DE3710380A1 - Greifeinrichtung fuer einen industrieroboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifeinrichtung für einen Industrieroboter nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Mit den Greiferbacken werden die mit dem Industrieroboter handzuhabenden Werkstücke gefaßt und transportiert. In der Regel sind die Werkstücke so fest, daß die Greiferbacken mit verhältnismäßig hoher Kraft am Werkstück anliegen und es sicher greifen. Flexible oder biegsame Werkstücke, wie Schläuche, werden bislang von Hand auf die entsprechenden Anschlußstücke, wie Rohrstücke von Armaturen, Kühlern u. dgl., montiert. Dies ist umständlich und zeitauwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifeinrichtung zu schaffen, mit der biegeschlaffe Werkstücke, insbesondere Schläuche, mit einem Industrieroboter zuverlässig montiert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Greifeinrichtung der gattungs­ bildenden Art erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Mit dem Greifkraftsensor kann sehr einfach die von den Greiferbacken auf das Werkstück ausgeübte Greifkraft gemessen werden. Stellt der Greifkraftsensor beispielsweise fest, daß die Greiferbacken das Werkstück nicht ausreichend fest greifen, dann kann über eine Regelung des Industrie­ roboters die Greifkraft erhöht werden, indem die Greiferbacken weiter in Richtung zueinander bewegt werden. Die erfindungs­ gemäße Greifereinrichtung ist besonders zum Greifen von flexiblen, biegsamen Werkstücken, insbesondere von Schläuchen geeignet. Mit der erfindungsgemäßen Greifeinrichtung lassen sich somit Schläuche mit Hilfe eines Industrieroboters vollautomatisch montieren.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Greifeinrichtung in Vorder­ ansicht,

Fig. 2 die Greifeinrichtung nach Fig. 1 in Seitenansicht gemäß Pfeil II in Fig. 1.

Die Greifeinrichtung nach den Fig. 1 und 2 ist für einen (nicht dargestellten) Industrieroboter vorgesehen und weist einen Wechselflansch 1 als Schnittstelle auf. Mit dem Wechselflansch kann die Greifeinrichtung jederzeit einfach am Industrieroboter befestigt werden. Über den Wechselflansch 1 wird die pneumatische und elektrische Versorgung der Greifeinrchtung von der Robotersteuerung erreicht. Der Wechselflansch 1 ist auf einem vorzugsweise rechteckigen Umriß aufweisenden Hohlprofilträger 2 befestigt, in dem ein Elektromotor 3 untergebracht ist. Über ihn wird eine Stelleinrichtung 4 für zwei Greiferbacken 5, 6 angetrieben. Die Greiferbacken 5, 6 können je nach Schlauchtyp prismatische, ellipsenförmige, kreisförmige Aufnahmen 5 a, 6 a haben. Die Greiferbacken 5, 6 sind jeweils auswechselbar an einem unteren Ende eines ebenfalls auswechselbaren Greiferbacken­ halters 7, 8 befestigt. Wie Fig. 2 zeigt, sind an den Greiferbackenhaltern 7, 8 im Bereich der oberen, von den Greiferbacken 5, 6 abgewandten Enden Dehnungsmeßstreifen 9, 10 befestigt, die in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Die Dehnungsmeßstreifen 9, 10 dienen zum Messen der Greifkräfte der Greiferbacken. Am unteren Ende des Greifer­ backenhalters 7 ist etwa in halber Länge der Greiferbacken 5 ein Schlupfsensor 12 vorgesehen, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Reibrad 13 aufweist, dem ein Winkelgeber o. dgl. zugeordnet ist. Das Reibrad 13 erstreckt sich bis in Höhe der tiefsten Stelle der teilkreisförmig ausgebildeten Auflagefläche 14 a der Aufnahme 5 a und liegt somit beim Betrieb der Greifeinrichtung an der Mantelfläche des von den Greiferbacken 5, 6 gehaltenen Schlauches s an. Mit dem Schlupfsensor 12 kann während des Füge- bzw. Montagevorganges gemessen werden, ob sich der Schlauch relativ zu den Greiferbacken 5, 6 bewegt.

Die Greiferbackenhalter 7, 8 sind jeweils an einem Ende eines als Platte ausgebildeten Tisches 14, 15 befestigt. Die Tische 14, 15 tragen Stützen 16, 17 für Spindelmuttern 18, 19. Sie haben gegenläufige Gewinde und sitzen auf einer Spindel 20, die vorzugsweise als Kugelrollspindel ausgebildet ist.

Die Spindel 20 ist über einen Riementrieb 21 bis 23 mit der Antriebswelle 3 a des Elektromotors 3 antriebsverbunden.

Der Riemen 23 ist vorzugsweise ein Zahnriemen, so daß ein Schlupf im Riementrieb und damit eine Beeinträchtigung der Greifwirkung der Greiferbacken 5, 6 ausgeschlossen ist. Die Greiferbacken 5, 6 sind über die Greiferbackenhalter 7, 8, die Tische 14, 15′ die Spindelmuttern 18, 19 und die Spindel 20 auf einfache Weise spielfrei gegensinnig synchron verstellbar.

Die Lage der Greiferbacken 5, 7 zueinander wird über eine (nicht dargestellte) elektrische Regeleinheit mit einem geschlossenen Regelkreis eingestellt. Die Greifeinrichtung ist frei programmierbar. Zur Messung des Verschiebeweges der Greiferbacken 5, 6 ist ein Linearpotentiometer 24 vorgesehen (Fig. 2), das längs des Verschiebeweges der Spindelmuttern 18, 19 verläuft und an den Regelkreis angeschlossen ist. An den Tischen 14, 15 sind Abgreifelemente für das Linearpotentiometer 24 befestigt, so daß der Verschiebeweg der Spindelmutter 18, 19 und damit der Greiferbacken 5, 6 einfach mit Hilfe des Linearpotentiometers ermittelt werden kann.

Anstelle der Spindel 20 können als Verstellmechanik für die Greiferbacken 5, 6 auch (nicht dargestellte) frei programmier­ bare Pneumatikzylinder mit Ventilen zur Wegmessung und einer elektrischen Regelklappe vorgesehen sein. Über diesen Pneumatikzylinern ist die Greifeinrichtung ebenfalls frei programmierbar. Hierbei entfallen außer der Spindel 20 auch die Zahnräder 21, 22 und der Zahnriemen 23. Die Kolbenstange der Pneumatikzylinder greifen an Haltern an, die mit den Tischen der Greiferbacken verbunden sind.

Auf den Tischen 14, 15 ist jeweils ein Führungsstück 25, 26 befestigt, das eine senkrecht zur Längsrichtung des Tisches verlaufende Führungsnut aufweist, in die ein Führungskörper 27 formschlüssig eingreift. Er ist als Profilschiene ausge­ bildet, die sich parallel zur Motor- und Gehäuselängsachse 28 erstreckt. Der Führungskörper 27 ist vorzugsweise an der Gehäuseunterseite 29 befestigt und erstreckt sich im wesentlichen über die ganze Länge der Spindel 20, neben der sie parallel und mit Abstand verläuft (Fig. 2). Beim Verstellen sind die Greiferbacken 5, 6 außer auf der Spindel 20 über die Führungsstücke 25, 26 auch auf dem Führungskörper 27 geführt. Die Greiferbacken 5, 6 sind somit kippsicher und spielfrei geführt, so daß sie zuverlässig verstellt werden können.

Schließlich weist die Greifeinrichtung nach den Fig. 1 und 2 eine Einrichtung 30 auf, mit der die Lage des frei hängenden Endes des Schlauches s bestimmt werden kann. Diese Einrichtung 30 ist ein Bildverarbeitungssystem, vorzugsweise ein Laser-scanner, der am Gehäuse 2 befestigt ist und dessen Linse 31 gegen das von den Greiferbacken 5, 6 erfaßte Werkstück s gerichtet ist.

Die Greiferbackenhalter 7, 8 mit den Greiferbacken 5, 6 sind in bezug auf den Motor 3 bzw. den Antrieb asymmetrisch angeordnet. Wie Fig. 2 zeigt, liegen die Greiferbackenhalter 7, 8 im Bereich neben und außer dem Motor 3 und dem Antrieb 21 bis 23. Dadurch können die Greiferbacken 5, 6 ohne Behinderung durch die übrigen Bauteile der Greifeinrich­ tung auch bei engen Platzverhältnissen die Werkstücke s greifen und handhaben.

Zum Greifen und Fügen der Schläuche s werden über den Industrieroboter bzw. seine Steuerung die Greiferbacken 5, 6 zu einem (nicht dargestellten) Schlauchmagazin bewegt und dort in der gewünschten Stellung positioniert und zum Schlauch orientiert. Auch alle weiter auszuführenden Funktionen der Greifeinrichtung können von der Steuerung des Industrie­ roboters direkt angesteuert und überwacht werden.

Nachdem die Greiferbacken 5, 6 im Schlauchmagazin positioniert sind, wird der gewünschte Schlauch s ergriffen und gespannt. Die hierzu notwendige gegenläufige Bewegung der Greiferbacken 5, 6 wird durch die Spindelschlitteneinheit, die aus der Spindel 20 und den Tischen 14, 15 mit den Spindelmuttern 18, 19 besteht, bewirkt. Die Spindel 20 wird vom Elektromotor 3 aus über den Riementrieb 21 bis 23 in der gewünschten Richtung gedreht. Hierbei wird der Elektromotor 3 von der Roboter­ steuerung eingeschaltet. Bei dieser Drehbewegung der Spindel 20 werden die auf ihr sitzenden Spindelmuttern 18, 19 infolge ihrer gegenläufigen Gewinde in Richtung zueinander bewegt. Dadurch werden die Greiferbackenhalter 7, 8 mit den Greifer­ backen 5, 6 in entsprechende Richtung mitgenommen. Die Greiferbackenhalter werden über die mit ihnen verbundenen Tische 14, 15 und die Führungsstücke 25 bis 27 einwandfrei am Gehäuse 2 geführt. Die Führung gewährleistet eine spiel­ freie Positionierung der Greiferbacken 5, 6. Ferner können infolge der kippfreien Führung auch große Kräfte bis zu mindestens 800 N und Momente verwindungsfrei aufgenommen werden. Durch den unmittelbaren, schnellen Antrieb der Spindel 20 über den Elektromotor 3 und die reibarme Führung können die Schläuche s in kurzer Zeit gegriffen und gespannt werden.

Der Greif- und Spannvorgang wird durch eine Lageregelung überwacht. Die Dehnungsmeßstreifen 9, 10 auf den Greifer­ backenhaltern 7, 8 bilden eine Kraftregelung. Über eine Regeleinheit wird die benötigte Greifkraft zum Fassen des jeweiligen Schlauches s eingestellt und mit der von den Dehnungsmeßstreifen 9, 10 gemessenen Ist-Greifkraft verglichen. Wird über die Dehnungsmeßstreifen 9, 10 die Greifkraft gemessen, die über oder unter der eingestellten Greifkraft liegt, dann wird durch ein entsprechendes Signal der Elektromotor 3 betätigt und die Spindel 20 in der jeweiligen Richtung so weit gedreht, bis die Greiferbacken 5, 6 den Schlauch s weniger oder stärker fassen. Wenn die Greifkraft der eingestellten Greifkraft entspricht, wird der Motor 3 mit einem Stopp-Signal beaufschlagt. Der Schlauch s wird dann an die Montagestelle transportiert und auf das Anschlußteil, wie einen Rohrstutzen eines Kühlers o. dgl. geschoben. Bei diesem Fügevorgang wird mit dem Schlupfsensor 12 überprüft, ob der Schlauch s beim Aufschieben relativ zu den Greiferbacken 5, 6 verschoben wird. Bei einem solchen Schlupf wird das am Schlauch s anliegende Reibrad 13 gedreht. Mit dem dem Reibrad zugeordneten Winkelgeber läßt sich der Schlupf einfach ermitteln. Der Winkelgeber gibt ein entsprechendes Signal an die Robotersteuerung, die dann ein Startsignal an den Motor 3 abgibt. Mit ihm wird die Spindel 20 gedreht, so daß die Greiferbacken 5, 6 weiter in Richtung zueinander bewegt werden und den Schlauch s fest greifen, bis kein Schlupf mehr zwischen dem Schlauch und den Greiferbacken erfolgt. Da mit dem Winkelgeber der Schlupfweg gemessen wird, kann die Robotersteuerung die Greifeinrichtung so nachstellen, daß dieser Schlupfweg beim Fügevorgang berücksichtigt wird. Der Schlauch s sitzt dann nach dem Fügevorgang in seiner gewünschten Lage.

Die Lage des noch nicht montierten Schlauchendes kann mit dem Bildüberwachungs- oder Kamerasystem 30 überwacht werden, so daß die Greiferbacken 5, 6 nach dem Fügevorgang an dieses freihängende Schlauchende herangefahren werden können, um dieses Schlauchende für einen weiteren Fügevorgang zu greifen.

Claims (18)

1. Greifeinrichtung für einen Industrieroboter, mit gegenläufig verstellbaren Greiferbacken, die an Greiferbackenhaltern befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbackenhalter (7, 8) mit mindestens einem Greifkraftsensor (9, 10; 12) versehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifkraftsensor (12) ein Schlupfsensor ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifkraftsensor (12) ein Reibrad (13) aufweist, das in Greifstellung der Greiferbacken (5, 6) am gegriffenen Werkstück (s) anliegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reibrad (13) ein Winkelgeber zugeordnet ist, der an die Robotersteuerung angeschlossen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Greiferbackenhalter (7, 8) mit Dehnungsmeßstreifen (9, 10) als weitere Greifkraft­ sensoren ausgestattet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Greiferbackenhalter (7, 8) durch einen gemeinsamen Antrieb (3, 21 bis 23, 20, 18) gegensinnig bewegbar sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine Stellspindel (20), vorzugsweise eine rechts- und linksgängige Kugelrollspindel, aufweist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb einen Elektromotor (3) aufweist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (3) über einen Riementrieb (21 bis 23) mit der Spindel (20) antriebsverbunden ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbacken (5, 6) und die Greiferbackenträger (7, 8) mit jeweils einer Spindelmutter (18 und 19) auf der Spindel (20) sitzen.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb Pneumatikzylinder aufweist, die an den Greiferbackenhaltern (7, 8) angreifen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbackenhalter (7, 8) an linear verfahrbaren Tischen (14, 15) angeordnet sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tische (14, 15) über eine Führungseinrichtung (25 bis 27) geführt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (25 bis 27) aus einem am Gehäuse (2) des Elektromotors (3) angeordneten Führungs­ körper (27) und an den Tischen (14, 15) angeordneten Führungsstücken (25, 26) besteht, die mit dem Führungs­ körper (27) quer zur Verschieberichtung formschlüssig verbunden sind.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Bilderfassungssystem (30) zur Lagebestimmung eines mit den Greiferbacken (5, 6) zu greifenden Werkstückendes aufweist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Bilderfassungssystem (30) durch einen Laser­ scanner gebildet ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbacken (5, 6) und/oder die Greiferbackenhalter (7, 8) im Bereich neben dem Antrieb (3, 21 bis 23, 20, 18, 19) angeordnet sind.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wegmessung der Greiferbacken (5, 6) und der Greiferbackenhalter (7, 8) mindestens ein Linearpotentiometer (24) vorgesehen ist.