DE3734302C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Greifer für Industrie­ roboter, bei dem zwei Greiferbacken mit parallel zueinander verlaufenden Klemmflächen, die an den dem Industrieroboter abgewandten Enden der Greiferbacken angeordnet sind, zum Festhalten eines Teiles, mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Solche Greifer werden in vielen Varianten eingesetzt, wobei bisherige Kinematiken eine beidseitige Schließung der Greiferbacken zu einer Mitte oder kreisförmige Schließ­ bewegungen ausführen. Aus der US-PS 42 43 257 ist ein Greifer mit Greiferbacken bekannt, die mittels einer vom Industrie­ roboter gesteuerten Antriebseinrichtung in paralleler Lage ihre Klemmflächen relativ zueinander verschieben. Dabei ist einer der beiden Greiferarme mit dem Werkzeugarm des Industrieroboters direkt verbunden und zwischen den beiden Greiferbacken ist eine aus zwei mittels eines Gelenkzapfens verbundenen Scherengliedern gebildete Schere angeordnet, wobei die eine Seite der Schere drehbar und die andere Seite in Langlöchern verschieblich in den Greiferbacken gelagert ist. Bei dem Gegenstand der US-PS 42 43 257 wird der Abstand zwischen den Klemmflächen der Greiferbacken über einen an einem Scherenglied starr angeordneten Hebel bewirkt, der wiederum an den Längsantrieb des Industrieroboterarms angeschlossen ist. Je weiter die Greiferöffnung zwischen den Klemmflächen der Greiferbacken wird, desto geringer wird bei der Konstruktion gemäß der US-PS 42 43 257 die Schließkraft des Greifers zum Ergreifen von Teilen. Bei dem Gegenstand der US-PS 42 43 257 sind außerdem die Gleitführungen für die eine Seite der Schere in dem Bereich der Klemmbacken angeordnet, die dem zu greifenden Teil direkt zugewandt sind. Beim Ergreifen von Teilen mittels der Klemmbacken gemäß dem Gegen­ stand der US-PS 42 43 257 können sich wegen des relativ großen Spiels in den Gleitführungen die Scherenhälfte bzw. die Klemmflächen aus ihrer parallelen Lage verschieben bzw. verkanten.

Aus der FR-PS 13 16 455 ist eine Vorrichtung zum Ergreifen von außerhalb der Reichweite des ausgestreckten Armes, beispielsweise in hochgelegenen Schrankflächen, abgelegten Gegenständen beschrieben. Dabei sind bei einem Ausführungs­ beispiel die drehbar in den Greiferbacken gelagerten Scherenenden dem zu ergreifenden Teil zugewandt. Bei der FR- PS 13 16 455 ist keiner der beiden Greiferbacken, sondern der die Scherenglieder verbindende Achsbolzen, an der die Vor­ richtung tragenden Stange befestigt, so daß beide Greifer­ backen sich während der Schließbewegung des Greifers relativ zur Stange verschieben. Die FR-PS 13 16 455 kann daher keine Anregung zur Verbesserung der Positioniergenauigkeit von an einem Roboterarm angeordneten Greiferbacken geben.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen für die Massenfertigung geeigneten mit einfachen Mitteln her­ stellbaren und einem geringen Greifergewicht ausgestatteten Greifer für Industrieroboter gemäß dem Gegenstand des Ober­ begriffs des Patentanspruchs 1 zu schaffen, wobei die Greiferbewegung der Greiferbacken geradlinig und senkrecht ausgeführt wird und die Greiferbacken zueinander parallel bleiben, dabei soll insbesondere ein großer Öffnungsabstand zwischen den beiden Greiferbacken zulässig sein und dabei gleichzeitig mit steigendem Öffnungsabstand der Klemmbacken zueinander die Greiferkraft ansteigen und ein Verschieben oder Verkanten der parallel zueinander stehenden Greifer­ backen in dem dem zu ergreifenden Teil zugewandten Abschnitt der Greiferbacken verhindert werden; dabei soll eine Greifer­ backe als Referenzpunkt zu dem zu ergreifenden Teil fest­ stehen, um eine definierte Lage gegenüber dem Werkzeugarm des Roboters zu erzielen, dadurch können auch Teile mit verschie­ dener Dicke definiert angefahren bzw. ergriffen werden.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale ge­ löst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 3 gekenn­ zeichnet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch die zusätzliche Anordnung von zwei Anlenkhebeln an der zweiten Seite der Schere als Verbindung zu dem Längsantrieb des Industrieroboterarmes und durch die Anordnung der Lang­ löcher in dem von dem zu ergreifenden Teil abgewandten Ab­ schnitt der Greiferbacken einmal die Greiferkraft bei sich vergrößernder Greiferöffnung zwischen den Greiferbacken an­ steigt und so das Verhältnis der Werkstückdicke zu der Werk­ stückmasse bei dem Greifer durch eine Vergrößerung der Greiferkraft berücksichtigt bzw. ausgeglichen wird. Das beab­ sichtigte Ansteigen der Greiferkraft bei sich vergrößernder Greiferöffnung beruht nicht nur auf einer einfachen Kniehebelwirkung. Vielmehr bildet die erfindungs­ gemäße Hebelanordnung eine anderthalbfache Schere, mittels der das überproportionale Ansteigen der senkrecht zur Kraft­ richtung vorliegenden Bewegungsgeschwindigkeit des Koppel­ punktes der Schere bei sich verkleinernden Scherenwinkel nochmals verdoppelt wird. Die erfindungsgemäße Gestaltung der die Antriebskraft übertragenden Anlenkhebel ermöglicht es außerdem auch, den Antriebszylinder in der in der Entgegen­ haltung US-PS 42 43 257 gezeigten, für einen kompakten Gesamtaufbau günstigen, etwa mit einer mittleren Symmetrie­ achse der Scheren zusammenfallenden Lage zu belassen, ohne daß durch den Ersatz des in der US-PS 42 43 257 gezeigten Winkelhebels durch einen schrägen Andruckhebel oder der­ gleichen in den Längsführungen der Klemmbacken nennenswerte Seitenkräfte auftreten, die Reibungsverluste bei der Über­ tragung der Antriebskraft auf die Greiferbacken und Abnutzungserscheinungen in diesen Führungen erzeugen könnten. Die Mittelachse des Antriebszylinders läßt sich dabei ohne weiteres so legen, daß in der häufigsten Gebrauchslage der Einrichtung die von der Antriebseinrichtung her rührenden Führungskräfte zu Null werden. Zum anderen vermeidet die An­ ordnung der Langlöcher in dem von dem zu ergreifenden Teil abgewandten Abschnitt der Greiferbacken, daß es zu einem Ver­ schieben oder Verkanten der Greiferbacken bzgl. ihrer parallelen Lage zueinander bzw. gegenüber dem zu ergreifenden Teil kommen kann.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels und von Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Greifers,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Einrichtung entlang der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 einen Schnitt durch die Einrichtung entlang der Linien III-III in Fig. 1.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 ist an einem Gerätearm 1 eines Industrieroboters eine mit einem Kugellager 3 ausge­ stattete Lagerplatte 2 befestigt. In die Lagerplatte 2 ist eine Trageplatte 4 eingesetzt, an der mittels Schrauben ein unterer Greiferbacken 6 befestigt ist. Der Greiferbacken 6 trägt an seinem von der Trageplatte 4 bzw. dem Industrie­ roboterarm abgewandten Ende einen Klemmbacken 7, dessen Klemmfläche 7a mit einem Belag 8 versehen ist. Dieser Belag 8 ist austauschbar auf der Klemmfläche 7a der Klemmbacke 7 an­ geordnet. Der Belag kann elastisch ausgeführt sein, um so ein besseres Fassen bzw. Halten der zu ergreifenden Teile zu er­ möglichen. Der Greiferbacken 6 ist also direkt mit dem Werk­ zeugarm des Industrieroboters verbunden. An den Greiferbacken 6 ist mittels eines Achsbolzens 11, je ein zu beiden Seiten des Greiferbackens 6 angeordnetes Scherenglied 12 bzw. 13 ge­ lagert. Die beiden Scherenglieder sind mittels eines ersten Lagers 14, das ebenfalls als Achsbolzen ausgebildet ist, mit weiteren Scherengliedern 15 und 16 gelenkig verbunden, mit denen zusammen sie je eine Schere mit insgesamt vier Enden bilden. Das in einer zur Klemmfläche 7a senkrechten Richtung dem Achsbolzen 11 gegenüberliegende Ende ist mittels eines Achsbolzens 17 an dem oberen Greiferbacken 18 gelagert. Damit sind die dem zu ergreifenden Teil zugewandten ersten Lager 11 und 17 der ersten Seite der Schere mit einem gerin­ gen Lagerspiel drehbar in den beiden Greiferbacken 6 und 18 gelagert. Das geringe Spiel der ersten Achsbolzen 11 und 17 verhindert, daß die Greiferbacken 6 und 18 sich beim Ergrei­ fen eines Teiles verkanten oder verschieben.

Die dem zu ergreifenden Teil abgewandte zweite Seite der Schere ist zum Gleiten in Langlöchern 6a und 18a in den Greiferbacken 6 und 18 geführt. Dort sind zweite Achsbolzen 22 und 23 als Lager ausgeführt. Um einen leichten Lauf der Achsbolzen in den Langlöchern sicherzustellen, sind auf den zweiten Achsbolzen 22 und 23 beispielsweise Kugellager 24 und 25 aufgesteckt. Selbstverständlich können die Achsbolzen 22 und 23 auch als Gleitlager ausgeführt oder in jeder anderen für eine Gleitlagerung geeigneten Weise ausgebildet sein. Die Langlöcher 6a und 18a in den Greiferbacken 6 und 18 sind in dem von dem zu ergreifenden Teil abgewandten Abschnitt der Greiferbacken angeordnet, sie sind also in Richtung zu dem Roboterarm hin gelegen. Die Gleitlager 6a und 18a für die zweite Seite der Schere bzw. die zweiten Achsbolzen 22 und 23 haben naturgemäß ein größeres Spiel als die punktförmig gela­ gerten Enden der ersten Seite der Schere in den ersten Achs­ bolzen 11 und 17. Da jedoch die zu ergreifenden Teile in der Regel mit den Belägen 8 und 20 ergriffen werden, sind bei der erfindungsgemäßen Konstruktion des Greifers die ersten Achs­ bolzen 11 und 17 mit einem geringen Spiel dem zu ergreifenden Teil zugeordnet, so daß es nicht zum Verschieben und Verkan­ ten der Greiferbacken bei zu ergreifenden Teilen kommen kann.

Der obere Greiferbacken 18 trägt an seinem von der Trage­ platte abgewandten Ende einen Klemmbacken 19, dessen Klemm­ fläche 19a mit einem Belag 20 versehen ist. Dieser Belag ist wiederum austauschbar ausgeführt und kann beispielsweise elastisch ausgebildet sein. Die Klemmbacken 7 und 19 sind mittels Schrauben 21 an den Greiferbacken 6 bzw. 18 be­ festigt. Die Klemmflächen 7a und 19a bzw. die Klemmbacken 7 und 19 nehmen während der gesamten Greiferbewegung der Backen eine parallele Lage zueinander ein. Die Bewegung der Greifer­ backen zueinander ist außerdem geradlinig und senkrecht auf­ einander. Werden die Beläge 8 und 20 der Greiferbacken elastisch ausgeführt, so wird ein Ergreifen von Teilen mög­ lich, deren Flächen nicht parallel zueinander liegen oder zylindrische oder andere Gestalt haben. Dadurch wird ein Ab­ rutschen des zu ergreifenden Teils von den Klemmflächen ver­ hindert. Zum Antrieb der Greiferbacken 6 und 18 sind auf die zweiten Achsbolzen 22 und 23 zu beiden Seiten der Greifer­ backen weitere Anlenkhebel 26, 27 bzw. 28, 29 aufgesteckt. Die Anlenkhebel 26, 27 bzw. 28, 29 sind derart angeordnet, daß die einen Enden der Anlenkhebel 26, 27 bzw. 28, 29 an den zweiten Achsbolzen 22, 23 der zweiten Seite der Schere dreh­ bar angelenkt und die anderen Enden der Anlenkhebel 26, 27, 28, 29 im als Achsbolzen ausgeführten zweiten Lager 31 dreh­ bar angelenkt und gleichzeitig mit einem Längsantrieb 30a drehbar verbunden sind. Der Längsantrieb 30a kann beispiels­ weise als Kolbenstange eines Pneumatikzylinders 30 ausgeführt sein. Selbstverständlich kann auch ein anderer Längsantrieb wie beispielsweise ein Elektromotor mit Spindel vorgesehen sein. Die Anlenkhebel 26, 27 bzw. 28, 29 sind also mittels einer Kolbenstange eines in zwei Richtungen wirkenden und mittels eines Bolzens 32 am unteren Greiferbacken 6 befestig­ ten Pneumatikzylinders 30 am als Achsbolzen ausgeführten zweiten Lager 31 angelenkt. Sie übertragen die in Pfeilrichtung A-B verlaufende Antriebs­ bewegung des Pneumatikzylinders 30 auf die in dieser Richtung beweglichen zweiten Achsbolzen 22 und 23 und bewirken dadurch ein Öffnen und Schließen der von Scherengliedern 12, 15 bzw. 13, 16 gebildeten Scheren. Dabei werden die Greiferbacken 6 und 18 in der senkrecht auf der Pfeilrichtung A-B stehenden Pfeilrichtung C-D relativ und geradlinig zueinander bewegt, wobei die in ihrer Ausgangslage sich genau gegenüberliegenden Greiferbacken 6 und 18 auch beim Auseinanderbewegen sich genau gegenüberstehen und damit eine rein translatorische Bewegung relativ zueinander ausführen.

Vergrößert sich der Abstand zwischen den Greiferbacken 6 und 18 zueinander, so ändert sich auch der Winkel α zwischen den Anlenkhebeln 26 bzw. 27 und 28 bzw. 29 und der Verbindungs­ linie zwischen den zweiten Achsbolzen 22 und 23 und zwar wird der Winkel α bei sich vergrößerndem Öffnungsabstand der Greiferbacken 6 und 18 verkleinert. Dadurch ergeben sich größere Hebelarme für die Anlenkhebel 26, 27 und 28, 29 im Bezug auf die Krafteinleitung auf den Längsantrieb 30a. Die Folge davon ist, daß die Greiferkraft der Greiferbacken sich bei vergrößerndem Abstand zwischen den beiden Backen erhöht und so erreicht wird, daß das Verhältnis von größerer Werk­ stückdicke zu damit wachsender Werkstückmasse bei dem Greifer automatisch berücksichtigt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Greifer ist es mit vertretbarem Aufwand und bei relativ geringem Greifergewicht möglich, erhebliche Dickenunterschiede der aufgenommenen Teile, z. B. Werkstücke oder Werkzeuge, zu überbrücken und dabei eine Schließkraft aufzubringen, die ausreicht, um schwere Teile außerhalb ihres Schwerpunktes zu halten. Der Greifer kann dabei mit seinem unteren Greiferbacken 6 an die auf einer Fläche in bekannter Position liegenden Teile herangeführt werden, worauf sich der bewegliche obere Greiferbacken 18 an die obere Fläche des Teiles anlegt, deren Position von der wechselnden oder nicht genau bekannten Dicke des Teils ab­ hängt. Beim Ergreifen von in schmalen Behältern abgelegten Teilen wirkt sich auch die langgestreckte Bauweise des Greifers günstig aus.

Claims (3)

1. Greifer für Industrieroboter, bei dem zwei Greiferbacken mit parallel zueinander verlaufenden Klemmflächen, die an den dem Industrieroboter abgewandten Enden der Greiferbacken angeordnet sind, mittels einer von dem Industrieroboter gesteuerten, in einer etwa parallel zu den Greiferbacken verlaufenden Richtung hin- und her­ gehenden Antriebseinrichtung senkrecht zu ihren Klemm­ flächen relativ zueinander verschoben werden, wobei einer der beiden Greiferbacken mit dem Werkzeugarm des Industrieroboters direkt verbunden ist und zwischen den Greiferbacken eine aus zwei mittels eines ersten Lagers verbundenen Scherengliedern gebildete Schere angeordnet ist, und wobei ein in einer zu den Klemmflächen senk­ rechten Richtung einander gegenüberliegendes Paar von Scherenenden an ersten Achsbolzen drehbar in den Greiferbacken gelagert und das restliche Paar von Scherenenden mittels zweiten Achsbolzen in Langlöchern der Greiferbacken längsverschieblich geführt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß einerseits die den dem Industrieroboter abgewandten Enden der Greiferbacken zugewandte erste Seite der Schere an ersten zwei Achsbolzen (11, 17) mit geringem Lagerspiel drehbar in den beiden Greiferbacken (6, 18) gelagert ist,
und daß andererseits die zweite Seite der Schere zum Gleiten in Langlöchern (6a, 18a) in den Greiferbacken (6, 18) geführt ist,
daß ferner Anlenkhebel (26, 27) mit ihren einen Enden an zweiten Achsbolzen (22, 23) der zweiten Seite der Schere drehbar angelenkt und die anderen Enden der Anlenkhebel über ein zweites Lager (31) mit dem Längsantrieb (30a) drehbar verbunden sind.

2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Greiferbacken (6, 18) je eine Schere (12, 15; 13, 16) mit zugeordneten Anlenkhebeln (26, 27; 28, 29) vorgesehen sind.

3. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die in den Langlöchern (6a, 18a) der Greiferbacken (6, 18) geführten zweiten Achsbolzen (22, 23) Kugellager (24, 25) aufgesteckt sind.