DE3921055A1 - Greifwerkzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug zur Ver­ wendung an Robotermaschinen zum exakten und gesteuerten Grei­ fen, Transportieren und/oder Positionieren von Maschinentei­ len.

Die Erfindung betrifft Greifwerkzeuge wie sie in der US-PS 45 93 948 offenbart und in der US-PS 47 41 568 beschrieben sind; sie betrifft Verbesserungen an einem Greifwerkzeug, wie in der verfallenen US-Anmeldung 06/8 52 614 vom 16. Aprilil 1986 bezüglich eines parallel beweglichen Greifers offenbart. Zu­ sätzlich sind weitere Bemühungen bezüglich Greifern bekannt, wie sie beispielsweise in den US-PS 45 44 193, 10 89 362, 9 00 856, 7 46 707 und der DE-PS 22 54 784 offenbart sind. Bis­ her wurden die Greifer gleitbar auf einer geeigneten Schiene zur Bewegung zwischen einer Betriebs- und einer Nichtbe­ triebsposition befestigt. Derartige gleitbar befestigte Grei­ fer unterliegen Gleitreibung, welche in einer vergleichsweise kurzen Zeit einen beträchtlichen Verschleiß der relativ be­ weglichen Teile bewirkt, welcher nach und nach ein übermäßi­ ges Spiel zwischen den komplementären Teilen produziert. Wenn sich das Spiel vergrößert, wird die Exaktheit des Greifwerk­ zeugs ungünstig beeinflußt. Weiterhin läßt die Greifkraft des Greifwerkzeugs bei Abnutzung der Teile infolge der Gleitrei­ bung, welcher die Teile unterliegen, nach.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Robo­ tergreifer bereitzustellen, der parallel bewegliche Greifer aufweist, die auf einer Roboterhand derart befestigt sind, daß die Reibung zwischen den relativ beweglichen Teilen auf ein Minimum reduziert wird. Ferner soll bei einem Greiferauf­ bau die Reibung minimiert werden, so daß auch die Abnutzung zwischen den komplementär beweglichen Teilen minimiert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen.

Nach Maßgabe der Erfindung wir ein Greiferaufbau bereitge­ stellt, der in der Lage ist, seine Betriebsexaktheit und Greifkraft über eine angemessene Zeitdauer beizubehalten. Insbesondere weist der Greiferaufbau für eine Roboterhand eine erweiterte Betriebsdauer im Vergleich mit herkömmlichen Greifern gleicher Größe und Kraft auf.

Es wird ein Robotergreiferaufbau vorgeschlagen, welcher ein Gehäuse umfaßt, das einen fluidgesteuerten Kolben zum Betäti­ gen eines mit der Kolbenstange verbundenen Doppel­ kantenzahnstangenelementes enthält. Im Zahneingriff sind an den entgegengesetzten Zahnstangenenden ein Paar von Stirnrä­ dern angeordnet, um relativ zueinander gegenläufig zu drehen, wenn das Doppelkantenzahnstangenelement aufgrund der Betäti­ gung durch den Kolben hin- und herbewegt wird. Jedes der Stirnräder ist im Zahneingriff mit einem Zahnstangenschlitten angeordnet, um die Bewegung der entsprechenden Zahnstangenschlitten zueinander und voneinanderweg zu bewir­ ken, wenn die Stirnräder in der einen oder der anderen Rich­ tung gedreht werden. Mit den jeweiligen Zahnstangenschlitten ist jeweils ein Greiffinger zur parallelen Bewegung befe­ stigt, um dazwischen ein Werkstück zu greifen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die jeweiligen Zahnstangenschlit­ ten auf Rollenlagern beweglich angeordnet, die zwischen den Zahnstangenschlitten und der dazugehörigen am Gehäuse gela­ gerten Führungseinrichtung angeordnet sind. Dies wird er­ reicht, indem die Führungseinrichtung aus einem Paar gegen­ überliegender Schienen gebildet wird, wobei die benachbarten Kanten der Schienen und dazwischen angeordneten Zahn­ stangenschlitten komplementäre Oberflächen aufweisen, um da­ zwischen einen Rollenlagerkäfig mit Rollenlagern aufzunehmen, so daß der Zahnstangenschlitten in rollender Verbindung mit den gegenüberliegenden Führungsschienen angeordnet ist.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereit­ stellung eines Rollenlageraufbaus, der zwischen den Führungs­ schienen und den Zahnstangenschlitten angeordnet ist, um eine Rollreibungsbeziehung zwischen den Zahnstangenschlitten und den dazugehörigen Führungsschienen zu bewirken. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in einem vergleichs­ weise einfachen Aufbau, welcher sehr positiv im Betrieb ist und einfach in der Montage.

Nach der Erfindung wird ein Greifwerkzeug bereitgestellt, das einem Minimum von Reibung unterliegt, um den Verlust jegli­ cher Greifkraft infolge von Abnutzung zu minimieren.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Ausfüh­ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht von Konstruktionsdetails des erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsbeispiels, und

Fig. 4 eine Ansicht des in Fig. 1 Ausführungsbeispiels von unten.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Greifwerk­ zeug 10 gezeigt. Das Greifwerkzeug umfaßt ein Gehäuse 10 A, welches einen oberen Gehäusebereich 10 B und einem mit diesem verbundenen unteren Gehäusebereich 10 C aufweist. Geeignete Schrauben oder Bolzen 27, 28 sichern den oberen Gehäu­ sebereich an dem unteren Gehäusebereich. In dem oberen Gehäu­ sebereich ist eine Kammer ausgebildet, welche einen Zylinder 11 darstellt, in welcher ein Kolben 12 zu Hin- und Herbe­ wegung eingesetzt ist. Vorrichtungen zur Einleitung eines Fluiddruckes in den Zylinder 11 sind angeordnet, um die Ver­ schiebung des Kolbens zum Betrieb der Vorrichtung zu be­ wirken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird Fluiddruck an einem Punkt oberhalb A und unterhalb B des Kolbens einge­ leitet, je nachdem in welche Richtung der Kolben 12 ver­ schoben werden soll. Durch alternierenden Fluß des Fluiddruk­ kes zu dem Zylinder 11 wird der Kolben 12 innerhalb des Zy­ linders 11 hin- und herverschoben.

Mit dem Kolben ist eine Kolbenstange 13 verbunden, an deren freiem Ende eine Doppelkantenzahnstange 14 befestigt ist. Wie gezeigt, weisen die entgegengesetzten Kanten 14 A und 14 B eine Reihe beabstandeter Zähne auf, welche so angeordnet sind, um in Eingriff mit einem entsprechenden Stirnrad 15 A und 15 B zu sein, welche auf beiden Seiten der Zweikantenzahnstange 14 in dem unteren Gehäusebereich 10 C angeordnet sind.

Der Boden des unteren Gehäusebereichs ist mit einer längli­ chen Öffnung 29 versehen.

Mit der Bodenkante des unteren Gehäusebereiches ist eine Füh­ rungsvorrichtung 16 verbunden, welche ein Paar gegenüber­ liegend angeordneter Schienenelemente 16 A, 16 B umfaßt. Wie am besten in Fig. 2 und 3 gesehen werden kann, ist jedes der Schienenelemente 16 A, 16 B in Form eines länglichen Elementes, das in geeigneter Weise an der unteren Kante des unteren Ge­ häusebereiches 10 C befestigt ist, ausgebildet, wobei die in­ neren Kanten der Schienenelemente voneinander zur Bildung ei­ nes Führungsweges zur Aufnahme eines Paares von Zahnstangen­ schlitten 17 und 18 angeordnet sind. Wie gezeigt, weist jeder Zahnstangenschlitten 17 und 18 entlang seiner Oberkante einen Zahnstangenbereich 17 A und 18 A auf, welcher in Zahneingriff mit den entsprechenden Stirnrädern 15 A und 15 B angeordnet ist. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, weisen die jewei­ ligen inneren voneinander beabstandeten Kanten der jeweiligen Schienenelemente winkelig ausgebildetete Oberflächen 31 und 32 auf. In vorteilhafter Weise sind die winkelig ausgebilde­ ten Oberflächen 31 und 32 in einem 90°-Winkel relativ zuein­ ander ausgebildet. Andere Winkel, z.B. 30°, sind selbstver­ ständlich möglich.

Die gegenüberliegenden Seitenflächen 33 und 34 der ent­ sprechenden Zahnstangenschlitten 17 und 18 sind jeweils mit einer winkelig komplementär ausgebildeten Oberfläche 35 und 36 versehen, die komplementär zu den winkeligen Oberflächen der gegenüberliegenden Kanten 31, 32 der entsprechenden Schienenelemente 16 A und 16 B sind.

Gemäß Fig. 3 ist eine Rollenlagervorrichtung 20 zwischen den komplemetären Oberflächen der Zahnstangenschlitten und dazu­ gehörigen Schienenelementen angeordnet, so daß die entspre­ chenden Zahnstangenschlitten 17, 18 in rollender Befestigung mit und zwischen den entsprechenden Schienenelementen 16 A, 16 B angeordnet sind. Die Rollenlagervorrichtung umfaßt einen Rollenkäfig 21 mit winkelig angordneten Seitenbereichen 20 A und 20 B, welche jeder eine oder mehrere längliche voneinander beabstandete Öffnungen zur Aufnahme eines Rollenlagers 22 aufweisen. Die Anordnung ist derart, daß der Rollenlagerkäfig 21 mit Lagern 22 auf jeder Seite des entsprechenden Zahnstan­ genschlittens zwischen dem Schlitten und dem benachbarten Schienenelement angeordnet ist, so daß jeder Schlitten roll­ bar auf den Schienenelementen aufgenommen ist. Gemäß Fig. 3 weisen die gegenüberliegenden Enden der Schlitten 17 und 18 Endkappen 37 auf, um die Rollenlagervorrichtung 20 dazwischen zu halten.

Mit dem jedem der beiden Schlitten 17 und 18 sind die ent­ sprechenden Greiferfinger 38 und 39 verbunden. Die Finger funktionieren zum Greifen, Transport und Positionieren eines Werkstücks während des Betriebs der Vorrichtung 10.

Im Betrieb wird der Kolben 12 innerhalb des Zylinders durch die Einleitung eines Fluiddrucks, beispielsweise Luft- oder Flüssigkeitsdrucks in den Zylinder 11 verschoben. Wird der Kolben 12 nach unten gefahren, wird auch die Zweikanten­ zahnstange gesenkt, was bewirkt, daß die Stirnräder 15 A und 15 B entgegengesetzt gedreht werden, so daß die Zahnstangen­ schlitten und die von ihnen getragenen Finger zu einer Bewe­ gung voneinanderweg angetrieben werden. Wird der Kolben 12 nach oben gefahren, bewegen sich die Zahnstangenschlitten aufeinanderzu, was ein Schließen oder Greifen eines Werkstük­ kes der Finger 38, 39 bewirkt.

Die Schlitten 17 und 18 in rollender Verbindung relativ zu den Schienenelementen 16 A und 16 B. Somit ist der Verschleiß zwischen Schlitten und den Schienenelementen minimiert, wo­ durch der Betrag eines sich ansonsten entwickelnden Spiels reduziert wird. Indem das Spiel infolge von Abnutzung redu­ ziert wird, wird die Exaktheit und Verwendungsdauer des Greifwerkzeugs erheblich verlängert. Weiterhin wird die Greifkraft der entsprechenden Finger auf ihrem optimalen Ni­ veau über die Lebensdauer der Vorrichtung 10 beibehalten. Da­ durch, daß Greifkräfte des Greifwerkzeugs beibehalten werden, kann der Greifer eine höhere Nutzlast aufnehmen, beispiels­ weise schwerere oder größere Teile als herkömmliche gleitbar befestigte Greifer gleicher Größe und Kraft. Durch das Weg­ fallen der Gleitreibung zwischen den beweglichen Teilen kann die Erhöhung der Nutzungsdauer der Greifer mit der 20- bis 50fachen Zeit gegenüber vergleichbaren Greifwerkzeugen, die Gleitreibungsanordnungen unterliegen, angenommen werden. Mit der beschriebenen Konstruktion wird die Beibehaltung der op­ timalen Effektivität und Exaktheit der Vorrichtung über die erweiterte Lebensdauer gewährleistet.

Claims (5)

1. Robotergreifwerkzeug mit einem Gehäuse (10 A), welches eine Zylinderkammer (11) umfaßt, einen Kolben (12), der in der Zylinderkammer (11) angeordnet ist, eine Kolben­ stange (13), die mit dem Kolben (12) verbunden ist, eine Zweikantenzahnstange (14), die mit dem Kolben (12) verbunden ist und Stirnräder (15 A) und (15 B), die im Zahneingriff mit den Kanten der Zahnstange angeordnet sind, wobei die Stirnräder (15 A) und (15 B) gleichförmig angetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungsvorrichtung (16) mit dem Gehäuse (10 A) verbunden ist und eine Führungsbahn bildet, daß ein Paar von Zahnstangenschlitten (17, 18) an der Führungs­ bahn angeordnet ist, wobei jeder der Zahnschlitten in Zahneingriff mit einem der Stirnräder (15 A, 15 B) ist und daß eine Lagervorrichtung (20) zwischen der Füh­ rungsvorrichtung (16) und den Zahnstangenschlitten (17, 18) innerhalb der Führungsbahn angeordnet ist.

2. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Greiffinger (38, 39) jeweils mit einem der Zahn­ stangenschlitten (17, 18) derart verbunden sind, daß sie bei Betätigung des Kolbens (12) aufeinander zu und voneinanderweg beweglich sind, wobei die Greiffinger (38, 39) koaxial ausgerichtet sind.

3. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsvorrichtung ein Paar gegenüberliegender Schienenelemente (16 A, 16 B) umfaßt, wobei das Paar von Schienenelementen (16 A, 16 B) voneinander beabstandete und eine Führungsbahn bildende Kantenbereiche aufweist und wobei jeder der Kantenbereiche mit winkelig ausge­ bildeten Oberflächen (31, 32) gebildet ist, wobei jeder der Zahnstangenschlitten (17, 18) gegenüberliegende Endbereiche und längliche Seitenbereiche (33, 34) auf­ weist, wobei die Seitenbereiche (33, 34) winkelig aus­ gebildetete Oberflächen, die komplementär zu den winke­ ligen Oberflächen (31, 32) der Schienenelemente (16 A, 16 B) und an diese angrenzend angeordnet sind und daß die Lagervorrichtung (20) zwischen den komplementären winkeligen Obeflächen (31, 32) der Schienenelemente (16 A, 16 B) und den dazu komplemetären winkeligen Ober­ flächen der Zahnstangenschlitten (17, 18) angeordnet sind, wobei die Zahnstangenschlitten (17, 18) in rol­ lender Verbindung mit den Schienenelementen angeordnet sind.

4. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Endanschläge (37) mit den gegenüberliegenden Endbereichen der Zahnstangenschlitten (17, 18) verbun­ den sind, wobei die Endanschläge (37) sich seitlich der winkeligen Oberflächen der Zahnstangenschlitten (17, 18) erstrecken und zwischen den Endkappen (37) die Lagervorrichtung (20) angeordnet ist, wobei die Lager­ vorrichtung (20) sich gleichförmig mit den Zahnstangen­ schlitten (17, 18) bewegt.

5. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung (20) einen länglichen Käfig (21) mit winkelig ausgebildeten Seiten (20, 20 B) auf­ weist, wobei eine Mehrzahl von Rollenlagern (22) in länglichem Abstand auf jeder Seite des Käfigs (21) auf­ genommen ist, wobei die Rollenlager (22) in rollender Verbindung den entsprechenden winkeligen Oberflächen (31, 32) der Schienenelemente (16 A, 16 B) und den kom­ plementären winkeligen Oberflächen der Zahnstangen­ schlitten (17, 18) angeordnet sind.