DE3910801C2 - - Google Patents

Description

Gattung

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für Hand­ habungseinrichtungen, wie Industrieroboter o. dgl., mit mo­ torisch antreibbaren Spannsegmenten, denen Greiffinger zugeordnet sind, mit zu jedem Zeitpunkt während des Grei­ fens veränderbarer Greifkraft, die vom Motorstrom abhän­ gig ist.

Stand der Technik

Aus der DE-OS 33 40 946 ist eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 vorbe­ kannt, bei der die Greifbacken über einen geregelten Gleichstrommotor angetrieben werden. Zwischen der Steuer­ spannung und dem Motordrehmoment besteht ein nicht li­ nearer Zusammenhang, was eine aufwendige Regelung mit einem Kraftsensor erforderlich macht, will man die Greif­ kraft direkt proportional der Steuerspannung einstellen.

Die DE-OS 36 00 339 betrifft eine Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Industrieroboter mit einer Steuerein­ richtung und einem einstellbaren, zum Beispiel program­ mierbaren Greifer, dessen Backen über einen Antriebsmotor verstellt werden, wobei zum Antrieb des Greifergetriebes ein Schrittmotor vorgesehen ist, der bei Übereinstimmung von Ist-/Sollwert abgeschaltet wird und durch seine Cha­ rakteristik im Stillstand die Greifkraft aufbringt. Da­ durch soll keine besondere Einrichtung (Strombegrenzung) erforderlich sein, um die Greifkraft aufzubringen.

Die DE-OS 37 10 380 zeigt eine Greifvorrichtung für einen Industrieroboter, mit gegenläufig verstellbaren Greiferbacken, die an Greiferbackenhaltern befestigt sind, wobei die Greiferbackenhalter mit mindestens einem Greifkraftsensor versehen sind. Der Greifkraftsensor ist ein Schlupfsensor. Außerdem weist der Greifkraftsensor ein Reibrad auf, das in Greifstellung der Greiferbacken am ergriffenen Werkstück anliegt. Dem Reibrad ist ein Win­ kelgeber zugeordnet, der an die Robotersteuerung ange­ schlossen ist. Des weiteren ist jeder Greiferbackenhalter mit Dehnungsmeßstreifen als weitere Greifkraftsensoren ausgestattet. Beide Greiferbackenhalter sind gegensinnig durch einen gemeinsamen Antrieb bewegbar. Dieser Antrieb ist eine Stellspindel, und zwar eine rechts- und links­ gängige Kugelrollspindel, die durch einen Elektromotor angetrieben sein kann.

Aus der DE-OS 36 06 874 ist eine Greifeinrichtung mit Greiferbacken vorbekannt, die zur Verstellung der Grei­ feröffnung einen Motor mittels Gewindespindeln ver­ schiebt, wobei der Motor über ein Schneckengetriebe die Gewindespindeln antreibt und in Schneckenlängsrichtung gegen eine Vorspannkraft verschieblich gelagert ist. Der Motor ist auf einem in Schneckenlängsrichtung beweglichen Schlitten befestigt, den eine Druckfeder beaufschlagt. Als Motor ist ein Schrittmotor mit einer programmierbaren Schrittmotorsteuerung. Dabei ist mindestens ein Endschalter vorgesehen, der bei einer bestimmten Verschiebung des Motors diesen abschaltet. Die Greiferbacken sind auf Rol­ lenführungen parallel zu den Gewindespindeln geführt, wo­ bei die eigentlichen Greiferbacken an Greiferbackenträ­ gern austauschbar angebracht sind.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine univer­ sell, d. h. bei beliebiger Steuerung einsetzbare Greif­ vorrichtung zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln die Greifkrafteinstellung direkt über eine der Greifkraft proportionale Steuerspannung vornehmbar ist.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 wiedergegebenen Merkmale gelöst.

Einige Vorteile

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten bürstenlosen Motor ist ein linearer Zusammenhang zwischen Steuerspannung und Drehmoment gegeben. Reibungsmindernde Maßnahmen, wie wälzkörpergeführte Spannsegmente und Kugelumlaufspindel fördern im wesentlichen die direkte Abhängigkeit der Greifkraft vom Motorstrom.

Bei der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung werden sowohl die Greifkraft als auch die Greiferöffnung über den Motor gesteuert. Dadurch eignet sich die Greifvorrichtung ins­ besondere für Greifaufgaben, bei denen Teile eng gepackt auf Paletten liegen und Teile unterschiedlicher Form und Größe und mit unterschiedlichen maximal zulässigen Greif­ kräften mit einem Greifer, und zwar ohne Greifer- und Backenwechsel, ergriffen werden sollen.

Die erfindungsgemäße Lösung zur Greifkraftbegrenzung hat den Vorteil, daß auf ein aufwendiges Kraftmeßsystem (Wägesystem) zur Greifkraftmessung verzichtet werden kann, da die Greifkraft mit dem Motorstrom für diesen Zweck ausreichend genau vorgegeben und zu jedem Zeitpunkt während des Greifens korrigiert bzw. neu vorgegeben werden kann. Der Motor verfährt die Spannsegmente und damit die Greiffinger oder Greiferbacken, bis die Kugelroll­ spindel blockiert. Der Motorstrom steigt im Stillstand bis auf den eingestellten, d. h. vorgegebenen Wert, an. Das dadurch erreichte Antriebsmoment an der Motorwelle und damit an der Kugelrollspindel bringt über die spiel­ freie Antriebsmechanik die Greifkraft auf. Die erfin­ dungsgemäße Greifvorrichtung ist so ausgelegt, daß die maximal zulässige Greifkraft der Greifvorrichtung dauernd aufgebracht werden kann, ohne daß der Motor thermisch überlastet wird. Der Vorteil liegt darin, daß die Greif­ kraft nicht über Bremsen oder Federpakete wie z. B. bei der Bauart nach der DE-OS 36 06 874 gehalten werden muß, weil der Antrieb kein kontinuierliches Drehmoment bringt (z. B. Rastmomente bei Schrittmotoren), oder der Antrieb aus Überlastungsgründen abgeschaltet wird. Durch die an­ geflanschte Permanentmagnetbremse bleibt die Greifkraft auch bei einem Energieausfall erhalten. Sie kann jedoch auch während des Betriebs der Greifvorrichtung automa­ tisch oder manuell zugeschaltet werden, wenn es die Si­ cherheit erfordert oder die Greifvorrichtung höhere Kräfte aufbringen soll. Der Motor darf dabei kurzzeitig höhere Momente liefern.

Vorteilhaft ist, daß die Greifvorrichtung ohne großen Aufwand an jede elektronische Steuerung angeschlossen werden kann, da alle motorspezifischen Ansteuerungsele­ mente wie die elektronische Kommutierung, die Motorstrom­ begrenzung oder die Motorendstufe, in der Greifvorrich­ tung integriert sind. Die elektronische Steuerung kon­ trolliert die Greifvorrichtung nur über einfache Signal­ leitungen, die so angelegt sind, daß sie sowohl von ana­ logen wie auch von digitalen Signalausgängen bedient wer­ den können. Dadurch ist eine größtmögliche Flexibilität gewährleistet.

Gegenüber bekannten Greifvorrichtungen wie z. B. der Bau­ art nach der DE-OS 21 59 889 kann bei der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung eine Antriebsmechanik, z. B. mit einem Zahnriemen und Kugelumlaufspindel, absolut spielfrei aufgebaut werden, da auf Grund der günstigen Auslegung auf weitere, spielbehaftete Getriebe verzichtet werden kann.

Mit dem angeflanschten inkrementalen Wegemeßsystem kann so eine hohe Positionier- und Meßgenauigkeit erreicht werden. Das Wegemeßsystem liefert standardisierte Aus­ gangssignale, die aus handelsüblichen Lagerelektroniken (Positioniersteuerung) ausgewertet werden können. Die Greifvorrichtung mit dem Wegemeßsystem ist in der Lage, Teile auf Maßgenauigkeit, z. B. Wellendurchmesser, zu prüfen und ggf. beim Greifvorgang eine Sortierung oder Selektierung vorzunehmen. Dadurch, daß auch der Verfahr­ weg der Greifvorrichtung begrenzt werden kann, ist es möglich, Teile weg- und zeitoptimal zu greifen.

Weitere Ausführungsformen

Die Patentanspüche 2 bis 7 beschreiben sehr vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.

In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch - an einem Ausführungsbeispiel - teils im Schnitt - veran­ schaulicht.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Gehäuse der Greifvorrich­ tung bezeichnet, in dem - wie nachfolgend noch darzulegen sein wird - alle Teile, auch alle motorspezifischen An­ steuerungselemente wie z. B. elektronische Kommutierung, die Motorstrombegrenzung oder die Motorenendstufe und ein Servoverstärker, insbesondere schmutzgeschützt, angeordnet sind. Bei 2 ist ein linkes Gehäuseteil veranschaulicht.

Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein linkes Lagerschild und mit 4 ein rechtes Lagerschild bezeichnet.

In dem Gehäuse 1 ist eine Kugelumlaufspindel 5, auch Kugelrollspindel genannt, in Wälzlagern 19 drehbar gelagert. Die Kugelumlaufspindel 5 ist bei der dargestellten Aus­ führungsform z. B. auf dem linken Teil ihrer Länge mit Linksgewinde und auf dem rechten Teil ihrer Länge mit Rechtsgewinde versehen worden. Mit diesen Gewinden kämmt auf dem linken Teil eine Spindelmutter 6, mit dem ein Spannsegment 8 gekuppelt ist, dem eine nicht dargestellte Greiferbacke oder ein ebenfalls nicht dargestellter Spannfinger jeweils auswechselbar zugeordnet ist.

Auf dem rechten Längenabschnitt der Kugelumlaufspindel 5 ist eine wie die Spindelmutter 6 gestaltete, nicht näher bezeichnete Spindelmutter angeordnet, der in ebensolcher Weise ein Spannsegment 8a zugeordnet ist, mit dem ebenso wie mit dem Spannsegment 8 austauschbar eine nicht darge­ stellte Greiferbacke oder ein nicht dargestellter Greif­ finger zugeordnet ist. In der Zeichnung sind die Spann­ segmente 8 und 8a auf diametral gegenüberliegenden Seiten mit der Befestigung der Greiferbacken oder Greiferfinger dienenden Buchsen, Nocken oder Paßbolzen versehen, dargestellt.

Das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Mutter, während 10 ein Gehäuse einer an dem Gehäuse 1 seitlich ange­ flanschten Permanentmagnetbremse 11 betrifft. Die Permanent­ magnetbremse ist unmittelbar der Kugelrollspindel 5 zugeordnet, insbesondere an diese direkt angekuppelt.

Bei 12 ist eine Gehäuseabdeckung für einen noch zu be­ schreibenden spielfreien Antrieb bezeichnet.

Mit 20 ist eine Zahnscheibe für einen Riementrieb be­ zeichnet, über den die Kugelumlaufspindel 5 durch einen Motor 24 angetrieben wird, der auf seiner Motorwelle ein Ritzel 21 aufweist, mit dem ein Zahnriemen 22 ge­ trieblich verbunden ist. Auf diese Weise wird die An­ triebsleistung von dem Motor 24 über das Ritzel 21, den Zahnriemen 22 auf die Zahnscheibe 20 und damit auf die Kugelumlaufspindel 5 spielfrei übertragen.

Bei 25 sind die Ansteuerungselemente wie z. B. die elek­ tronische Kommutierung, die Motorstrombegrenzung und ein Servoverstärker angeordnet.

Mit 27 und 28 sind Faltenbalgabdeckungen bezeichnet, die die Greifermechanik vor Verschmutzung und Fremdkörpern schützen.

Ein inkrementales Wegemeßsystem 29 ist auf der Motorwelle angeflanscht, während die beiden Endlagen der Spannsegmente 8 durch End- oder Näherungsschalter 30 überwacht werden. Die Spannelemente 8, 8a sind auf Wälzkörperlinearführungen 32 bewegbar.

Mit 34 sind O-Ringe bezeichnet, während 38 eine Befesti­ gungsschraube für den Antrieb 24 darstellt. Bei 39 ist eine Befestigungsschraube für den Linearschlitten ange­ deutet, während bei 41 Schrauben für die Befestigung der Spannsegmente 8 bzw. 8a am Lagerlinearschlitten dargestellt sind. Bei 58, 59 und 60 sind Sicherungsringe für die betreffende Spindelmutter 6 angedeutet. Die andere Seite der Vorrichtung mit zugehöriger Spindelmutter ist entsprechend ausgestaltet.

Wie man aus der Zeichnung erkennt, sind Permanentmagnet­ bremsen 11 das Wegemeßsystem 29 sowie die Elektronik mit Servoverstärker 25 in dem Gehäuse 1 angeordnet, so daß alle erforderlichen Teile in der Greifvorrichtung selbst schmutzgeschützt integriert sind.

Der elektrische Anschluß des Greifers und Servoverstärkers 25 erfolgt über einen D-Gerätestecker 31 an der Greifer­ bodenseite.

Claims (7)

1. Greifvorrichtung für Handhabungseinrichtungen, wie In­ dustrieroboter o. dgl., mit motorisch antreibbaren Spann­ segmenten, denen Greiffinger zugeordnet sind, mit zu je­ dem Zeitpunkt während des Greifens veränderbarer Greif­ kraft, die vom Motorstrom abhängig ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein bürstenloser Antriebsmotor (24) verwen­ det wird, der die wälzkörpergeführten Spannsegmente (8, 8a) bis zum Blockieren der als Kugelumlaufspindel (5) ausgebildeten Antriebswelle für die Spannsegmente ver­ fährt, daß der Motorstrom im Stillstand bis auf einen vorgegebenen Wert ansteigt, und daß alle motorspezifi­ schen Ansteuerungselemente schmutzgeschützt in dem Grei­ fergehäuse (1) angeordnet sind.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß am Gehäuse (1) eine Permamentmagnetbremse (11) angeordnet, insbesondere angeflanscht, ist, die bei Energieausfall und/oder während des normalen Betriebes automatisch zuschaltbar ist und die Kugelumlaufspindel (5) blockiert.

3. Greifvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine spielfreie Antriebsmechanik (21, 22, 20, 5) und ein inkrementales Wegemeßsystem (29) vor­ gesehen sind, daß Wegemeßsystem auf der Motorwelle ange­ flanscht ist und die beiden Endlagen der Spannsegmente durch End- oder Näherungsschalter (30) überwachbar sind.

4. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Greifermechanik durch eine Faltenbalgabdeckung (27, 28) vor Verschmutzung und Fremd­ körpern geschützt ist.

5. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerung die Greifvorrichtung nur über einfache Signalleitungen kon­ trolliert, die so angelegt sind, daß sie sowohl von ana­ logen wie auch von digitalen Signalausgängen bedienbar sind.

6. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der fol­ genden, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferfinger an den Spannsegmenten (8, 8a) manuell und automatisch aus­ wechselbar angeordnet sind.

7. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der fol­ genden, dadurch gekennzeichnet, daß die Greifvorrichtung bodenseitig oder seitlich an der Handhabungseinrichtung anschraubbar ist, wobei die genaue Lage durch Paßhülsen oder Paßstifte fixierbar ist.