DE4029631A1 - Greifvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung, insbe­ sondere für Handhabungsgeräte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Greifer mit mehreren um die Greiferachse angeordneten Greifbacken und mit einem axialen Stell­ antrieb für relativ zueinander axial bewegliche Kupp­ lungsplatten sowie mit jeweils einem scherenartig mit­ einander verbundenen Lenkerpaar für jede Greifbacke, das entsprechend der axialen Abstandsänderung der Kupplungselemente die radiale Öffnungsweite der Greif­ backen ändert, ist aus der DE-OS 38 41 041 bekannt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung zu schaffen, die bei größtmöglicher Stabilität ein gerin­ ges Gewicht aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Haupt­ anspruchs.

Die Neigung der Kraftangriffsflächen ermöglicht die Reduzierung der Seitenkraftkomponenten auf einen ver­ nachlässigbar kleinen Wert. Auf diese Weise wird die Stabilität des Greifers erhöht, wodurch höhere Greif­ kräfte bei geringerem Eigengewicht des Greifers möglich sind. Das geringe Gewicht des Greifers ermöglicht beim Einsatz in Handhabungsgeräten eine Erhöhung des maxima­ len Hubgewichtes des Handhabungsgerätes, wobei zusätz­ lich Schnelligkeit, Verschleißverhalten usw. des Hand­ habungsgerätes auf Grund der geringeren zu beschleuni­ genden Massen verbessert ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Stellantrieb ko­ axial mit der Greiferachse zwischen den Kupplungsele­ menten angeordnet ist und vorzugsweise aus einer Kurz­ hub-Kolben-Zylindereinheit besteht. Durch die Anordnung des Stellantriebs zwischen den Zentralplatten wird die Baulänge des Greifers verkürzt und die Ankopplungsmög­ lichkeit an einem Handhabungsgerät oder Roboterarm ver­ einfacht.

Der Stellantrieb kann neben der Kolbenstange noch mindestens eine Führungsstange als Verdrehsicherung aufweisen. Auf diese Weise ist die Drehsteifigkeit des Greifers erhöht, was ebenfalls dazu beiträgt, daß die Materialstärken der Greiferelemente verringert werden können, wodurch das Greifergewicht gesenkt werden kann.

Die Zentralplatten weisen bei einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel einen radial abstehenden Verstei­ fungsflansch auf. Durch die im Querschnitt gesehen zweifache Kröpfung der Zentralplatte und dem ringförmig abstehenden Versteifungsflansch wird eine hohe Verfor­ mungssteifigkeit der Zentralplatten bei geringem Ge­ wicht erreicht.

Dabei können die Zentralplatten mit rasterförmig ange­ ordneten Befestigungslöchern versehen sein, die einer­ seits zur Gewichtsreduzierung ohne Festigkeitseinbußen beitragen und andererseits zum Befestigen weiterer Greiferelemente verwendet werden können.

Die Lenker bestehen vorzugsweise aus Flachblechen, deren Anlenkbereiche in einer ersten Ebene verlaufen, wobei der zwischen den Anlenkbereichen befindliche Zwischenbereich parallel versetzt in einer zweiten Ebene verläuft derart, daß jeweils zwei entgegengesetzt orientierte Flachbleche einen ersten Lenker bilden, der mit einem zweiten Lenker mit umgekehrter Anordnung der Flachbleche ein scherenartiges Gelenkgetriebe bildet. Dieses Gelenkgetriebe kann folglich aus vier identi­ schen Flachblechen zusammengesetzt werden, mit denen bei niedrigem Gewicht hohe Kräfte übertragen werden können.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Gelenke der Lenkerpaare auf einem Lagerbolzen gelagerte Gleitbuchsen aufweisen. Die Gleitbuchsen nehmen die Lenker an den axialen Enden in zapfenförmigen Vorsprün­ gen auf.

Dabei bilden die Gleitbuchsen mit den Flachblechen der Lenker verwindungssteife Kastenprofile, die die Gesamt­ stabilität des Greifers erhöhen.

Die hintere Zentralplatte kann drehbar zwischen zwei drehfesten hinteren Anschlußplatten gelagert sein. Der Greifer kann auf diese Weise auf einer drehfesten An­ schlußplatte frei gedreht werden, wobei der Kolben des Stellantriebs gegebenenfalls drehbar an der vorderen Kupplungsplatte gelagert wird.

Auch die vordere Zentralplatte kann drehbar zwischen zwei drehfesten Anschlußplatten gelagert sein. In die­ sem Fall ist es möglich, den Stellantrieb zwischen den Zentralplatten an den jeweils inneren drehfesten An­ schlußplatten zu befestigen, so daß der Greifer bei drehfestem Stellantrieb frei drehbar ist.

Eine vorteilhafte Verwendung eines solchen frei dreh­ baren Greifers besteht beispielsweise als reitstock­ seitige mitlaufende Spannzange.

Die hintere Zentralplatte und die zugehörigen Anschluß­ platten können eine zentrale Öffnung aufweisen, durch die Steuerungsleitungen für den Stellantrieb oder Sen­ soren oder dgl. hindurchgeführt werden können. Zwischen den Zentralplatten und den jeweiligen Anschlußplatten sind Wälzlager angeordnet, die den Reibungswiderstand bei Rotation des Greifers reduzieren.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnun­ gen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Greifervorrichtung mit drei Greifbacken,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die vordere Zentralplatte bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ent­ sprechend der Linie II-II,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die vordere Zentralplatte bei einem zentrisch greifenden Vierfingergrei­ fer,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Dreifingerflach­ greifers,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt durch ein Gelenk an den Kupp­ lungsplatten in vergrößertem Maßstab und

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer frei drehbaren Greifvorrichtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Greifvorrichtung 1 kann am Ende eines Armes eines Handhabungssystems, beispielsweise eines Roboters befestigt sein. Vorzugsweise koaxial zu diesem Arm ist ein Stellantrieb 4 vorgesehen, mit dem eine Kolbenstange 3 hin- und herbewegt werden kann. Der Stellantrieb 4 verschiebt mit Hilfe der Kolbenstange 3 zwei Kupplungselemente 6 relativ zueinander, nämlich eine vordere Zentralplatte 12 relativ zu einer hinteren Zentralplatte 14, auf der als Stellantrieb 4 eine Kurz­ hub-Kolben-Zylindereinheit 7 koaxial zur Greiferachse zwischen den Kupplungselementen befestigt ist. Die Zentralplatten 12, 14 verlaufen mit ihren zentralen Flä­ chen 15 parallel zueinander. Die hintere, an dem Hand­ habungssystem befestigte Zentralplatte 14 weist einen zur zentralen Fläche 15 mit parallelem Abstand verlau­ fenden Anschlußflansch auf, der zugleich als Verstei­ fungsflansch 20 dient. Zwischen der zentralen Fläche 15 und dem Versteifungsflansch 20 verlaufen um vorzugsweise 30° gegenüber der zentralen Fläche 15 und dem Verstei­ fungsflansch 20 geneigte Kraftangriffsflächen 16, auf denen mit Hilfe von Befestigungslöchern 17 ein aus min­ destens drei Scherenelementen 27 bestehendes scheren­ förmiges Gelenkgetriebe 28 befestigt ist. Ein Winkel von ca. 30° hat sich zur Reduzierung von Seitenkräften während des Greifvorgangs als besonders vorteilhaft erwiesen.

Die vordere Zentralplatte 12 kann mit oder ohne Ver­ steifungsflansch 20 gestaltet sein und ist im übrigen vorzugsweise identisch zur hinteren Zentralplatte 14, wobei die Kraftangriffsfläche 16 entgegengesetzt ge­ neigt ist.

Das scherenförmige Gelenkgetriebe 28 ermöglicht eine parallel geführte längsverschiebungsfreie Öffnungs­ oder Schließbewegung der an dem Gelenkgetriebe 28 be­ festigten Greifbacken 2.

Die Befestigungslöcher 17 erlauben das modulare An­ koppeln mehrerer Greifbacken 2 an unterschiedlichen Stellen auf den Zentralplatten 12, 14, so daß eine Vielzahl von Greiferkombinationen für zentrisches oder nicht zentrisches Greifen nach speziellen Werkstück­ erfordernissen verwirklicht werden kann.

Jedes Scherenelement 27 weist ein Lenkerpaar 8 aus zwei gleich langen Lenkern 9, 11 auf, die in ihrer Mitte über eine Drehachse in einem Scherengelenk 31 scherenartig miteinander verbunden sind. Die Lenker 9, 11 sind jeweils aus zwei Flachblechen 10 zusammengesetzt.

Die Anlenkbereiche 24 an den jeweiligen Enden der Flach­ bleche 10 verlaufen in einer ersten Ebene und der zwi­ schen den Anlenkbereichen 24 befindliche Zwischenbereich 26 in einer zweiten Ebene. Die zwei entgegengesetzt zueinander angeordneten Flachbleche 10 bilden einen Lenker 9 bzw. 11. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, verläuft beim Lenker 9 die zweite Ebene außen, während bei dem Lenker 11 die zweite Ebene innen angeordnet ist, so daß der Lenker 11 sich in dem Zwischenraum des Lenkers 9 um das Scherengelenk 31 frei bewegen kann. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Ebene ist bei allen Flachblechen 10 gleich, so daß die Lenkerpaare 8 aus gleichartigen Bauteilen zusammengesetzt werden können.

Die Anlenkstellen 30, die über die Befestigungslöcher 17 in den Zentralplatten 12, 14 befestigt sind, bestehen aus einem U-Profil-Befestigungselement 41, in das die Anlenkbereiche der Lenker 9, 11 eingreifen, wobei die Anlenkstellen 30 gelenkig mit den Lenkern verbunden sind. Auf Grund der Gleichartigkeit der aus den Flach­ blechen 10 bestehenden Lenker 9, 11 können auch alle Anlenkstellen 30 gleichartig gestaltet sein.

Die den Anlenkstellen 30 gegenüberliegenden Enden der Lenker 9, 11 sind mit einem Greiferfinger 2 verbunden. Der Lenker 9 ist hierbei mit einem relativ zum Greifer­ finger 2 unbeweglichen Gelenk 23 verbunden, während der Lenker 11 über ein bewegliches Gelenk 25 mit dem Grei­ ferfinger 2 verbunden ist.

Der Greiferfinger 2 besteht aus einer U-förmig gestal­ teten Koppel 21 und einer auswechselbaren Greifbacke 19 am vorderen Ende des Greiferfingers 2.

Die Seitenwände der U-förmigen Koppel 21 weisen Lang­ löcher 29 auf, in denen das bewegliche Gelenk 25 paral­ lel zur Greiferachse in einer Laufbuchse 37 geführt ist.

Die Kurzhub-Kolben-Zylinder-Einheit 7 weist zwei zu­ sätzliche, an der vorderen Zentralplatte 12 befestigte Führungsstangen 5 auf, die eine zusätzliche Verdreh­ sicherung bilden.

Alternativ könnten auch mehrere nicht koaxial zur Grei­ ferachse angeordnete Stellantriebe 4 mit gleichem Ab­ stand von der Greiferachse zwischen den Zentralplatten 11,14 angeordnet sein, die mit ihren Kolbenstangen 3 ebenfalls eine Verdrehsicherung bilden könnten.

Als Stellantrieb 4 können auch ringzylindrische Kolben- Zylinder-Einheiten verwendet werden, die einen Innen­ freiraum aufweisen.

Die Gestaltung der Zentralplatten 11, 14 ermöglicht es, verschiedene Kolben-Zylinder-Einheiten mit unterschied­ lichen Flanschmaßen einzubauen.

Geeignet sind z. B. auch Kolben-Zylinder-Einheiten mit dauermagnetischem Kolben, um an der Zylinder-Außenwand angeordnete Schaltelemente berührungslos betätigen zu können.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf die vordere Zentral­ platte 14. Die zentrale Fläche 15 der Zentralplatte 14 weist Befestigungslöcher 13 für den Stellantrieb 4 auf, und der Versteifungsflansch 20 Befestigungslöcher 33 zum Anschluß der Greifvorrichtung 1 z. B. an ein Hand­ habungssystem.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Zentralplatte 14 sechseckig gestaltet.

Sie kann auch, wie aus den Fig. 3 und 4 gezeigt, viereckig gestaltet sein, oder aus einer kreisförmigen Platte bestehen (nicht dargestellt). Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine zentrisch greifende Vierfingergreifvorrichtung.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist dagegen eine Dreifingerflachgreifvorrichtung.

Bei rotationssymmetrisch kalottenförmigen Zentralplatten 12,14 können die Kraftangriffsflächen 16 in die gerun­ dete Wand der Zentralplatten 12, 14 eingeprägt sein und eine ebene Auflagefläche für die Anlenkstellen 30 bilden.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 1. Der Schnitt verläuft durch die Greifbacke 19 am vorderen Ende des Greiferfingers 2 bis zum hinteren ortsfesten Gelenk 23 im Greiferfinger 2, und zwar durch ein Scherenelement 27 des Gelenkgetriebes 28 hindurch, indem der Schnitt vom beweglichen Gelenk 25 aus dem Lenker 11 folgend bis zum Scherengelenk 31 und von dort durch den Lenker 9 bis zum ortsfesten Gelenk 23 geführt ist.

Die Gelenke weisen Gleitbuchsen 36 mit zapfenförmigen Enden 38 auf, die die Lenker 9 bzw. 11 aufnehmen, wobei auf den zapfenförmigen Enden 38 des weiteren im preß- Sitz Zwischenringe 35 aufgepreßt werden, so daß die Lenker 9, 11 in Verbindung mit den Gleitbuchsen 36 ein stabiles, verwindungssteifes kastenförmiges Profil bilden. Die Gleitbuchsen 36 sind auf einem Lagerbolzen 34 gelagert, der in der Langlochführung 29 zusätzlich mit einer Laufbuchse 37 an seinen Enden versehen ist, die mit einem abschließenden Außenring 39 durch Ver­ nieten des Lagerbolzens 34 gehalten werden.

Beim Scherengelenk 31 sind die äußeren Lenker 9 unmit­ telbar auf dem Lagerbolzen 34 gelagert.

Die Gleitbuchsen 36 gewährleisten eine größtmögliche Leichtgängigkeit des Gelenkgetriebes 28 bei gleich­ zeitig sehr hoher Verwindungssteifigkeit.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch eine Anlenkstelle 30 an den Zentralplatten 12, 14. Das im Querschnitt U-för­ mige Befestigungselement 41 nimmt die Enden der Lenker 11 bzw. 9 und die zugehörige Gleitbuchse 36 auf.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Er­ findung, bei dem beide Zentralplatten 12, 14 beidseitig mit je einem Wälzlager 52, 54 abgestützt zwischen zwei Anschlußplatten 42, 44 (hinten) bzw. 46, 48 (vorne) ein­ geklemmt sind. Die Zentralplatten 12, 14 sind hierzu kreisringförmig gestaltet und in dem Bereich der Wälz­ lager 52, 54 mit zwei gegenläufigen rillenförmigen Ver­ tiefungen zur Führung der Wälzlagerelemente versehen. Eine derartige Greifvorrichtung 1 kann z. B. als auto­ matische frei drehbare Greifzange in einem Reitstock verwendet werden.

Die Anschlußplatten 42, 44, 46, 48 können eine zentrale Öffnung 55 aufweisen, durch die Steuerleitungen oder Sensorleitungen hindurchgeführt werden können. Gege­ benenfalls wird der Stellantrieb 4 mit geeigneten Ab­ standhaltern im Abstand von der Anschlußplatte 42 ge­ halten. Dabei können auch pneumatische Leitungen für entsprechende Anschlüsse 56 des Stellantriebs 4 durch die Öffnung 55 hindurchgeführt werden, ohne die freie Drehbarkeit der Greifvorrichtung 1 zu beeinträchtigen.

Claims (22)

1. Greifvorrichtung, insbesondere für Handhabungs­ geräte, mit mehreren um eine Greiferachse ange­ ordneten Greiferfingern, mit einem Stellantrieb für relativ zueinander axial bewegliche Kupplungs­ elemente, mit jeweils einem scherenartig mitein­ ander verbundenen Lenkerpaar für jeden Greifer­ finger, das entsprechend der axialen Abstandsände­ rung der Kupplungselemente die radiale Öffnungs­ weite der Greiferfinger ändert, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kupplungselemente (6) aus Zentral­ platten (12,14) mit gegenüber der Greifer­ achse geneigten Kraftangriffsflächen (16) bestehen.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Neigungswinkel der Kraftan­ griffsfläche (16) ca. 20° bis 40°, vorzugsweise 30° beträgt.

3. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftangriffsfläche (16) in rotationssymmetrischen Zentralplatten (12, 14) als ebene Montageflächen eingeprägt sind.

4. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (4) koaxial mit der Greiferachse zwischen den Kupp­ lungselementen (6) angeordnet ist und aus einer Kurzhub-Kolben-Zylindereinheit (7) besteht.

5. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferfinger (2) axial verschiebungsfrei geführt sind.

6. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (4) mindestens eine mit einer Zentralplatte (12) verbundene Führungsstange (5) als Verdrehsicherung aufweist.

7. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralplatten (12,14) einen radial abstehenden Versteifungs­ flansch (20) aufweisen.

8. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentralplatten (12,14) rasterförmig angeordnete Befestigungslö­ cher (22) für die Scherenelemente (27) aufweisen.

9. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkerpaare (8) aus mindestens zwei Lenkern (9) aus identischen Flachblechen (10) zusammengesetzt sind.

10. Greifvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anlenkbereiche (24) der Flach­ bleche (10) in einer ersten Ebene verlaufen, wobei der zwischen den Anlenkbereichen (24) befindliche Zwischenbereich (26) parallel versetzt in einer zweiten Ebene verläuft derart, daß jeweils zwei entgegengesetzt orientierte Flachbleche (10) einen ersten Lenker (9) bilden, der mit einem zweiten Lenker (11) mit umgekehrter Anordnung der Flach­ bleche (10) ein scherenförmiges Gelenkgetriebe (28) bildet.

11. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Kraft­ angriffsflächen (16) der Zentralplatten (12, 14) befestigten Anlenkstellen (30) aus einem U-Profil gebildet sind, in das die Enden der Lenker (9, 11) eingreifen.

12. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenke (31, 32) der Lenkerpaare (8) auf einem Lagerbolzen (34) gelagerte Gleitbuchsen (36) aufweisen.

13. Greifvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gleitbuchsen (36) an den axialen Enden Zapfen (38) zur Aufnahme der Lenker (9, 11) aufweisen.

14. Greifvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbuchsen (36) mit den Flachblechen (10) der Lenker (9, 11) verwindungs­ steife Kastenprofile bilden.

15. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungs­ flansch (20) orthogonal zur Greiferachse verläuft und eine ringförmige oder mehreckig gestaltete Anschlußfläche (40) bildet.

16. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Zen­ tralplatte (14) drehbar zwischen zwei drehfesten Anschlußplatten (42, 44) gelagert ist.

17. Greifvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vordere Zentralplatte (12) dreh­ bar zwischen zwei drehfesten Anschlußplatten (46, 48) gelagert ist.

18. Greifvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Zentralplatte (14) und die Anschlußplatten (42, 44) eine zentrale Öff­ nung (55) aufweisen.

19. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zen­ tralplatten (12 bzw. 14) und den Anschlußplatten (42, 44 bzw. 46, 48) Wälzlager (52) angeordnet sind.

20. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseitig der Zentralplatten (12 bzw. 14) angeordneten An­ schlußplatten (42, 44 bzw. 46, 48) starr miteinander verbunden sind.

21. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (4) eine zentrale, axial durchgehende Öffnung aufweist (z. B. als Ringzylinder).

22. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben des Stellantriebs (4) dauermagnetisch ist.