb- und senkbaren drehbaren Welle befestigtes Tragstück, eine in einer Querbohrung des t>j Trngstückes befestigte Führiingsbuchse zur Führung eines ersten Armes parallel zur Arbeitsfläche, ein in diesem ersten Arm geführten und relativ zu diesem bewegbaren zweiten Arm, der an seinem äußeren Ende mit einem Handhabungsteil für das Werkstück versehen ist, und Antriebseinrichtungen für die Arme und die heb- und senkbare Welle aufweist.

Bei einem bekannten Manipulator dieser Art (US-PS 36 48 854) ist das Handhabungsteil durch zwei Greifbakken gebildet, von denen die eine am Ende des ersten und die andere am Ende des zweiten Armes befestigt ist. Die Antriebseinrichtungen für den zweiten Arm ermöglichen die Bewegung des Armes nur über eine solche Strecke, wie sie zum Klemmen eines Werkstückes zwischen den Greifbacken erforderlich ist. Die Reichweite dieses bekannten Manipulators ist daher relativ gering, so daß sie für viele Anwendungen nicht ausreichend ist Eine Verlängerung der Reichweite dieses Manipulators kann nur durch eine entsprechende Verlängerung der Arme erreicht werden, was zu einer entsprechend ungenauen Führung der Arme führt, die unerwünscht ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Manipulator der eingangs genannten Art zum Verschieben von plattenförmigen Gegenständen auf einer Arbeitsfläche zu schaffen, bei dem das Handhabungsteil über eine große Strecke beweglich ist, wobei über die gesamte Strecke ein gleichbleibendes Erfassen des Werkstückes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Manipulators ist das Handhabungsteil über eine große Strecke bewegbar, da beide Arme ausfahrbar sind, und es ergibt sich ein einwandfreier Gewichtsausgleich, da die Antriebsvorrichtung für den zweiten Arm als langgestreckter Druckzylinder ausgebildet ist und das Handhabungsteil einen sehr einfachen und leichten Aufbau aufweist. Die heb- und senkbare drehbare Welle, die das Tragstück halten, kann gleichzeitig dazu verwendet werden, das Hundhabungsteil mit dem Werkstück durch Absenken dieser Welle in Eingriff zu bringen, so daß keine getrennte Antriebsvorrichtung erforderlich ist, wie dies beispielsweise bei Verwendung eines Greifers als Handhabungsteil der Fall sein würde. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Ausführungsform des Manipulators;

F i g. 2 den Grundriß des vorderen Teils der Ausführungsform des Manipulators nach Fig. 1 bei Betrachtung von der Linie 2-2 nach F i g. 1;

Fig. 3 einen teilweise als Draufsicht gezeichneten Schnitt längs der Linie 3-3 nach Fig. 1.

In den Fig. t bis 3 ist eine Ausführungsform des Manipulators 10 gezeigt, der in zwei Stufen aus- und einfahrbar ist und auf einer Halterung angeordnet ist, die durch eine senkrecht heb- und senkbare sowie um ihre Achse drehbare Welle 12 einer Werkstückübergabeeinrichtung 14 gebildet ist. Das obere Ende der Welle 12 ist in einer Bohrung Ifi im unteren Ende eines Tragstücks 18 einer insgesamt mit 20 bezeichneten Tragkonstruktion eingebaut. Das Tragstück 18 weist eine Querbohrung 22 auf, die in Fluchtung mit einer diametralen Bohrung 24 der Welle 12 steht und einen Mitnehmerbo'zen 26 enthält, der eine Antriebsverbindung zwischen der Welle 12 und dem Tragstiick 18 herstellt. Der untere Teil des Tragstücks 18 ist mit einem

sieh nach innen bis zu der Bohrung J6 erstreckenden radialen Schlitz 28 versehen und weist außerdem eine tangential verlaufende Gewindebohrung auf, in die eine untere Spannschraube 30 eingebaut ist, mittels welcher sich das Tragstück 18 mit der Welle 12 fest, jedoch lösbar verspannen läßt. Der obere Teil des Tragstücks 18 ist mit einem diametralen LSngsschlitz versehen, der sich vom oberen Ende aus nach unten bis zum unteren Ende der Querbohrung 22 erstreckt, und nahe seinem oberen Ende it', das Tragstück mit einer zweiten querliegenden Gewindebohrung zum Aufnehmen einer oberen Spannschraube 34 versehen.

Ferner gehört zu der Tragkonstruktion 20 eine Führungsbuchse 36, die sich in der Bohrung 32 verstellen und in die gewünschte Lage bringen und sich mit Hilfe der oberen Spannschraube 34 festlegen iäßt. Die Führungsbuchse 36 ist an jedem Ende mit einer Bohrungserweiterung versehen; in jede dieser Bohrungserweiterungen ist eine Führungslagerbuchse 35 eingebaut, von denen in F i g. 1 nur eine dargestellt ist, welche mit gleichachsig angeordneten Führungsbohrungen 37 versehen sind. An den Enden der Führungsbuchse 36 sind ein vorderes Halteteil 38 und ein ;»interes Halteteil 40 befestigt, die gemäß F i g. 1 beide gegenüber der Führungsbuchse nach oben ragen. Das vordere Halteteil 38 weist nahe seinem unteren Ende eine Bohrung zum Aufnehmen des vorderen Endes der Führungsbuchse 36 auf, mit dem es z. B. durch eine Schweißnaht 42 fest verbunden ist. Das hintere Halteteil 40 ist auf ähnliche Weise nahe seinem unteren Ende mit einer Bohrung versehen, doch ist jedes Halteteil mit dem hinteren Ende der Führungsbuchse 36 verstellbar und lösbar verbunden, und zwar mit Hilfe einer tangential angeordneten Spannschraube 44, die durch das mit einem radialen Schlitz versehene untere Ende 46 des hinteren Halteteils 40 ragt.

Das vordere Halteteil 38 und das hintere Halteteil 40 sind mit gleichachsigen Bohrungen versehen, die sich parallel zu den Bohrungen in ihren unteren Enden erstrecken, und in die ein Zylinder 48 fest eingebaut ist, der zu einem c jeren doppeltwirkenden Druckmittelmotor 50 zum Erzeugen einer ersten Aus- und Einfahrbewegung gehört, und auf dessen vorderem Ende ein Zylinderkopf 52 angeordnet ist. In dem Zylinder 48 arbeitet ein hin- und herbewegbarer Kolben 58, der am hinteren Ende einer Kolbenstange 60 befestigt ist. Das vordere und das hintere Ende des Zylinders 48 ist jeweils mit einer nicht dargestellten öffnung versehen, und an diese Öffnungen sind eine vordere Rohr- oder Schlauchleitung 62 bzw. eine hintere Rohr- oder Schlauchleitung 64 zum Zu- und Abführen eines Druckmittels angeschlossen. Die Kolbenstange 60 weist an ihrem vorderen Ende einen Abschnitt 62 von kleinerem Durchmesser auf, der durch eine dazu passende Bohrung 64 im oberen Ende eines Kreuzkopfes 66 ragt und an seinem äußeren Ende mit einem Gewinde zum Aufnehmen einer Sicherungsscheibe 70 und einer Bcfestigungsmuttcr 68 versehen ist. Das untere Ende des Kreuzkopfes 66 weist eine Bohrung 72 auf. in die der vordere Endabschnitt einer rohrförmigen äußeren Stange 74 eingebaut ist; das untere Ende des Kreuzkopfes ist mit einem radialen Schlitz und einer tangcntialen Gewindebohrung verschen, welch letztere eine Spannschraube 76 enthält, die es ermöglicht, den Kreuzkopf längs des vorderen Teils der hohlen äußeren ' Stange 74 /.u verstellen und ihn in der gewünschten Lage festzuklemmen.

Auf der rohrförmigen i.ißercn Stange 74 ist hinter dem Kreuzkopf 66 ein ringförmiger vorderer Anschlag 78 befestigt, mit dem ein ringförmiger Puffer 80 aus einem Elastomermaterial verbunden ist. Hinter dem ringförmigen Puffer 80 weist die rohrförmige äußere ί Stange 74 eine diametrale Bohrung auf, in die ein Querstift 82 eingebaut ist, dessen mittlerer Teil durch einen langen Schlitz 84 ragt, mit dem eine innere Stange 86 versehen ist, deren vorderes Ende in einer Lagerbuchse 88 gleitend geführt ist, welche in eine

in Bohrungserweiterung am vorderen Ende der rohrförmigen äußeren Stange 74 eingebaut ist. Am vorderen Ende der rohrförmigen äußeren Stange 74 liegt ein ringförmiger Anschlag 90 an, der eine Bohrung zum Aufnehmen des vorderen Endabschnitts der inneren

ι ^r> Stange 86 aufweist und auf seiner Unterseite mit einem radialen Schlitz und einer tangentialen Gewindebohrung versehen ist; in diese Gewindebohrung ist eine Spannschraube 92 zum Verspannen des Anschlags 90 mit der inneren Stange 86 eingebaut. Das vordere Ende

-<> der inneren Stange 86 ist mit Gewinde versehen und in eine dazu passende Gewindebohrung ¹M eines Kopfes 96 eingeschraubt, der die Form einer, rechteckigen Klotzes hat. Eine Sicherungsscheibe 100 und eine Mutter 98 dienen dazu, das vordere Ende der inneren Stange 86 in Eingriff mit der Gewindebohrung 94 zu halten.

Der klotzförmige Kopf % ist gemäß Fig. 1 nahe seinem vorderen Ende mit einer senkrechten Bohrung 102 versehen, die an beiden Enden erweitert ist; in die

i'i Bohrungserweiterungen sind Lagerbüchsen 104 eingebaut, in denen eine senkrechte Stange 106 gleitend geführt ist, deren oberes Ende einen Knopf bzw. eine Verdickung 108 von größerem Durchmesser aufweist. Das mit Gewinde versehene untere Ende 110 der

i'i senkrechten Stange 106 hat einen kleineren Durchmesser und ragt durch eine Bohrung 112 einer Scheibe 114 aus Stahl oder einem anderen Werkstoff, die durch eine Sicherungsscheibe 118 und eine Mutter 116 in ihrer Lage gehalten wird. Die Scheibe 114 ist mit in

·"> Umfangsabständen verteilten Bohrungen versehen, welche die Schäfte von Kopfschrauben 120 aufnehmen, die η it ihren unteren Enden in entsprechend angeordnete Gewindebohrungen 122 eines ringförmigen Anbauteils 124 eingeschraubt sind. Mit der Unterseite des

■*> Anbauteils 124 ist auf beliebige Weise, z. B. mittels eines Klebstoffs, ein zum Erfassen eines Arbeitsstücks dienendes Polster 126 verbunden, das aus Gummi, einem Urethankunststoff oder dergleichen besteht und geeignet ist, ein Arbeitsstück W reibungsschlüssig zu erfassen.

'" Die senkrechte Stange 106, die Scheibe 114, das ringförmige Anbauteil 124 und das Polster 126 bilden zusammen ein insgesamt mit 125 bezeichnetes Eingriffsteil zum reibungsschlüssigen Erfassen eines Arbeitsstücks.

'"> Gemäß Fig. 1 und 3 ist der Kopf 96 nahe seinem unteren Ende mit einer Bohrung 128 versehe^, die über einen Teil ihrer Länge als Gewindebohrung ausgebildet ist, und in die ein mit einem entsprechenden Gewinde versehener Kopf 130 eines Zylinders 132 eingeschraubt

^Λ ist, der zu einem pneumatisch betätigbaren, eine hin- und hergehende Bewegung hervorrufenden Bremsmotor 134 einer insgesamt mit 136 bezeichneten Arretierungsvorrichtung gehört. In dem Zylinder 132 isi ein nicht dargestellter, hin- und herbewegbarer Kolben gleitend geführt, der mit einer Kolbenstange versehen ist. an der'.in freiem Fnde gemäß F i g. 1 und 3 ^iη Bremsklotz 140 mittels einer Mutter 142 befestigt ist. Mit dem vorderen Ende des Bremsklotzes 140 ist /. B.

mittels eines Klebstoffs ein Bremspolster 144 verbunden, das sich zur Anlage an der Rückseite der senkrechten Stange 106 bringen läßt und zu diesem Zweck gemäß F i g. 3 eine konkave Stirnfläche aufweist, die der Umfangsfläche der senkrechten Stange angepaßt ist. Der Zylinder 132 und der Zylinderkopf 130 sind jeweils mit einer nicht dargestellten Öffnung versehen, und an diese Öffnungen sind Leitungen 146 und 148 zum Zu- und Abführen eines Druckmittels angeschlossen.

Die innere Stange 86 ist gemäß Fig. 1 an ihrem hinteren Ende mit einer Gewindebohrung versehen, in die ein dazu passendes, mit Gewinde versehenes vorderes Ende 150 der Kolbenstange 152 eines unteren Druckmittelmotors 154 eingeschraubt ist, welch letzterer dazu dient, eine zweite geradlinige Aus- und Einfahrbewegung herbeizuführen. Mit der Kolbenstange 152 ist ein Kolben 156 verbunden, der im Zylinder 158 des Motors 154 hin- und herbewegbar ist. Das vordere Ende des Zylinders 158 ist durch einen Zylinderkopf 160 abgeschlossen, und sowohl dieser Zylinderkopf als auch das hintere Ende des Zylinders 158 sind jeweils mit einer nicht dargestellten Öffnung versehen; an diese Öffnungen sind Leitungen 164 bzw. 162 zum Zu- und Abführen eines Druckmittels angeschlossen. Der Zylinderkopf 160 des Zylinders 158 weist einen mit Außengewinde versehenen Ansatz 166 auf, der in eine dazu passende, mit Innengewinde versehene Bohrungserweiterung 168 im hinteren Ende der rohrförmigen Stange 74 eingeschraubt ist. Auf dem Endabschnitt 150 der Kolbenstange 152 ist eine Haltemutter 170 angeordnet um eine feste Verbindung zwischen der Kolbenstange und der inneren Stange 86 herzustellen, und eine Sicherungsscheibe 172 verhindert ein Lockern des Ansatzes 166 des Zylinderkopfes 160 gegenüber der Gewindebohrung 168. Auf dem hinteren Ende der äußeren Stange 74 ist ein ringförmiger hinterer Anschlag 174 angeordnet, der einen dem beschriebenen Puffer 80 ähnelnden ringförmigen Puffer 176 trägt.

Zur Erläuterung des beschriebenen Manipulators 10 sei angenommen, daß die Aufwärts- und Abwärtsbewegungen sowie Schwenkbewegungen ermöglichende Werkstückübergabeeinrichtung 14 zusammen mit der an ihr angebrachten Vorrichtung 10 zum Bewirken einer zweistufigen Aus- bzw. Einfahrbewegung in der gewünschten Lage nahe einem Tisch 178 ortsfest angeordnet worden ist; der Tisch 178 besteht aus Stahl oder einem anderen nur eine geringe Reibung hervorrufenden Material und weist eine glatte Oberfläche 180 auf, auf die ein Arbeitsstück W in Form eines plattenförmigen Gegenstandes aufgelegt werden kann, um mit Hilfe des Polsters 126 in eine Arbeitszone einer nicht dargestellten Maschine überführt bzw. aus dieser Arbeitszone entfernt zu werden. Bei dem Arbeitsstück W kann es sich z. B. um aufeinandergelegte Stoffstücke handeln, die in die Arbeitszone einer Nähmaschine gebracht worden sind, wo sie zur Erzeugung eines Beutels oder dergleichen miteinander vernäht worden sind, und die dann wieder aus der Arbeitszone der Nähmaschine entfernt worden sind. Ferner sei angenommen, daß sich der Manipulator 10 in der in F i g. 1 t gezeigten Stellung befindet bei der die Kolbenstange 60 des oberen Motors 50 vollständig ausgefahren ist so daß die rohrförmige äußere Stange 74 ihre äußerste Stellung einnimmt wobei jedoch im vorderer. Ende des Zylinders kurzzeitig ein gleichbleibender Druckmitteldruck ft herrscht um die Kolbenstange 152 des unteren Motors zusammen mit der inneren Stange 86 kurzzeitig in ihrer vollständig zurückgezogenen Stellung zu halten. In

diesem Arbeitsstadium nimmt das Arbeitsstück Weine solche Lage ein, daß an ihm ein Arbeitsschritt durch die nicht dargestellte Maschine ausgeführt werden kann, von der angenommen ist, daß sie gemäß Fig. 1 rechts von dem Polster 126 angeordnet ist.

Jetzt wird ein Druckmittel, z. B. Druckluft, über die Leitung 146 zugeführt, um die Kolbenstange 1J8 des Bremsmotors 134 gemäß F i g. 1 nach links zu bewegen, so daß das Bremspolster 144 von der senkrechten Stange 106 abgehoben wird. Nunmehr ist es der Bedienungsperson möglich, die Stange 106 mit Hilfe des Knopfes 108 zu drehen, um die Ränder des Arbeitsstücks W nacheinander in den Arbeitsbereich der betreffenden Maschine, z. B. einer Nähmaschine, zu bringen. Sobald das Arbeitsstück W fertiggestellt ist, bewirkt die Bedienungsperson, daß das Druckmittel über die Leitung 146 zugeführt wird und über die Leitung 148 entweichen kann, um die Kolbenstange 138 des Bremsmotors 134 mit dem Bremspolster 144 auszufahren, damit die Bremse auf die Stange 106 wirkt, um zu verhindern, daß sie sich dreht oder nach oben bewegt oder herabfällt.

Hierauf wird das Druckmittel der hinteren Leitung 162 des Zylinders 158 des unteren Motors 154 zugeführt und über die vordere Leitung 164 abgeleitet, so daß sich der Kolben 156 und die Kolbenstange 152 zusammen mit dir inneren Stange 86 gemäß F i g. 1 nach vorn bzw. nach rechts bewegen, bis das hintere Ende des Längsschlitzes 84 zur Anlage an dem Querstift 82 kommt, wodurch die Ausfahrbewegung beendet wird. Auf diese Weise werden der Kopf 96, die senkrechte Stange 106, das Polster 126 und das Arbeitsstück W nach vorn bzw. nach rechts bewegt, um das Arbeitsstück aus der Arbeitszone der Maschine zu entfernen, woraufhin die Werkstückübergabeeinrichtung 114 die Welle 12 dreht, um den gesamten in zwei Stufen ausfahrbaren Manipulator in einer waagerechten Ebene zu schwenken, damit das Arbeitsstück IV von der Oberfläche 180 des Tisches 178 heruntergeschoben wird, um zu einem nicht dargestellten Behälter oder zu einer Fördereinrichtung zu gelangen, die das Arbeitsstück zu einer weiteren Verarbeitungsstation oder zu einer Verpackungsstation transportiert.

Dann wird das Druckmittel den vorderen Leitungen 62 und 164 der Zylinder 48 und 158 des oberen Motors 50 bzw. des unteren Motors 154 zugeführt um die zugehörigen Kolbenstangen 60 und 152 zurückzuziehen, so daß die äußere Stange 74 und die innere Stange 86 in ihre hinterste Stellung gebracht werden, wobei der Kopf 96, die senkrechte Stange 106 und das Polster 126 zum Erfassen der Arbeitsstücke entsprechend bewegt werden. Jetzt wird das nächste Arbeitsstück W unter dem Polster 126 auf der Oberfläche 180 des Tisches 178 angeordnet der Bremsmotor 134 wird betätigt um die Stange 106 festzulegen, und das Druckmittel wird der hinteren Leitung 64 des oberen Zylinders 48 zugeführt und aus diesem Zylinder über die vordere Leitung 62 abgeführt damit die Kolbenstange 60 den Kreuzkopf 66 zusammen mit der äußeren rohrförmigen Stange 74 gemäß F i g. 1 nach rechts bewegt Hierdurch wird das Arbeitsstück Wüber die Oberfläche 180 des Tisches 178 geschoben, um in die Arbeitszone der nicht dargestellten Maschine gebracht zu werden, woraufhin sich der vorstehend beschriebene Arbeitszyklus wiederholt

Es sei bemerkt daß der in zwei Stufen ausfahrbare Manipulator ίΟ und die Werkstückübergabeeinrichtung 14 an einen pneumatischen Kreis angeschlossen sind, zu dem Umsteuerventile gehören, die es ermöglichen, das

Druckmittel, und zwar vorzugsweise ein pneumatisches Druckmittel, von einer nicht dargestellten Druckmittelquelle aus zu den Zylindern 48,158 und 132 zu leiten; da diese pneumatische Einrichtung von bekannter Art ist, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Manipulator zum Verschieben von plattenförmigen Gegenständen auf einer Arbeitsfläche, die i rechtwinklig zur lotrechten Drehachse des Manipulators angeordnet ist, der ein am Ende einer heb- und senkbaren drehbaren Welle befestigtes Tragstück, eine in einer Querbohrung des Tragstückes befestigte Führungsbuchse zur Führung eines ersten Armes in parallel zur Arbeitsfläche, einen in diesem ersten Arm geführten und relativ zu diesem bewegbaren zweiten Arm, der an seinem äußeren Ende mit einem Handhabungsteil für das Werkstück versehen ist, und Antriebseinrichtungen für die Arme und die heb- und senkbare Welle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (154) für den zweiten Arm (86) als langgestreckter Druckzylinder (156,158) ausgebildet ist, der von dem Tragstück (18) aus auf der gegenüberliegenden Seite des Handfcabungsteils (96) angeordnet ist, daß das Handhabungsteil durch einen Kopf (96) sowie ein zum reibungsschlüssigen Erfassen des plattenförmigen Gegenstandes (W) dienendes Eingriffsteil (125) gebildet ist, das über eine Stange (106) in dem Kopf >5 (96) in Vertikalrichtung geführt ist, und daß Arretiervorrichtungen (136) zur Festlegung der Lage der Stange (106) in dem Kopf (96) vorgesehen sind.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (106) in dem Kopf (96) zusätzlich di t.hbar gelagert ist.

3. Manipulator nach Ansp; ~.ch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß c*as Eingriffsteil (125) zum reibungsschlüssigen Erfassen ras plattenförmigen η Gegenstandes (W) auf der Stange (106) in einem Abstand von dem Kopf (96) befestigt ist.

4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffsteil (125) einen Träger (114) und ein an dem Träger (114) befestigtes Polster (126) zum reibungsschlüssigen Erfassen des plattenförmigen Gegenstandes (W) aufweist.

5. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtungen (136) einen Bremsmotor (134) einschließen, der an dem Kopf (96) befestigt ist.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiervorrichtungen (136) ein Bremselement (144) aufweisen, das in und außer Bremsberührung mit der Stange (106) bringbar ist. und daß der Bremsmotor (134) einen mit dem Bremselement (144) gekuppelten hin- und herbewegbaren Bremskolbcn aufweist.