DE4207576C2

DE4207576C2 - Greif- und Zuführvorrichtung

Info

Publication number: DE4207576C2
Application number: DE4207576A
Authority: DE
Inventors: Mun Sang Kim
Original assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Current assignee: Korea Institute of Science and Technology KIST
Priority date: 1991-03-16
Filing date: 1992-03-10
Publication date: 1993-11-18
Anticipated expiration: 2012-03-11
Also published as: DE4207576A1; KR920017776A; FR2673877A1; GB9204885D0; KR940002172B1; US5234244A; JPH0569373A; GB2254598A

Description

Die Erfindung betrifft eine Greif- und Zuführvorrichtung.

Solche Vorrichtungen sind im allgemeinen ein Teil von industriell eingesetzten Automaten oder Halbautomaten, die heute häufig als Industrieroboter bezeichnet werden und die wiederholt oder fortwährend Gegenstände mit Hilfe einer druckluftbetätigten Einrichtung heranholen, zuführen oder einsetzen. Die im folgenden Pneumatikeinrichtung genannte druckluftbetätigte Einrichtung führt Grundopera tionen aus, die beispielsweise eine Bewegung zum Erreichen der Position des Gegenstands und eine Bewegung zum Ergrei fen desselben beinhaltet. In anderen Anwendungen führt die Pneumatikeinrichtung beispielsweise eine Operation aus, die eine Kombination zweier getrennter Arbeitsvorgänge beinhaltet, einen Zuführvorgang, bei dem ein ergriffener Gegenstand zu einer vorbestimmten Stelle bewegt wird, und einen Plaziervorgang, bei dem der Gegenstand auf die vorbestimmte Stelle gelegt wird.

Ein typisches Beispiel einer solchen herkömmlichen Pneu matikeinrichtung ist ein Spanngreifer mit einem Hubzylin der, dessen Aufbau in Fig. 5 dargestellt ist.

Diese Pneumatikeinrichtung weist einen Hubzylinder 31, in dem ein Kolben angeordnet ist, einen Spannzylinder 33, der an das untere Ende einer Antriebsstange 32 gekoppelt ist, die nach unten aus dem Hubzylinder 31 hervorragt, und einen Spanngreifer 35 auf, der am Spannzylinder 33 ange bracht und an seinem unteren Ende mit Fingern 34 versehen ist.

Sobald der Hubzylinder 31 antreibt, bewegt sich der Spanngreifer 35 nach unten oder oben. Die Finger 34 des Spanngreifers 35 werden unabhängig vom Hubzylinder 31 durch den Spannzylinder 33 angetrieben, so daß Greif- oder Plaziervorgänge mit einem Gegenstand ausgeführt werden können.

Wie aus der oben beschriebenen Funktionsweise hervorgeht, benötigt die herkömmliche Vorrichtung zur Verwirklichung dieser zwei voneinander getrennten Arbeitsschritte zwei Kolben/Zylindereinheiten. Daneben werden auch weitere Bestandteile wie z. B. Magnetventile oder -schalter zur Steuerung der Kolben/Zylindereinheiten benötigt. Daraus ergibt sich ein relativ komplizierter Gesamtaufbau der Pneumatikeinrichtung. Die Arbeitsgeschwindigkeit und die Genauigkeit der Vorrichtung ist aufgrund des schrittweisen Ablaufs der zwei Arbeitsvorgänge vermindert.

Aus der US 3 773 189 ist eine pneumatisch betriebene Beschickungsvorrichtung zur Verwendung an einem Industrieroboter bekannt, die eine Drehbewegung, eine Vor- und Zurückbewegung und eine Greifbewegung ausführen kann. Hierzu weist die Vorrichtung einen ersten hohlen Zylinder auf, in dem ein zweiter ebenfalls hohler Zylinder drehbar und koaxial zum ersten Zylinder angeordnet ist. Am einen Ende des zweiten Zylinders ist außen ein Flügel befestigt, der sich durch den kreisförmigen Raum zwischen dem ersten und dem zweiten Zylinder erstreckt und der an seinem freien Ende eine Dichtlippe aufweist, die federnd gegen die Innenwand des ersten Zylinders vorgespannt ist. Ein Sektor des kreisringförmigen Hohlraums ist durch ein Formstück ausgefüllt, so daß im verbleibenden Teil des kreisringförmigen Hohlraums durch den abdichtenden Flügel zwei voneinander getrennte Kammern gebildet sind. Durch Einleiten von Pneumatikdruck in die eine oder die andere Kammer kann auf diese Weise der zweite Zylinder in einem Winkelbereich von etwa 270° hin- und hergedreht werden. Am anderen Ende des zweiten Zylinders ist ein Transferarm genanntes Bauteil so befestigt, daß es bezüglich des zweiten Zylinders auf pneumatische Weise vor- und zurückbewegt werden kann. Eine Drehbewegung des zweiten Zylinders wird über eine mechanische Kopplung in Form eines Vorsprungs auf den Transferarm übertragen. An seinem freien Ende weist der Transferarm zwei Greifer auf, die mittels einer Kolben/Zylindereinheit eine Öffnungs- und Schließbewegung ausführen können.

Aus der GB 22 30 508 A ist eine pneumatische Greifvorrichtung für einen Industrieroboter bekannt, die insbesondere zum besseren Ergreifen von Magnetspeicherplatten gedacht ist. Die Greifvorrichtung weist mehrere äußere Arme zum Ergreifen des Außenrands einer Magnetspeicherplatte und mehrere innere Arme auf, die in eine zentrale Öffnung der Magnetspeicherplatte führbar sind, um deren Innenrand zu ergreifen. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus drei konzentrisch ineinander angeordneten Zylindern, von denen die zwei inneren Zylinder kolbenartig ausgeführt sind, um pneumatisch in Axialrichtung gegenüber dem äußersten Zylinder verschoben werden zu können. Am freien Ende des innersten, aufgrund der beschriebenen Anordnung teleskopisch ein- und ausfahrbaren Zylinders sind die inneren Arme schwenkbar befestigt, die von einer im innersten Zylinder angeordneten Kolben/Zylindereinheit zum Ausführen einer Öffnungs- und Schließbewegung angetrieben werden. Eine weitere Kolben/Zylindereinheit, die an der geschlossenen Stirnfläche des als Gehäuse dienenden äußersten Zylinders befestigt ist, treibt über eine Nocken- und Rollenanordnung die schwenkbar an der Außenseite des äußersten Zylinders angebrachten äußeren Arme zum Ausführen einer Öffnungs- und Schließbewegung an.

Aus der US 4 358 044 ist eine Greifvorrichtung für Industrieroboter bekannt, bei der verhindert sein soll, daß sich Greifer durch auf sie wirkende äußere Kräfte öffnen, während ein ergriffener Gegenstand in eine andere Position gebracht wird. Die Greifvorrichtung weist ein Gehäuse auf, an dem zwei Greifer schwenkbar gelagert sind. Im Gehäuse ist ein erster Kolben verschiebbar geführt, in dem sich ein zweiter Kolben befindet, der aus dem ersten Kolben herausragt und an seinem freien Ende zur Betätigung der beiden Greifer formschlüssig mit diesen gekoppelt ist. Am entgegengesetzten Ende des zweiten Kolbens ist zwischen diesem und dem ersten Kolben eine Kammer gebildet, in die Hydraulikfluid einleitbar ist. In der Schließstellung der Greifer ist der erste Kolben durch eine schwache Druckfeder in eine Stellung gedrängt, in der er sich in Eingriff mit den Greifern befindet und eine Öffnungsbewegung derselben verhindert. Zum Öffnen der Greifer wird Hydraulikfluid unter Druck in die Kammer zwischen dem ersten und dem zweiten Kolben geleitet, woraufhin zunächst der erste Kolben gegen die Kraft der schwachen Druckfeder außer Eingriff mit den Greifern verschoben wird. Bei weiter zunehmendem Hydraulikdruck wird dann der zweite Kolben gegen die Kraft einer starken, ihn in Schließrichtung der Greifer vorspannenden Druckfeder zum Öffnen der Greifer verschoben.

Aus einem Aufsatz in der im August 1979 gedruckten "Industrial Robots-Gripper Review" der Cotswold Press Ltd., Oxford, England, ist es bekannt, die Greifer einer Greifvorrichtung für Industrieroboter mittels einer Zahnstangen- oder mittels einer Kolbenstangenanordnung zu betätigen, d. h. zu öffnen und zu schließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greif- und Zuführvorrichtung zu schaffen, deren konstruktiver Aufbau vereinfacht und deren Arbeitsgeschwindigkeit für die einleitend beschriebenen Arbeitsvorgänge erhöht ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe mit einer Greif- und Zuführvorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Greif- und Zuführvorrichtung,

Fig. 2 den Schnitt A-A aus Fig. 1,

Fig. 3A eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, wobei sich die Vorrichtung in einer unteren Stellung zum Erreichen eines Gegenstands befindet,

Fig. 3B eine Darstellung gemäß Fig. 3A, wobei sich Finger der Greif- und Zuführvorrichtung in ihrer Frei gabestellung befinden,

Fig. 4 eine räumliche Darstellung einer Vorrichtung mit mehreren erfindungsgemäßen Greif- und Zuführvor richtungen, und

Fig. 5 eine Ansicht einer herkömmlichen Greif- und Zu führvorrichtung.

Eine in Fig. 1 gezeigte Greif- und Zuführ vorrichtung weist eine druckluftgetriebene Kolben/Zylinder einheit mit einem Zylinder 2 und obere und untere zylinder förmige Verschlußkappen 4 und 5 auf, die am oberen bzw. unteren Ende des Zylinders 2 angebracht und mit Durchlaß kanälen 3 bzw. 31 für Druckluft versehen sind, welche jeweils mit dem Innenraum des Zylinders 2 verbunden sind. Im Zylinder 2 befindet sich ein oben angeordneter Hubkolben 7 und ein darunter angeordneter Spannkolben 8. Am unteren Ende des Hubkolbens 7 ist eine Antriebsstange 9 befestigt. Zwischen den einander zugewandten Stirnflächen des Hubkol bens 7 und des Spannkolbens 8 ist eine Schraubendruckfeder 6 um die Antriebsstange 9 herum angeordnet. Die Feder 6 drängt den Hubkolben 7 und den Spannkolben 8 auseinander. Die Antriebsstange 9 erstreckt sich durch eine den Spann kolben 8 axial durchsetzende Stangenaufnahmeöffung 10 und ragt nach unten aus der unteren Verschlußkappe 5 hervor.

Am unteren Ende des Spannkolbens 8 ist ein Greifer 12 befestigt, der sich in vertikaler Richtung zusammen mit dem Spannkolben bewegt. Der Greifer 12 hat ein Paar Finger 13, 13′, die mit ihrem einen Ende schwenkbar an ihm angebracht sind und deren anders Ende je eine Ausnehmung 14, 14′ aufweist, in die ein Vorsprung 11 eingreift, der sich seitlich von dem herausragenden unteren Ende der Antriebsstange 9 erstreckt.

Um dann, wenn der Greifer 12 zusammen mit dem Spannkolben 8 in vertikaler Richtung bewegt wird, jegliche Drehung und Schwingung des Greifers 12 zu verhindern, ist ein Paar sich nach oben erstreckender Führungsstangen 16, 16′ am Greifer 12 in vertikal verlaufende Führungslöcher 15, 15′ gesteckt, die im Spannkolben ausgebildet sind und in denen die Führungsstangen 16, 16′ sich nach oben und unten bewegen können.

Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt des Spannkolbens 8 hervorgeht, weist dieser mehrere gleich mäßig auf seiner Umfangsfläche verteilte und vertikal verlaufende Nuten 17 mit halbkreisförmigem Querschnitt auf. Diese Vertikalnuten 17 schaffen eine Luftverbindung zwischen einem Teil des Innenraums des Zylinders 2 ober halb des Spannkolbens 8 und einem Teil unterhalb dessel ben. Der Spannkolben 8 weist in seinem oberen Teil einen mittig angeordneten, axial erweiterten Bereich 18 mit einem Durchmesser auf, der größer als der der Stangenauf nahmeöffnung 10 ist. In dem axial erweiterten Bereich 18 ist ein einen größeren Durchmesser aufweisender Abschnitt 19 der Antriebsstange 9 aufgenommen.

Der Hubkolben 7 ist mit zwei Kolbendichtungen 20 gegen den Zylinder 2 abgedichtet. Ein nicht bezeichneter, stangen förmiger Fortsatz des Spannkolbens 8 ist mittels einer Führungshülse 21 in der unteren Verschlußkappe 5 geführt. Am unteren Ende des stangenförmigen Fortsatzes des Spann kolbens 8 ist ein Sprengring 22 angeordnet. Die Bezugs zeichen 23 und 23′ bezeichnen Schwenkzapfen, auf denen die Finger 13, 13′ am Greifer 12 gelagert sind.

Im folgenden wird die Bewegung des Greifers 12 nach oben und unten sowie die Freigabe- und Schließbewegung der Finger 13, 13′ beschrieben. In Fig. 1 ist der Zustand gezeigt, in dem sich der Hubkolben 7 und der Greifer 12 in ihrer jeweils obersten Stellung befinden. Wenn in diesem Zustand dem Innenraum des Zylinders 2 über den in der oberen Verschlußkappe 4 ausgebildeten Durchlaßkanal 3 Druckluft zugeführt wird, werden der Hubkolben 7 und der Spannkolben 8 zusammen mit der Antriebsstange 9 nach unten bewegt. Durch die Bewegung der Antriebsstange 9 nach unten wird der am unteren Ende des Spannkolbens 8 be festigte Greifer 12 ebenfalls nach unten bewegt, wobei er durch die Führungsstangen 16, 16′ geführt ist. Während der Bewegung nach unten wird der Raum zwischen Hubkolben 7 und Spannkolben 8 durch die Federkraft der Feder 6, die zwischen dem Hubkolben 7 und dem Spannkolben 8 angeordnet ist, konstant gehalten.

Die Bewegung des Spannkolbens 8 nach unten wird solange fortgesetzt, bis der Spannkolben 8 an das untere Ende des Zylinders 2 stößt (s. Fig. 3A). Mit Beendigung der nach unten gerichteten Bewegung des Spannkolbens 8 stoppt auch die Bewegung des Greifers 12 nach unten. Zu diesem Zeit punkt befindet sich der Hubkolben 7 in einer Stellung, in der er um die Strecke D gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach unten verschoben ist.

Die Finger 13, 13′ werden bis zur Erreichung des in Fig. 3A gezeigten Zustands in ihrer Anfangsstellung gehalten, da der zwischen dem Hubkolben 7 und dem Spannkolben 8 abgegrenzte Raum mit Hilfe der Feder 6 konstant gehalten wird und keine Relativbewegung der Antriebsstange 9 in Bezug auf den Spannkolben 8 stattfindet. Sobald jedoch die fortwährend auf den Hubkolben 7 durch die Druckluft ausgeübte und ihn nach unten drückende Kraft die Kraft der Feder 6 übersteigt, wird diese zusammengedrückt und die Antriebsstange 9 bewegt sich in der Stangenaufnahmeöffnung 10 nach unten.

Aufgrund der Bewegung der Antriebsstange 9 nach unten schwenken die Finger 13, 13′, die mit dem am unteren Ende der Antriebsstange 9 ausgebildeten eingreifenden Vorsprung 11 verbunden sind, um Schwenkzapfen 23, 23′ in einer Richtung, in der der zwischen ihnen bestimmte Abstand sich vergrößert.

Die Bewegung der Antriebsstange 9 nach unten wird beendet, wenn das untere Ende des Abschnitts 19 mit größerem Durchmesser auf das untere Ende des erweiterten Bereichs 18 trifft (s. Fig. 3B). Die Strecke, über die der Ab schnitt 19 mit größerem Durchmesser sich im erweiterten Bereich 18 bewegt, entspricht also dem Spreizwinkel d der Finger 13, 13′.

Wird nun in dem in Fig. 3B dargestellten Zustand dem Innenraum des Zylinders 2 Druckluft durch den in der unteren Verschlußkappe 5 ausgebildeten Durchlaßkanal 3′ in Abhängigkeit der Stellung eines nicht gezeigten Magnetven tils zugeführt, so strömt diese über die auf der Umfangs fläche des Spannkolbens 8 ausgebildeten Vertikalnuten 17 in den zwischen dem Hubkolben 7 und dem Spannkolben 8 abgegrenzten Raum und wirkt auf die untere Stirnfläche des Hubkolbens 7, so daß dieser in seine ursprünglich dem Spannkolben 8 gegenüber eingenommene Stellung zurückkehrt.

Gleichzeitig kehrt auch die Feder 6 in ihren Anfangszu stand zurück. Durch die relativ zum Spannkolben 8 nach oben erfolgende Bewegung des Hubkolbens 7 wird die An triebsstange 9 nach oben gezogen, wodurch die Finger 13, 13′ in ihre in Fig. 3A dargestellte Anfangsstellung zurückkehren.

Wird in dem in Fig. 3A gezeigten Zustand weiterhin Druck luft durch den Durchlaßkanal 3ß der unteren Verschlußkappe 5 geleitet, kehrt die Vorrichtung 1 in ihren Anfangszu stand zurück, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, und ein Arbeitszyklus der Vorrichtung 1 ist abgeschlossen.

Die erfindungsgemäße Greif- und Zuführvorrichtung kann einzeln eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch mehrere solcher Vorrichtungen eingesetzt, die wie in Fig. 4 dargestellt an einem polyederförmigen Halter befestigt sind. Beim in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei erfindungs gemäße Greif- und Zuführvorrichtungen 1 zusammen mit vier herkömmlichen Sauggreifern 26 mittels Roboterhand-Befestigungswinkeln 25, 25′ an der Außenfläche eines Halters 24 eines Zylinders befes tigt. Die sechs Greifer werden aufeinanderfolgend nach unten bewegt, um eine Fingerspreizbewegung oder eine Ansaugung zum Ergreifen von Gegenständen auszuführen und werden dann wieder nach oben in ihre Ausgangsstellungen bewegt. Für den Fall, daß Gegenstände an gewünschten Orten abgelegt werden sollen, findet dieser Vorgang in umgekehr ter Weise statt. Bei Verwendung eines Roboters vom Scara- Typus kann die Drehstellung und die Einführposition einer Roboterhand eingestellt werden. Kommt ein kartesischer Roboter zum Einsatz, findet keine Drehung der Roboterhand statt.

Erfindungsgemäß ist also, wie vorstehend beschrieben, eine Greif- und Zuführvorrichtung geschaffen worden, die eine Bewegung des Greifers nach oben und unten sowie eine Öffnungs- und Schließbewegung der Finger mit nur einem einzigen Zylinder ausführen kann. Auf diese Weise ist der Gesamtaufbau der Vorrichtung vereinfacht worden und die für einen Arbeitszyklus benötigte Zeitdauer stark reduziert worden. Weiterhin kann der Arbeitsvorgang genauer ausgeführt werden, wodurch die Betriebszuverlässigkeit erhöht wird.

Werden mehrere erfindungsgemäße Greif- und Zuführvorricht ungen miteinander zum Aufbau einer Mehrfach-Greiferanord nung kombiniert, um in einem Roboter des Scara-Typus oder in einem Roboter des kartesischen Typs eingesetzt zu werden, bei welchem die Zu- und Einführvorgänge von Gegenständen in vertikaler Richtung durchgeführt werden, können mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtungen unterschiedliche Arbeitsvorgänge gleichzeitig ausgeführt werden. Damit ist es möglich, sowohl das Gewicht der Gesamtanordnung als auch die Gesamtdauer eines Arbeits zyklus zu verringern. Darüberhinaus ist jede erfindungs gemäße Vorrichtung auch für andere, allgemeinere Aufgabe einsetzbar, da sie nach Art eines Moduls austauschbar ist.

Claims

1. Greif- und Zuführeinrichtung (1) mit

- einem Zylinder (2), an dessen Enden obere und untere Verschlußkappen (4, 5) angebracht sind, die Durchlaßkanäle (3, 3′) für Druckluft aufweisen, welche jeweils mit dem Innenraum des Zylinders (2) verbunden sind,
- einem oben im Zylinder (2) angeordneten Hubkolben (7) an dessen unterem Ende eine Antriebsstange (9) befestigt ist,
- einem im Zylinder (2) unterhalb des Hubkolbens (7) angeordneten Spannkolben (8), so daß ein vorherbestimmter Raum vom unteren Ende des Hubkolbens (7) an abgegrenzt ist, wobei der Spannkolben (8) einen stangenförmigen Fortsatz, der sich nach unten durch die untere Verschlußkappe (5) soweit erstreckt, daß sein unteres Ende aus der Verschlußkappe (5) herausragt, und eine Stangenaufnahmeöffnung (10) aufweist, durch die sich die Antriebsstange (9) des Hubkolbens (7) nach unten soweit erstreckt, daß ihr unteres Ende über das untere Ende des stangenförmigen Fortsatzes des Spannkolbens (8) herausragt,
- einer in dem vorherbestimmten Raum um die Antriebsstange (9) angeordneten Schraubendruckfeder (6) zum Voneinanderwegdrängen des Hubkolbens (7) und des Spannkolbens (8), und
- einem am unteren Ende des stangenförmigen Fortsatzes des Spannkolbens (8) befestigten Greifer (12), der ein Paar Finger (13, 13′) aufweist, deren eines Ende schwenkbar am Greifer (12) und deren anderes Ende schwenkbar am herausragenden unteren Ende der Antriebsstange (9) angebracht ist, so daß sich die Finger (13, 13′) bei einer vertikal hin- und hergehenden Bewegung des Hubkolbens (7) zwischen einer Freigabestellung und einer Einspannstellung bewegen.

2. Greif- und Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannkolben (8) auf seiner Außenseite mehrere vertikal verlaufende Nuten (17) zur Verbindung des zwischen dem Hubkolben (7) und dem Spannkolben (8) abgegrenzten vorbestimmten Raums mit dem an der unteren Verschlußkappe (5) ausgebildeten Druckluft-Durchlaßkanal (3′) und im oberen Teil seiner Stangenaufnahmeöffnung (10) einen erweiterten Bereich (18) zur Aufnahme eines Abschnitts (19) der Antriebsstange (9) mit größerem Durchmesser aufweist.

3. Greif- und Zuführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Verschlußkappe (5) ein Paar vertikaler Führungslöcher (15, 15′) aufweist, in die ein Paar Führungsstangen (16, 16′) nach oben hineingesteckt sind, wobei das untere Ende jeder Führungsstange (16, 16′) am Greifer (12) befestigt ist.