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Bezeichnung: Handvorrichtung eines Roboters
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Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Handvorrichtung für Roboter.
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Wenn die Handvorrichtung eines Roboters ein Werkstück ergreift, das
sich auf einen hin- und herbewegten Träger befindet, wird auf Grund der Trägheit
des Werkstücks eine große Kraft auf die Handvorrichtung ausgeübt, die dadurch beschädigt
werden kann.
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Ferner ist das auf dem hin- und herbewegten Träger plazierte Werkstück
nicht auf eine bestimmte Form beschränkt sondern kann verschiedene Formen haben,
so daß ggf. die Handvorrichtung des Roboters entweder am Außenumfang oder am Innenumfang
des Werkstücks angreift.
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Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Handvorrichtung
für einen Roboter zu schaffen, die weniger anfällig für Beschädigungen durch aufgebrachte
Stoßbeanspruchungen ist. Ferner soll die Handvorrichtung Werkstücke mit unterschiedlicher
Formgebung zuverlässig und wirksam ergreifen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Handvorrichtung vorgesehen, die
ein Handgelenk, einen Hauptrahmen, eine Dämpfungskupplung für die elastische Montage
des Hauptrahmens am Handgelenk, ein Paar Verbindungsarme mit Vierpunktanlenkung,
die jeweils am Hauptrahmen angelenkt sind, ein Paar Unterrahmen, die an den betreffenden
Verbindungsarmen angelenkt sind, ein Paar Finger, die in jeder Richtung gelenkig
an den betreffenden Verbindungsarmen bzw. Unterrahmen angelenkt sind, ein Paar
Hydraulikzylinder,
die jeweils aus einem Zylinder und einer Kolbenstange bestehen und am Hauptrahmen
angelenkt sind, wobei die Kolbenstange an den betreffenden Verbindungsarm angelenkt
ist, und eine Einrichtung zum wahlweisen Zuführen von Druckflüssigkeit zu den kopfseitigen
Kammern und den kolbenstangen~ seitigen Kammern der Hydraulikzylinder aufweist.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht einer
erfindungsgemäßen Handvorrichtung; Fig. 2 eine Stirnansicht mit Wegbrechungen der
Handvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Fingers
der Handvorrichtung; Fig. 4 eine schematische Darstellung der Handvorrichtung mit
den hydraulischen Anschlüssen der Zylinder unter Darstellung, wie ein Werkstück
an seiner Außenseite ergriffen wird; Fig. 5 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung, wobei
jedoch gezeigt wird, wie ein Werkstück mit den Fingern an seiner Innenseite gefaßt
wird; Fig. 6 eine Fig. 4 ähnliche Darstellung, wobei jedoch gezeigt ist, wie ein
Werkstück ergriffen wird, das mit einer Versetzung zur Längsmittellinie der Handvorrichtung
auf einem Träger plaziert ist;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch eine
bei der Handvorrichtung vorgesehene Dämpfungskupplung, wobei keine Belastung auf
eine Stange aufgebracht ist; Fig. 8 eine Fig. 7 entsprechende Darstellung, wobei
jedoch eine axiale Stoßbelastung auf die Stange aufgebracht wird; Fig. 9 eine Fig.
7 entsprechende Darstellung, wobei jedoch eine seitliche Stoßbelastung auf die Stange
aufgebracht wird; Fig. 10 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung eine andere
erfindungsgemäße Handvorrichtung; Fig. 11 einen Schnitt längs Linie XI-XI in Fig.
10; Fig. 12 einen Schnitt längs Linie XII-XII in Fig. 10; Fig. 13 eine perspektivische
Darstellung eines ersten Arms und Fig. 14 eine perspektivische Darstellung eines
zweiten Arms.
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Die in Fig. 1 dargestellte Handvorrichtung weist ein drehbares Handgelenk
1 auf, mit deren vorderem Ende eine Basisplatte 2 fest verbunden ist. Mit der Basisplatte
2 sind vier oder drei Gehäuse bzw. Zylinderteile 4 von Dämpfungskupplungen 3 fest
verbunden. Jede Dämpfungskupplung 3 ist wie in Fig. 7 dargestellt aufgebaut und
so angeordnet, daß eine vom Zylinderteil 4 unterstützte Stange 5 federnd hin- und
herbewegt werden kann sowie sich ausdehnen und zusammenziehen kann. Jede der Stangen
5 der Dämpfungskupplungen 3 trägt zur Abstützung eines Hauptrahmens 6 bei. Die Betriebsweise
der Dämpfungskupplungen 3 wird weiter unten beschrieben.
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Der Hauptrahmen 6 ist an symmetrisch zum Handgelenk 1 angeordneten
Stellen mit einem Paar Verbindungsarme 9 und 10 mit Vierpunktanlenkung versehen,
die jeweils einen ersten Arm 7 und einen zweiten Arm 8 aufweisen. Beide Verbindungsarme
9 und 10 sind an ihrem vorderen Ende mit einem Unterrahmen 11 bzw.12 verbunden.
An jeden ersten Arm 7 der Verbindungsarme 9 und 10 ist das vordere Ende einer Stange
13a eines Hydraulikzylinders 13 angeschlossen, der an den Hauptrahmen 6 angelenkt
ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß gleichzeitiges Ausfahren und Einfahren
der Hydraulikzylinder 13 jeden der Verbindungsarme 9 und 10 eine Drehung aufeinanderzu
und voneinanderweg relativ zur Achse des Handgelenks 1 ausführen läßt, wodurch die
Unterrahmen 11 und 12 aufeinanderzu und voneinanderweg bewegt werden.
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Die sich gegenüberliegenden Flächen der Unterrahmen 11 und 12 sind
mit Fingern 14 versehen, die über Kugelgelenke 15 angeschlossen sind. Jeder Finger
14 besitzt die in Fig. 3 dargestellte Form und weist vier Vorsprünge 16 mit jeweils
einer kugelförmigen Stirnfläche auf, die an den vier Ecken der Vorderfläche des
allgemein flach geformten Fingerkörpers vorgesehen sind. In ähnlicher Weise sind
an zwei Ecken auf einer Seite der Rückfläche des Fingerkörpers zwei Vorsprünge 17
vorgesehen. Diese Finger 14 sind so angeordnet, daß sich die Vorsprünge 16 auf den
Vorderflächen gegenüberliegen, und die mit den Vorsprüngen 17 versehenen Rückseiten
der Finger 14 sind mit den Unterrahmen 11 bzw. 12 verbunden. Ferner ist zwischen
den Unterrahmen 11 und 12 sowie den Fingern 14 ein nicht dargestellter Anschlag
vorgesehen, der ein Drehen des Fingers 14 über einen vorbestimmten Winkelbereich
hinaus verhindert.
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An die Hydraulikzylinder 13 zum Schwenken der Verbindungsarme 9 und
10 mit Vierpunktanlenkung sind gemäß Fig. 4 Leitungen angeschlossen, die einerseits
die kolbenstangenseitigen Kammern der Hydraulikzylinder 13 und andererseits deren
kopfseitige Kammern miteinander verbinden. Die Leitungen sind über ein Wechselventil
18 mit einer Druckflüssigkeitsquelle 19, bei der es sich um eine Einrichtung zum
Zuführen
von Hydrauliköl handeln kann, verbunden.
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Wenn bei der vorbeschriebenen Anordnung das Wechselventil 18 umgeschaltet
wird, um Druckflüssigkeit in die kopfseitigen Kammern beider Hydraulikzylinder 13
einzuleiten, schwenken die beiden Verbindungsarme 9 und 10 aufeinanderzu, so daß
die Finger 14 ein Werkstück 20 von seiner Außenseite her einklemmen können, wie
es Fig. 4 zeigt. In diesem Falle kann auch bei einem Werkstück mit undefinierter
Form jeder der Finger 14 längs der Flächen des elnzuklemmenden Werkstücks 20 schwenken,
so daß dieses unter einer stabilen Bedingung eingeklemmt oder ergriffen wird.
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Wird das Wechselventil 18 umgeschaltet, so daß Druckflüssigkeit in
die kolbenstangenseitigen Kammern der beiden Hydraulikzylinder 13 eingeführt wird,
bewegen sich die Finger 14 auseinander, so daß die Vorsprünge 17 auf den Rückflächen
der Finger 14 am Innenumfang eines Werkstücks 20' angreifen und das Werkstück ergreifen
können, wie es Fig. 5 zeigt.
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Wenn ferner entsprechend Fig. 6 ein Werkstück 20'' ergriffen werden
soll, das sich auf einem hin- und herbewegten Träger 22 befindet und dessen Achse
gegenüber der Achse des Handgelenks 1 versetzt ist, so trifft einer der Finger 14
zuerst auf das Werkstück 20" auf und beendet dann seine Bewegung, während der andere
Finger 14 sich in Richtung auf das Werkstück 20" weiterbewegt, so daß dieses eingeklemmt
wird, während es in der versetzten Stellung bleibt. Daher wird vermieden, daß eine
unvernünftige oder übermäßige Kraft auf die gesamte Handvorrichtung aufgebracht
wird. Dieses ist auch dann der Fall, wenn die Handvorrichtung gegen den Werkstückträger
anschlägt.
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In einem solchen Fall kann die Stoßbelastung von der unter Druck stehenden
Flüssigkeit in den Hydraulikzylindern 13 absorbiert werden.
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Nachfolgend werden die Dämpfungskupplungen 3 unter Bezugnahme auf
die Figuren 7 bis 9 näher beschrieben. Die Dämpfungskupplungen
3
weisen ein Zylinderteil 4 auf, das fest an der Basisplatte 2 angebracht ist. Ferner
ist eine Lagerbuchse 30 mit einer innen konkaven sphärischen Lagerfläche vorgesehen,
die axial gleitend im Zylinderteil 4 angeordnet ist und ein teilkugeliges Ringglied
31 lagert. Ein Halter 32 für das Ringglied 31 besitzt zwei Flansche 32a und 32b,
die auf gegenüberliegenden Seiten des Ringglieds 31 angeordnet sind.
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Der Halter 32 ist mit dem Basisende der Stange 5 fest verbunden. Schulterscheiben
35a und 35b sind durch Federn 34a bzw.
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34b vorgespannt und schließen die Halterflansche 32a und 32b in axialer
Richtung zwischen sich ein. Das vordere Ende der Stange 5 ist über ein Kugelgelenk
36 mit dem Hauptrahmen 6 verbunden.
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Wird auf den über die Dämpfungskupplungen 3 angeschlossenen Hauptrahmen
6 eine Stoßbelastung in axialer Richtung des Handgelenks 1 aufgebracht, so verformt
sich die Feder 34a im Sinne eines Zusammendrückens unter einer Verlagerung des Halters
32, so daß die Stoßbelastung von der Feder 34a absorbiert wird, wie es Fig. 8 zeigt.
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Wird auf den Hauptrahmen 6 eine Stoßbelastung in einer Richtung ausgeübt,
die zu einer Querbewegung oder zu einem Querschwingen des Hauptrahmens 6 führt,
so dreht sich der Halter 32 zusammen mit der Stange 5 gegen die Vorspannkraft der
Federn 34a und 34b, so daß die in Querrichtung aufgebrachte Stoßbeanspruchung absorbiert
wird, wie es Fig. 9 veranschaulicht.
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Wenn eine Verdrehkraft auf den Hauptrahmen 6 ausgeübt wird, führt
dieses zu einer Querbelastung einer jeden Dämpfungskupplung 3, so daß sich ihre
zugehörigen Halter 32 zusammen mit den betreffenden Stangen 5 gegen die Kräfte der
Federn 34a und 34b drehen können, wodurch auch diese Stoßbelastung absorbiert wird.
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Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handvorrichtung.
Auch diese besitzt einen Hauptrahmen 6, der fest mit einem Handgelenk 1 verbunden
ist. Der Hauptrahmen 6 besteht aus zwei Platten 6a, die ein Joch bilden und durch
eine Rippe 6b mit dem Handgelenk 1 verbunden sind. Der Hauptrahmen 6 ist an zur
Achse des Handgelenks 1 symmetrischen Stellen mit einem Paar von Verbindungsarmen
9 und 10 mit Vierpunktanlenkung versehen, die jeweils aus einem ersten Arm 7' und
einem zweiten Arm 8 bestehen. Die Verbindungsarme 9 und 10 können auch bei diesem
Ausführungsbeispiel aufeinanderzu und voneinanderweg schwenken und weisen Unterrahmen
11 und 12 auf, die mit den vorderen Enden der Verbindungsarme 9 bzw. 10 verbunden
sind.
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Von den ersten und zweiten Armen 7' und 8,welche die Verbindungsarme
9 bzw. 10 mit Vierpunktanlenkung bilden, liefern die außen angeordneten ersten Arme
7' hauptsächlich die geforderte Festigkeit für die mit vier Gelenken versehene Verbindungseinrichtung.
An die ersten Arme 7' sind auch die Hydraulikzylinder 13 zum Schwenken der Verbindungsarme
9 und 10 angeschlossen. Jeder erste Arm 7' ist von einem Vierkantrohr gebildet,
das den zweiten Arm 8 aufnimmt.
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Die Basisenden der ersten Arme 7' und der zweiten Arme.8 sind gemäß
Fig. 11 mit fest angeschlossenen Lageraugen 40 bzw. 41 versehen, mit denen Lagerzapfen
42 und 43 verbunden sind, die am Hauptrahmen 6 angebracht sind. Die vorderen Enden
der Arme 7' und 8 sind gemäß Fig. 12 mit Lageraugen 44 bzw. 46 versehen, die dem
Anschließen der Unterrahmen 11 und 12 dienen. Diese sind über einen Lagerzapfen
45 mit dem ersten Arm 7' verbunden.
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Ein weiteres Lagerauge 48 ist über einen Lagerzapfen 47 mit dem am
zweiten Arm 8 vorgesehenen Lagerauge 46 verbunden, das als Drehpunkt für die Unterrahmen
11 und 12 dient.
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Die vorgenannten Hydraulikzylinder 13 werden vom Hauptrahmen 6 getragen.
Ferner sind Finger 14 mit den Unterrahmen 11 bzw. 12 so verbunden, daß sie frei
hin- und herschwingen können. Im
übrigen kann der Hauptrahmen 6
je nach Anforderungen über Dämpfungskupplungen 3 mit dem Handgelenk 1 verbunden
sein, wie es für die zuerst beschriebene Ausführungsform erläutert ist.
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Bei der vorbeschriebenen Anordnung können die mit einer Vierpunktanlenkung
versehenen Verbindungsarme 9 und 10 durch Ausfahren und Einfahren der Hydraulikzylinder
13 aus einer im oberen Teil von Figur 10 gezeigten geschlossenen Stellung in eine
im unteren Teil der Figur 10 gezeigte offene Stellung und umgekehrt bewegt werden.
Dabei werden die Unterrahmen 11 und 12 parallel verlagert. Da jeder zweite Arm 8
der Verbindungsarme 9 und 10 im ersten Arm 7' untergebracht ist, ist er vor äußeren
Hindernissen geschützt. Infolge der vorstehend im einzelnen beschriebenen Konstruktion
besteht selbst beim Anschlagen der Handvorrichtung gegen den Werkstückträger infolge
eines Fehlers keine Gefahr für eine Beschädigung von Teilen der Handvorrichtung
sowie der Betätigungseinrichtungen für das Drehen des Handgelenks etc., und auch
Werkstücke von verschiedener Form, die sich auf dem Werkstückträger befinden, können
ohne Versagen ergriffen bzw. festgeklemmt werden.
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Ferner kann bei der zweiten Ausführungsform der Handvorrichtung die
Festigkeit der mit Vierpunktanlenkungen versehenen Verbindungsarme 9 und 10 gegen
von außen aufgebrachte Stoßbeanspruchungen verbessert werden, und insbesondere sind
die zweiten Arme 8, obwohl sie eine vergleichsweise geringe Festigkeit aufweisen,
vor Zerstörung und Ausfall geschützt.
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Ferner bieten bei der zweiten Ausführungsform die Verbindungsarme
9 und 10 mit Vierpunktanlenkung das äußere Erscheinungsbild eines einzelnen hohlen
Rohrs, so daß ein ansprechendes Äußeres erreicht werden kann.
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