DE3310108A1

DE3310108A1 - Greifer fuer industrieroboter

Info

Publication number: DE3310108A1
Application number: DE19833310108
Authority: DE
Inventors: Rainer 8523 Baiersdorf Keppler
Original assignee: MANTEC GESELLSCHAFT fur AUTOMATISIERUNGS- und HANDHABUNGSSYSTEME MBH 8510 FUERTH DE; Mantec Gesellschaft Fuer Automatisierungs und Handhabungssysteme Mbh 8510 Fuerth; Manutec Gesellschaft fuer Automatisierungs und Handhabungssysteme mbH
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-21
Filing date: 1983-03-21
Publication date: 1984-10-04

Description

-M-

Plantec Mein Zeichen

Gesellschaft für VPA 83 P 6 8 1 2 OE

Automatisierungs- und
Handhabungssysteme mbH

Greifer für Industrieroboter

Die Erfindung bezieht sich auf einen Greifer für Industrieroboter mit eingebauten pneumatischen oder hydraulischen Linearantrieb mit Kolben und Zylinder zur gleichzeitigen parallelen Bewegung der Greifglieder in der Greifebene, wobei an der Kolbenbewegung teilnehmende Zahnstangen und Ritzel vorhanden sind.

Greifer sind in den verschiedensten Ausführungen bekannt (vgl, z.B. DE-AS 23 55 971, DE-OS 25 13 539 oder DE-PS 24 42 865) .

Bei einer dieser bekannten Lösungen (vgl. z.B. DE-PS 24 42 865)/ bei der der Greifer in mehreren, mit je einem Antrieb versehenen Achsen bewegt werden kann, ist jedes Greifglied des Greifers mit einem druckluftbetätigten Kolben verbunden, der in einer Zylinderbohrung angeordnet ist. Die Synchronisierung der Bewegung zweier Kolben, d.h.

Greifglieder, wird - neben der entsprechenden Druckluftbeaufschlagung der Kolben - noch zusätzlich dadurch gesichert, daß die Mittelpartien der parallelliegenden Kolben als Zahnstangen ausgebildet sind, die über ein Zahnrad in Verbindung stehen.

Eine derartige Anordnung mit Einzelantrieben für die einzelnen Greifglieder erfordert relativ viel Platz; ferner dürfte es konstruktiv nicht ganz einfach sein, mehr als zwei Kolben oder nichtparallele Kolbenbewegungen miteinander zu synchronisieren.

Ch 2 Bim / 22.02.1983

-Z- VPA 83 P 6 8 1 2 DE

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen einfachen, zuverlässigen und platzsparenden Zentralantrieb für die synchrone parallele Bewegung mehrerer Greifglieder bei einem Greifer zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gelöst:

a) Es ist ein senkrecht zur Greifebene liegender Linearantrieb mit durch den Zylinderdeckel führender Kolben-

10· stange vorgesehen,

b) die Kolbenstange trägt außerhalb des Zylinders, am Umfang verteilt, parallel zur Bewegungsrichtung liegende Zahnstangen und

c) die Zahnstangen stehen über Umlenkritzel mit radial in Greifrichtung geführten Zahnstangen, an denen die Greifglieder befestigbar sind, in Antriebsverbindung.

Auf diese Weise erhält man einen einfachen und zuverlässigen Greiferantrieb.

Konstruktiv wird dabei vorteilhafterweise der Zylinderboden des Antriebs mit einem zentrischen Zapfen versehen, auf dem koaxial Kolben und hohlzylindrische Kolbenstange im Zylinder geführt sind. Auf diese Weise kann man in etwa gleiche Kolbenkräfte bei Bewegung in jeder Richtung erzielen. Gleichzeitig ist hierdurch eine einfache Zuführung des Druckmediums auf die dem Kolbenboden gegenüberliegende Zylinderseite möglich.

Damit - unabhängig von der Roboterbewegung - Längsbewegungen im Greifer aufgefangen werden können, wird vorteilhafterweise ferner der Zylinder des Antriebs axial gegen die Kraft einer Feder verschiebbar im Greiferunterteil geführt. Damit auch Ausgleichsbewegungen in der dazu senkrechten Ebene möglich sind, wird die Konstruktion ferner vorteilhafterweise so ausgeführt, daß der Zylindermantel

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des Antriebes in Deckelhöhe in eine Ringschulter übergeht, an der das die Greifglieder tragende Greiferoberteil mittels Kugeln zweiachsig schwimmend aufgehängt ist.

Diese zweiachsig schwimmende Lagerung mit Kugeln, ist dabei vorteihafterweise so ausgeführt, daß die Kugeln auf einer oder mehreren parallelen kreisringförmigen Bahnen geführt werden. Zur Begrenzung und Rückführung des ausgelenkten Greiferoberteils sind ferner in der Ebene dieser schwimmenden Lagerung federnd aneinandergrenzende Druckstücke vorzusehen. Diese können z.B. aus federbelasteten axial in Oberteil und Ringschulter geführten und einander gegenüberliegenden Zentrierbolzen bestehen, die an den einander zugewandten Enden mit kegel- oder halbkugelförmigen Vertiefungen zur Aufnahme.von Zentrierkugeln versehen sind.

Zur Erfassung der Endlagen oder sonstigen Bewegungen der Greiferfinger ist vorteilhafterweise die Welle eines Umlenkritzels zwischen den Zahnstangen als Schaltwelle zur Betätigung von Endschaltern oder dergleichen ausgebildet. Konstruktiv kann dabei die Schaltwelle an den Enden mit Schaltnocken versehen werden, die über Stößel die im Greiferteil liegenden und am Oberteil befestigten Endschalter betätigen. Die Stößel können jedoch auch durch die Trennebene zwischen Roboterarm und Greifer geführt werden und zum Betätigen von im Roboterarm liegenden Endschaltern dienen. Dies hat den Vorteil, daß bei einem automatischen Greiferwechsel nicht zusätzlich elektrische Verbindungen zwischen Greifer und Arm geschaffen werden müssen.

Mit Vorteil sind ferner zweiachsige Wegaufnehmer zur Erfassung der Bewegung in der Ebene der schwimmenden Lagerung vorgesehen. Auf diese Weise kann die jeweilige Auslenkung erfaßt und gegebenenfalls als Korrekturinformation an die Steuerung gegeben werden. In diesem Zusammenhang

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ist es genauso von Interesse, auch die axiale Bewegung in Greiferlängsrichtung mit Weggebern zu erfassen und ebenfalls als z.B. Montageinformation zu benutzen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher beschrieben; es zeigen:

Figur 1 den prinzipiellen Aufbau eines Industrie-Gelenk-Roboters mit Greifer,

Figuren 2 und 3 Längsschnitte durch den Greifer und Figur 4 eine Draufsicht auf den Greifer.

Der in Figur 1 schematisch dargestellte Gelenkroboter hat sechs Gelenke 1 bis 6, durch die jeweils Drehungen in sechs Achsen möglich sind. Wie ersichtlich, trägt der Roboter am Ende des Armes mit den Gelenken 1 bis 6 einen Greifer 7, mit den in der Greifebene Y, Z parallel bewegbaren Greiferfingern 20. Die Druckluftzuleitungen 8 für den pneumatischen Linearantrieb der Greiferfinger 20 laufen z.B. vom Gelenk 3 über eine hier gestrichelt angedeutete Sollbruchstelle 9 zum Linearantrieb. Stößt der Greifer 7 ungewollt ' an ein Hindernis, so bricht die mechanische Verbindung zwischen Greifer 7 und Gelenk 6 des Roboterarms an der Sollbruchstelle 9.

Wie Figuren 2 und 3 zeigen, ist der Greifer 7 über eine mechanische Kupplung 10, in der auch die mechanische Sollbruchstelle 9 liegt, mit dem Gelenk 6, d.h. dem Ende des Roboterarms, verbindbar. Gleichzeitig laufen durch diese Kupplung 10 die elektrischen und pneumatischen Versorgungsleitungen zum Greifer 7.

Der Greifer 7 besteht aus einem als becherförmiges Drehteil ausgebildeten Außenmantel 11, dessen oberes Ende in einer Ringschulter 12 ausläuft und dessen unteres Ende über Schrauben 13 im Bodenteil 14 über die Sollbruchstelle 9 mit der Kupplung 10 verbunden ist. Am Bodenteil 14 ist

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VPA 83 P 6 8 1 2 DE

rait geringem Abstand über eine von einer Schraube 15 mit Buchse 16 geführte Feder 17 der Zylinderboden 18 des zentralen Linearantriebes 19 der Greiferfinger abgestützt.

Der Zylinderboden 18 ist mit einem zentrischen Hahlzapfen 21 versehen, durch den das Druckmedium vom Zylinderboden auf die gegenüberliegende Kolbenraumseite 29 geführt wird und auf dem koaxial Kolben 22 und hohlzylindrische Kolbenstange 23 geführt sind.

Das im Außenmantel 11 axial verschiebbar geführte Zylinderrohr (Zylindermantel) 24 des Antriebs 19, das gleichzeitig als Tragteil für das Greiferoberteil dient, läuft am oberen Ende in eine auskragende Ringschulter 25 aus, nimmt am unteren Ende den Zylinderboden 18 auf und wird am oberen Ende vom Zylinderdeckel 26 abgeschlossen. Ferner sind Dichtungen 27 für Kolben 22 und Kolbenstange 23 vorgesehen.

Je nach dem, ob Druckluft in den Raum 28 unterhalb des Kolbens 22 oder in den Räum 29 über den Kolben 22 eingeleitet wird, bewegt sich der Kolben 22 und damit die durch den Deckel 26 geführte Kolbenstange 23 nach oben oder unten. Durch den Hohlzapfen 21 wird dabei dafür gesorgt, daß die jeweils oben bzw. unten mit Druckluft beaufschlagbaren Kolbenflächen in etwa gleich sind, so daß bei gleichen Drücken in etwa gleiche Kräfte in beiden Richtungen ausgeübt werden können. Auf dem zylindrischen Kolbenstangenende 30 der Kolbenstange 23 sind im vorliegenden Beispiel drei um 120 gegeneinander am Kolbenstangenumfang versetzte Zahnstangen 31 parallel zur Kolbenstange in einer Halterung befestigt. Im folgenden ist nur die Kraftübertragung von der Kolbenstange auf einen der drei Greiferfinger 20 beschrieben, wobei die hierzu getroffenen Ausführungen sinngemäß auch für die anderen Finger gelten.

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Zur Halterung der Zahnstange sind die der Zahnreihe 32 abgewandten und abgestuften Enden 33 der Zahnstange 31 jeweils über Kugelhalter 34, 35 mit Kugeln 38 längs des betreffenden Umfanges zwischen Lagerscheiben 36, 37 spielfrei eingespannt. Die Vorspannung der halterung ist durch eine Wellenmutter 39 auf dem Kolbenstangenende 30 einstell· bar. Durch die Kugeln 38 sind gegebenenfalls begrenzte Radialbewegungen in der Υ,Ζ-Ebene relativ zur Kolbenstange 23 ausführbar.

Die zur Kolbenstange 23, d.h. der Längsachse parallele Zahnreihe 32 der Zahnstange 31 greift in ein Umlenkritzel 40 ein. Die senkrecht zur Längsachse liegende Welle 41. dieses gezeigten Umlenkritzels 40 ist in der den Greiferoberteil bildenden Haube 42 gelagert. Im speziellen Fall ist die hier gezeigte Welle 41 (vgl. Figur 3) gleichzeitig auch als Schaltwelle ausgebildet und daher an den Enden mit den Schaltnocken 43/ 44 versehen.

Das Umlenkritzel 40 greift wiederum in eine der um 120° versetzten, symmetrisch zur X-Achse liegenden Zahnstangen 45 (vgl. Figur 4) ein. Diese Zahnstange 45 bildet dann jeweils eine Grundbacke zur Halterung eines der Finger 20. Diese radial zum Mittelpunkt in der Greifebene verschiebbaren Zahnstangen 45 sind dabei jeweils zwischen zwei mit der Oberseite der Haube 42 verschraubten Leisten 46, 47 geführt.

Je nach der Bewegungsrichtung des Kolbens 22 können durch die drei Zahnstangen 45 (vgl. Figur 4) die drei zugehörigen Greifglieder, d.h. Greiffinger, gleichzeitig mit einem einzigen Zentralantrieb 19 aufeinander zu oder voneinander weg bewegt weren.

Zur Meldung der Endlagen der Greiferfinger 20 dienen im Greifer 7 integrierte Endschalter 48, 49, die mit Haltewinkel 50 und Abstandsbolzen 51 an der zwischen

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Zylinderrohr 24 und Haube 42 liegenden Zwischenplatte 52 befestigt sind. Zur Betätigung der Endschalter 48, 49 sind von den Schaltnocken 44, 43 der Schaltwelle 41 betätigte, in Buchsen 53 geführte Stößel 54, 55 vorgesehen. Über eine elektrische Kontaktverbindung 56 werden die beiden Endschalter 48, 49 und gegebenenfalls weitere elektrische Verbraucher oder Geber im Greifer mit dem Roboter verbunden.

Ein ebenfalls am Haltewinkel 50 befestigter Endschalter wird durch einen im Außenmantel 11 festgelegten Schaltstift 78 betätigt, falls eine axiale Relativbewegung zwischen Außenmantel 11, d.h. dem Greiferunterteil und der mit der Haube 42 verbundenen Zwischenplatte 52, d.h. dem Greiferoberteil, zustande kommt und damit der Spalt s verringert wird.

Diese Relativbewegung ist in Form eines gefederten Hubes durch die Feder 17 zwischen Außenmantel 11 und Antrieb 19 möglich und hat den Hintergrund, daß es z.B. bei der automatischen Montage zum Längenausgleich erforderlich ist, einen Weg in Achsrichtung des Greifers 7 - und zwar unabhängig von der Roboterbewegung - zuzulassen.

Neben oder anstelle der Bewegungserfassung mit Endschalter 57 kann ein digitaler oder analoger Wegmeßgeber treten, so daß der Wert der Relativbewegung als Korrekturinformation an die Robotersteuerung gegeben werden kann.

Um Positionierfehler des Industrieroboters und/oder der zu greifenden Teile ohne Änderung der Achsrichtung des zu fügenden Werkstückes ausgleichen zu können, ist eine zweiachsig schwimmende Lagerung des Greiferoberteils in der Radialebene vorgesehen.

Diese Lagerung besteht aus einer Vielzahl von Kugeln 58, die auf beiden Seiten der als Tragteil dienenden Ring-

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schulter 25 in zwei kreisringförmigen Führungsbahnen 59 mit Kugelkäfigen 60 geführt sind. Die kreisringförmigen Bahnen haben dabei in etwa fast den Durchmesser des Greifers. Die Kugeln auf den beiden kreisringförmigen Bahnen zu beiden Seiten der Ringschulter, sind zwischen der Zwischenplatte 52 und einem L-förmigen Führungsring 61 mit am Umfang verteilten, in die Haube 42 eingreifenden Zylinderschrauben 62 und Federn 63 mit definierter Vorspannung ; eingespannt. Hierdurch ist - neben dem Hub in Längsrich-

1G tung - eine begrenzte Bewegung in der Radialebene möglich, wobei zur kreisförmigen Begrenzung dieser Bewegung und zur Rückstellung bei einer Auslenkung federnde Druckstücke am Umfang in der Nähe der Kugeln vorgesehen sind. Diese Druckstücke bestehen jeweils aus federbelasteten, mit den Enden gegenüberliegenden Zentrierbolzen 65, 66, die zwischen sich jeweils in etwa kegel- oder halbkugelformigen Vertiefungen 67 ruhende Zentrierkugeln 68 aufnehmen. Der in einer Ausnehmung der Haube 42 endende und von der Haube 42 axial geführte Zentrierbolzen 66 ist durch eine Feder 64 belastet, wobei die Federkraft mit der Druckschraube 69 einstellbar ist. Der auf der Ringschulter 25 des Zy- ι lindermantels mit einer Schulter 70 aufsitzende Zentrierbolzen 65 ist durch die Ringschulter 12 im Außenmantel geführt, so daß Außenmantel 11 und Zylinder mittels der Schraubmuttern 71 - gegen die Wirkung der Feder 17 - definiert gegeneinander verspannt werden können.

Bei einer seitlichen Auslenkung werden die am Umfang verteilten Bolzen 65, 66 gegeneinander seitlich entsprechend verschoben, wobei die zulässige Auslenkung durch die Gestaltung der Vertiefungen 67 gegeben ist. Die Rückstellkraft wird dann durch die federbelasteten Kugeln 68 erzeugt.

Auch.die seitliche Auslenkung wird mit Vorteil über einen zweiachsigen Weggeber ermittelt und als Korrekturwert der

Positioniersteuerung des Roboters zugeführt. Durch die
Verwendung der seitlichen Versetzung und des axialen Hubes kann man eine selbstanpassende Regelung der Positionierung aufbauen.

Nach außen ist das Unterteil des Greifers durch eine Abdeckung 72 geschützt.

14 Patentansprüche
4 Figuren

- Jib" Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1 J Greifer für Industrieroboter mit eingebautem pneumatischen oder hydraulischen Linearantrieb mit Kolben und Zylinder zur gleichzeitigen parallelen Bewegung der Greifglieder in der Greifebene, wobei an der Kolbenbewegung teilnehmende Zahnstangen und Ritzel vorhanden sind, ge kennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Es ist ein senkrecht zur Greifebene liegender Linearantrieb (19) mit durch den Zylinderdeckel geführter Kolbenstange (23) vorgesehen;

b) die Kolbenstange (23) trägt außerhalb des Zylinders am Umfang verteilt, parallel zur Bewegungsrichtung liegende Zahnstangen (31) und

c) die Zahnstangen (31) stehen über Umlenkritzel (45)

mit radial in Greifrichtung gefühten Zahnstangen (45), an denen die Greifglieder (20) befestigbar sind, in ■ Antriebsverbindung.
2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinderboden (18) mit einem zentrischen Hohlzapfen (21) versehen ist, auf dem koaxial Kolben (22) und hohlzylindrische Kolbenstange (23) im Zylinder geführt sind und der gleichzeitig zur Zuführung des Druckmediums auf die dem Kolbenboden gegenüberliegende Zylinderseite dient.
3· Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Zylinder des Linearantriebes (19) im Greiferunterteil (11) axial gegen die Kraft einer Feder (17) verschiebbar geführt ist.
4. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne , daß der Zylindermantel (24) des Linearantriebs (19.) in Deckelhöhe in eine Ringschulter (25) übergeht, an das die die Greifglieder (20)

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tragende Greiferoberteil (42) mittels Kugeln (58) zweiachsig schwimmend in Greifrichtung aufgehängt ist.
5. Greifer nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß die zur schwimmenden Lagerung des Oberteils dienenden Kugeln (58) auf kreisringförmigen Bahnen an der Ringschulter (25) geführt sind.
6. Greifer nach Anspruch 5 λ dadurch' ge--.. kennzeichnet, daß die zur schwimmenden' Lage rung des Oberteils dienenden Kugeln (58) auf zwei parallelen, durch die Ringschulter (25) getrennten Kreisbahnen geführt sind.
7. Greifer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß zur Wegbegrenzung und Rückführung des Oberteils in der Ebene der Lagerung liegende, federnd aneinanderstoßende Druckstücke vorgesehen sind.
8. Greifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckstücke aus federbelasteten, axial in Oberteil und Ringschulter (25) geführten und einander gegenüberliegenden Zentrierbolzen (65, 66) bestehen, die an den einander zugewandten Enden mit kegelförmigen Vertiefungen (67) zur Aufnahme von Zentrierkugeln (68) versehen sind.
9. Greifer nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Zahnstangen (31) an der Kolbenstange (23) zwischen auf ringförmigen Bahnen geführten Kugeln (38) eingespannt sind.
10. Greifer nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Welle (41) eines Umlenkritzels (40) als Schaltwelle zur Betätigung von Endschaltern (48, 49) ausgebildet ist.

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11. Greifer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltwelle (41) an den Enden mit Schaltnocken (43, 44) versehen ist, die über Stößel (54, 55) im Greiferunterteil liegende und am Oberteil befestigte Endschalter (48, 49) betätigen.
12. Greifer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die von der Schaltwelle (40) betätigten Stößel durch die Trennebene zwischen Roboterarm und Greifer (7) geführt sind und zur Betätigung von im Roboterarm liegenden Endschaltern dienen.
13. Greifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß Weggeber zur Erfassung der Bewegung in der Ebene der schwimmenden Lagerung vorgesehen sind.
14. Greifer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß ein Weggeber zur Erfassung der Bewegung zwischen Greiferunterteil und Greiferoberteil in Richtung der Längsachse vorgesehen ist.