DE3622923C2 - Manipulator, insbesondere zur Handhabung von Blechen bei Abkantvorgängen - Google Patents
Manipulator, insbesondere zur Handhabung von Blechen bei AbkantvorgängenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Manipulator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 115 602 A1 ist ein Manipulator zum Handhaben von Blechen bekannt,
der zwei Greifer oder Klemmbacken aufweist, die längs der drei Achsen
des kartesischen Koordinatensystems bewegbar sind. Dieser Manipulator
weist darüber hinaus einen in der Symmetrie-Ebene zwischen den Greifern
angeordneten, um eine senkrechte Achse drehbaren "Stempel" auf, der in
senkrechter Richtung unabhängig von der senkrechten Bewegung der Greifer
beweglich ist und eine Drehung eines Werkstücks um eine senkrechte Achse
gestattet.
Ein weiterer Manipulator ist aus der US-PS 4 056 198 bekannt. Diese Druckschrift
zeigt und beschreibt einen Manipulator mit zwei um eine gemeinsame
Achse schwenkbaren Armen, die Greifer oder Klemmbacken zur Handhabung
von insbesondere dünnen, flachen Werkstücken aufweisen.
Herkömmliche Manipulatoren sind nicht speziell für die Handhabung von
empfindlichen Gegenständen, wie sehr dünnen Blechen, geeignet, da sich
diese, sofern sie durch einen oder zwei Greifer erfaßt und angehoben werden,
in unzulässiger Weise verbiegen, so daß es zu Verformungen kommen
kann und/oder ein sicheres Einfädeln in die Pressenposition nicht möglich
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und kostengünstig
herstellbaren Manipulator zu schaffen, der eine schnelle, genaue
und rationelle Handhabung von Blechen, insbesondere von Blechen mit stark
variierenden Abmessungen gestattet, ohne daß die Halter ausgetauscht werden
müssen.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 1.
Da der erfindungsgemäße Manipulator den Tisch unabhängig von dem auf
diesem liegenden Blech erfassen kann, können Bleche unterschiedlicher
Stärke und Größe gehandhabt werden, ohne daß der Manipulator neu eingestellt
oder programmiert werden muß. Im übrigen gestattet es der Tisch,
empfindliches, biegsames oder bruchgefährdetes Material zu handhaben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Frontansicht
eines erfindungsgemäßen Manipulators;
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II
in Fig. 1; und
Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen mög
licher Abwandlungen des Manipulators
gemäß Fig. 1.
In Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Vorrich
tung zum automatischen Abkanten von Metallblechen 2 bezeichnet.
Die Abkantvorrichtung umfaßt eine bekannte Abkantpresse 3,
Förderer 4 für die Bleche 2 und einen zwischen den Förderern
4 und der Abkantpresse 3 angeordneten mechanischen Mani
pulator 5 zur Handhabung der Bleche 2. Die Arbeitsvorgänge
des Manipulators 5 werden mit Hilfe einer nicht gezeigten
zentralen Steuereinheit numerisch gesteuert. Der Manipu
lator 5 weist zwei Halter 6 für die Bleche 2, zwei von
einander unabhängige ausfahrbare Arme 7 und ein zwischen
den Armen 7 verlaufendes waagerechtes Querstück 8 auf.
Die Halter 6 sind längs der in Fig. 2 strichpunktiert dar
gestellten Bewegungsbahnen längs der drei Achsen eines
kartesischen Koordinatensystems in mehrere unterschiedliche
Positionen beweglich. Das Querstrück 8 ist um seine Längs
achse drehbar und wird durch eine zentrale Stütze 9 abge
stützt, die in einer querverlaufenden Symmetrieebene des
Manipulators 5 im wesentlichen senkrecht und rechtwinklig
zur Längsachse des Querstücks 8 angeordnet ist. Die Arme 7
sind parallel zueinander und zu der querverlaufenden
Symmetrieebene des Manipulators 5 angeordnet und in der
Länge ausfahrbar. Die Arme 7 sind gleitend verschiebbar an
dem Querstück 8 gehalten und springen rechtwinklig zur
Längsachse des Querstücks von entsprechenden Führungen
10 vor, die parallel zur Längsachse des Querstücks 8
verlaufen. Die Halter 6 sind jeweils am freien Ende
eines der Arme 7 gehalten und sind um 360° um eine
Achse 11 drehbar, die parallel zu der durch die Halter
definierten Ebene und rechtwinklig zur Längsachse der
Arme 7 verläuft.
Der Manipulator 5 ist mit Antriebseinrichtungen zum Ver
schieben der Arme 7 auf dem Querstück 8, zum Drehen der
Halter 6 und zum Ausfahren der Arme 7 versehen. Die
Antriebseinrichtungen sind derart miteinander verbunden,
daß die beiden Arme 7 und die zugehörigen Halter 6 stets
synchron und spiegelsymmetrisch in Bezug auf die querver
laufende Symmetrieebene des Manipulators 5 bewegt werden.
An dem Querstück 8, das vorzugsweise an seinen entgegen
gesetzten Enden durch weitere Stützen 12 abgestützt ist,
sind mit Hilfe von Halterungen 13 prismenförmige drehbare
Wellen 14 und zwei Führungsspindeln 15 und 16 befestigt,
die gegensinnige Gewinde und identische Ganghöhen auf
weisen. Entsprechende Antriebsmotoren 18, 29, 20 bekannter
Bauart für die Wellen 14 und die Führungsspindeln 15 und
16 sind zentral an der Stütze 9 angeordnet. Ein an der
Stütze 9 montierter Motor 22 steuert die Drehung des
Querstücks 8 und der drehfest mit dem Querstück ver
bundene Arme 7, beispielsweise mit Hilfe eines Zahnrad
getriebes 23. Die Arme 7 weisen vorzugsweise jeweils zwei
Glieder 25 und 26 auf, die durch ein Gelenk 27 schwenkbar
miteinander verbunden sind und von denen eines dem Querstück
8 befestigt ist und das andere den Halter 6 trägt. Das
Glied 26 nimmt einen Antriebszug 28, beispielsweise einen
Kettenantrieb auf, der den betreffenden Halter 6 zur
Drehung um die Achse 11 antreibt. Der Antriebszug 28
wird über das Gelenk 27 durch einen ähnlichen Antriebszug
28 angetrieben, der in einem Schenkel des vorzugsweise
gabelförmig ausgebildeten Glieds 25 angeordnet ist. Die
Gelenke 27 sind mit einem weiteren Antriebszug 30 ver
bunden, der beispielsweise ebenfalls als Kettenantrieb
ausgebildet und in dem anderen Schenkel des Gliedes 25
untergebracht ist. Die Antriebszüge 29 und 30 werden in
bekannter Weise über die Wellen 14 durch die Motoren 18
und 19 angetrieben und weisen jeweils ein nicht gezeigtes
Kettenrad auf, das verschiebbar mit der zugehörigen Welle
14 in Eingriff steht. Die Glieder 25 der Arme 7 weisen
jeweils einen hülsenförmigen Endabschnitt 31 auf, der
die oben erwähnten Kettenräder aufnimmt und durch den
der betreffende Arm 7 gleitend verschiebbar und drehfest
an dem drehbaren Querstück 8 und den starr mit diesem
verbundenen Wellen 14 gehalten wird. Die Endabschnitte
31 nehmen darüber hinaus jeweils eine Leitspindelmutter
32 bekannter Bauart auf, die mit der Leitspindel 15 bzw.
16 in Eingriff steht. Mit Hilfe der Leitspindeln 15 und 16,
die durch den gemeinsamen Motor 20 angetrieben werden, wer
den somit die Glieder 25 der Arme in Längsrichtung des
Querstücks 8 verschoben.
Die Antriebskraft der Motoren 18, 19, 20, die jeweils beiden
Armen 7 gemeinsam sind und die über die durch die Wellen
14 und die Führungsspindeln 15 und 16 gebildeten Kraft
übertragungselemente auf die kraftaufnehmenden Elemente
der Arme 7, d. h., auf die Leitspindelmuttern 38
und die Antriebszüge 29 und 30 übertragen wird, führt
zu einer symmetrischen und simultanen Betätigung der
Arme 7. Die Arme 7 werden gestreckt und angewinkelt,
indem durch Betätigung des gemeinsamen Motors 16, der
über die zugordnete Welle 14 und die Antriebszüge 30
eine Drehbewegung der Gelenke 27 bewirkt, die Glieder 25
und 26 der Arme in koordinierter Weise simultan geschwenkt
werden. In ähnlicher Weise werden die Halter 6 durch den
gemeinsamen Motor 18 gedreht, der über die andere der
Wellen 14 die Getriebezüge 29 antreibt. Zum Erfassen
von Blechen 2 unterschiedlicher Breite ist es darüber
hinaus möglich, den Abstand der Arme 7 zu variieren,
indem mit Hilfe des Motors 20 die Leitspindeln 15 und 16
gedreht werden, so daß die Arme 7 symmetrisch und simultan
in entgegengesetzte Richtungen in Längsrichtung des Quer
stücks 8 verschoben werden.
Um die Bleche 2 in der Blechebene zu drehen, ist der
Manipulator 5 darüber hinaus mit einem drehbaren Sockel
35 ausgerüstet, der angrenzend an das Querstück 8 in der
Symmetrieebene des Manipulators zwischen den Armen 7 ange
ordnet ist. Der Sockel 35 ist um eine senkrechte Achse
drehbar und ist am oberen Ende der zentralen Stütze
9 montiert, die einen nicht gezeigten, für sich bekannten
Antriebsmotor zum Drehen des Sockels enthält. Ein vorzugs
weise lösbar auf dem Sockel 35 befestigter Tisch 36 ist so
ausgelegt, daß er durch die Halter 6 erfaßt werden kann.
Die Halter 6 werden vorzugsweise durch mechanische Greifer
mit zwei einander gegenüberliegenden Backen 37 gebildet, de
ren greifende Ränder 38 so in benachbarten Positionen ange
ordnet sind, daß sie das Blech sowohl von der Seite als
auch vom Rand her erfassen, und die derart geformt sind,
daß sie den lösbaren Tisch 36 (Fig. 2) bei gegenseitiger
Annäherung der Arme 7 zwischen sich einspannen und von
dem Sockel 35 abheben können. Beispielsweise können die
Backen 37 der Greifer mit vorspringenden Rippen 39 ver
sehen sein, die so in eine am Umfang des Tisches 36 aus
gebildete Nut eingreifen, daß der Tisch 36 unabhängig von
dem auf dem Tisch aufliegenden Blech 2 erfaßt werden kann.
In Fig. 3 und 4 sind zwei mögliche Varianten 40 und 50
des Manipulators dargestellt. Der in Fig. 3 gezeigte
Manipulator 40 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel dadurch, daß die auf dem Querstück
8 verschiebbaren Arme als Teleskoparme 41 ausgebildet
sind, die an ihren freien Enden die Halter 6 tragen, und
daß das Querstück 8 an zwei Stützen 42 oberhalb des
Tisches 36 und des zugehörigen Sockels 35 montiert
ist. Die Bewegung der Arme 41 wird in der zuvor be
schriebenen Weise durch gemeinsame Motoren 20, 18 und 19
bewirkt, die mit geeigneten Kraftübertragungseinrich
tungen bekannter Bauart verbunden sind, durch die Arme
41 so gekoppelt werden, daß sie sich simultan und symme
trisch zu der durch den Sockel 35 verlaufenden Symmetrie
ebene des Manipulators bewegen. Der Manipulator 50 gemäß
Fig. 4 ist ebenfalls mit Teleskoparmen 51 ähnlich den
Teleskoparmen 41 des Manipulators 40 versehen und unter
scheidet sich von dem Manipulator 40 dadurch, daß an
stelle des drehbaren Querstücks 8 ein verschiebbar auf
zwei geradlinigen Führungen 53 montiertes Querstück 52
vorgesehen ist. Die simultane und symmetrische Verschie
bung der Arme 51 und der Halter 6 wird durch gemeinsame
Motoren 20 und 18 hervorgerufen, die mit geeigneten mecha
nischen Kraftübertragungen wie Leitspindeln 15, 16
und 54 versehen sind. Die symmetrische und simultane
Verschiebung der beiden Enden des Querstücks 52 und
das Ausfahren und Einziehen der beiden Teleskoparme 51
wird dagegen jeweils durch zwei unabhängig voneinander
arbeitende Antriebsmotoren 55 bewirkt, die jedoch dadurch
indirekt miteinander gekoppelt sind, daß sie jeweils durch
eine gemeinsame Steuereinrichtung 56 gesteuert werden,
die die Bewegungen der beiden zugeordneten Motoren synchro
nisiert. Jede der Steuereinrichtungen 56 weist beispiels
weise eine elektronische Steuereinheit 57 für die zugeord
neten Motoren 55 und Zähleinrichtungen oder Codierer 58
auf, die die Anzahl der Umdrehungen der beiden zugeord
neten Motoren 55 zählen und die entsprechende Information
an die Steuereinheit 57 übermitteln, die Unterschiede der
Umdrehungszahlen dadurch ausgleicht, daß einer der Motoren
55 beschleunigt und der andere Motor gebremst wird. Auch
in diesem Fall sind daher die Teleskoparme 51 im Ergebnis
derart gekoppelt, daß sie sich simultan und symmetrisch
zu der Mittelebene des Manipulators 50 bewegen.
Wie aus den obigen Ausführungsbeispielen hervorgeht, zeichnet
sich der erfindungsgemäße Manipulator durch ein geringes
Gewicht, einen geringen Raumbedarf und hohe Einsatzflexi
bilität aus, da die Halter auf getrennten Armen angeord
net sind und entsprechend den jeweiligen Anforderungen
aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können.
Eine Verringerung der Kosten ergibt sich ferner dadurch,
daß die Arme entweder direkt durch mechanische Antriebs
züge oder indirekt durch synchronisierende Steuereinrich
tungen miteinander gekoppelt sind, so daß ihre Bewegungen
mit einer einzigen numerischen Steuerung gesteuert werden
können. Schließlich gestattet die spezielle Konstruktion
des erfindungsgemäßen Manipulators die Verwendung aus
schließlich mechanischer Halter oder Greifer, wobei zur
Handhabung sehr dünner und damit hochflexibler Bleche
die Möglichkeit besteht, die Bleche zusätzlich durch den
lösbaren Tisch 36 abzustützen, der durch gegenseitige
Annäherung der Halter erfaßt werden kann und ein Durch
biegen der Bleche während der Handhabung verhindert.
Claims (8)
1. Manipulator (5; 40; 50), insbesondere zur Handhabung von Blechen (2) bei
Abkantvorgängen, mit zwei Haltern (6) für die Bleche, die durch zwei getrennte
Arme (7) getragen und um eine gemeinsame Achse
(11) schwenkbar sind, mit Antriebsmitteln (18, 19, 20; 14, 15, 16), durch die
die Arme (7) derart miteinander gekoppelt sind, daß sie simultan und spiegelsymmetrisch
in bezug auf eine zwischen den Armen (7) verlaufende Symmetrie-
Ebene des Manipulators bewegbar sind und die Halter (6) in unterschiedliche
Positionen längs der drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems
bewegen, und mit einem in der Symmetrie-Ebene des Manipulators
zwischen den Haltern (6) liegenden, um eine senkrechte Achse drehbaren
Sockel (35), der drehfest und lösbar eine Blechstütze (36) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstütze als Tisch (36) ausgebildet ist und
daß die Halter (6) Backen (37) aufweisen, die derart geformt sind, daß sie
den lösbaren Tisch (36) bei gegenseitiger Annäherung der Arme (7) zwischen
sich unabhängig von dem auf dem Tisch liegenden Blech einspannen
und vom Sockel (35) abheben können.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen
(37) vorspringende Rippen (39) zum Erfassen des Tisches (36) aufweisen
und daß der Tisch (36) eine umlaufende Nut aufweist, in die die vorspringenden
Rippen (39) beim Erfassen des Tisches eintreten können.
3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme
(7) gleitend verschiebbar auf einem rechtwinklig zu den Armen verlaufenden
waagerechten Querstück (8) montiert sind.
4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Drehachse (11) der Halter (6) rechtwinklig zur Längsachse der Arme (7) verläuft.
5. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Querstück (8) an wenigstens einer festen Stütze (9, 42) drehbar abgestützt ist.
6. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Querstück (8) gleitend verschiebbar an zwei geradlinigen Führungen (53)
montiert ist, die rechtwinklig zur Verschieberichtung der Arme (7) verlaufen.
7. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmittel wenigstens einen Motor (18, 19, 20), der beiden
Armen (7) gemeinsam ist, und eine mechanische Kraftübertragungseinrichtung
(14, 15, 16) aufweisen, die den oder die Motoren (18, 19, 20) mit jeweils
zugeordneten kraftaufnehmenden Elementen (28, 29, 30) der Arme (7)
verbindet.
8. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebsmittel wenigstens ein Paar getrennter Motoren (55, 59) aufweisen,
die jeweils einen der Arme (7) antreiben und mit einer gemeinsamen
Steuereinrichtung (56) zur Synchronisation der Motoren verbunden sind.
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