DE3736064A1 - Vorrichtung zum ausgleich von positionierungenauigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von Positionierungenauigkeiten bei Handhabungsautomaten mit einer ersten Grundplatte, die an die Handhabungsein­ richtung anschließbar ist, und einer zweiten Grundplatte, an die das zu positionierende Werkzeug oder Werkstück anschließbar ist, wobei beide Grundplatten im Abstand parallel zueinander konzentrisch angeordnet sind und durch ein System von federnden Elementen miteinander verbunden sind.

Roboter und andere Handhabungsautomaten werden häufig dazu eingesetzt, Einzelteile zusammenzufügen und mit­ einander zu verbinden oder in größere Geräte einzusetzen oder umgekehrt Teile aus Vorrichtungen zu entnehmen oder verbundene Einzelteile auseinander zu nehmen. Bei der­ artigen Arbeiten führen Positionierungenauigkeiten und/ oder Winkelabweichungen der zusammenzufügenden Teile zu Verspannungen und Verklemmungen von Teilen, was zu Störungen des Handhabungsablaufs und langfristig zur Zer­ störung von Bereitstellungs- und Transportmitteln durch übermäßige Abnutzung führen kann. In gleicher Weise können sich Positionierungenauigkeiten und Winkelabweichungen bei Entnahme- und Demontage-Operationen auswirken.

Zur Vermeidung derartiger Fehler werden Positions- und Winkelabweichungen mit Hilfe von komplexen, mehrdimen­ sionalen entfernungsmessenden oder kraftmessenden Sensor­ systemen bestimmt und aktiv durch Rückkopplung über die Robotersteuerung ausgeglichen.

Daneben gibt es passive Einrichtungen zum Ausgleich von Positionierungs- und Winkelabweichungen. Die passiven Einrichtungen bestehen aus einem nachgiebigen Element, welches zwischen die Handhabungseinrichtung/den Roboter­ arm und dem Halter für das zu positionierende Werkzeug bzw. Werkstück eingeschaltet ist. Die Erfindung geht von derartigen passiven Einrichtungen zum Ausgleich von Positionierungenauigkeiten aus, die beispielsweise in der US-PS 40 98 001 beschrieben sind. Sie bestehen aus zwei Grundplatten, von denen die eine an die Handhabungs­ einrichtung anschließbar ist und die andere an den Halter für das zu positionierende Werkzeug oder Werkstück an­ schließbar ist. Beide Grundplatten sind im Abstand von einander parallel zueinander konzentrisch angeordnet und durch ein System von federnden Elementen miteinander ver­ bunden. Durch diese Vorrichtungen können - wie in der US-PS 40 98 001 beschrieben - Positionierungenauigkeiten und Winkelabweichungen ausgeglichen werden.

Diese passiven Einrichtungen zum Ausgleich von Positio­ nierungenauigkeiten sind konstruktviv sehr viel einfacher aufgebaut und wesentlich kostengünstiger herzustellen, als die oben beschriebenen aktiven, mit Sensorsystemen ausgestatteten Einrichtungen. Bei schnellen Bewegungen der Handhabungseinrichtung/des Roboterarmes führt die Nachgiebigkeit der Ausgleichseinrichtung jedoch dazu, daß der Halter mit dem Werkstück bzw. Werkzeug jenseits der Ausgleichseinrichtung ins Schwingen und Pendeln kommt und eine gewisse Zeit verloren geht, bis diese uner­ wünschten Bewegungen abgeklungen sind und das Werkstück bzw. das Werkzeug sich wieder in der Normallage befindet. Entweder muß die Handhabungseinrichtung/der Roboterarm sehr langsam bewegt werden, um derartige Pendel-/Schwing­ bewegungen der Teile jenseits der Ausgleichsvorrichtung zu vermeiden oder es muß nach der Zustellung der Hand­ habungseinrichtung/des Roboterarms bis zum Abklingen dieser Pendel-/Schwingbewegungen angewartet werden. In beiden Fällen geht unnötige Bearbeitungszeit verloren. Die Belastungen bei Bewegungen des Roboterarms/der Hand­ habungseinrichtung erfordern außerdem eine gewisse Mindeststeifigkeit der federnden Elemente. Bei bestimmten Roboteranwendungen sind aber wesentlich weichere federnde Elemente notwendig, damit beim Ausgleich der Positionier­ ungenauigkeiten keine zu starken Kräfte zwischen den zu positionierenden Teilen auftreten.

Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Nachteile zu ver­ meiden und eine passive Vorrichtung zum Ausgleich von Positionierungenauigkeiten nach dem Oberbegriff zur Ver­ fügung zu stellen, bei denen sehr weiche federnde Elemente eingesetzt werden können und die auch schnelle Bewegungen der Handhabungseinrichtung/des Roboterarmes erlaubt, ohne daß die Teile jenseits der Ausgleichseinrichtung in un­ kontrollierte Pendel- oder Schwingbewegungen geraten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur starren Arretierung der beiden Grundplatten gegeneinander. Die Grundplatten bleiben gegeneinander arretiert, so lange der Handhabungsautomat irgendwelche Zustellbewegungen ausführt, so daß die Teile jenseits der Ausgleichsvor­ richtung dabei nicht ins Pendeln oder Schwingen gelangen können. Wenn der Handhabungsautomat das Werkstück bzw. Werkzeug in die Sollstellung zu Beginn der auszuführenden Arbeiten positioniert hat, wird die Arretierung gelöst, so daß die Ausgleichseinrichtung wirksam werden kann. Sobald diese Arbeiten erledigt sind und der Handhabungs­ automat weitere Bewegungen ausführen muß, werden die Grundplatten wieder gegeneinander arretiert.

Im folgenden wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen im einzelnen näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine Ausgleichsvorrichtung mit Arretierungs­ vorrichtungen von der Seite.

Fig. 2 zeigt eine Grundplatte mit Arretierungsvorrichtung von unten und darunter im Schnitt.

Fig. 3 zeigt für eine andere Ausführungsform eine Grund­ platte mit Arretierungsvorrichtung von unten und darunter im Schnitt.

Fig. 3 bis 6 zeigen eine weitere Ausführungsform mit einem Anschlag auf der der ersten Grundplatte abgewandten Seite der zweiten Grundplatte.

In Fig. 1 erkennt man zwei Grundplatten 1 und 2. Die eine Grundplatte dient zum Anschluß an die Handhabungs­ einrichtung und die andere Grundplatte zum Anschluß an den Halter für das zu positionierende Werkzeug oder Werk­ stück. Es ist gleichgültig, welche Grundplatte an die Handhabungseinrichtung und welche Grundplatte an das Werk­ stück angeschlossen wird.

Die beiden Grundplatten sind durch drei zentrisch zusammenlaufende stabförmige Gummielemente 3 mit einander verbunden, von denen zwei in Fig. 1 dargestellt sind. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration der elastischen Verbindungselemente be­ schränkt. Es können andere elastische Elemente und An­ ordnungen verwendet werden, wie sie für derartige Aus­ gleichsvorrichtungen bekannt und üblich sind (vgl. bei­ spielsweise US-PS 40 98 001).

Mit der ersten Grundplatte 1 ist ein konzentrischer An­ schlag 4 für die zweite Grundplatte 2 fest verbunden. Der Abstand zwischen dem Anschlag 4 und der gegenüber­ liegenden Anlagefläche 5 der Grundplatte 2 ist relativ gering, damit für das Andrücken der Platte 2 an den An­ schlag 4 gegen die elastischen Kräfte der Gummistäbe 3 nicht allzu viel Kraft aufgewendet werden muß. Der Abstand muß gerade groß genug sein, daß der Anschlag die Aus­ gleichsbewegungen der Platte 2 beim Positionieren nicht behindert.

Die Grundplatte 2 hat eine konzentrische Öffnung 6. Durch diese Öffnung ist das Arretierungselement hindurchgeführt. Dieses besteht im Ausführungsbeispiel aus einer Zugstange 7 mit einem Kopfstück 8, welches die Öffnung übergreift. Mit der Grundplatte 1 ist eine Vorrichtung 9 verbunden, die die Zugstange einziehen und wieder ausschieben kann. Geeignet sind einfach oder doppelt wirkende Pneumatik­ zylinder oder Hydraulikzylinder. Beim Einziehen der Zug­ stange presst das Kopfstück 8 die Grundplatte 2 gegen den Anschlag 4 und arretiert damit beide Grundplatten gegeneinander, so daß die Handhabungseinrichtung schnelle Bewegungen ausführen kann, ohne daß die Teile jenseits der Ausgleichsvorrichtung ins Schwingen oder Pendeln kommen. Sobald die Handhabungseinrichtung in die Soll­ stellung für einen bestimmten Arbeitsvorgang zugestellt ist, wird die Zugstange ausgefahren und die Grundplatte 2 freigegeben, so daß die Gummistäbe 3 zum Ausgleich von Positionierungenauigkeiten wirksam werden können.

Fig. 2 zeigt eine Grundplatte 10 mit dem Arretierungs­ element von unten und darunter im Querschnitt. Das die Öffnung übergreifende Kopfstück 11 hat die Form eines Kegelstumpfes. Die Grundplatte ist mit einer entsprechen­ den kegelstumpfförmigen Einsenkung 12 versehen, gegen die sich das Kopstück 11 beim Einziehen der Zugstange flächig anlegen kann. Die Einsenkung 12 ist tief genug, daß das Kopfstück 11 im ausgefahrenen Zustand nicht über die Grundplatte 10 herausragt und der Abstand zwischen dem Kopfstück 11 und der Grundplatte 10 so groß ist, daß die Ausgleichsbewegungen beim Positionieren nicht be­ hindert werden. Bei dieser Ausführungsform sind die beiden Grundplatten in ihrer Drehlage um die Achse der Aus­ gleichsvorrichtung nicht eindeutig fixiert.

Fig. 3 zeigt eine Weiterentwicklung, bei welcher auch die Drehlage der Grundplatten um die Achse der Ausgleichs­ vorrichtung fixiert wird. Hier hat das Kopfstück 13 die Form eines Pyramidenstumpfes und die Grundplatte 14 be­ sitzt eine entsprechende Ausnehmung 15. Stattdessen kann als Kopfstück auch ein Pyramidenstumpf mit einem be­ liebigen anderen, von der Kreisform abweichenden Grundriß gewählt werden. Bei dieser Ausführungsform muß natürlich auch die Zugstange mit dem übergreifenden Kopfstück gegen Verdrehungen gesichert sein.

Fig. 4 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen sich der Anschlag 20 für die zweite Grundplatte 21 auf der Seite der zweiten Grundplatte befindet, die der ersten Grundplatte 18 abgewandt ist. Am Rand der ersten Grund­ platte 18 ist das Gehäuse 19 der Positioniereinrichtung befestigt. Das andere Ende des Gehäuses ist rechtwinklig nach innen abgewinkelt und bildet so den Anschlag 20 für die zweite Grundplatte 21, welche über die Gummistäbe 22 mit der ersten Grundplatte 18 verbunden ist. Innerhalb des Gehäuses 19 befindet sich die mit der ersten Grund­ platte 18 verbundene Vorrichtung 23 zum Ein- und Aus­ fahren des Arretierungselementes 24. Das ist in diesem Fall ein Stössel oder Stempel, der die zweite Grundplatte 21 zum Arretieren gegen den Anschlag 20 drücken kann (Fig. 5).

Der Stössel oder Stempel 24 kann konisch oder pyramiden­ förmig angespitzt werden; entsprechend kann die zweite Grundplatte 21 auf ihrer Innenseite eine zentrische konische oder pyramidenförmige Ausnehmung 25 besitzen. Hierdurch wird die zweite Grundplatte 21 beim Arretieren gegenüber der ersten Grundplatte 18 zentriert.

Der Rand der zweiten Grundplatte 21 kann gestuft ausge­ bildet werden (Fig. 4, 5). Fig. 6 zeigt eine abge­ wandelte Ausführungsform, bei welcher der Rand 27 der zweiten Grundplatte 28 angeschrägt ist und sich gegen den angeschrägten Rand 26 des Anschlages anlegen kann, so daß beim Arretieren die zweite Grundplatte 28 gegenüber der ersten Grundplatte zentriert wird. Man kann die zweite Grundplatte außerdem gegen Verdrehungen sichern, indem man ihr eine viereckige, fünfeckige oder andere von der Kreisform abweichende Gestalt gibt und den umlaufenden Anschlag 26 entsprechend ausbildet.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Ausgleich von Positierungenauigkeiten bei Handhabungsautomaten mit

• a) einer Grundplatte, die an die Handhabungseinrichtung anschließbar ist
• b) einer weiteren Grundplatte, die an den Halter für das zu positionierende Werkzeug oder Werkstück an­ schließbar ist
• c) beide Grundplatten sind parallel zueinander im Ab­ stand angeordnet
• d) beide Grundplatten sind durch ein System von federn­ den Elemente miteinander verbunden

gekennzeichnet durch

• e) eine Vorrichtung zu starren Arretierung der beiden Grundplatten gegeneinander.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeich­ net durch

• a) mit der ersten Grundplatte 1, 18 ist ein Anschlag 4, 20 für die zweite Grundplatte 2, 21 verbunden.
• b) mit der ersten Grundplatte 1, 18 ist ein antreib­ bares Arretierelement 7, 24 verbunden, das die zweite Grundplatte 2, 21 bei Betätigung des An­ triebes 9, 23 gegen den Anschlag 4, 20 presst.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeich­ net durch einfach oder doppelt wirkende Pneumatik- oder Hydraulikzylinder als Antrieb 9, 23 für das Arretierungselement 7, 24.

4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 gekenn­ zeichnet durch

• a) der Anschlag 4 befindet sich auf der der ersten Grundplatte 1 zugewandten Seite der zweiten Grund­ platte 2.
• b) in der zweiten Grundplatte 2 befindet sich eine konzentrische Öffnung 6.
• c) Das Arretierungselement ist eine durch die Öffnung 6 geführte konzentrische Zugstange 7 mit einem die Öffnung 6 übergreifenden Kopfstück 8.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4 gekennzeich­ net durch eine der Form des Kopfstückes 11, 13 entsprechende Ausnehmung 12, 15 in der Grundplatte 10, 14.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 gekennzeich­ net durch ein kegelstumpfförmiges Kopfstück 11.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 gekennzeich­ net durch ein von der Kreisform abweichendes Kopfstück.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7 gekennzeich­ net durch ein pyramidenstumpfförmiges Kopf­ stück 13.

9. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß die Anlagefläche 16 der Grundplatte 10 für den Anschlag 17 in die Grund­ platte 10 eingesenkt ist.

10. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 gekenn­ zeichnet durch

• a) der Anschlag 20 befindet sich auf der der ersten Grundplatte 18 abgewandten Seite der zweiten Grund­ platte 21.
• b) das Arretierungselement ist ein gegen die zweite Grundplatte 21 drückbarer Stössel 24.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10 gekennzeich­ net durch

• a) eine zentrische konische oder pyramidenförmige Vertiefung 25 in der zweiten Grundplatte 21.
• b) eine konische oder pyramidenförmige Spitze des Stössels 24.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 gekennzeich­ net durch einen abgeschrägten Rand 27 der zweiten Grundplatte 28 und eine entsprechende Ab­ schrägung 26 des gegenüberliegenden Anschlages.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Grundplatte 28 eine viereckige, fünfeckige, sechseckige oder andere von der Kreisform abweichende Form besitzt und der umlaufende Anschlag 26 komplementär entsprechend aus­ gebildet ist.

14. Vorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß im entarretierten Zustand der Abstand zwischen dem Anschlag 4, 20, dem Arretierungselement 7, 8 bzw. 23 einerseits und den gegenüberliegenden Teilen der zweiten Grundplatte 2 andererseits den für die Ausgleichbewegungen der zweiten Grundplatte 2 erforderlichen Abstand nur geringfügig überschreitet.