DE4011328A1

DE4011328A1 - Werkzeugtraeger fuer handhabungsgeraete

Info

Publication number: DE4011328A1
Application number: DE19904011328
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Reger; Hans Dipl Phys Hecht; Ulrich Dipl Ing Berger; Rainer Dipl Ing Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1990-04-07
Filing date: 1990-04-07
Publication date: 1991-10-10
Also published as: DE4011328C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Werkzeugträger für Handhabungs geräte nach der Gattung des Anspruchs 1. Solche bewegungs- und ab laufprogrammierbare Handhabungsgeräte mit Rechnersteuerung werden in der automatisierten Fertigung eingesetzt. Zur Durchführung einer vorgegebenen Manipulationsaufgabe ist es u. a. erforderlich, die Kräfte bzw. Momente zwischen dem Werkzeug, beispielsweise einem Greifer, und seiner Umgebung zu messen. Die Kräfte bzw. Momente am Handgelenk des Werkzeugträgers sind von Beschleunigungs-, Ge wichts- und Reaktionskräften bestimmt, die von der Summe der Masse des Greifers, des gefaßten Gegenstandes und von äußeren Einflüssen herrühren.

Eine computergesteuerte Bewegungseinheit, bei dem eine Handgelenk abtastung verwendet wird, ist beispielsweise durch die DE-OS 25 00 143 bekannt. Dort sind am Befestigungsteil für das Werk zeug elastische Kupplungselemente angebracht, die den Befestigungs teil mit einem an der Bewegungseinheit angebrachten Rohr verbinden. Die elastischen Kupplungselemente werden bei Übertragung von Kräften verformt und neben den Kupplungselementen sind separate Meßwandler zur Ermittlung von auf das Werkzeug einwirkenden Kräften und Momenten angeordnet.

Durch die DE-OS 26 28 701 ist eine Fühleranordnung für Manipulatoren bekannt geworden, die eine Reihenschaltung einer Mehrzahl von starr und lösbar miteinander verbindbaren Fühlerelementen aufweist, welche je einen Satz auf den planparallelen Ebenen eines zentralen Stegs angeordneter Dehnungsmeßelemente aufweisen, wobei jedes Fühler element durch seine Ausrichtung einer der Hauptachsen zugeordnet ist.

Bei einer weiteren Fühleranordnung für Handhabungsgeräte gemäß der EP-A-00 36 912 sind zwischen einem Werkzeug-Befestigungsflansch und einer Grundplatte Federmittel in Form eines Federkreuzes angeordnet, welche den Befestigungsflansch in eine definierte Position bezüglich der Grundplatte bringen, sobald keine äußeren Kräfte auf das Werk zeug bzw. den Flansch einwirken. Durch die nachgiebige Halterung des Werkzeug-Befestigungsflansches sollen bei fehlpositionierten Werk stücken oder Werkstücken mit Maßabweichungen Beschädigungen des Werkstücks, der Werkstückaufnahme oder des Handhabungsgeräts ver mieden werden. Bei Auftreten von Relativbewegungen zwischen Be festigungsflansch und Grundplatte werden die Federmittel elastisch verformt, wobei an den Federarmen angebrachte Meßwertaufnehmer Richtung und Größe der Verformung erfassen und in weiterverarbeit bare elektrische Signale umwandeln.

Schließlich ist durch die DE-OS 28 35 712 eine Einrichtung zum Aus richten von Teilen zueinander bekannt geworden, bei welcher eine Ab tastvorrichtung über mindestens ein biegsames Verbindungsteil paral lel verschiebbar mit einem auszurichtenden Teil, beispielsweise einem Werkzeug, in Verbindung steht, wobei die Verschiebung zwischen der Abtastvorrichtung und dem auszurichtenden Teil mittels Meß wandlern berührungslos gemessen wird.

Allen diesen bekannten Werkzeugträgern ist gemeinsam, daß die Ver bindung zwischen dem ersten Abschnitt zum Anbringen des Trägers an einer Bewegungseinheit und dem zum Befestigen des Werkzeugs dienen den zweiten Abschnitt über elastische Kupplungs- bzw. Federmittel erfolgt. Notwendigerweise müssen die Federn verhältnismäßig stark gewählt werden, damit sie das Gewicht des zweiten Abschnitts, des daran angebrachten Werkzeugs und gegebenenfalls eines vom Werkzeug erfaßten Werkstücks ohne bleibende Verformung zu tragen vermögen. Dies hat zur Folge, daß die Ansprechempfindlichkeit der Federn auf Relativbewegungen zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Ab schnitt des Werkzeugträgers nachteilig beeinflußt wird.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Werkzeugträger mit den kennzeichnenden Merk malen des Anspruchs 1 hat demgegebenüber den Vorteil, daß das Ge wicht des zweiten Abschnitts des Werkzeugträgers und des daran be findlichen Werkzeugs nicht von den Federn getragen zu werden braucht, sondern vom ersten Abschnitt des Trägers aufgenommen wird. Dadurch kann ein Federlimit eingesetzt werden, das in seiner Em pfindlichkeit auf den Anwendungsfall abgestimmt ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Werkzeugträgers möglich. Eine einfache Bauart, welche auf Drehkräfte anspricht, besteht darin, daß die Stützfläche durch ein zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt ange ordnetes Drehlager gebildet wird. Vorteile im Zusammenbau eines solchen Werkzeugträgers ergeben sich daraus, daß der erste Abschnitt aus einem an der Bewegungseinheit befestigbaren Flansch besteht, welcher einen sich in axialer Richtung erstreckenden Fortsatz hat, dessen freies Ende als ein zur Drehachse konzentrischer Gewinde bolzen ausgebildet ist, an welchem der zweite Abschnitt mittels einer auf den Bolzen aufgeschraubten Mutter drehbar gehalten ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erlautert. Es zeigen Fig. 1 den Werkzeugträger in einem Längsschnitt, Fig. 2 den Werkzeugträger nach Fig. 1 in einem Querschnitt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der in den Figuren dargestellte Werkzeugträger fur Handhabungsgeräte hat einen mit einer Bewegungseinheit 1 des Geräts verbundenen ersten Abschnitt 2, nachstehend Flansch genannt, sowie einen zweiten Ab schnitt 3 in Form eines topfförmigen, zylindrischen Gehäuses, an dessen Boden 4 ein Werkzeug 5, beispielsweise ein Greifer, anbring bar ist. Zwischen dem Boden 4 und dem Werkzeug 5 befindet sich eine Adapterplatte 6 mit nicht dargestellten Befestigungsschrauben für das Werkzeug.

Der Flansch 2 und der zweite, topfförmige Abschnitt 3 des Werkzeug trägers haben im Ausführungsbeispiel gleichen Durchmesser. Der Flansch 2 hat an seiner Unterseite eine Eindrehung 7 zur Aufnahme des Lagerrings 8 eines Nadellagers 9, dessen zweiter Lagerring 10 in die Stirnfläche der Seitenwand 9 des zweiten Abschnitts 3 eingesetzt ist. Das Lager 7, 8, 9 gestattet eine Relativdrehung des Flansches 2 zum Gehäuse 3 und umgekehrt.

Der Flansch 2 hat einen nach unten gerichteten Fortsatz 12, der, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, U-förmigen Querschnitt auf weist. Das freie Ende dieses Fortsatzes ist als ein zur Drehachse der Teile 2 und 3 konzentrischer Gewindebolzen 13 ausgebildet, an welchem der zweite Abschnitt 3 mittels einer auf dem Bolzen 13 auf geschraubten Mutter 14 drehbar gehalten ist. Diese Mutter bildet die Stützfläche, an der der zweite Abschnitt 3 unter dem Einfluß der Schwerkraft anliegt.

Der Gewindebolzen 13 ist von einer konzentrischen Wand 15 des zweiten Abschnitts 3 umgeben. Zwischen dieser Wand 15 und dem Ge windebolzen 13 befindet sich ein als Schrägkugellager ausgebildetes Drehlager 16, das zwischen einem Bund 17 der Wand 15 und der Mutter 14 eingespannt ist. Die Lager 8, 9, 10 und 16 haben die Aufgabe, die Reibung zwischen den Teilen 2 und 3 zu reduzieren und die Stabilität der Anordnung gegen Auslenkungen zu erhöhen.

Die Mutter 14 ist von einer Zentrierhülse 18 umgeben, die sich am Innenumfang der Wand 15 abstützt.

An dem Fortsatz 12 des Flansches 2 ist eine sich radial zur Dreh achse der Teile 2, 3 erstreckende Blattfeder 19 angebracht, deren beide Enden mit der Wand 11 des zweiten Abschnitts 3 verbunden sind. Hierzu sind insgesamt vier gleiche, kreisbogenförmige Spannsegmente 20 vorgesehen, von denen zwei einander gegenüberliegende Stirn flächen 21 zweier Spannsegmente jeweils ein Federende einschließen. Die Spannsegmente 20 liegen am Innenumfang der Wand 11 an und sind mittels Schrauben 22 an dieser Wand lösbar befestigt. Die Schrauben durchgreifen je einen in der Wand 11 ausgebildeten Querschlitz 23, um eine begrenzte Verschiebung der Spannsegmente zueinander für Justierzwecke zu ermöglichen.

Die Blattfeder 19 ist zwischen die Stirnflächen der beiden Schenkel des U-förmigen Fortsatzes 12 und einem mit diesem verschraubten Klemmstück 24 eingespannt. Zwei hierzu vorgesehene, die Blattfeder 19 durchgreifende Schrauben sind mit 25 bezeichnet.

Zur Einstellung der Spannsegmente entlang der Innenfläche der Wand 11 dienen zwei kegelstumpfförmige Ziehkeile 26, die mit den abge rundeten Enden jeweils zweier Spannsegmente zusammenarbeiten. Die Ziehkeile 26 sind einander diametral gegenüberliegend und um 90° zur Blattfeder 19 versetzt angeordnet. Jedem Ziehkeil ist eine von außen zugängliche Verstellschraube 27 zugeordnet. Die Spannsegmente 20 sind mit Hilfe der Ziehkeile 26 so eingestellt, daß die Blattfeder 19 von den Stirnflächen der Segmente 20 gleitend gehalten wird.

Zur Ermittlung der auf das Werkzeug 5 einwirkenden Drehkräfte ist die Blattfeder 19 mit Meßwandlern oder Meßwertaufnehmern 28 (Fig. 1) bestückt, deren Signale in bekannter Weise zur Steuerung des Handhabungsgeräts ausgewertet werden. Als Meßwandler dienen vorzugsweise piezoresistive Widerstände, die beispielsweise im Druckverfahren auf die Blattfeder 19 aufgebracht werden und bei Biegeverformungen der Feder Signale liefern, die Größe und Richtung des Biegemoments wiedergeben. Diese Signale werden in den Regelkreis des Handhabungsgeräts eingespeist.

Beim Zusammenbau des Werkzeugträgers werden die Lagerringe 8, 10 und das Nagellager 9 in die hierfür vorgesehenen Stellen des Flansches 2 bzw. des zweiten Abschnitts 3 eingelegt und die Blattfeder 19 mit den Schrauben 25 und dem Klemmstück 24 am Fortsatz 12 des Flansches 2 befestigt. Die Spannsegmente 20 und die Ziehkeile 26 werden mit den Schrauben 22 bzw. 27 zunächst lose an der Innenfläche der Wand 11 angebracht und das Schrägkugellager 16 in die hierfür vorgesehene Vertiefung des zweiten Abschnitts 3 eingelegt. Nun können die vor montierten Baugruppen zusammengesteckt und mit der Mutter 14 fixiert werden. Als nächstes wird der Zentrierring 18 eingesetzt. An schließend werden die Schrauben 27 der Ziehkeile 26 soweit ange zogen, bis die Spannsegmente 20 an der Blattfeder 19 anliegen. Sodann werden die Spannsegmente 20 durch Anziehen der Schrauben 22 festgeklemmt. Damit ist die Montage des Werkzeugträgers beendet.

Mit der im Ausführungsbeispiel gezeigten Anordnung lassen sich Dreh bewegungen des ersten Abschnitts gegenüber dem zweiten Abschnitt und umgekehrt erfassen und auswerten. Anstelle des gezeigten Drehgelenks könnte die Stützfläche des ersten Abschnitts auch als Pendellager oder dergleichen für den zweiten Abschnitt ausgebildet sein, bei spielweise derart, daß eine am zweiten Abschnitt angebrachte Kugel von einer Gelenkpfanne des ersten Abschnitts aufgenommen wird. Dadurch können nicht nur Drehkräfte, sondern über ein entsprechend ausgebildetes Federelement auch Kräfte aus anderen Richtungen erfaßt und ausgewertet werden. Als Federelement kommen in diesem Fall vor zugsweise gummielastische Elemente zum Einsatz, die einer Verformung nach jeder Richtung hin stattgeben.

Wesentlich für die Erfindung ist es in jedem Falle, daß das jeweile Gewicht des zweiten Abschnitts, des daran angebrachten Werkzeugs und gegebenenfalls eines vom Werkzeug ergriffenen Werkstücks nicht den federnden Verbindungsteil belastet, sondern unmittelbar vom ersten Abschnitt des Werkzeugträgers aufgefangen wird. Dadurch werden die federnden Verbindungsteile nur mit den aus Relativbewegungen zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt resultierenden Kräften belastet und können ihrer Aufgabe entsprechend sehr ansprechempfind lich ausgebildet werden.

Claims

1. Werkzeugträger für Handhabungsgeräte mit einem ersten Abschnitt, insbesondere einem Flansch, zum Anbringen des Tragers an einer Be wegungseinheit des Geräts und mit einem zweiten Abschnitt zum Be festigen eines Werkzeugs, welcher gegenüber dem ersten Abschnitt be weglich angeordnet ist, sowie mit einem vorzugsweise federnden Ver bindungsteil, der in einem Mittelteil des einen Abschnitts und in eine Randzone des anderen Abschnitts eingespannt ist, wobei dem Ver bindungsteil wenigstens ein Meßwandler zur Ermittlung von auf das Werkzeug bzw. dessen Befestigungsabschnitt einwirkenden Kräften zur Steuerung des Geräts unter Auswertung der ermittelten Signale zuge ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (2) mit einer Stützfläche (14, 16) versehen ist, an welcher der zweite Ab schnitt (3) unter dem Einfluß der Schwerkraft anliegt.

2. Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche durch ein zwischen dem ersten Abschnitt (2) und dem zweiten Abschnitt (3) angeordnetes Drehlager (14, 16) gebildet wird.

3. Werkzeugträger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (2) und der zweite Abschnitt (3) unter Einschluß des Lagers (14, 16) drehbar aneinander befestigt sind.

4. Werkzeugträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (2) aus einem an der Bewegungseinheit (1) befestig baren Flansch besteht, welcher einen sich in axialer Richtung er streckenden Fortsatz (12) hat, dessen freies Ende als ein zur Dreh achse konzentrischer Gewindebolzen (13) ausgebildet ist, an welchem der zweite Abschnitt (3) mittels einer auf dem Bolzen aufge schraubten Mutter (14) drehbar gehalten ist.

5. Werkzeugträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gewindebolzen (13) und einer diesen konzentrisch um gebenden Wand (15) des zweiten Abschnitts (3) ein sich an der Mutter (14) abstützendes Drehlager (16) angeordnet ist.

6. Werkzeugträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehlager (16) als Schrägkugellager oder Kegelrollenlager ausge bildet ist.

7. Werkzeugträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Fortsatz (12) des ersten Abschnitts (2) eine sich radial zur Drehachse der Abschnitt (2, 3) erstreckende Biegefeder (19) ange ordnet ist, deren beide Enden mit einer den Fortsatz (12) umgebenden Wand (11) des zweiten Abschnitts verbunden sind.

8. Werkzeugträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federenden von Spannsegmenten (20) gehalten werden, welche am Innenumfang der Wand (11) des zweiten Abschnitts (3) befestigbar sind.

9. Werkzeugträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einander gegenüberliegenden Enden der Spannsegmente (20) je ein mit einer von außen zugänglichen Schraube (27) versehener Zieh keil (26) angeordnet ist, mit dem die Lage der Spannsegmente in Um fangsrichtung der Wand (11) einstellbar ist.

10. Werkzeugträger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (12) einen U-förmigen Querschnitt hat, und daß die Biege feder (19) an den Stirnflächen der beiden parallelen Schenkel des Fortsatzes mittels eines Klemmstücks (24) befestigt ist.

11. Werkzeugträger nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß in einem spannungsfreien Bereich der Biegefeder (19) innerhalb des Fortsatzes (24) ein mit den Meßwertaufnehmern (28) verbundener elektronischer Verstärker (29) angeordnet ist.