DE3821548C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von Lage- und Positionstoleranzen zum Beispiel für einen Greifer eines Industrieroboters am Ende eines Arbeitsarmes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-OS 30 04 014 ist eine Ausgleichsvorrichtung für ein Handhabungsgerät bekannt, bei dem die Losscheibe über kegel­ förmige Zentrierungen in der Festpunktlage gehalten wird. Um eine seitliche Auslenkung zu bewirken, müssen Federkräfte überwunden werden, die die 0-Lage wieder herzustellen versuchen.

Das DE 85 08 947 U1 offenbart einen Näherungsschalter, der den Antrieb abschaltet, wenn das am Flansch befestigte Werkzeug gegen ein Hindernis fährt.

Eine weitere Einrichtung ist aus der WO 83/0 32 187 bekannt, wobei hier Druckmittelbälge vorgesehen sind, die eine seitliche Bewegung oder Verkanten ausgleichen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der vorgenannten Art so zu gestalten, daß mit sehr kleinen Kraftaufwendungen auch größere Lageabweichungen in einer horizontalen Ebene ausgeglichen werden können. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorzugsweise Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Beim Entleeren bzw. teilweise Evakuieren des Druckmittel-Balgzylinders kann die Losscheibe mit sehr kleinen Kraftaufwendungen in jede beliebige Lage gelangen, die nur durch das vorgegebene seitliche Bewegungsspiel begrenzt ist. Dieses Spiel kann z. B. 12 mm betragen und gleicht damit einen großen Teil aller möglichen Unterschiede aus, die durch ungenaues Übergeben bzw. unpräzise Lagerung von Werkstücken auf Paletten entstehen können. Nach dem Erfassen des Werkstückes wird dem Druckmittel-Balgzylinder beim Abheben des vom Greifer erfaßten Werkstückes Druckmittel zugeführt und die Losscheibe über die kegelförmigen Zentrierungen in die exakt vorgegebene Lage bewegt, so daß das anschließende Übergeben des Werkstückes z. B. an das Spannfutter einer Bearbeitungsmaschine mit der erforderlichen Präzision erfolgt. Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Linie II aus Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III durch die Fig. 2.

Am Ende eines Roboterarmes ist ein als Winkelprofil ausgebildeter Tragring 2 mittels sechs Schrauben 3 an einer Festscheibe 1 befestigt. Ein Schenkel dieses Tragringes bildet ein ringförmiges Gehäuse 2a, der andere Schenkel ist eine Festscheibe 2b mit einer Mittelbohrung 2c, die um zweimal den maximalen Verschiebeweg x größer ist als das hindurchragende Tragrohr 4 mit der Losscheibe 4a. Weiterhin weist die Festscheibe 2b vier Zentrierbohrungen 2d auf, deren Lage in Fig. 2 zu erkennen ist. Der Durchmesser der Zentrierbohrungen 2d ist ebenfalls um zweimal das Verschiebemaß x größer als der Durchmesser der der Zentrierung dienenden Stifte 9. Die Zentrierbohrungen 2d haben kegelige Erweiterungen 2e für Zentrierkegel 10, die auf Zapfen 9b der Stifte 9 mittels Muttern 16 verstellbar befestigt sind. Die gedachte Kegelspitze zeigt zum Roboterarm 1; der Kegelwinkel kann vorzugsweise 60 Grad betragen und die Kegellänge kann der Bohrungstiefe entsprechen. Anstelle der kegeligen Erweiterung 2e ist auch eine Bohrung mit balligem Profil denkbar.

Die Losscheibe 4a ist auf einem bestimmten Teilkreis mit abgestuften Bohrungen 4b für Kugelrollen 5 versehen und hat vier Zentrierbohrungen 4c, deren Lage sich genau mit den Zentrierbohrungen 2d der Festscheibe 2b deckt. Die Zentrierbohrungen 4c sind entsprechend der Kegelverjüngung kleiner als die Zentrierbohrung 2d der Festscheibe und haben kegelige Einsenkungen 4d für kegelige Erweiterungen 9a der Stifte 9, die mit Ansätzen 9c in Passbohrungen 8a des Zentrierelementhalters 8 hineinragen und mit Muttern 17 angespannt sind.

Die Losscheibe 4a befindet sich oberhalb der Festscheibe 2b, auf der sie mit den Kugelrollen 5 aufliegt. Diese bestimmen über die abgestuften Bohrungen 4b der Losscheibe 4a den Abstand zwischen dieser und der Festscheibe 2b.

Am unteren Ende des Tragrohrs 4 ist zentriert und verdrehgesichert ein Flansch 6 für die Aufnahme eines Greifers oder Werkzeuges montiert. Dabei verbleibt zwischen dem Flansch 6 und der Festscheibe 2b ein Abstand h. Auf dem Flansch 6 ist mittels einer Schraube 15 ein Druckmittel-Balgzylinder 7 befestigt, dessen oberes Ende mit einem unter dem Zentrierelementhalter 8 angeordneten Anschlußstück 13 verbunden ist. Dieses hat einen durch eine Zentralbohrung 8b führenden Anschlußzapfen 13a und eine Druckmittelbohrung 13b, die durch eine Druckmittelverschraubung 14 zu einer Druckmittelleitung 12 führt und damit an ein nicht gezeichnetes Druckmittelsystem angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Zentrierelementhalter 8 nur durch den Balgzylinder 7 getragen wird und daß vier Arme des Zentrierelementhalters 8 die Zentrierbohrungen 4c und 2d der Losscheibe 4a und Festscheibe 2b überdecken. Dabei verbleibt zwischen Zentrierelementhalter 8 und Losscheibe 4a auch der bereits erwähnte Abstand h. An jedem Arm des Zentrierelementhalters 8 ist in seiner Paßbohrung 8a einer der bereits erwähnten Stifte 9 aufgenommen, die durch die erwähnten Zentrierbohrungen 4c und 2d der Los- und Festscheibe ragt.

Der auf dem Zapfen 9b des Stiftes 9 angeordnete Zentrierkegel 10 ist mittels der Mutter 16 so eingestellt, daß bei dem Druck beaufschlagtem Balgzylinder gleichzeitig die kegelige Erweiterung 9a des Stiftes 9 in der Zentrierbohrung 4c der Losscheibe 4a und der Zentrierkegel 10 in der Zentrierbohrung 2d der Festscheibe 2b anliegt. Damit eine genaue Zentrierung und Fixierung der Losscheibe 4a gegenüber der Festscheibe 2b möglich ist, müssen mindestes je zwei dieser Zentrierelemente 9a und 10 vorhanden sein. Die Vorrichtung hat für die Lagekontrolle in der Losscheibe 4a drei auf die Festscheibe 2b gerichtete Näherungsschalter 11, die in den Fig. 2 und 3 eingezeichnet sind. Die Näherungsschalter 11 sind genau auf der Verbindungslinie zweier benachbarter Kugelrollen 5 angeordnet. Der Abstand der Näherungsschalter 11 von der Festscheibe 2b ist kleiner als der Schaltabstand. Wenn jetzt durch äußere Krafteinwirkung auf die Losscheibe 4a der Abstand s zwischen Los- und Festscheibe vergrößert wird, so wird dies durch einen oder mehrere Näherungsschalter 11 signalisiert. Bei weiteren Ausführungsvarianten der Vorrichtung können die Näherungsschalter 11 aber auch auf kleineren bzw. größeren Teilkreisen der Losscheibe positioniert werden. Wird z. B. der Teilkreis so klein gewählt, daß er sich dem Rand der zentralen Mittelbohrung der Festscheibe 2b nähert, dann können auch kleine seitliche Auslenkungen erfaßt werden.

Die Betriebslage der Festscheibe 2b ist waagerecht. In dieser Lage kann sich die Losscheibe 4a mit dem am Flansch 6 montierten Greifwerkzeug mit sehr kleinem Kraftaufwand parallel zur Festscheibe 2b nach jeder Seite um 12 mm (Bewegungsspalt x) in der Ebene verschieben. Dazu muß im Druckmittel-Balgzylinder 7 ein Unterdruck erzeugt werden, so daß sich dieser ganz zusammenzieht. Dabei wird der Abstand h zwischen Losscheibe 4a und Zentrierelementhalter 8 bis zum Abstand 0 reduziert, wobei auch die Stifte 9 nach unten zu dem Flansch 6 hin verschoben werden. Dann befindet sich der Durchmesser des Stiftes 9 oberhalb der kegeligen Erweiterung 9a in Höhe der Zentrierbohrung 2d der Festscheibe 2b. Damit entsteht auch zwischen der Zentrierbohrung 2d und dem Stift 9 der Bewegungsspalt x. Somit kann die Losscheibe 4a im Bereich des Bewegungsspaltes x über die Kugelrollen 5 gegenüber der Festscheibe 2b verschoben werden. Nach Beendigung des Greifvorganges muß die Vorrichtung durch Beaufschlagung des Druckmittel-Balgzylinders 7 wieder zentriert und fixiert werden.

Eine weitere Funktion dieser Vorrichtung besteht in der Kollisionserkennung auch im fixierten Zustand. Wenn das an den Flansch 6 montierte Greifwerkzeug senkrecht auf ein Hindernis stößt, wird der Flansch 6 mit dem Tragrohr 4 gegen den Druck im Druckmittel-Balgzylinder 7 angehoben. Dabei vergrößert sich der Abstand s maximal um das Maß h, d. h. bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel um 25 mm. Diese Lageänderung wird durch die Näherungsschalter 11 erkannt. Auch eine Kollision des Greifwerkzeuges in der Waagerechten wird anhand der dabei eintretenden Schräglage des Tragrohres erkannt, wobei nur ein Teil der Kugelrollen 5 und Näherungsschalter 11 von der Festscheibe 2b abgehoben werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Ausgleichen von Lage- und Positions­ toleranzen, zum Beispiel für einen Greifer eines Industrie­ roboters am Ende seines Arbeitsarmes, mit auf Abstand zueinander gehaltenen Festscheiben für eine dazwischen angeordnete, von einer Druckkraft beaufschlagte Losscheibe, die mit einem Ansatz für einen Flansch des Greifers oder dergleichen mit seitlichem Bewegungsspiel durch eine Öffnung der dem Greifer zugewandten Festscheibe ragt, wobei die Losscheibe über kegelförmige Zentrierungen in der Festpunkt-Lage gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Losscheibe (4a) über Kugelrollen (5) auf der dem Greifer zugewandten Festscheibe (2b) abgestützt ist, daß zwischen der Losscheibe (4a) und der dem Greifer abgewandten Festscheibe (1) ein Zentrierelementhalter (8) vorgesehen ist und daß zwischen diesem und der Losscheibe (4a) ein an ein Druckmittelsystem angeschlossener Druckmittel- Balgzylinder (7) angeordnet ist, über den - je nach Füllgrad - der Abstand zwischen Losscheibe (4a) und Zentrierelementhalter (8) einstellbar ist und daß in Paßbohrungen (8a) des Zentrierelementhalters (8) mehrere mit seitlichem Bewegungs­ spiel durch die Losscheibe (4a) und die Festscheibe (2b) geführte, mit Zentrierkegeln (9a, 10) versehene Stifte (9) mit ihren Ansätzen (9c) befestigt sind, die mit kegelförmigen Einsenkungen (4d, 2e) der Losscheibe (4a) und der Festscheibe (2b) zusammenwirken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittel-Balgzylinder (7) in einem Tragrohr (4) der Losscheibe (4a) angeordnet ist, das diese mit dem Flansch (6) verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußzapfen (13a) des Druckmittel-Balgzylinder- Anschlußstückes (7) durch eine Zentralbohrung (8b) des Zentrierelementhalters (8) reicht und über eine Druckmittel­ verschraubung (14) an die Druckmittelleitung (12) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkegel (10) für die kegelförmige Einsenkung (2e) der Festscheibe (2b) auf einem Zapfen (9b) im Anschluß an den Zentrierkegel (9a) des Stiftes (9) angeordnet ist und mittels einer Mutter (16) auf dem Zapfen (9b) axial verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tragrohr (4) der Losscheibe (4a) und der dafür vorhandenen Mittelbohrung (2c) der Festscheibe (2) sowie zwischen den Zentrierbohrungen (2d) der Festscheibe (2b) und den Stiften (9) je ein Luftspalt von der Breite des Verschiebeweges (x) vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der seitliche Abstand zwischen dem Zentrierelement (8) und dem ringförmigen Gehäuse (2a) der Festscheibe (2) größer ist als der Verschiebeweg (x).

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Kugelrollen (5) und der zentralen Mittelbohrung (2c) größer ist als der Verschiebeweg (x).

8. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der zueinander beweglichen Teile auf den benachbarten Teil gerichtete Näherungsinitiatoren (11) angeordnet sind.