DE69110577T2

DE69110577T2 - Mechanischer nachgiebiger Interface.

Info

Publication number: DE69110577T2
Application number: DE1991610577
Authority: DE
Inventors: Georges Bancon; Martial Molter
Original assignee: SEVA SA
Current assignee: SEVA SA
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2011-07-30
Also published as: EP0471604B1; FR2665390B1; ES2076488T3; DE69110577D1; EP0471604A1; FR2665390A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische nachgiebige Schnittstelle oder Ausgleichsblock. Sie ist insbesondere auf die Montage eines Greifwerkzeugs an einem Manipulatorarm anwendbar (siehe beispielsweise US-A-4789292).
Wenn ein Manipulator ein erstes Werkstück an ein zweites Werkstück bringen soll, ist es sehr schwierig, auf wiederholbare Weise eine genaue Positionierung zu erreichen. Der Manipulator kann zwar das erste Werkstück in eine sehr genaue Lage bringen, das zweite Werkstück kann jedoch bezüglich dieser Lage versetzt sein. Dieses Problem ist besonders schwer, wenn es sich um zerbrechliche Werkstücke wie die beiden Elemente (Platte und Kegel) einer Fernsehröhre handelt.
Eine gebräuchliche Lösung besteht darin, daß jedes Mal die genau Lage des zweiten Teils gemessen wird und daß die Endstellung des ersten Teils in drei Dimensionen korrigiert wird. Diese Lösung ist langsam und schwer durchzuführen.
Ziel der Erfindung ist es, eine mechanische Schnittstelle zu schaffen, die eine solche Nachgiebigkeit besitzt, daß sie sich von selbst frei an die Lageversetzungen zwischen zwei Teilen anpassen kann, ohne daß es erforderlich ist, diese zu kennen.
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der Erfindung eine nachgiebige mechanische Schnittstelle, umfassend
- ein Gehäuse mit einer oberen Wange,
- eine untere Platte und eine obere Platte, die in diesem Gehäuse montiert sind, wobei die untere Platte in ihrer Ebene frei beweglich ist,
- eine Verbindung mit zweifachem Kugelgelenk zwischen den beiden Platten und
- eine Werkzeugträgerplatte, die von der unteren Platte getragen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- das Gehäuse eine untere Wange besitzt, die zur oberen Wange parallel ist,
- jede Platte so geführt ist, daß sie in ihrer Ebene bezüglich des Gehäuses und bezüglich der anderen Platte frei beweglich ist, und
- die Verbindung mit doppeltem Kugelgelenk eine Tragwelle umfaßt, die mit feststehendem Kugelgelenk in einer der Platten und mit beweglichem Kugelgelenk in der anderen Platte montiert ist, wobei die Platte vertikal verschiebbar am unteren Ende dieser Tragwelle montiert ist.
Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße nachgiebige mechanische Schnittstelle nach der Linie I-I von Fig. 2;
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeils III von Fig. 1;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV von Fig. 3 und
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V von Fig. 2.
Die in den Zeichnungen dargestellte nachgiebige mechanische Schnittstelle oder Ausgleichsblock ist dazu bestimmt, zwischen das Ende eines Manipulatorarms (nicht dargestellt) und ein Greifwerkzeug (nicht dargestellt), beispielsweise eine Zange oder einen Saugnapf, eingesetzt zu werden, das an einer Werkzeugträgerplatte 1 befestigt wird. Die Schnittstelle besitzt im wesentlichen ein zylindrisches Gehäuse 2, dessen Achse X-X während der Verwendung vertikal ist, zwei in diesem Gehäuse angeordnete horizontale Platten, und zwar eine untere Platte 3 und eine obere Platte 4, eine in etwa vertikale gelenkige Tragwelle 5 und eine Tragvorrichtung 6, die am unteren Ende dieser Welle unter dem Gehäuse montiert ist.
Das Gehäuse 2 besitzt zwei horizontale Wangen, eine untere Wange 7 und eine obere Wange 8, und eine Umfangswand 9, die diese verbindet. Die Wange 8 ist dazu bestimmt, an dem Ende des Arms des Manipulators befestigt zu werden, und die Wange 7 besitzt eine breite zentrale Öffnung 10 länglicher Form (Fig. 2). Die Wand 9 besitzt Öffnungen 11 (Fig. 3) zum Durchgang von Leitungen 11A (Fig. 2) zur Versorgung von Arbeitszylindern mit Druckfluid, deren Aufgabe im nachstehenden beschrieben wird.
Die Platten 3 und 4 sind übereinander angeordnet und auf ihren beiden Seiten mit mehreren Kugeln 12 versehen. Diese Kugeln arbeiten mit Laufflächen 13 zusammen, die auf Wälzlagerblöcken 14 abgegrenzt sind, die auf den Innenseiten der beiden Wangen und auf den beiden Seiten jeder Platte befestigt sind.
So ist jede Platte in ihrer horizontalen Ebene geführt und kann sich in dieser Ebene innerhalb der Abmessungen der Laufflächen 13 frei bewegen, ohne mit dem Gehäuse in Kontakt zu kommen.
In der Mitte der unteren Platte 3 ist ein Kugelgelenksitz 14 befestigt, in dem ein Kugelgelenk 15 montiert ist, das mit der Welle 5 fest verbunden ist. Oberhalb dieses Kugelgelenks durchquert die Welle 5 mit einem Spiel einen zylindrischen Ring 16, der in der Mitte der oberen Platte 4 vorgesehen ist, und trägt an ihrem Ende ein zweites Kugelgelenk 17. Dieses hat einen Durchmesser, der der Innendurchmesser des Rings 16 ist, und wird von einer diametralen Achse 18 durchquert, deren Enden verschiebbar in vertikalen Schlitzen 20 aufgenommen sind, die im oberen Teil des Rings 16 ausgespart sind.
Die Tragvorrichtung 6 umfaßt ein erstes Teil 21 in Form einer umgekehrten Schale, die mit dem unteren Ende der Welle 5 fest verbunden ist, sich unter dem Kugelgelenk 15 befindet und unter dem Gehäuse hervorsteht. Dieses Teil 21 ist in eine abgestufte zentrale Aussparung eines Buchsenhalters 22 von allgemein ebener und horizontaler Form eingesteckt. Dieser Buchsenhalter ist an dem Teil 21 durch mehrere radiale Schrauben 23 befestigt (Fig. 4) und grenzt mit diesem Teil einen einfach wirkenden zentralen Arbeitszylinder 24 ab, der zum Einrasten der Werkzeugträgerplatte 1 dient, von der im nachstehenden die Rede ist. Die Kolbenstange des Arbeitszylinders 24 steht nach unten hervor und ist in der Mitte der Platte 1 befestigt.
Zu beiden Seiten des Arbeitszylinders 24 ist der Buchsenhalter 22 mit zwei Kugelbuchsen 25 mit vertikalen Achsen ausgerüstet. Jede dieser Buchsen ist von einer Säule 26 durchquert, deren unteres Ende an der Platte 1 befestigt ist und deren oberes Ende weit in das Gehäuse 2 eindringen kann, indem es mit einem breiten radialen Spiel die Öffnung 10 der unteren Wange 7 und eine Öffnung 27 (Fig. 2) durchquert, die in jeder der Platten 3 und 4 vorgesehen ist. Eine Schraubenfeder 28 ist zwischen der Oberseite jeder Buchse 25 und einem Ring 29 komprimiert, der am oberen Ende der zugeordneten Säule 26 befestigt ist.
Außerdem trägt die Platte 1 (Fig. 3 und 4) auf ihrer Oberseite zwei diametral entgegengesetzte zylindrische Zapfen 30 mit konischem Kopf, die so ausgelegt sind, daß sie ohne Spiel in zwei Einrastungsbuchsen 31 mit vertikalen Achsen und mit konischem Eingang eintreten, die auf der Unterseite der Wange 7 befestigt sind.
Jede Platte 3, 4 besitzt zwei breite halbkreisförmige Aussparungen 32, die diametral einander entgegengesetzt sind und winkelmäßig in 90º zu den Öffnungen 27 angeordnet sind. Eine Bremsbacke 33 ist auf der Außenseite der entsprechenden Platte über jeder Aussparung montiert, und ihre beiden Enden sind mit dieser Platte durch Gleitbuchsen 34 mit vertikaler Achse verbunden. Die Außenseite jeder Backe trägt ein Bremsplättchen 35 (Fig. 5), das zwischen diese Backe und die Unterseite der benachbarten Gehäusewange eingesetzt ist.
Ein zweifachwirkender Arbeitszylinder 36 besitzt einen Körper, der auf der Unterseite jeder oberen Backe 33 befestigt ist. Seine Kolbenstange steht nach unten hervor und trägt eine horizontale Scheibe 37 (Fig. 5), die ohne vertikales Spiel, jedoch mit einer horizontalen Ausschlagsfreiheit in einer Führung 38 in Form einer umgekehrten Schale montiert ist, die auf der Oberseite der entsprechenden unteren Backe 33, befestigt ist.
Die beschriebene Schnittstelle kann auf die folgende Weise zum Positionieren der Platte einer Fernsehröhre auf dem Kegel dieser Röhre zum Zweck ihrer gegenseitigen Verklebung benutzt werden. Die Verbindungsfläche des Kegels ist in einer annähernd horizontalen Ebene gelegen, ohne daß die horizontale, vertikale und winkelmäßige Stellung auf absolut genaue Weise bekannt ist.
Der Arbeitszylinder 24 wird eingezogen, so daß die Zapfen 30 in die Buchsen 31 eintreten, wie auf der linken Hälften der Fig. 3 und auch der Fig. 1 dargestellt ist, was die Achse der Platte 1 mit der vertikalen Achse X-X des Gehäuses 2 zusammenfallen läßt. Nun werden die Arbeitszylinder 36 ausgefahren, wodurch die Plättchen 35 an die Wangen des Gehäuses angelegt werden und die beiden Platten bezüglich dieses Gehäuses blockiert werden. Die gesamte Schnittstelle ist somit starr gemacht, und die Lage der Platte 1 bezüglich des Arms des Manipulators ist einwandfrei definiert.
Der Manipulator ergreift nun eine Fernsehröhrenplatte, deren Lage mit Genauigkeit bekannt ist, und bringt sie über den Kegel. Der Arbeitszylinder 24 wird gelöst, und die beiden Arbeitszylinder 36 werden eingezogen, was die Schnittstelle "weich" macht. Die Platte 1 senkt sich etwas unter der Wirkung ihres Gewichts und dem der Fernsehröhrenplatte, indem die Federn 28 komprimiert werden und die Zapfen 30 aus den Buchsen 31 austreten, wie in der rechten Hälfte der Figuren 1 bis 3 dargestellt ist. Der Manipulator bewegt die Fernsehröhrenplatte nach unten, und diese positioniert sich auf dem Kegel mittels Anschlägen, die auf diesem vorgesehen sind. Diese Positionierung geht ohne Schwierigkeit vor sich, da die Platte 1 jede beliebige Lage mit sechs Freiheitsgraden einnehmen kann, ohne irgendeine Reaktionskraft auf den Manipulator oder die Fernsehröhrenplatte auszuüben.
Wenn die Fernsehröhrenplatte an Platz ist, fährt man den Arbeitszylinder 36 wieder aus, was der Platte 1 nur noch einen einzigen Freiheitsgrad in der Achse der Welle 5 läßt, und zwar dank der durch Zusammenwirken der Achse 19 mit den Aussparungen 20 gewährleisteten festen Verbindung der Platte 1 mit der oberen Platte 4 bezüglich Drehung. Der Manipulator kann nun die Platte freigeben und die Schnittstelle anheben, ohne daß die Gefahr einer Störung der Lage der Platte entsteht.
Um anschließend eine andere Platte ergreifen zu können, zieht man die beiden Arbeitszylinder 36 ein und nimmt man eine Wiedereinrastung der Platte 1 bezüglich des Gehäuses 2 vor, indem man den Arbeitszylinder 24 einzieht, und dann macht man die Schnittstelle starr, indem man die Arbeitszylinder 36 ausfährt, was wieder in den oben beschriebenen Anfangszustand zurückführt.
Gemäß einer Abwandlung kann das Ergreifen der neuen Platte auch vor sich gehen, indem man die Schnittstelle "weich" macht, wodurch die Notwendigkeit entfallen würde, die Lage der zu ergreifenden Platten mit Genauigkeit zu kennen.

Claims

1. Nachgiebige mechanische Schnittstelle, umfassend

- ein Gehäuse (2) mit einer oberen Wange (8),

- eine untere Platte (3) und eine obere Platte (4), die in diesem Gehäuse montiert sind, wobei die untere Platte in ihrer Ebene frei beweglich ist,

- eine Verbindung mit zweifachem Kugelgelenk (15, 17) zwischen den beiden Platten und

- eine Werkzeugträgerplatte (1), die von der unteren Platte getragen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das Gehäuse (2) eine untere Wange (7) besitzt, die zur oberen Wange (8) parallel ist,

- jede Platte (3, 4) so geführt ist, daß sie in ihrer Ebene bezüglich des Gehäuses und bezüglich der anderen Platte frei beweglich ist, und

- die Verbindung mit doppeltem Kugelgelenk eine Tragwelle (5) umfaßt, die mit feststehendem Kugelgelenk (15) in einer (3) der Platten und mit beweglichem Kugelgelenk (17) in der anderen Platte (4) montiert ist, wobei die Platte (1) vertikal verschiebbar am unteren Ende dieser Tragwelle montiert ist.

2. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) auf der Tragwelle (5) über Federn (28) montiert ist.

3. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Kugelgelenk (17) von einer zur Tragwelle (5) senkrechten Achse (19) durchquert ist, deren Enden in vertikal langgestreckten Öffnungen (20) gleiten, die in der entsprechenden Platte (4) vorgesehen sind.

4. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (33 bis 36) zur selektiven Blockierung der Platten (3, 4) bezüglich des Gehäuses (2) in einer beliebigen Stellung dieser Platten besitzt.

5. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (33 bis 36) zur selektiven Blockierung Bremsplättchen (35), die vertikal verschiebbar auf jeder Platte (3, 4) montiert sind und mit dem Gehäuse (2) zusammenwirken können, und mindestens einen Arbeitszylinder (36) umfassen, der senkrecht auf diese Plättchen einwirkt.

6. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (1) und die untere Wange (8) des Gehäuses Mittel (24, 30, 31) zur gegenseitigen Wiedereinrastung aufweisen.

7. Mechanische nachgiebige Schnittstelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Wiedereinrasten Buchsen-Zapfen-Einheiten (30, 31) und einen Arbeitszylinder (24) aufweisen, der zwischen der Platte (1) und dem Gehäuse (2) wirkt.