DE3701484A1

DE3701484A1 - Vorrichtung zum positionieren von in einer reihe angeordneten teilen mit greifern

Info

Publication number: DE3701484A1
Application number: DE19873701484
Authority: DE
Inventors: Romuald Dipl Ing Hofmann
Original assignee: Ruhrkohle AG
Current assignee: RAG AG
Priority date: 1987-01-20
Filing date: 1987-01-20
Publication date: 1988-07-28
Also published as: DE3701484C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Posi tionieren von in einer Reihe angeordneten Teilen mit Greifern, die die zu positionierenden Teile aufnehmen und freigeben können.

Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise zum Positio nieren und Setzen von Ausbauteilen im Tunnelbau bzw. im Streckenvortrieb des Untertagebaus verwendet. Daneben können derartige Vorrichtungen beispielsweise auch im Vorrichtungsbau etc. eingesetzt werden.

Insbesondere für den Streckenvortrieb bzw. den Untertage bau sind ein Reihe von Ausbauhilfen bzw. -manipulatoren in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Diese teil weise sehr unterschiedlichen Geräte haben jedoch die verschiedensten Nachteile, die z.T. auch kombiniert auf treten:

- Für das Fortbewegen bzw. Umsetzen der Ausbaugeräte wird anderes mobiles Gerät, beispielsweise eine Teilschnitt maschine, ein Lader oder eine Arbeitsbühne benötigt.
- Um eine Eigenbeweglichkeit der Ausbaugeräte zu erzielen, müssen sie bislang entweder in Einschienenhängebahnen oder bodeninstallierten Gleisen geführt werden.
- Bekannte Ausbaugeräte mit aktiver Setzvorrichtung bean spruchen viel Platz in der Strecke und behindern so andere Arbeiten; in der Regel haben sie zudem ein hohes Gewicht.
- Es müssen verschiedene Ausbaugeräte eingesetzt werden, um einen Streckenbau komplett maschinell unterstützt setzen und montieren zu können; in der Regel werden deshalb nur Kappensegmente gehandhabt.
- Die Ausbaugeräte haben in der Regel nur wenige Frei heitsgrade, so daß das Einlegen der Ausbausegmente in die Aufnahmevorrichtungen bzw. das Positionieren in der Strecke nur wenig flexibel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Positionieren von in einer Reihe angeordneten Teilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiter zubilden, daß sie bei geringem Platzbedarf eigenbeweglich ist und die Handhabung unterschiedlichster Teile erlaubt. Insbesondere soll es auch unter beengten Raumverhältnissen möglich sein, ohne Schwierigkeiten neue Teile nachzuführen und flexibel zu positionieren.

Eine erfindungsgemäße Lösung ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Ausbildung gemäß Anspruch 1 ermög licht es, die Vorrichtung an einem bereits positionierten und gesetztem Teil auszurichten; durch Verfahren der Linearführung gegenüber den geschlossenen (zweiten sowie gegebenenfalls dritten) Greifereinheiten kann die Vorrich tung so umgesetzt werden, daß ein neues Teil positioniert wird. Da die erste Greifereinheit schwenkbar ist, ist das Beladen des Greifers mit einem neuen zu positionierendem Teil ohne Schwierigkeiten auch unter beengten Raumverhält nissen möglich.

Damit entfallen nicht nur ein totales Um- und Neuansetzen der Vorrichtung und somit schwere körperliche Tätigkeiten, sondern die Vorrichtung ist auch eigenbeweglich, so daß sie auch als "selbstschreitender Manipulator" bezeichnet werden kann.

Es ist beispielsweise beim Einsatz im untertagebau mög lich, mit mehreren erfindungsgemäßen Vorrichtungen einen kompletten Bau, der aus einzelnen Profilsegmenten besteht, von den zuletzt gesetzten Bauen aus zu positionieren. Die Zahl der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist dabei varia bel und kann an die Zahl der Bausegmente angepaßt werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die im Anspruch 2 gekennzeichnete Ausbildung hat den Vor teil, besonders platzsparend zu sein, so daß auch in engen Räumen und bei großem Abstand der zu positionierenden Teile ein problemloses "Nachladen" der Teile möglich ist.

Die im Anspruch 3 beanspruchte Weiterbildung erhöht bei geringem baulichem Aufwand die Zahl der Freiheitsgrade, so daß eine volle Orientierbarkeit und Positionierbarkeit des zu setzenden Teils gegeben ist.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind Weiterbildungen angegeben, die die Anpaßbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung an schwierige Einbaubedinung weiter erhöhen. Dies trifft ferner auf die Ausbildung gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 zu.

Durch die im Anspruch 9 gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung wird die Linearführung stabilisiert und die Positioniergenauigkeit verbessert. Aufgrund der Mehrfach fixierung der "selbstschreitenden" Vorrichtung können auch zwei oder mehrere Teile gleichzeitig gesetzt werden. Bei der im Anspruch 15 gekennzeichneten Verwendung im Unter tagebau ist es beispielsweise denkbar, ein komplettes Kappendach mit vormontierten Profilsegmenten zu setzen. Voraussetzung hierfür ist natürlich eine aufgabenangepaßte Ausgestaltung der ersten Greifereinheit.

In den Ansprüchen 10 und 11 sind vorteilhafte Weiterbil dungen gekennzeichnet, durch die die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an bereits positionierten "schräg einge bauten" Teilen sicher positioniert werden kann.

Die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung, wie sie mit ihren Weiterbildungen in den vorstehenden Ansprüchen gekennzeichnet ist, erfordert einen Antrieb zusätzlich zu den eigentlichen Greifern an folgenden Stellen:

1. Greifereinheit: 3 Drehgelenke, 1 Linearelement
2. Greifereinheit: 1 Drehgelenk, 3 Linearelemente
3. Greifereinheit: 1 Drehgelenk, 2 Linearelemente

Die einzelnen Teile können beispielsweise manuell positio niert bzw. betätigt werden, wobei ein Gewichtsausgleich mit Kraftuntersützung von vertikal beweglichen Achselemen ten (Balancer) vorgesehen sein kann. Ferner ist auch eine Betätigung der verstellbaren Elemente über Kurbelgetriebe, Hebel etc. möglich.

Besonders vorteilhaft sind jedoch die im Anspruch 13 gekennzeichneten Antriebsarten, da sie u.a. eine Steuerung durch eine Steuereinheit erlauben (Anspruch 14). Für eine derartige Steuereinheit kann im Prinzip jede bekannte Industrieroboter-Steuerung oder Fernsteuerung verwendet werden, so daß nicht näher auf sie eingegangen werden muß. In jedem Falle bietet der Einsatz von Fernsteuerungen oder das Programmieren automatischer Funktionszyklen - wie er durch die erfindungsgemäße Ausbildung erst möglich wird - zusätzlich die Möglichkeit, einen Streckenausbau gesichert von einem bereits geschützten Streckenabschnitt aus vorzu nehmen.

Im Anspruch 15 ist ohne Beschränkung der universellen Einsatzmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine bevorzugte Verwendungsmöglichkeit angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu tert, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht erläuterten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, und

Fig. 3 die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung in einem an deren Betriebszustand.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung weist drei Greifereinheiten (1.-3. Achsmodul) mit jeweils einem Greifer 1 auf, dessen Greiferbacken dem Umriß des zu positionierenden Teils 10 angepaßt sind. Die einzelnen Greifer sind gegeneinander, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, versetzt, so daß jeweils zwei "benachbarte" Greifer am gleichen Teil 10 angreifen konnen.

Die erste Greifereinheit (1. Achsmodul) hat vier Freiheits grade, nämlich drei Rotationsachsen und eine Linearachse.

Hierzu ist der Greifer 1 über ein Kardangelenk 2, ein längenverstellbares Element 3 und ein Haupt-Drehgelenk 4 mit einer Stirnseite einer Linearführung 5 verbunden.

Die beiden Drehachsen des Kardangelenks 2 stehen jeweils senkrecht auf der langen Achse des zu positionierenden Teils 10, während die Drehachse des Drehgelenks 4 parallel zu dieser ist.

Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle eines Kardangelenks zwei getrennte Drehgelenke zu verwenden.

Die zweite Greifereinheit hat ebenfalls vier Freiheitsgra de: drei Linearachsen und eine Rotationsachse. Hierzu ist der Greifer 1 über ein Drehgelenk 6 mit gleicher Einbaula ge (bzw. Drehachse), ein Verbindungsstück bzw. Distanz stück 7, ein Element 3 und ein Element 8, deren Längen jeweils verstellbar sind und die aufeinander und auf der Linearführung 5 senkrecht stehen, mit einem Schlitten 9 verbunden, der auf der Linearführung 5 verschiebbar ge führt ist.

Das Linearelement 8 ist insbesondere für kurze Hubbewegun gen gedacht. Durch das Distanzstück 7 ist das Drehgelenk 6 exzentrisch zu dem Element 3 angeordnet.

Das dritte Greifersystem (3. Achsmodul) weist lediglich drei Freiheitsgrade, nämlich zwei Linearachsen und eine Rotationsachse auf. Hierzu ist der Greifer 1 über ein Drehgelenk 6 mit gleicher Einbaulage wie das Gelenk 6 des zweiten Greifersystems und ein Element 3 mit verstellbarer Länge mit einem Schlitten 9 verbunden, der wiederum auf der Führung 5 verschiebbar geführt ist.

Bei dem in der Zeichnung nur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel ist auf die Darstellung der Antriebs elemente für die einzelnen Achsen bzw. die verstellbaren Elemente verzichtet worden. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, das in den Figuren dargestellt ist, ist ein Antrieb zusätzlich zu dem Antrieb, der die Grei ferbacken öffnet und schließt, an folgenden Stellen erfor derlich:

Die einzelnen Teile können beispielsweise manuell betätigt werden, wobei ein Gewichtsausgleich mit Kraftuntersützung von vertikal beweglichen Achselementen (Balancer) vorgese hen sein kann. Ferner ist auch eine Betätigung über Kur belgetriebe, Hebel etc. möglich. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die einzelnen Elemente pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch anzutreiben, da dann nicht nur keine nmanuelle Arbeitsleistungen mehr erforderlich sind, son dern auch die erfindungsgemäße Vorrichtung ohne weiteres durch eine elektronische Steuereinheit, beispielsweise eine an sich bekannte programmierbare Industrieroboter steuerung oder eine Fernsteuereinheit steuerbar ist.

Im folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 näher erläutert werden:

In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausgangsstellung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung über die drei Greifer 1 fest an bereits montierten Teilen 10, die durch Verbin dungsstücke (beim Untertagebau auch als Distanzeisen bezeichhnet) 11 stabilisiert sind, montiert. Zum Positio nieren eines neuen Teils 10 sind folgende Schritte erfor derlich:

1. Die 3. Greifereinheit wird auf das mittlere Teil 10 umgesetzt. Dies ist möglich, da ihr Greifer gegenüber dem Greifer der 2. Greifereinheit nach unten versetzt ist.
2. Die 2. Greifereinheit wird auf das linke (vordere) Teil 10 umgesetzt. Dies ist ebenfalls deshalb möglich, da der Greifer der 1. Greifereinheit ebenfalls nach unten versetzt ist.
3. Die 1. Greifereinheit wird vom vordersten Teil 10 nach hinten weggeschwenkt.
4. Der Greifer 1 der ersten Greifereinheit nimmt ein neues Teil 10 auf (Fig. 3).
5. Die Linearführung 5 wird mit der 1. Greifereinheit nach vorne durchgeschoben.
6. Das Teil 10 wird durch die Verschiebung der Linearfüh rung 5 positioniert und durch Drehen der verschiedenen Drehgelenke ausgerichtet und anschließend durch Dis tanzeisen 11 etc befestigt.

Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbei spiels beschrieben worden. Innerhalb des allgemeinen Erfindungsgedankens sind selbstverständlich die verschie densten Modifikationen möglich:

Bei der im Ausführungsbeispiel zu Anwendung gekommenen Bauweise mit drei Greifereinheiten kann es - wenn nicht tolerierbare Schräglagen der Stahlprofile nach deren Montage auftreten bzw. wenn größere Hübe des Linearele ments durchgeführt werden - erforderlich sein, daß zusätz lich ein bzw. zwei weitere Freiheitsgrade in der 2. bzw. 3. Greifereinheit zur Verfügung stehen müssen. Hierfür sind dann jeweils zusätzliche Drehgelenke vorzusehen, deren Drehachsen aufeinander bzw. auf der Drehachse des Drehgelenks 6 senkrecht stehen. Diese Anforderung besteht aber nur, wenn ein Verkanten der Schlitten 9 der 2. und 3. Greifereinheit aufgrund unterschiedlicher Orientierung der beiden gegriffenen Profils auftritt.

Die dritte Greifereinheit kann aber auch entfallen, da sie im wesentlichen nur der Stabilisierung der zentralen Linearführung 5 dient. In diesem Falle wird für die zweite Greifereinheit kein weiterer Freiheitsgrad benötigt. Es ist dann sogar möglich, auf das Drehgelenk 6 ganz zu verzichten. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Greifereinheiten hat dann immer noch sieben Freiheitsgrade mit drei Rotationsachsen und vier Linearachsen bzw. nach Umwandlung der Linearachse 8 in ein Drehgelenk vier Rota tionsachsen und drei linearachsen. Hierdurch ist bereits eine volle Positionier- und Orientierbarkeit des zu setzenden Profilsegments gegeben.

Ferner können auch gekrümmte Teile 10 gesetzt werden. In diesem Falle ist es lediglich erforderlich, die erste Greifereinheit entsprechend zu modifizieren.

Claims

1. Vorrichtung zum Positionieren von in einer Reihe ange ordneten Teilen mit Greifern, die die zu positionierenden Teile aufnehmen und freigeben können, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Linearführung (5) wenigstens zwei Greifereinheiten angebracht sind, von denen mindestens eine (1. Achsmodul) gegen die Linearfüh rung mittels eines Drehgelenks (4) um eine zur Längsachse der Linearführung senkrechte Achse drehbar und die andere (2. Achsmodul) auf der Linearführung mittels eines Schlit tens (9) verschiebbar ist, und daß die Greifer (1) derart gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß mindestens zwei Greifer (1) an einem Teil (10) angreifen können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Greifereinheit (1. Achsmodul) am Ende der Linearführung angelenkt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Greifereinheit (1. Achsmodul) zusätzlich auch um die zur Schwenkachse des Drehgelenks (4) senkrechten Achsen drehbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruche 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Drehung um die weiteren Achsen ein Kardangelenk (2) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Drehgelenk (4) und das Kardangelenk (2) ein Element (3) eingesetzt ist, dessen Länge verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die andere (zweite) Greifer einheit zwei zueinander und zur Linearführung senkrechte Elemente (3, 8) aufweist, deren Länge verstellbar ist, und die zwischen den Schlitten (9) und den Greifer (1) einge setzt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Drehgelenk (6) in der zweiten Greifereinheit vorgesehen ist, das eine Drehung des Greifers (1) um eine zur Drehachse (4) der ersten Greifereinheit parallele Achse ermöglicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Drehgelenk (6) und dem zweiten längenverstellbaren Element (3) ein Dis tanzstück (7) eingesetzt ist, das einen 90°-Winkel mit der Längsachse des Elements (3) einschließt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Greifereinheit (3. Achsmodul) vorgesehen ist, die mittels eines Schlittens (9) längs der Linearführung (5) verschiebbar ist, und die gegenüber der zweiten Greifereinheit versetzt angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer der dritten Grei fereinheit mittels eines Drehgelenks (6) und eines Ele ments (8), dessen Länge verstellbar ist, mit dem Schlitten verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Greifereinheit weitere Drehgelenke aufweisen, die eine Drehung um zu der Drehachse des Drehgelenks (6) senkrechte Achsen ermöglichen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Greiferbacken den zu positionierenden Teilen angepaßt ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen beweglichen Elemente (Drehgelenke und längenverstellbaren Elemente) pneumatisch, hydraulisch und/oder elektrisch betätigbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Steuerung die Bewegungen der einzelnen Elemente steuert.

15. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Positionieren und Setzen von Ausbauteilen im Tunnelbau bzw. im Streckenvortrieb des Untertagebaus.