DE29707422U1 - manipulator - Google Patents
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2-15.007 DE2-15.007 EN
Zasche Fördertechnik GmbH Gewerbestraße 23 86720 NördlingenZasche Fördertechnik GmbH Gewerbestrasse 23 86720 Nördlingen
Manipulatormanipulator
Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum handgeführten Bewegen einer Last, mit einer in Lastrichtung quasi starren Lasttrageinrichtung, an deren freiem Ende ein Lastaufnahmemittel vorgesehen ist, und wobei in die Lasttrageinrichtung ein im Kraftfluß liegendes elastisches Glied eingefügt ist. Die Lasttrageinrichtung kann dabei entweder in vertikaler Richtung unbeweglich sein, sie kann aber auch mit einem in Lastrichtung starr wirkenden Hubantrieb verbunden sein, so daß das Lastaufnahmemittel und mit diesem die Last vertikal auf- und abbewegt werden kann.The invention relates to a manipulator for manually moving a load, with a load-bearing device that is quasi-rigid in the load direction, at the free end of which a load-carrying means is provided, and wherein an elastic member lying in the force flow is inserted into the load-bearing device. The load-carrying device can either be immobile in the vertical direction, but it can also be connected to a lifting drive that acts rigidly in the load direction, so that the load-carrying means and with it the load can be moved vertically up and down.
Derartige Manipulatoren werden häufig zu Montagezwecken verwendet, bei denen ein Bauteil durch den Manipulator In eine geeignete Position gebracht werden muß, um dann mit einem anderen Bauteil zusammengefügt zu werden. Als Beispiel sei angenommen, eine in horizontaler Ausrichtung von dem Lastaufnahmemittel eines Manipulators getragene Welle solle in eine horizontale Bohrung eines Gehäuses eingesetzt werden. Dabei können Probleme auftreten, wenn Welle und Bohrung in horizontaler Richtung nicht genau miteinander fluchten. Auch wenn die Lasttrageinrichtung mit einem Hubantrieb verbunden ist, durch den die Last vertikal auf- und abbewegt werden kann, bringt dies keine brauchbareSuch manipulators are often used for assembly purposes, where a component must be brought into a suitable position by the manipulator in order to then be joined to another component. As an example, assume that a shaft carried in a horizontal orientation by the load-carrying device of a manipulator is to be inserted into a horizontal hole in a housing. Problems can arise if the shaft and hole are not exactly aligned with each other in the horizontal direction. Even if the load-carrying device is connected to a lifting drive, by which the load can be moved vertically up and down, this does not provide any useful
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Lösung des Problems. Wenn z.B. die Lasttrageinrichtung als Gliederkette und der Hubantrieb als angetriebene Trommel ausgebildet sind, ist allein aufgrund des "Polygoneffekts" im Kettentrieb ein exaktes Positionieren nicht möglich. Aber auch bei Manipulatoren, bei denen die Lasttrageinrichtung durch ein Seil und der Hubantrieb durch eine Seilwinde gebildet ist, kann aufgrund der toleranten Bremsenfunktion eine genaue Position nicht angefahren werden.Solution to the problem. If, for example, the load-bearing device is designed as a link chain and the lifting drive as a driven drum, precise positioning is not possible due to the "polygon effect" in the chain drive alone. But even with manipulators in which the load-bearing device is formed by a rope and the lifting drive by a cable winch, an exact position cannot be reached due to the tolerant brake function.
Und selbst bei Manipulatoren ohne Hubantrieb, bei denen an einem in einer horizontalen Kranschiene laufenden Kranwagen ein Seil mit fester Länge befestigt ist, das an seinem freien Ende ein Lastaufnahmemitte! trägt, ist wegen der Toleranzen der einzelnen Bauteile eine exakte Höhenpositionierung nicht von vornherein möglich.And even with manipulators without a lifting drive, where a fixed-length rope is attached to a crane carriage running on a horizontal crane rail, which has a load-bearing center at its free end, exact height positioning is not possible from the outset due to the tolerances of the individual components.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits in die Lasttrageinrichtung derartiger Manipulatoren eine mechanische Feder, z.B. eine Schraubenfeder eingebaut. Diese gestattet es, daß die Bedienungsperson eine von dem Manipulator ungenau positionierte Last durch Handkraft in die gewünschte genaue Position bringt. Das hat jedoch den Nachteil, daß die Feder nur für einen sehr beschränkten Lastbereich geeignet ist. Soll eine kleinere oder größere Last bewegt werden, müßte man die Feder austauschen. Hinzu kommt, daß die von der Bedienungsperson aufzubringende Handkraft sehr groß wird, wenn eine hohe Last bewegt, und damit eine sehr steife Feder verwendet werden muß.In order to avoid these disadvantages, a mechanical spring, e.g. a helical spring, has already been built into the load-bearing device of such manipulators. This allows the operator to move a load that has been inaccurately positioned by the manipulator into the desired precise position using manual force. However, this has the disadvantage that the spring is only suitable for a very limited load range. If a smaller or larger load is to be moved, the spring would have to be replaced. In addition, the manual force that the operator has to apply becomes very large when a heavy load is moved, and a very stiff spring must therefore be used.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile eine Lösung vorzuschlagen, die sich sowohl für einen großen Lastbereich einsetzen läßt, als auch nur eine zumutbare, relativ geringe Handkraft der Bedienungsperson erfordert.The invention is based on the object of proposing a solution that avoids these disadvantages and can be used for a large load range while also requiring only a reasonable, relatively low manual force from the operator.
Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß das in die Lasttrageinrichtung integrierte elastische Glied bezüglich seiner Federsteifigkeit einstellbar ist. Dadurch kann mit ein und demselben Glied ein sehr breiter Lastbereich bedient werden.The invention achieves this object by making the elastic member integrated into the load-bearing device adjustable in terms of its spring stiffness. This means that a very wide load range can be served with one and the same member.
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Dabei kann die Einstellung der Federsteifigkeit vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Last selbsttätig erfolgen.The spring stiffness can advantageously be adjusted automatically depending on the load.
Dieses Ziel kann in zweckmäßiger Weise dadurch erreicht werden, daß das elastische Glied durch einen pneumatischen Zylinder gebildet ist. Zur Einstellung der Federsteifigkeit kann der von einem zylindrischen Gehäuse und einem darin geführten Kolben begrenzte Druckraum des pneumatischen Zylinders mit einem Druckregelventil verbunden sein, das an eine Druckiuftquelie angeschlossen ist.This aim can be conveniently achieved by forming the elastic member by a pneumatic cylinder. To adjust the spring stiffness, the pressure chamber of the pneumatic cylinder, which is delimited by a cylindrical housing and a piston guided therein, can be connected to a pressure control valve which is connected to a compressed air source.
Ein im Kraftfluß der Lasttrageinrichtung angeordnetes Lastmeßglied kann dabei ein Signal zum Steuern der Einsteilung des Druckregelventils liefern.A load measuring element arranged in the force flow of the load-bearing device can provide a signal for controlling the setting of the pressure control valve.
Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, die Lasttrageinrichtung durch ein biegeschiaffes, in Lastrichtung starres Zugorgan, z.B. ein Sei! oder eine Kette und eine mit dem Hubantrieb, z.B. eines Elektromotors verbundene Verholeinrichtung, z.B. eine Trommel zu bilden.It has proven to be useful to form the load-bearing device by means of a flexible, rigid traction element in the direction of the load, e.g. a rope or a chain, and a hauling device, e.g. a drum, connected to the lifting drive, e.g. an electric motor.
Um dabei dem Lastaufnahmemittel eine Führung gegen unerwünschte horizontale Ausweichbewegungen zu geben, kann dem biegeschlaffen Zugorgan eine um die Querachsen biegestarre Längsführung für das Lastaufnahmemittel achsfluchtend oder beabstandet parallel geschaltet sein.In order to provide the load-handling device with a guide against undesirable horizontal evasive movements, a longitudinal guide for the load-handling device that is rigid around the transverse axes can be connected parallel to the flexible traction element, either in line with the axis or at a distance from it.
In den Fig. 1 bis 4 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in teilweise geschnitten Seitenansichten dargestellt.In Figs. 1 to 4, embodiments of the invention are shown in partially sectioned side views.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist an einer Deckenkonstruktion 1 eine Laufschiene 2 befestigt, in welcher ein Kranwagen 3 mittels einer Rollenführung 4 längsbeweglich gelagert ist. Der Kranwagen 3 seinerseits trägt eine quer zur Laufschiene 2 verlaufende weitere Laufschiene 5, in welcher ebenfalls mit einer Rollenführung 6 ein Kopfteil 7 längsverschieblich gelagert ist. Das Kopfteil 7 trägt eine ais Seil 8 ausgeführte Lasttrageinrichtung, mit der am unteren Ende ein pneumatischer Zylinder 9 verbunden ist. Dieser besteht aus dem zylindrischen Gehäuse 10, in dem ein Kolben 11 längsverschieblich gelagert ist. An der mitIn the example shown in Fig. 1, a rail 2 is attached to a ceiling structure 1, in which a crane carriage 3 is mounted so that it can move longitudinally by means of a roller guide 4. The crane carriage 3 in turn carries a further rail 5 running transversely to the rail 2, in which a head part 7 is also mounted so that it can move longitudinally by means of a roller guide 6. The head part 7 carries a load-bearing device designed as a cable 8, to which a pneumatic cylinder 9 is connected at the lower end. This consists of the cylindrical housing 10, in which a piston 11 is mounted so that it can move longitudinally.
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dem Kolben 11 verbundenen Kolbenstange 12 ist unter Zwischenschaltung eines weiteren Seilstücks 13 ein ais Lasthaken 14 ausgebildetes Lastaufnahmemittel befestigt.A load-carrying device designed as a load hook 14 is attached to the piston rod 12 connected to the piston 11 with the interposition of a further piece of rope 13.
An diesen Lasthaken 14 ist ein zylindrisches Bauteil 15 angeschlagen, welches in eine zylindrische Bohrung 16 eines Gehäuses 17 eingeführt werden soll.A cylindrical component 15 is attached to this load hook 14 and is to be inserted into a cylindrical bore 16 of a housing 17.
Der von dem Gehäuse 10 und dem Kolben 11 begrenzte Druckraum 18 des pneumatischen Zylinders 9 ist über die Leitung 19, in die ein Absperrventil 20 eingebaut ist, mit der Druckluftquelle 21 verbunden.The pressure chamber 18 of the pneumatic cylinder 9, which is delimited by the housing 10 and the piston 11, is connected to the compressed air source 21 via the line 19, in which a shut-off valve 20 is installed.
Wenn das zylindrische Bauteil 15, welches in die Bohrung 16 eingeführt werden soll, sich gegenüber dieser um einen geringen Betrag zu hoch befindet, kann eine Bedienungsperson dieses durch Handkraft gegen die Wirkung des pneumatischen Zylinders 9 um diesen Betrag nach unten drücken, um es dann leicht in die Bohrung 16 einzuführen. In Abhängigkeit von der Größe der vom Lasthaken 14 getragenen Last, kann die Federsteifigkeit des pneumatischen Zylinders 9 durch Druckzuführung mittels des Absperrventils 20 angepaßt werden.If the cylindrical component 15, which is to be inserted into the bore 16, is slightly too high compared to the bore, an operator can press it down by this amount by hand against the effect of the pneumatic cylinder 9 in order to then easily insert it into the bore 16. Depending on the size of the load carried by the load hook 14, the spring stiffness of the pneumatic cylinder 9 can be adjusted by supplying pressure via the shut-off valve 20.
Die in Fig. 2 dargestellte Variante unterscheidet sich von der nach Fig. 1 zunächst dadurch, daß das Sei! 8 nicht direkt mit dem Kopfteil 7 starr verbunden ist, sondern daß es vielmehr mit einem Hubantrieb 22 zusammenwirkt, welcher seinerseits an dem Kopfteil 7 befestigt ist. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß zwischen Druckluftquelle 21 und pneumatischem Zylinder 9 anstelle eines Absperrventils ein Druckregeiventil 23 eingeschaltet ist. Dieses ist mit seinem Druckluftanschluß P mit der Druckluftquelle 21 verbunden und gibt über den Arbeitsanschluß A Druck an den Druckraum 18 ab. Durch die Entlüftung R kann in bestimmten Betriebszuständen Druck aus dem Druckraum 18 abgeführt werden. Der im Druckraum 18 gewünschte Druck kann über die Handeinsteilung 24 eingestellt werden. In Abhängigkeit von der zu bewegenden Last wird bei dieser Einrichtung mitteis der Handeinstellung 24 durch den Aufbau eines entsprechenden Drucks im Druckraum 18 eine angepaßte Federsteifigkeit eingestellt. Das Druckregelventil ist nun bestrebt, diesen Druck im Druckraum 18 aufrecht zuThe variant shown in Fig. 2 differs from that in Fig. 1 in that the valve 8 is not rigidly connected directly to the head part 7, but rather works together with a lifting drive 22, which in turn is attached to the head part 7. Another difference is that a pressure control valve 23 is connected between the compressed air source 21 and the pneumatic cylinder 9 instead of a shut-off valve. This is connected to the compressed air source 21 with its compressed air connection P and releases pressure to the pressure chamber 18 via the working connection A. In certain operating states, pressure can be released from the pressure chamber 18 through the vent R. The pressure required in the pressure chamber 18 can be set using the manual adjustment 24. Depending on the load to be moved, an appropriate spring stiffness is set in this device by means of the manual adjustment 24 by building up a corresponding pressure in the pressure chamber 18. The pressure control valve now strives to maintain this pressure in the pressure chamber 18.
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erhalten. Wird nun durch eine Bedienungsperson eine nach unten gerichtete Handkraft auf den Lasthaken 14 ausgeübt, so steigt dadurch im Druckraum 18 der Druck an, was dazu führt, daß das Druckregelventli 23 durch die Entlüftung R Druck abführt. Wird umgekehrt die Last, z.B. das zylindrische Bauteil 15 durch Handkraft angehoben, so sinkt der Druck im Druckraum 18 ab, was zur Folge hat, daß das Druckregelventil 23 Druck zuführt. Auf diese Weise kann das Bauteil 15 mit geringstem Kraftaufwand per Hand in die richtige Position zum Einführen in die Bohrung 16 gebracht werden.If an operator now exerts a downward hand force on the load hook 14, the pressure in the pressure chamber 18 increases, which leads to the pressure control valve 23 releasing pressure through the vent R. Conversely, if the load, e.g. the cylindrical component 15, is lifted by hand force, the pressure in the pressure chamber 18 drops, which leads to the pressure control valve 23 adding pressure. In this way, the component 15 can be brought into the correct position for insertion into the bore 16 by hand with minimal effort.
Die in Fig. 3 dargestellte Variante unterscheidet sich zunächst dadurch von der vorhergehenden, daß an der Deckenkonstruktion 1 eine Grundplatte 25 befestigt ist, mit der der Hubantrieb 22 starr verbunden ist. Als Lasttrageinrichtung ist in diesem Faile anstelle eines Seiles eine Gliederkette 26 vorgesehen. Unterhalb des pneumatischen Zylinders 9 ist zwischen dem Seilstück 13 und dem Lasthaken 14 ein Lastmeßglied 27 eingeschaltet, welches über die Steuerleitung 28 ein Signal an das Druckregelventil 23 gibt und damit die Grundeinstellung des Druckes im Druckraum 18 auf einen der Last angepaßten Wert steuert.The variant shown in Fig. 3 differs from the previous one in that a base plate 25 is attached to the ceiling structure 1, to which the lifting drive 22 is rigidly connected. In this case, a link chain 26 is provided as the load-bearing device instead of a rope. Below the pneumatic cylinder 9, between the rope section 13 and the load hook 14, a load measuring element 27 is connected, which sends a signal to the pressure control valve 23 via the control line 28 and thus controls the basic setting of the pressure in the pressure chamber 18 to a value adapted to the load.
Parallel zur Lastrichtung ist eine biegestarre Längsführung vorgesehen, die aus einem äußeren Rohr 29, weiches mit der Grundplatte 25 verbunden ist, besteht, in weiches ein Innenteil 30 teleskopartig eingreift, welches an seinem unteren Ende mittels einer Traverse 31 mit dem Lasthaken 14 verbunden ist.Parallel to the load direction, a rigid longitudinal guide is provided, which consists of an outer tube 29, which is connected to the base plate 25, into which an inner part 30 engages telescopically, which is connected at its lower end to the load hook 14 by means of a cross member 31.
Wenn bei dieser Einrichtung eine Last an den Lasthaken 14 angehängt wird, so gibt das Lastmeßglied 27 über die Steuerleitung 28 ein Signal an das Druckregelventäl 23, wodurch ein der Last angepaßter Druck im Druckraum 18 aufgebaut wird. Wenn in diesem Falle zum feinfühligen Bewegen der Last in vertikaler Richtung per Hand an der Kolbenstange angegriffen wird, so führt dies zum gleichen Ergebnis, wie es vorher bei Fig. 2 beschrieben wurde, das heißt, daß die Last sehr leicht von Hand bewegt werden kann. Würde man dagegen versuchen bei dieser Ausführung per Hand an der Last selbst anzugreifen, so würde das System blockieren, weil das Druckregelventil der gewünschten Bewegung entgegensteuert. In diesem Falle müßte nach Lastaufnahme und Einstellen desIf a load is attached to the load hook 14 in this device, the load measuring element 27 sends a signal to the pressure control valve 23 via the control line 28, whereby a pressure adapted to the load is built up in the pressure chamber 18. If in this case the piston rod is gripped by hand to move the load sensitively in a vertical direction, this leads to the same result as previously described in Fig. 2, i.e. the load can be moved very easily by hand. If, on the other hand, one were to try to grip the load itself by hand in this design, the system would block because the pressure control valve counteracts the desired movement. In this case, after the load has been taken up and the
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erforderlichen Drucks im Druckraum 18 die Lastwertspeicherung eingeschaltet werden, wodurch dann wiederum die gleichen Verhältnisse eintreten würden, wie vorher beschrieben.required pressure in the pressure chamber 18, the load value storage can be switched on, which would then again result in the same conditions as previously described.
Fig. 4 schließlich zeigt, daß die Erfindung nicht auf Ausführungen beschränkt ist, bei denen die Lasttrageinrichtung durch ein biegeschlaffes, in Lastrichtung jedoch starres Zugorgan gebildet ist, sondern daß auch jegliche anderen bekannten Ausführungen für die Anwendung der Erfindung geeignet sind, wenn nur die Bedingungen erfüllt sind, daß einerseits die Laststrageinrichtung in Lastrichtung quasi starr und andrerseits der auf die Lasttrageinrichtung einwirkende Hubantrieb ebenfalls in Lastrichtung starr sein muß.Fig. 4 finally shows that the invention is not limited to designs in which the load-bearing device is formed by a flexible tension member that is, however, rigid in the load direction, but that any other known designs are also suitable for the application of the invention, provided that the conditions are met that, on the one hand, the load-bearing device is quasi-rigid in the load direction and, on the other hand, the lifting drive acting on the load-bearing device must also be rigid in the load direction.
Das in Fig. 4 dargestellte Beispiel zeigt eine Tragsäule 32, die an ihrem oberen Ende ein Drehteil 33 aufweist, an dessen oberem Ende mittels eines Parallelogrammgestänges 34 ein Schwenkkopf 35 gelagert ist. In diesem ist schwenkbar der Lastarm 35 gelagert, der an seinem freien Ende den pneumatischen Zylinder 9 trägt. Die übrige, sich an den Zylinder 9 anschließende Ausgestaltung entspricht der nach Fig. 3 und sie kann auch in gleicher Weise angewandt werden. Zum Auf- und Abbewegen des Schwenkkopfes und damit des Lasthakens 14 dient ein Hydraulikzylinder 37.The example shown in Fig. 4 shows a support column 32 which has a rotating part 33 at its upper end, at the upper end of which a swivel head 35 is mounted by means of a parallelogram rod 34. The load arm 35 is pivotally mounted in this, which carries the pneumatic cylinder 9 at its free end. The rest of the design adjoining the cylinder 9 corresponds to that in Fig. 3 and can also be used in the same way. A hydraulic cylinder 37 is used to move the swivel head and thus the load hook 14 up and down.
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Claims (8)
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Legal Events
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ZASCHE ERGO GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ZASCHE FOERDERTECHNIK GMBH, 86720 NOERDLINGEN, DE Effective date: 20031106 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: ZASCHE ERGO GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: DEMAG CRANES & COMPONENTS GMBH, 58300 WETTER, DE Effective date: 20050113 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20050513 |
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