DE4005334C2 - Greifeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Greifeinrichtung ist aus der der "Zeit­ schrift für wirtschaftliche Fertigung und Automation", Jahrgang 77, 1982, Heft 2, Seite 79 bekannt. Die insbeson­ dere in Bild 5 dargestellte gattungsgemäße Greifeinrich­ tung weist einen steuerbaren Motor auf, dessen Abtriebs­ welle die Schnecke eines Schneckengetriebes mit zwei Schneckenrädern antreibt. Die Drehachsen der Schneckenrä­ der stehen senkrecht auf der von Greiferbacken aufgespann­ ten Ebene. Jedes Schneckenrad ist auf der Welle eines Zahnrades einer zugeordneten Zahnstangen/Zahnrad-Einheit angeordnet, deren Zahnstange mit dem verschiebbaren Element einer verdrehgesicherten Längsführung für den jeweiligen Greiferbacken verbunden ist.

Diese bekannte Greifeinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Greifergetriebe nicht spielfrei ist.

Eine Greifeinrichtung anderer Gattung ist aus der DE 36 06 874 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Greifeinrichtung ist der Motor in Schneckenlängsrichtung gegen die Kraft der Federeinrichtung verschiebbar gelagert. Durch diese Anord­ nung wird dann, wenn die Greiferbacken an dem zu greifen­ den Objekt anliegen und somit das Schneckenrad des Schnecken­ getriebes "blockiert" ist, der Motor aufgrund der Dre­ hung der Schnecke gegen die Vorspannungskraft verschoben, so daß sich eine einstellbare Greifkraft ergibt.

Insbesondere für feinwerktechnische Aufgaben, bei denen sehr geringe Greifkräfte, die nur geringfügig größer als 0 N sind, vorgebbar sein sollen, ist diese bekannte Greif­ einrichtung jedoch nicht geeignet. Beispielsweise aufgrund des Eigengewichts des Motors ergibt sich eine "minimale" Greifkraft, die für manche feinwerktechnische Aufgaben bereits zu groß sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifein­ richtung anzugeben, die spielfrei arbeitet, und bei der mit einer hohen Auflösung auch sehr geringe Greifkräfte, die sich nur unwesentlich vom Wert 0 N unterscheiden, vorgebbar sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung greift den Gedanken auf, die Erzeugung des Vorschubs von der Erzeugung der Greifkraft zu trennen, und zum anderen, mit einer hohen Übersetzung zu arbeiten, so daß die vorgegebenen Greifkräfte mit einer großen Auflö­ sung eingestellt werden können.

Überraschenderweise läßt sich die erfindungsgemäß gestell­ te Aufgabe dadurch lösen, daß von einer Greifeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen und diese gattungsgemäße Greifeinrichtung durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale weitergebildet wird:

Zur Erzeugung einer bestimmten Greifkraft ist jede Grei­ ferbacke an dem zugehörigen vorschiebbaren Element gegen die Kraft einer Federeinrichtung beweglich angebracht. Die Federeinrichtung weist eine Zugfeder auf, deren Enden an den Greiferbacken befestigt sind. Das Schneckenrad ist auf einer von der Motor-Abtriebswelle getrennten Welle ange­ ordnet ist, die in Achsrichtung vorgespannt und mit der Motor-Abtriebswelle über eine in Achsrichtung elastische Kupplung verbunden ist.

Durch die Trennung von Vorschub und Führung wird zum einen die Genauigkeit bei der Positionierung der Greiferbacken erhöht, zum anderen ist es möglich, die Greiferbacke mit einer "geführten Nachgiebigkeit gegen Federkraft" zu ver­ sehen. Hierdurch ist es möglich, die Greifkraft in Abhän­ gigkeit von der Verschiebung des jeweils die Greiferbacke haltenden Elements gegen die an dem zu greifenden Objekt anliegende Greiferbacke sehr feinfühlig einzustellen. Bei einer typischen Realisierung einer erfindungsgemäßen Greifeinrichtung kann beispielsweise die Greifkraft mit einer Genauigkeit von 0,001 N programmiert werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Anspruch 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Federeinrichtung angegeben, die nach dem Anliegen der Greiferbacken an das handzuhabende Werkstück durch weitere Verschiebung des Schlittens bzw. des verschiebbaren Ele­ ments der Linear-Vorschubeinheit die gewünschte vorgegebe­ ne Greifkraft erzeugen. Die Verwendung von Druckfedern hat den Vorteil, daß ihre Integration auch in kompakt ausge­ legte Greifeinrichtungen problemlos möglich ist.

Durch die im Anspruch 3 angegebene Einstelleinrichtung für das Gegenlager der Druckfeder läßt sich die Greifkraft dem jeweiligen Problem noch genauer anpassen.

Im Anspruch 4 ist eine einfache Realisierung der Vorspan­ nung der Schneckenrad-Welle angegeben.

Im Anspruch 5 ist eine bevorzugte Ausführung für die ver­ drehgesichterte Längsführung als Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann beispielsweise ein Verschiebeweg der Linear-Vorschubeinheit von ca. 0,1 mm pro Umdrehung des Motors realisiert werden (Anspruch 6).

Hierdurch ist es möglich, die gewünschte hohe Auflösung der programmierbaren Greifkraft nicht nur durch einen lagegeregelten Gleichstrommotor (Anspruch 8), sondern auch gemäß Anspruch 7 durch einen einfachen Schrittmotor zu erzielen.

Da bei kleinen maximalen Greiferwegbereichen nicht der gesamte Umfang der Schneckenräder genutzt wird, können anstelle von "Schnecken-Vollräder" auch Schneckenradseg­ mente verwendet werden, so daß sich eine beträchtliche Gewichts- und Platzersparnis ergibt.

Zur Wahrung der Positioniergenauigkeit ist bei großen Greifkraftbereichen ferner die Versteifung eines Backens mittels einer Hülse anstelle einer Druckfeder möglich.

In jedem Falle wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine Greifeinrichtung geschaffen, bei der auch ohne Ver­ wendung von Kraftsensoren bei vorgegebenen Werkstückab­ messungen durch eine entsprechende Programmierung des Antriebsmotors mit hoher Auflösung eine bestimmte Greif­ kraft einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Greifereinrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht von der Rückseite, und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Greifereinrichtung.

Die erfindungsgemäße Greifereinrichtung weist in bekannter Weise einen Flansch (1) auf, mit dem diese an einem Gegen­ flansch (1′, siehe Fig. 2 bzw. 3) angebracht werden kann, der beispielsweise wiederum an der letzten Handachse eines - nicht dargestellten - Industrieroboters angebracht ist, der die Greifereinrichtung wahlfrei positioniert. Die Aus­ bildung des Flansches (1) und des Gegenflansches (1′) ist für die erfindungsgemäße Funktion ohne weiteren Belang, so daß sie im folgenden nicht näher beschrieben werden soll. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung lediglich eine exemplarische Ausgestaltung angegeben ist.

An dem Flansch (1) ist eine Motorhalterung (2) angebracht, an der ein Motor (3), der beispielsweise ein lagegeregel­ ter Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor mit hoher Schrittzahl - typischerweise 2000 Schritte - pro Umdrehung sein kann, befestigt ist.

Die Abtriebswelle (4) des Motors ist über eine Kupplung (5), die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fal­ tenbalgkupplung ist, mit einer Antriebswelle (6) für eine Schnecke (7) eines weiter unten noch erläuterten Schnecken­ getriebes verbunden. Die Antriebswelle (6) ist in zwei Wälzlagern (8) bzw. (8′) gelagert, von denen das Lager (8) durch einen Sicherungsring (9) gegen Verschiebungen in Richtung der Achse gesichert ist. Das Lager (8′) ist dagegen durch eine Tellerfeder (10), die an einer fest eingespannten Lagerscheibe (11) anliegt, in Achsrichtung vorgespannt.

Die Schnecke (7) treibt zwei Schneckenräder (12 bzw. 12′) an, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greifer­ backen aufgespannten Ebene stehen.

Hierdurch ist es möglich, einen großen Durchmesser der Schneckenräder (12) bzw. (12′) zu wählen, so daß ein Großteil der Untersetzung durch das Schneckengetriebe bereitgestellt wird.

Die Verwendung einer in Achsrichtung flexiblen Kupplung (5) hat eine Reihe von Vorteilen:

Zum einen ermöglicht es die Verwendung einer Kupplung, die großen Schneckenräder (12) mit der von der kurzen Motor­ welle (4) angetriebenen Schnecke (7) in Eingriff zu bringen.

Zum anderen wird durch die verspannte Lagerung der Schnecken­ welle (6) das Axialspiel dieser Welle beseitigt. Ferner erlaubt die Kupplung (5) den Ausgleich eines fertigungs­ technisch bedingten Ersatzes zwischen Motor- und Schnecken­ antriebswelle.

Anders ausgedrückt ermöglicht die Kupplung (5) bei Spiel­ freiheit in Umfangsrichtung einen Ausgleich von axialem, lateralem und angularem Wellenversatz.

Die Lagerung der Schnecken-Antriebswelle (6) in Wälzlagern (8) bzw. (8′) ist durch die hohen Drehzahlen des Motors (3) bedingt, die sich durch die hohe Untersetzung einer­ seits und die Forderung nach kurzen Greiferöffnungs- und Schließzeiten andererseits ergeben.

Die durch die Tellerfeder (10) erreichte axiale Verspan­ nung beseitigt das bei Lagern dieser Form übliche Spiel.

Die Schneckenräder (12) bzw. (12′) sind mittels Spann­ stiften (13) auf jeweils einer Schneckenrad-Welle (14) befestigt, die in einer Gleitlagerbuchse (15) drehbar gelagert ist. Auf der Welle (14) ist ferner mittels eines Spannstifts (16) ein schrägverzahntes Stirnzahnrad (17) be­ festigt, das mit einer Zahnstange (18) kämmt. Die Zahn­ stangen (18) sind jeweils am Schlitten (19) befestigt, die in einer Doppelprisma-Längsführung (20) mittels Kugelkäfig-Führungen (21) verschiebbar gelagert sind. An dem Schlit­ ten (19) ist mittels Führungsbolzen (23) bzw. (23′) ein Fingerhalter (24, 24′) für die Greiferbacken (25 bzw. 25′) befestigt. Die Fingerhalter (24) sind dabei auf dem Füh­ rungsbolzen (23) gegen die Kraft von Druckfedern (26 bzw. 26′) verschiebbar. Die einerseits an dem Fingerhalter und andererseits an einem Element des Schlittens (19) anliegen.

Ferner sind an den beiden Schlitten die Enden einer Zugfe­ der (26) eingehängt.

Die beschriebene Greifeinrichtung arbeitet wie folgt: Zum Greifen eines Werkstücks werden zunächst die Greiferbacken 25 bzw. 25′ soweit geschlossen, daß diese an dem (nicht dargestellten) Werkstück anliegen.

Durch eine weitere definierte Umdrehung des Motors wird der Schlitten 19 gegen die Greiferbacken 25 um eine be­ stimmte Strecke verschoben, der über die Druckfeder ein­ deutig eine bestimmte Greifkraft zugeordnet ist.

Da durch den gesamten Aufbau der erfindungsgemäßen Greif­ einrichtung Spielfreiheit gewährleistet ist, kann einer bestimmten Stellung der Greiferbacken immer eine bestimmte Greifkraft eindeutig zugeordnet werden.

Damit ist es möglich auf Sensoren etc., die gegebenenfalls die Greifkraft erfassen würden, zu verzichten. Selbstver­ ständlich ist es aber auch möglich, derartige Sensoren vorzusehen.

Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens näher beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver­ ständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind:

So kann selbstverständlich die Ausbildung der Greiferfin­ ger beliebig sein. Insbesondere können an dem Schlitten wechselbare Greiferfinger angebracht sein, die die An­ passung an die unterschiedlichen Handhabungsaufgaben er­ lauben.

Ferner können auch bei kleinen maximalen Greiferwegbe­ reichen anstelle von "Schnecken-Vollräder" Schneckenrad­ segmente verwendet werden, so daß sich eine beträchtliche Gewichts- und Platzersparnis ergibt.

Claims (8)

1. Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes mit zwei Schneckenrädern antreibt, deren Drehachsen senkrecht auf der von Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen, und von denen jedes auf der Welle eines Zahnrades einer zuge­ ordneten Zahnstangen/Zahnrad-Einheit angeordnet ist, deren Zahnstange mit dem verschiebbaren Element einer verdrehge­ sicherten Längsführung für den jeweiligen Greiferbacken verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung einer bestimmten Greifkraft jede Greiferbacke an dem zugehörigen vorschieb­ baren Element gegen die Kraft einer Federeinrichtung be­ weglich angebracht ist,
daß die Federeinrichtung ferner eine Zugfeder aufweist, deren Enden an den Greiferbacken befestigt sind, und
daß das Schneckenrad auf einer von der Motor-Abtriebswelle getrennten Welle angeordnet ist, die in Achsrichtung vor­ gespannt und mit der Motor-Abtriebswelle über eine in Achsrichtung elastische Kupplung verbunden ist.

2. Greifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung zwei Druckfedern aufweist, von denen jede einen Greiferbacken in Richtung auf die Schließstellung beaufschlagt.

3. Greifeinrichtung nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung für das Gegenlager der Druckfedern vorgesehen ist.

4. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenrad-Welle in Wälzlagern gelagert ist, von denen eines mittels einer Tellerfeder vorgespannt ist.

5. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehgesicherte Längs­ führung eine Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung ist.

6. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg der Zahn­ stange ca. 0,1 mm pro Umdrehung des Motors beträgt.

7. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Schrittmotor ist.

8. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein lagegeregelter Gleichstrommotor ist.