DE8128632U1

DE8128632U1 - Greifer mit passivem ausgleichssystem fuer handhabungsgeraete

Info

Publication number: DE8128632U1
Application number: DE19818128632
Authority: DE
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1981-09-30
Filing date: 1981-09-30
Publication date: 1982-04-15

Description

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DER ANGEWANDTEN FORSCHÜieZ S.V. ι '! '..·· : Leonrodstraße 54, eOO-Q.MtfcfcsheRMSf, ' :,,: _ti;, 81/14404 IPA

Greifea mit passivem Ausgleichssystem für Handhabungsgeräte

Bei der Verwendung von Handhabungsgeräten als Montageroboter · zum Fügen von werkstücken können sich durch Positions- und/ oder Formabweichungen an den Werkstücken, am Greifer oder am Montagewerkzeug Schwierigkeiten ergeben. Positionsabweichungen entstehen meist durch Programmierfehler des Roboters oder durch Lageabweichungen des Werkstückes, z. B. in einer Zuführungsschiene. Formabweichungen ergeben sich aufgrund von Fertigungsfehlern oder ungünstiger Toleranzlage der zu fügenden Werkstücke. In solchen Fällen können beim Greifen und Fügen durch den Roboter Reaktionskräfte und Reaktionsmomente entstehen, die über das im Greifer gespannte Werkstück auf den Greifer und den Arm des Roboters einwirken, was zu Beschädigungen an den Teilen des Roboters, am werkstück, an den Werkzeugen oder an den Montagevorrichtungen führen kann.

Um diese Schäden zu vermeiden, ist es bekannt, zwischen den Roboterarm und das Greifersystem eines Handhabungsgerätes ein Ausgleichssystem einzufügen.

Bei aktiven Ausgleichssystemen werden die bei dem Montagevorgang auftretenden Fügereaktionskräfte und -mome&te gemessen, zusammen mit Wege- und Winkelinformationen können daraus Stellgrößen für Antriebe berechnet werden, die den Greifer so lange verfahren, bis die Positions» und Formabweichungen ausgeglichen sind. Derartige aktive Ausgleichseinrichtungen sind baulich aufwendig und können selbst störanfällig sein. j

Wesentlich einfacher in Konstruktion und Betrieb sind die passiven Ausgleichssysteme. Bei diesen wird durch Einbau von Federelementen der kinematische Aufbau von Greifer und Roboterarm so nachgiebig gemacht, daß Fügereaktionskräfte und -momente keine Beschädigungen hervorrufen können, sondern von den Federelementen aufgenommen werden. Die Anordnung der

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Federelemente soll die Ree^tionskräfte und -moment© so umlenken , daß der Montagevorgang unterstützt wird. Dabei können besondere Formgebungen/ wie Fasen/ an Greifer/ Werkstück und teilmontierter Baugruppe ausgenutzt werden.

Die Erfindung betrifft eine^Greifer mit passivem Ausgleichssystem für Handhabungsgeräte/ insbesondere zum Fügen mit Montagerobotern nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. Ein$ solcher Greifer ist durch den vom Erfinder stammenden Aufsatz ⁿSensorgeführte Industrieroboter mit nachgiebiger Aufhängung" in der Zeitschrift "Maschinenmarkfc" 85 (1979) auf den Seiten 1422 und 1423 beschrieben worden.

Bei dieser bekannten Einrichtung ist zwischen dem Greifer· mit dem zu fügenden Werkstück und dem Roboterarm eine aus vier Elastcmerkörpern bestehende/ nachgiebige Aufhängung vorgesehen, die eine Auslenkung von jeweils mehreren Millimetern oder Winkelgraden in allen fünf Achsen ermöglicht. Weil die Elastomerkörper eine beträchtliche Hysterese aufweisen/ ist eine Zentriereinrichtung angebracht/ mit der die Aufhängung steif überbrückt und ein Einschwingen des Greifers beim Verfahren des Roboterarmes unterdrückt werden kann. Wegen der Größe der sehr nachgiebigen Elastomerkörper und durch die Anordnung der Zentriereinrichtung weist dieses bekannte passive Ausgleichssystem große Abmessungen und eine große Masse auf/ was seinen Einsatz bei kleinen Industrierobotern erschwert oder ausschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

mit passivem Ausgleichssystem der angegebenen Art zu schaffen« d*& kleine Abmessungen und eine geringe Masse aufweist, so daß «£e auch in kleinen Industrierobotern eingesetzt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß durch die im Kennseichen des Schutzanspruchs 1 angegebenen Merkmale·

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben:

Im folgenden sind anhand der Zeichnungen das Grundprinzip einer nachgiebigen Greiferaufhängung zum Fügen und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:

Die Figuren la, Ib, lc und 1 d das Xdealverhalten einer nachgiebigen Greiferaufhängung schematisch, die Figur 2 ein erfindungsgemäßes passives Ausgleichssystem für Handhabungsgeräte im Längsschnitt.

In den Figuren 1 a bis 1 d sind die Teile der Greiferaufhängung im belasteten Zustand mit ausgezogenen Linien und unbelastet gestrichelt dargestellt.

Nachgiebige Greiferaufhängungen zum Fügen von Werkstücken sollen so ausgelegt werden, daß beim Auf bringen von Fügereak« tionskräfiten und -momentan die Aufhängung folgende Eigenschaften aufweiset'-:

Bei lateral auftretenden Komponenten der Fügereaktionskraft F_L gemäß der Figur 1 a muß eine weitgehend reine Translationsbe«=· wegung des Greifers senkrecht zur Fügerichtung und damit ein achsparalleles Verschieben des Werkstückes zu seiner Sollposition bewirkt werden. Bei auftretenden Fügekraftmomenten M, entsprechend der Figur 1b, soll eine von der Translationsbewegung unabhängige, weitgehend reine Rotationsbewegung um den Angriffspunkt des Fügereaktionsmomentes und damit ein Abkippen des Werkstückes erfolgen. Die Kombination einer seitlichen Translationsbewegung mit einer Rotationsbewegung (Abkippen) des Werkstückes zu dessen Zentrierung in einer Bohrung zeigt die Figur 1 c. Zusätzlich muß die in der Fügerichtung auftretende axiale Fügereaktionskomponente F^ nach der Figur 1 d weitgehend, ohne auf die übrigen Teilsysteme der nachgiebigen Aufhängung einzuwirken, von einem axialkraftsensitiven System in eine translatorische Bewegung umgesetzt werden. Diese Aus-

lenkung kann von einem Wegemeßsystern gemessen werden.

Das Verhalten der nachgiebigen Aufhängung wird bestimmt durch die Abmessungen, die Steifigkeit und die geometrische Anordnung der einzelnen elastischen Elemente der Aufhängung. Im allgemeinen wird bei einer elastischen Aufhängung von der Nachgiebigkeit ausgegangen« wobei die Nachgiebigkeit der reziproke Wert der Steifigkeit ist. Erstellt man die Matrix der Nachgiebigkeit,- so wird eine nachgiebige Greiferaufhängung einen Kraft- und Mamentenösigriffspunkt aufweisen, bei dem das System bei einer äußeren Horizontalkraft eine reine Horizontalbewegung und bei einem äußeren Moment eine reine Drehbewegung um diesen Momentenangriffspunkt erzeugt. Für diesen Punkt, der "Zentrum der Nachgiebigkeit* genannt wird, ist die Nachgiebigkeitsmatrix eine Diagonalmatrix. Seim Fügen soll dieser Punkt außerhalb der eigentlichen nachgiebigen Struktur in die Spitze des zu fügenden Werkstückes projiziert liegen.

Technisch läßt sich das Zentrum der Nachgiebigkeit mit einer mehrdimensional nachgiebigen Struktur unter Verwendung von Elastomerkörpern realisieren. Slastomeskörper sind aufgrund ihrer kompakten Abmessungen, ihres nicht-starren Aufbaus, der Rückstellkräfte, der guten Dämpfungseigenschaften sowie der geringen Reibung für den Einsatz in einev Greifera»e*änung mit passivem Ausgleichssystem besonders geeignet. Dabei soll die nachgiebige Struktur zumindest in zwei Teilsysteme getrennt werden, wobei ein Teilsystem die laterale Komponente der Fügereaktionskraft aufnimmt und die Traxislationsbewegung erzeugt und ein weiteres Teilsystem das Fügereaktionsmoment in eine Rotationsbewegung (Abkippen) umsetzt. Außerdem muß als drittes Teilsystem noch eine nachgiebige Aufhängung in Fügerichtung verwendet werden (axialkraftsensitives Teilsystem)

Diese Merkmale- und Forderungen werden von dea> in der Figur Z dargestellten Greifer«taes4Auag mit passivem Ausgleichssystem für Handhabungsgeräte erfüllt.

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Die nachgiebige Aufhängung nach der Figur 2 besteht aus drei konzentrisch übereinander angeordneten,, starren flanschen 1, 4 und 8, von denen der oberste Flansch 1 mit Verbindungsschrauben 14 an dem nicht dargestellten Ende des Armes eines Industrieroboters starr befestigt ist. Zwischen dem oberen Flansch 1 und dem mittleren Flansch 4 sind rotationssymmetrisch mehrere, vorzugsweise drei meist zylindrische Elastomerkörper 2 « angeordnet, die durch Schrauben 13 derart auf Zug vorgespannt ! sind, daß die Flanschen 1 und 4 mit ihren ebenen Stirnflächen I und der dazwischen eingefügten Gleitscheibe 3 gegeneinander \ gepreßt werden. Dadurch/ daß die Slastomerkörper 2 etwas auf | die Längsachse A - Λ der Aufhängung hin geneigt sind, wird f eine Rückstellkraft erzeugt. Die Vorspannung der Elastomer- \ körper 2 und deren Steifigkeit bewirken im Zusammenwirken mit | der Gleitführung, daß die Flansche 1 und 4 beim Aufbringen einer lateralen Fügereaktionskraft oder eines Moments nicht \ abkippen. ί

Der mittlere Flansch 4 und der untere Flansch S sind durch drei weitere Elastomerkörper 5 miteinander verbunden, die punktsymmetrisch zur Längsachse A-A der Aufhängung so ange- _: ordnet sind, daß sich die Längsachsen B-B der Elastomerkörper 5 in ihrer Verlängerung auf der Achse A-A schneiden. Der Schnittpunkt Z ist das Zentrum der Nachgiebigkeit, das etwa in der Spitze des zu fügenden Werkstückes liegen soll. Da zwischen dam mittleren Flansch 4 und dem unteren Flansch 8 sonst keine mechanische Verbindung besteht, kann der untere Flansch 8 beim Auftreten eines äußeren Momentes gegen den _; mittleren Flansch 4 abkippen. Die Flansche 4 und 8 bilden somit zusammen mit den Elastomerkörpern 5 die momentensensitive Struktur der nachgiebigen Aufhängung«

Zwischen dem unteren Flansch 8 und dem gestrichelt dargestellten Grundkörper oder Gehäuse 10 der Greiferwechseleinrichtung des Industrieroboters ist eine axialkraftsensitive Struktur zum Ausgleich axialer Fügereaktionskräfte vorgesehen. Diese

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nachgiebige struktur besteht aus zwei mit dem unteren Flansch starr verbundenen Führungsbuchsen 6 für zwei auf dem Grundkörper 10 befestigte» symmetrisch parallel zur Längsachse λ - Λ verlaufende Säulen 7 sowie aus zwei an den Führungsbuchsen 6 und am Grundkörper 10 abgestützten, axial vorgespannten Druckfedern 9. Parallel zu der axialkraftsensitiven Struktur ist ein Wegemedsystem angeordnet, das von einem Potentiometer 11 mit einem Fühlstift 12 gebildet wird und die Auslenkung der axialkraftsensitiven Struktur zu ermitteln gestattet.

Claims

• It* f · Schutzansprüche

1. Greifer mit passivem Ausgleichssystem für Handhabungsgeräte, insbesondere zum Fügen mit Montagerobotern, bei dem zwischen dem Ende des Roboterarmes und dem Greifer* für ein Werkstück oder ein Werkzeug eine aus starren Flanschen und zwischen diesen befestigten Elastomerkörpern bestehende, nachgiebige Aufhängung angeordnet ist, die selbsttätige Ausgleichsbewegungen des Greifers gegenüber Fügereaktionsmomenten und lateralen Fügereaktionskräften ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die nachgiebige Aufhängung drei koaxial übereinander an-' geordnete Plansche (1, 4, S) aufweist, von denen der obere Flansch (1) über Verbindungsschrauben (14) starr an den Roboterarm anschließbar und der untere Flansch (8) mit dem Grundkörper (10) einer Greiferwechseleinrichtung verbindbar ist,

b) zwischen dem oberen und dem mittleren Flansch (1 bzw. 4) sowie zwischen dem mittleren und dem unteren Flansch (4 bzw. 8) in deren Randbereichen mehrere, vorzugsweise zylindrische Elastomerkörper (2 bsew. 5) symmetrisch zur Längsachse (A - A) der nachgiebigen Aufhängung angeordnet sind, welche die Flansche (1, 4, 8) miteinander verbinden,

c) die oberen, schräg zu der Achse (A - A) verlaufenden Elastomerkörper (2), z. B. durch Schrauben (13), auf Zug vorgespannt sind und die sich über ebene Stirnflächen und eine Gleitscheibe (3) aufeinander abstützenden Flansehe (1, 4) gegeneinander seitlich verschiebbar sind,

d) die die Flansche (4, 8) verbindenden unteren Elastomerkörper (5) zur Längsachse (A - A) der Aufhängung so geneigt sind, daß sich ihre Achsen (B - B) im Zentrum (Z) der Nachgiebigkeit schneiden, das im Bereich der Spitze des von dem Greifer gehaltenen Werkstückes oder Werkzeuges liegt.

2. Greifera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ' daß zwischen dem unteren Flansch (8) wad dem Grundkörper

(10) der Greiferwechseleinrichtung oder zwischen dem oberen Flansch (1) und dem Ende des Roboterarnes eine an sich bekannte axialkraftaensitive Struktur vorgesehen ist.

3. Greifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axialkraftsensitive struktur aus zwei mit dem unteren Flansch (8) verbundenen Führungsbacken (6) für swei auf dem Grandkörper (10) parallel zu der Achse (Λ - A) befestigte Säulen (7) und aus zwei am Grundkörper (10) scwis an den ?ühru&gsbuchsen (6) abgestützten, axial vor= gespannten Druckfedern (9),besteht.

4. Greiferg nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet; daß zwischen dem unteren Flansch (8) und dem Grundkörper (10) ein Wegmeßsystem? z. B. ein Potentiometer (11) mit einem Fühlstift (12), vorgesehen ist.