DE4005334C2 - Greifeinrichtung - Google Patents
GreifeinrichtungInfo
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- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
- B25J9/102—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears
- B25J9/103—Gears specially adapted therefor, e.g. reduction gears with backlash-preventing means
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- B25J13/00—Controls for manipulators
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- B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
- B25J15/0253—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising parallel grippers
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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.
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.
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