DE4202856A1 - Parallelgreifer, zum beispiel fuer roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Parallelgreifer, zum Beispiel für Roboter.

Es sind zahlreiche Konstruktionen von Greifern bekannt, bei denen zwei Greiferfinger durch irgendeinen Mechanismus parallel aufeinander zu oder voneinander weg bewegt werden. Zwischen den Greiferfingern wird ein Objekt erfaßt und dann z. B. mittels eines Roboters bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Parallel­ greifer in konstruktiv einfacher Weise aufzubauen.

Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, einen Parallelgreifer mit geringem Gewicht zu schaffen.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen Parallelgreifer zu schaffen, der auch für sehr kleine Objekte geeignet ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Parallelgreifer so auszubilden, daß er von einem Motor relativ geringer Leistung angetrieben werden kann.

Eine spezielle Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Parallelgreifer so auszubilden, daß trotz relativ geringer Leistung des antreibenden Motors und ggf. Verminderung des Motorstromes auf einen "Haltestrom" ein Objekt sicher in dem Parallelgreifer gehalten wird.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch

• a) ein Paar von Schwenkkörpern, die schwenkbar um zueinander parallele Achsen gelagert und mit je einer um die zugehörige Achse gekrümmten, kreisbogenförmigen Verzahnung versehen sind,
• b) ein motorgetriebenes Ritzel, das zwischen den Schwenk­ körpern gelagert und mit beiden Verzahnungen in Eingriff ist,
• c) ein Paar von geradgeführten Schlitten, die je einen Greiferfinger tragen, und
• d) Mitnahmeglieder an den Schwenkkörpern, die an je einem der Schlitten angreifen.

Bei der Verschwenkung der beiden Schwenkkörper bewegen sich die Mitnahmekörper bezogen auf die Bewegungsrichtung der Schlitten gegenläufig. Dementsprechend werden auch die Schlitten mit den Greiffingern durch die Mitnahmeglieder gegenläufig zusammen- oder auseinandergefahren.

Ein solcher Parallelgreifer ist einfach aufgebaut und kann bequem miniaturisiert werden. Sein Gewicht kann gering gehalten werden. Der Antrieb kann mit einem Motor von relativ geringer Leistung erfolgen. Der Motor hat zunächst nur die Reibung beim Verdrehen der Schwenkkörper zu überwinden. Wenn die Mitnahmekörper sich einer Stellung nähern, in welcher beide Mitnahmekörper in der Ver­ bindungsebene der Achsen der Schwenkkörper liegen, tritt durch Kniehebelwirkung eine starke Kraftverstärkung ein. Die Kraftübersetzung vom Motor zu den Greiffingern wird theoretisch unendlich. Wenn in diesem Bereich die Greiffinger an einem Objekt zur Anlage kommen, wird trotz der geringen Antriebsleistung und eines dementsprechend kleinen Drehmoments des Motors das ergriffene Objekt fest gehalten. Es ist sogar möglich, den Motorstrom auf einen geringeren Haltestrom zu verringern.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Greifer­ mechanismus und zeigt den Parallelgreifer in seiner Offenstellung.

Fig. 2 ist eine Darstellung des Greifermechanismus ähnlich Fig. 1 und zeigt den Parallelgreifer in seiner Schließstellung.

Fig. 3 zeigt schematisch die Verstellung der die Greif­ finger tragenden Schlitten durch Mitnahmeglieder an den Schwenkgliedern von Fig. 1.

Fig. 4 zeigt Greiffinger auf den Schlitten, durch welche ein Objekt von außen gegriffen wird.

Fig. 5 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 4, bei welcher ein Objekt durch die Greiffinger von innen gehalten wird.

Fig. 6 zeigt eine Kraftmeßeinrichtung zur Messung der auf die Achse eines Schwenkgliedes wirksamen Reaktionskraft in unbelastetem Zustand.

Fig. 7 zeigt die Kraftmeßeinrichtung von Fig. 6 im belasteten Zustand.

Fig. 8 ist eine Darstellung zur Erläuterung der bei dem Parallelgreifer durch Kniehebelwirkung auf­ tretenden Kraftverstärkung.

In Fig. 1 sind zwei Schwenkkörper 10 und 12 dargestellt. Die Schwenkkörper 10 und 12 sind im wesentlichen kreis­ sektorförmig. Die Kreissektoren der beiden Schwenkkörper 10 und 12 stimmen in ihren Winkeln und Abmessungen im wesentlichen überein. Der Schwenkkörper 10 ist in einem Lager 14 um eine Achse 16 schwenkbar. Die Achse 16 liegt in dem spitzen Winkel des Kreissektors. Längs seines kreisförmigen Umfangsteils ist der Schwenkkörper 10 mit einer Verzahnung 18 versehen. In entsprechender Weise ist der Schwenkkörper 12 in einem Lager 20 um eine Achse 22 schwenkbar. Die Achse 22 liegt in dem spitzen Winkel des Kreissektors. Längs seines kreisförmigen Umfangsteils ist der Schwenkkörper 12 mit einer Verzahnung 24 versehen. Die Achsen 16 und 22 sind zueinander parallel. Die Achsen 16 und 22 definieren eine Mittelebene 26.

Zwischen den Schwenkkörpern 10 und 12 sitzt ein Ritzel 28. Die Achse 30 des Ritzels 28 liegt in der Mittelebene 26 in der Mitte zwischen den Achsen 16 und 22. Das Ritzel 28 ist mit beiden Verzahnungen 18 und 24 der Schwenkkörper 10 bzw. 12 in Eingriff. Das Ritzel 28 wird von einem Motor 32 angetrieben. Wenn das Ritzel 28 im Uhrzeigersinn gedreht wird, werden beide Schwenkkörper 10 und 12, wie durch die Pfeile angedeutet, entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Dabei bewegt sich der Schwenkkörper 10 in Fig. 1 nach oben und der Schwenkkörper 12 nach unten. Die Anordnung ist im wesentlichen zentralsymmetrisch in bezug auf die Achse 30 des Ritzels 28. In Fig. 1 ist der Schwenkkörper 10 in seiner unteren Endstellung. Der Schwenkkörper 12 ist dem­ entsprechend in seiner oberen Endstellung.

An den Schwenkkörpern 10 und 12 sitzen Mitnahmeglieder 34 bzw. 36. Die Mitnahmeglieder 34 und 36 sind Radialdruck­ rollen. Das Mitnahmeglied 34 sitzt auf dem Schwenkkörper 10 in der Nähe der im Uhrzeigersinn vorderen Kante des Schwenkkörpers 10, also unten in Fig. 1. Das Mitnahmeglied 36 sitzt auf dem Schwenkkörper 12 ebenfalls in der Nähe der im Uhrzeigersinn vorderen Kante des Schwenkkörpers 12, also oben in Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Lage der beiden Schwenkkörper 10 und 12 entspricht einer Offenstellung des Parallel­ greifers. In Fig. 2 sind die Schwenkkörper 10 und 12 in ihrer anderen Endstellung gezeigt, die der Schließstellung des Parallelgreifers entspricht.

In der Schließstellung von Fig. 2 ist der Schwenkkörper 10 entgegen dem Uhrzeigersinn nach oben in Fig. 2 verschwenkt. Entsprechend ist der Schwenkkörper 12 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn nach unten in Fig. 2 verschwenkt. Die Anordnung bleibt stets zentralsymmetrisch in bezug auf die Achse 30 des Ritzels 28. In dieser Stellung liegen die Achsen 16 und 22, die Achse 30 des Ritzels und die Mit­ nahmeglieder 34 und 36 alle in der Ebene 26.

In Fig. 3 ist dargestellt, wie durch die Mitnahmeglieder 34 und 36 zwei Schlitten 38 und 40 gegenläufig verstellbar sind. Die Schlitten 38 und 40 sind auf gemeinsamen, parallelen Führungen 42 und 44 längs einer gemeinsamen, in der Mittelebene 26 verlaufenden Achse 46 beweglich. An dem Schlitten 38 sind zwei Leisten 48 und 50 angebracht, die zwei einander zugewandte, parallele Führungsflächen 52 bzw. 54 bilden. Die Führungsflächen verlaufen rechtwinklig zu der Mittellinie 26. Das Mitnahmeglied 34 greift zwischen die Führungsflächen 52 und 54 und liegt an beiden Führungsflächen an. In entsprechender Weise sind an dem Schlitten 40 zwei Leisten 56 und 58 angebracht, die zwei einander zugewandte, parallele Führungsflächen 60 bzw. 62 bilden. Die Führungsflächen 60, 62 verlaufen rechtwinklig zu der Mittellinie 26. Das Mitnahmeglied 36 greift zwischen die Führungsflächen 60 und 62.

Wie am besten aus Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, beschreiben die Mitnahmeglieder 34 und 36 bei der Verschwenkung der Schwenkkörper 10 und 12 Kreisbögen 64 bzw. 66. In der Offenstellung von Fig. 1 liegen die Achsen der Mitnahme­ glieder 34 und 36 auf rechtwinklig zur Mittellinie 26 sich erstreckenden Geraden 68 bzw. 70. In der Schließstellung von Fig. 2 liegen die Achsen der Mitnahmeglieder 34 und 36 auf Geraden 72 bzw. 74, die näher beieinanderliegen als die Geraden 68 und 70. Dementsprechend werden beim Über­ gang von der Offenstellung nach Fig. 1 in die Schließ­ stellung nach Fig. 2 die Schlitten 38 und 40 (Fig. 3) über die Führungsflächen 54 und 60 einwärtsgedrückt. Bei der Bewegung aus der Schließstellung in die Offenstellung werden die Schlitten 38, 40 durch die Mitnahmeglieder 34 bzw. 36 über die Führungsflächen 52 bzw. 62 auseinander­ gedrückt. Die Schlitten 38 und 40 werden also in beiden Richtungen von dem Motor 30 bewegt und nicht etwa gegen eine Feder auf- oder zugedrückt. Es braucht dement­ sprechend auch von dem Motor 30 keine Federkraft überwunden zu werden, was die Verwendung eines Motors 30 mit geringer Leistung erleichtert.

An den Schlitten 38 und 40 sind Greiferfinger 76 bzw. 78 angebracht. Die Greiferfinger 76 und 78 erstrecken sich rechtwinklig zu der durch die Führungen 42 und 44 bestimmten Ebene. Die Greiferfinger sind parallel zueinander und zu sich selbst auf der Mittellinie 26 beweglich. Die Greiferfinger 76 und 78 können in der Schließstellung zwischen sich ein Objekt 80 halten. Das ist in Fig. 4 dargestellt. Entsprechend geformte Greiferfinger 82, 84 können aber auch, wie in Fig. 5 darge­ stellt ist, Überkreuz in ein mit einem Hohlraum versehenes Objekt 86 eingreifen und dieses durch radialen Druck nach außen halten.

Wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, ist das Lager 14 in einem Block 88 gehaltert. Der Block 88 ist durch zwei Paare von elastisch biegsamen Stegen 90,92 und 94, 96 auf gegenüberliegenden Seiten in Richtung der Achse 46 beweglich geführt. Auf dem Block 88 und den Stegen 90 und 94 sind Dehnungsmeßstreifen 98 bzw. 100,102 aufgeklebt. Die Dehnungsmeßstreifen sind in bekannter Weise in einer Brückenschaltung angeordnet, die bei einer Verformung der Stege ein kraftproportionales Signal abgibt. Das ist in Fig. 7 dargestellt. Damit läßt sich die Kraft messen, mit denen der Parallelgreifer ein Objekt 80 greift.

In Fig. 8 ist die Kniehebelwirkung veranschaulicht, durch die sich bei Annäherung an die Schließstellung eine starke Kraftverstärkung ergibt. Für gleiche Winkelinkremente des Schwenkwinkels wird der Hub der Greiferfinger 76, 78 umso kleiner, je weiter sich die Mitnahmeglieder 34 und 36 der gestreckten Lage nähern.

In der Schließstellung (oder kurz vor Erreichen der Schließstellung) laufen die Schwenkkörper 10 und 12 gegen einen (in Fig. 2 schematisch dargestellten) Anschlag 104. Bei Erreichen des Anschlags 104 steigt der Motorstrom des Motors 30 an. Das wird durch einen Motorstromfühler 106 festgestellt. Ein Anstieg des Motorstromes tritt auch ein, wenn der Parallelgreifer kein Objekt 80 ergriffen hat. In letzterem Falle tritt an der in Fig. 6 und 7 dargestellten Kraftmeßeinrichtung 108 keine Reaktionskraft auf, die zu einem Ausgangssignal führt. Dieser Sachverhalt läßt sich elektrisch deuten als "Greifer leer".

Claims (3)

1. Parallelgreifer, zum Beispiel für Roboter, gekennzeichnet durch

• a) ein Paar von Schwenkkörpern (10,12), die schwenk­ bar um zueinander parallele Achsen (16, 22) gelagert und mit je einer um die zugehörige Achse (16, 22) gekrümmten, kreisbogenförmigen Verzahnung (18, 24) versehen sind,
• b) ein motorgetriebenes Ritzel (28), das zwischen den Schwenkkörpern (10,12) gelagert und mit beiden Verzahnungen (18, 24) in Eingriff ist,
• c) ein Paar von geradgeführten Schlitten (38, 40), die je einen Greiferfinger (76, 78) tragen, und
• d) Mitnahmeglieder (34, 36) an den Schwenkkörpern (10,12), die an je einem der Schlitten (38, 40) angreifen.

2. Parallelgreifer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• a) an den Schlitten (38, 40) Paare von parallelen, im Abstand voneinander verlaufenden Führungsflächen (52, 54; 60, 62) gebildet sind, und
• b) die Mitnahmeglieder (34, 36) an den Führungs­ flächen (52, 54 bzw. 60, 62) jeweils paarweise anliegen.

3. Parallelgreifer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch kraftmessende Mittel (108) an wenigstens einem Schwenklager (14) eines der Schwenkkörper (19), welche auf die an dem Schwenklager (14) wirksame Reaktions­ kraft ansprechen.