EP1517768A1 - Greifer mit zwei schwenkbaren greifarmen, deren hebelkräfte unterschiedlich sind - Google Patents

Greifer mit zwei schwenkbaren greifarmen, deren hebelkräfte unterschiedlich sind

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Publication number
EP1517768A1
EP1517768A1 EP02748831A EP02748831A EP1517768A1 EP 1517768 A1 EP1517768 A1 EP 1517768A1 EP 02748831 A EP02748831 A EP 02748831A EP 02748831 A EP02748831 A EP 02748831A EP 1517768 A1 EP1517768 A1 EP 1517768A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gripper
arm
gripper according
gripping
arms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02748831A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Lebschi
René LEBSCHI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1517768A1 publication Critical patent/EP1517768A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0206—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising articulated grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/088—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices with position, velocity or acceleration sensors

Definitions

  • the invention relates to a gripper.
  • Such grippers are used to pick up workpieces of various types.
  • the grippers are used in particular in robots or in general in the field of automation technology.
  • Known grippers of this type have, for example, a displaceable gripping arm, which can be moved against a fixed stop.
  • the respective workpiece is clamped against the stop by being pressed by means of the gripping arm.
  • the disadvantage here is that the workpiece does not remain in an initial position during the clamping process but is pressed against the stop of the gripper 20.
  • the position of the workpiece can therefore not be specified exactly during the gripping process.
  • the workpiece remains in the stop position when the gripper is opened. If the gripper is then removed from the workpiece, there is also the risk that the position of the stop against the workpiece will be changed in an undefined manner.
  • a higher positional accuracy of the workpiece to be gripped can be achieved with parallel grippers that have two axially displaceable gripping arms.
  • the centering movement of the gripper arms can be done by a reach pneumatic drive.
  • a mechanical system for converting the drive movement to the gripper arms is arranged downstream of the drive.
  • such mechanical systems are structurally complex and must also be continuously lubricated.
  • Another parallel gripper is known from DE 201 00 104 UI.
  • This gripper has two gripper jaws that can be controlled independently of one another by means of two pneumatic cylinders. Using the pneumatic cylinders, the gripper jaws can be moved at different times or at different speeds.
  • Another disadvantage is that the separate control of the pneumatic cylinder itself causes an undesirably high design effort.
  • the compressed air supply for each pneumatic cylinder must be controlled individually via separate valves and compressed air connections.
  • the invention is based on the object of providing a gripper of the type mentioned at the outset which has the most robust, wear-free and simple structure, and by means of which a reproducible, controllable and positionally accurate gripping of workpieces is made possible.
  • the gripper according to the invention has two pneumatically actuated and pivotably mounted, pincer-shaped gripping arms.
  • One gripping arm forms a master gripping arm by means of which, in order to position a workpiece to be picked up, an increased leverage is exerted on the workpiece with respect to the second gripping arm forming a slave gripping arm.
  • the gripper has means for end position detection.
  • the means for detecting the end position can be used to clearly determine whether the gripper is open or closed. When the gripper is in the closed position, it can also be clearly differentiated whether the gripper has picked up a workpiece or whether it is closed without gripping a workpiece.
  • the position of the workpiece when it is picked up by the gripper according to the invention can be predefined in a simple and precise and reproducible manner.
  • the master gripper arm specifies the position of the workpiece by pressing the workpiece against the slave gripper arm until the master gripper arm assumes its defined end position.
  • the slave gripper arm only serves as a hold for the workpiece during the gripping process.
  • the gripper arms of the gripper are each rotatably mounted with respect to a pivot axis, the pivot axis dividing the respective gripper arm into two lever arms.
  • the first lever arm of a gripper arm is used to grip the workpiece.
  • the respective second lever arm of a gripper arm is arranged between a pneumatic cylinder on the one hand and a return spring and a stop assigned to this on the other hand. To pick up the workpiece, the pneumatic cylinders are actuated so that the respective second lever arms are pressed with them against the associated spring, which exerts a restoring force.
  • the components of the gripper are dimensioned so that when the workpiece is picked up, the second lever arm of the master gripper arm is pressed against the return spring until it stops, which defines the end position of the master gripper arm and thus specifies the position of the workpiece. It is essential that in this gripping position the slave gripping arm is not yet pressed against the assigned stop, so that the slave gripping arm can still exert the necessary counterforce to hold the workpiece.
  • the means for end position detection are used to detect whether or not a gripper arm rests against the respective stop. Due to the asymmetry of the movements of the master and slave gripper arms, the current state of the gripper can be reliably detected. If none of the gripper arms is pressed against the respective stop, the gripper is open. If only the master gripper arm is pressed against the assigned stop, a workpiece is picked up with the gripper. Finally, so-called empty gripping of the gripper can also be detected with the means for detecting the end positions. This is the case when the gripper arms of the gripper are actuated but there is no workpiece. Then both gripper arms rest against the respective stop.
  • the means for detecting the end position can be formed by conventional sensors such as Hall sensors or inductive proximity switches.
  • sensors of this type entail increased construction costs and expense.
  • Such sensors are also sensitive to electromagnetic interference.
  • the means for end position detection are designed such that a contact measurement is carried out with them.
  • the means for detecting the end position preferably have two measuring elements, one measuring element in each case being mounted in one of the gripping arms such that it can be brought into contact with the associated stop.
  • the means for detecting the end position have a probe which is at a reference potential and which can be brought into electrical contact with a frame on which the gripping arms are pivotably mounted.
  • the end position is then recorded in the form of a resistance measurement.
  • the contact of a measuring element with the stop is detected by the fact that there is a conductive connection between the measuring element and the probe via the frame, which is not the case in the case of a measuring element located remotely from the stop.
  • binary switching signals are advantageously generated in an evaluation unit from the signals of the measuring elements, which indicate unambiguously whether the respective gripping arm rests against the stop or not.
  • the end position detection carried out in this way is extremely precise and not susceptible to faults, since the respective end position is detected immediately and precisely when the measuring element is pressed against the stop. This represents a considerable advantage over inductive proximity switches, which respond already when an object approaches, the response distance being dependent on setting parameters of the proximity switch and also on electromagnetic interference.
  • the means required for contact measurement can be easily and inexpensively mounted on the gripper.
  • These means can also be retrofitted on the gripper, in particular as a modular unit.
  • the different lever forces of the master gripper arm and the slave gripper arm can be generated by the pneumatic cylinders can be controlled individually, whereby these deflect the master gripper arm and the slave gripper arm in different ways.
  • the disadvantage here is the relatively high outlay for the individual control of the pneumatic cylinders.
  • the different lever forces of the gripping arms are generated in that the pneumatic cylinders are arranged at different distances from the pivot axis of the respective gripping arms.
  • the geometrically asymmetrical arrangement of the pneumatic cylinders relative to the swivel axes can be structurally predefined in a simple manner on the gripper, whereby a simple and reproducible specification of the different lever forces of the gripper arms is made possible.
  • the gripping arms are particularly advantageously arranged in a symmetrical arrangement on the frame of the gripper, the pneumatic cylinders being attached to the frame at different mounting heights above the pivot axes of the gripping arms.
  • the gripper designed in this way has a particularly simple and robust construction.
  • the pneumatic cylinders for actuating the gripping arms can be completely identical and can also be supplied with compressed air via a common connection. In comparison to a separate control of the pneumatic cylinder, this control Order requires a considerably reduced effort to control the pneumatic cylinder.
  • the pneumatic cylinders are designed as membrane pneumatic cylinders.
  • the membrane forming the actuating element for deflecting a gripping arm adapts to different inclined positions of the respective gripping arm.
  • the respective gripper arm can be deflected into the respective swivel position directly via the pneumatic cylinder without joints or other mechanical implementations.
  • the end position of the master gripper arm can be changed in a simple manner via the position of the assigned stop, the stop being formed by an adjusting screw in a particularly simple and expedient embodiment.
  • Figure 1 longitudinal section through the gripper according to the invention with gripping arms lying in a first end position.
  • FIG. 2 gripper according to FIG. 1 with gripping arms lying in a second end position.
  • FIG. 3 top view of a gripper arm of the gripper according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 4 Block diagram of the gripper according to Figures 1 and 2 with
  • FIGS. 1 and 2 show an exemplary embodiment of the gripper 1 according to the invention for gripping workpieces which are not shown separately.
  • the gripper 1 forms a pliers gripper with two pneumatically actuated, pivotally mounted pliers-shaped gripper arms.
  • a first gripper arm forms a dominant master gripper arm 2 which specifies the position of the workpiece when it is picked up, while the second gripper arm forms a slave gripper arm 3.
  • FIG. 1 shows the gripper arms in a first end position before picking up a workpiece with the gripper 1 in the open pliers position.
  • FIG. 2 shows the same gripper 1 with the gripping arms in a second end position when the workpiece is picked up.
  • the gripper 1 has a metallic frame 4 which forms a housing part of the gripper 1.
  • the frame 4 has an essentially H-shaped cross section.
  • the frame 4 has a central frame segment 5 running in the vertical direction.
  • two horizontally extending holding arms 6 open out on its opposite side walls.
  • a gripper arm is pivotally mounted with respect to a horizontally extending pivot axis S.
  • two horizontally extending support arms 7 open out on its opposite side walls.
  • a support segment 8 is provided, which projects from the underside of the respective support arm 7.
  • the frame 4 formed by the holding arms 6, support arms 7, support segments 8 and the frame segment 5 is formed symmetrically to a plane of symmetry E extending in the vertical direction.
  • the identically designed gripping arms are also arranged symmetrically to this plane of symmetry E. Due to the mounting in the respective pivot axis S, each gripper arm is divided into a lower first lever arm and a second upper lever arm.
  • the first lever arms of the gripper arms are used to pick up a workpiece.
  • suitable adapters in the form of gripping jaws or the like can be attached to the first lever arms.
  • the second lever arms of the gripping arms are each arranged between a pneumatic cylinder 9 and the associated carrier segment 8.
  • the identically designed pneumatic cylinders 9 are designed as membrane pneumatic cylinders 9.
  • the pneumatic cylinders 9 are supplied with compressed air via a common connection 10. By supplying compressed air via the connection 10, the pneumatic cylinders 9 are actuated in the same way, as a result of which the front side of the membrane 9a of each pneumatic cylinder 9 is pushed in the direction of a lever arm of a gripping arm, so that the latter is pressed in the direction of the respective carrier segment 8.
  • the membranes 9a of the pneumatic cylinder 9 are flexible, their front sides adapt to the respective inclined positions of the lever arms, the correspondingly inclined front side of a membrane 9a lying completely and tightly on the surface of the respective lever arm in every pivoting position of the associated gripping arm.
  • the gripper 1 has two identically designed return springs 11, one of the return springs 11 in each case being mounted in a recess 12 of the respective carrier segment 8. Each recess 12 opens out at the front of the respective carrier segment 8.
  • the return spring 11 stored therein protrudes from the recess 12 in the relaxed state.
  • the return springs 11 are expediently designed as conical spiral springs which taper towards their front end projecting beyond the recess 12. The individual spirals of the return springs 11 are thus pushed into one another when pressure is applied, as a result of which they can be compressed to a low residual height.
  • the movements of the second lever arms of the gripping arms against the return springs 11 are each limited by a stop.
  • the slave gripper arm 3 is guided against a fixed stop, which is formed by the front of the assigned carrier segment 8.
  • the master gripper arm 2 is guided against a position-adjustable stop.
  • the stop is formed by the front end of an adjusting screw 13 which passes through the carrier segment 8 assigned to the master gripper arm 2.
  • the adjusting screw 13 can be actuated from the outside of the frame 4, whereby the front end of the adjusting screw 13 protrudes beyond the front side of the carrier segment 8 by a defined adjustment path.
  • a damping element is arranged at the front end of the adjusting screw 13.
  • the damping element is formed by an O-ring 14 which is mounted in a notch 15 at the front end of the adjusting screw 13.
  • the gripper arms in the present case of the master gripper arms 2 are essentially plate-shaped and have a rectangular cross section.
  • a circular cylindrical bearing pin 16 protrudes on the longitudinal edges of a gripper arm.
  • the bearing pins 16 running in the pivot axis S are rotatably mounted in bearings 17 of the holding arms 6. Due to the load protruding laterally from the gripper arm pin 16 an almost play-free mounting of the gripping arm on the holding arm 6 is achieved, which in particular allows almost no tilting of the gripping arm.
  • a play-free axial guidance of the gripping arm is ensured by a bearing disk 18 which adjoins the front end of the bearing 17 and which lies against the lateral edge of the gripping arm.
  • the dominance of the master gripper arm 2 over the slave gripper arm 3 is achieved according to the invention in that the pneumatic cylinder 9 assigned to the master gripper arm 2 is higher than the pneumatic cylinder 9 assigned to the slave gripper arm 3.
  • the height difference ⁇ y is the am Central frame segment 5 on opposite sides arranged pneumatic cylinder 9 about 20% to 30% of the height difference of the pneumatic cylinder 9 to the holding arms 6 with the gripping arms pivotally mounted thereon.
  • This asymmetrical arrangement of the pneumatic cylinders 9 ensures that the lever force exerted by the master gripper arm 2 on a workpiece to be gripped is greater than the lever force exerted by the slave gripper arm 3.
  • the master gripper arm 2 can be used to precisely and reproducibly specify its position when a workpiece is picked up.
  • the workpiece position is set by adjusting the stop for the master gripper arm 2 by actuating the adjusting screw 13.
  • FIG. 1 shows the gripper 1 before picking up a workpiece when the pneumatic cylinders 9 are not actuated.
  • the gripper arms are in their first end positions, the return springs 11 pressing the second lever arms of the gripper arms against the diaphragm 9a of the non-actuated pneumatic cylinders 9.
  • the return springs 11 protrude from the recesses 12 of the support segments 8. In the first end position, the first lever arms form open pliers that can be guided onto the workpiece.
  • the pneumatic cylinders 9 are actuated, the first lever arms of the gripping arms being pressed in the direction of the stops by the expansion of the membranes 9a of the pneumatic cylinders 9.
  • the return springs 11 are inserted into the recesses 12.
  • the first lever arms are moved towards one another by the pivoting movement of the gripping arms, ie the pliers of the gripper 1 close, whereby the workpiece is picked up.
  • the master gripper arm 2 specifies the position of the workpiece when it is picked up, whereas the slave gripper arm 3 only has a counterforce for holding the Workpiece generated.
  • the gripping process is completed.
  • the master gripper arm 2 lies against the stop formed by the adjusting screw 13. It is essential here that in the second end position the slave gripper arm 3 is not yet in contact with the stop so that it can still exert the counterforce to hold the workpiece.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the gripper 1 according to FIGS. 1 and 2, to which means for end position detection 19 of the gripping arms are assigned.
  • the means for end position detection 19 are connected via a cable 20 to an evaluation unit 21, in which the signals generated by means of the end position detection 19 are evaluated.
  • the output signals of the evaluation unit 21 are in turn read into a control unit 22.
  • the evaluation unit 21 contains a specific evaluation circuit adapted to the means for the end position detection 19.
  • the tax Unit 22 usual standards and is formed for example by a PLC control.
  • the means for detecting the end position 19 of the two gripper arms of the gripper 1 are shown in detail in FIGS. 1 and 2.
  • the means for end position detection 19 include two measuring elements 23 and a probe 24, which are detachably attached to the gripper 1.
  • the measuring elements 23 are of identical design and each consist of a metal head to which a shaft connects. Each measuring element 23 is mounted with its shaft in an insulating bush 25, which opens out laterally on the respective gripping arm.
  • the metal head protrudes over the edge of the bushing 25 and is designed such that it protrudes somewhat beyond the end face of the second lever arm of the respective gripping arm facing the carrier segment 8. This ensures that when the gripper arm rests against the respective stop, the metal head of the measuring element 23 also bears against the stop and forms a conductive connection with it.
  • the shaft of the measuring element 23 lies in a form-fitting manner in the socket 25 and is thus secured against being released from the socket 25. If necessary, locking means or the like can also be provided for fixing the shaft in the preferably cylindrical bush 25.
  • Each measuring element 23 is formed in one piece and is preferably made of brass. In principle, the measuring element 23 can also consist of other metals or alloys. For example, each measuring element 23 can consist of silver or copper.
  • the probe 24 essentially consists of a metallic circular support disc which has a central, circular bore. In front- preferably the probe 24 is made of the same material as the measuring elements 23.
  • the probe 24 is mounted on the outside of the frame segment 5 of the frame 4.
  • a threaded bore is machined into the frame segment 5, which opens out on the outside of the frame 4.
  • the disk-shaped probe 24 is placed with the circular hole on the threaded hole.
  • a metallic screw 26 is then inserted into the bore and screwed into the threaded bore. The screw 26 secures the probe 24 to the frame 4, a conductive connection of the probe 24 to the likewise metallic frame 4 being produced.
  • the cable 20 leading to the evaluation unit 21 is designed as a three-wire cable, one wire 20a, 20b, 20c of the cable 20 being connected to the measuring elements 23 and the probe 24.
  • the cable 20 is mounted in a cable holder 27, which consists of a metal part and is screwed to a holding arm 6 of the frame 4 with a further screw 28.
  • the cable holder 27 has a guide channel 29 for receiving the cable 20.
  • the cable 20 is pressed into the guide channel 29 or fixed in it by means of locking means (not shown).
  • the individual cores 20a, 20b, 20c of the cable 20 open out at the rear of the guide channel 29 and are guided from there to the measuring elements 23 and the probe 24.
  • a resistance measurement is carried out with the means for the end position detection 19, with which it is determined whether the gripping arms rest against the respective stops or not.
  • the evaluation of the signals generated with the means for the end position detection 19 takes place in the evaluation unit 21.
  • the probe 24 mounted on the frame 4 is at a reference potential, which can preferably be predetermined by means of a sound system in the evaluation unit 21.
  • the probe 24 is preferably at a ground potential.
  • a binary switching signal is derived from the signals of each measuring element 23.
  • the two switching states of each switching signal indicate whether the respective measuring element 23 and thus the associated gripping arm is in contact with the stop.
  • the end position determination is based on a contact measurement, in which a conductive connection between the respective measuring element 23 and the probe 24 is only established when the measuring element 23 and thus also the gripper arm is in contact with the stop, the respective end position can be determined extremely precisely and reproducibly.
  • the end position determination designed in this way is insensitive to electromagnetic and other interference.
  • the different gripper positions are finally determined from the binary switching signals of the measuring elements 23. On the one hand, this can be done in the evaluation unit 21. Alternatively, the binary switching signals can be read into the downstream control unit 22, the gripper positions then being determined in the control unit 22. The gripper positions are determined by logically linking the binary switching signals of both measuring elements 23. The digital output signal generated thereby defines the different gripper positions.
  • the master gripper arm 2 When a workpiece is picked up, the master gripper arm 2 lies against the associated stop, as can be seen in FIG.
  • the measuring element 23 on the master gripping arm 2 is thus also in contact with the stop, so that the binary switching signal for this measuring element 23 assumes a switching state “1”.
  • the slave gripping arm 3 is not present on the assigned stop, so that the Measuring element 23 of the slave gripper arm 3 is not in contact with the stop. Accordingly, a switching signal with the switching state "0" is obtained for this measuring element 23.
  • the switching state "1" for the switching signal of the measuring element 23 on the master gripping arm 2 and the switching state "0" for the switching signal of the measuring element 23 on the slave gripping arm 3 are thus assigned to the signal state "workpiece picked up" of the digital output signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Greifer (1) mit zwei pneumatisch betätigbaren und schwenkbar gelagerten, zangenförmigen Greifarmen, wobei einer der Greifarme einen Master-Greifarm (2) bildet, mittels dessen zur Positionierung eines aufzugreifenden Werkstückes eine bezüglich des zweiten einen Slave-Greifarm (3) bildenden Greifarmes erhöhte Hebelkraft auf das Werkstück ausgeübt wird. Weiterhin weist der Greifer (1) Mittel zur Endlagenerfassung (19) beider Greifarme auf.

Description

GREIFER MIT ZWEI SCHWENKBAREN GREIFARMEN, DEREN HΞBELKRAFTE UNTERSCHIEDLICH SIND
5 Greifer
Die Erfindung betrifft einen Greifer. Derartige Greifer dienen zum Aufgreifen von Werkstücken unterschiedlichster Ausprägung. Dabei werden die Greifer insbesondere bei Robotern oder allgemein im Bereich der Automatisierungs- technik eingesetzt.
10 Eine wesentliche Anforderung der genannten Greifer besteht darin, dass mit diesem reproduzierbar ein positionsgenaues Aufgreifen der Werkstücke durchgeführt werden kann. Dabei wird zudem eine hohe Robustheit und Lebensdauer bei geringer Verschleißauffälligkeit derartiger Greifer gefordert.
Bekannte Greifer dieser Art weisen beispielsweise einen verschiebbaren Greif- 15 arm auf, welcher gegen einen feststehenden Anschlag bewegt werden kann.
Mittels derartiger Greif Systeme wird das jeweilige Werkstück durch Andrücken mittels des Greifarmes gegen den Anschlag eingespannt.
Nachteilig hierbei ist, dass das Werkstück während des Spannvorgangs nicht in einer Ausgangsposition verbleibt sondern gegen den Anschlag des Greifers 20 gedrückt wird. Die Position des Werkstückes ist somit bei dem Greifvorgang nicht exakt vorgebbar. Zudem bleibt das Werkstück bei Öffnen des Greifers in der Position des Anschlags. Wird dann der Greifer vom Werkstück entfernt, besteht zudem die Gefahr, dass durch Anstoßen des Anschlags gegen das Werkstück dessen Position in Undefinierter Weise geändert wird.
25 Eine höhere Positionsgenauigkeit des zu greifenden Werkstückes lässt sich mit Parallelgreifern erreichen, die zwei axial verschiebbare Greifarme aufweisen. Prinzipiell lässt sich die zentrierende Bewegung der Greifarme durch einen pneumatischen Antrieb erreichen. Dabei ist dem Antrieb ein Mechaniksystem zur Umsetzung der Antriebsbewegung auf die Greifarme nachgeordnet. Derartige Mechaniksysteme sind jedoch konstruktiv aufwendig und müssen zudem fortlaufend geschmiert werden.
Aus der DE 201 00 104 UI ist ein weiterer Parallelgreifer bekannt. Dieser Greifer weist zwei Greiferbacken auf, die mittels zweier Pneumatikzylinder unabhängig voneinander gesteuert werden können. Mittels der Pneumatikzylinder können die Greiferbacken zeitversetzt und oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegt werden.
Nachteilig hierbei ist zum einen, dass die Zeit- und Geschwindigkeitssteuerung relativ schwierig ditrchführbar ist, wobei insbesondere das positionsgenaue Aufgreifen eines Werkstückes einen hohen Aufwand bei der Steuerung voraussetzt, um die Bewegung der Greiferbacken genau aufeinander abzustimmen.
Weiterhin ist nachteilig, dass die separate Ansteuerung der Pneumatikzylinder selbst einen unerwünscht hohen Konstruktionsaufwand bedingt. Um die Pneumatikzylinder separat zu steuern, muss für jeden Pneumatikzylinder die Drackluftzufuhr über separate Ventile und Druckluftanschlüsse einzeln gesteuert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs genann- ten Art bereitzustellen, welcher einen möglichst robusten, verschleißfreien und einfachen Aufbau aufweist, und mittels dessen ein reproduzierbares, kontrollierbares und positionsgenaues Aufgreifen von Werkstücken ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin- düng sind in den Unteransprüchen beschrieben. Der erfindungsgemäße Greifer weist zwei pneumatisch betätigbare und schwenkbar gelagerte, zangenförmige Greifarme auf. Der eine Greifarm bildet einen Master-Greifarm mittels dessen zur Positionierung eines aufzugreifenden Werkstückes eine bezüglich des zweiten, einen Slave-Greifarm bildenden Greifarmes erhöhte Hebelkraft auf das Werkstück ausgeübt wird. Weiterhin weist der Greifer Mittel zur Endlagenerfassung auf.
Mit den Mitteln zur Endlagenerfassung kann auf eindeutige Weise erfasst werden, ob der Greifer geöffnet oder geschlossen ist. Bei der Schließstellung des Greifers kann zudem eindeutig differenziert werden, ob der Greifer ein Werk- stück aufgegriffen hat oder ob dieser ohne Greifen eines Werkstückes geschlossen ist.
Durch die Asymmetrie der von den Greifarmen des zangenformigen Greifers auf das Werkstück ausgeübten Hebelkräfte ist die Position des Werkstückes bei Aufgreifen durch den erfindungsgemäßen Greifer auf einfache Weise genau und reproduzierbar vorgebbar.
Dabei gibt der Master-Greifarm durch seine größere Hebelkraft die Position des Werkstückes vor, in dem er das Werkstück gegen den Slave-Greifarm drückt, bis der Master-Greifarm seine definierte Endposition einnimmt. Der Slave-Greifarm dient lediglich als Halt für das Werkstück während des Auf- greifvorganges.
Die Greifarme des Greifers sind jeweils bezüglich einer Schwenkachse drehbar gelagert, wobei die Schwenkachse den jeweiligen Greifarm in zwei Hebelarme unterteilt. Der jeweils erste Hebelarm eines Greifarmes dient zum Aufgreifen des Werkstückes. Der jeweils zweite Hebelarm eines Greifarmes ist zwischen einem Pneumatikzylinder einerseits sowie einer Rückstellfeder und einem dieser zugeordneten Anschlag andererseits angeordnet. Zum Aufgreifen des Werkstückes werden die Pneumatikzylinder betätigt, so dass mit diesen die jeweiligen zweiten Hebelarme gegen die zugeordnete, eine Rückstellkraft ausübende Feder gedrückt werden.
Die Komponenten des Greifers sind so dimensioniert, dass bei Aufgreifen des Werkstückes der zweite Hebelarm des Master-Greifarmes gegen die Rückstellfeder bis zum Anschlag gedrückt wird, der die Endposition des Master- Greifarmes festlegt und damit die Position des Werkstückes vorgibt. Dabei ist wesentlich, dass in dieser Greifstellung der Slave-Greifarm noch nicht gegen den zugeordneten Anschlag gedrückt ist, so dass der Slave-Greifarm noch die notwendige Gegenkraft aufbringen kann, um das Werkstück festzuhalten.
Mit den Mitteln zur Endlagenerfassung wird detektiert ob ein Greifarm am jeweiligen Anschlag anliegt oder nicht. Durch die Asymmetrie der Bewegungen der Master- und Slave-Greifarme kann dadurch der aktuelle Zustand des Greifers sicher erfasst werden. Ist keiner der Greifarme gegen den jeweiligen Anschlag gedrückt, so ist der Greifer geöffnet. Ist nur der Master-Greifarm gegen den zugeordneten Anschlag gedrückt, so wird mit dem Greifer ein Werkstück aufgegriffen. Schließlich kann mit den Mitteln zur Endlagenerfassung auch ein sogenanntes Leergreifen des Greifers erfasst werden. Dies ist dann der Fall, wenn die Greifarme des Greifers betätigt werden, jedoch kein Werkstück vorhanden ist. Dann liegen beide Greifarme am jeweiligen Anschlag an.
Prinzipiell können die Mittel zur Endlagenerfassung von herkömmlichen Sensoren wie zum Beispiel Hallsensoren oder induktiven Näherungsschaltern gebildet sein. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass derartige Sensoren einen erhöhten Konstruktions- und Kostenaufwand mit sich bringen. Zudem sind derartige Sensoren empfindlich gegen elektromagnetische Störeinflüsse.
Diese Nachteile werden dann vermieden, wenn die Mittel zur Endlagenerfassung derart ausgebildet sind, dass mit diesen eine Kontaktmessung durchgeführt wird. Hierzu weisen die Mittel zur Endlagenerfassung bevorzugt zwei Messelemente auf, wobei jeweils ein Messelement in einem der Greifarme so gelagert ist, dass es in Kontakt mit dem zugeordneten Anschlag bringbar ist. Zudem weisen die Mittel zur Endlagenerfassung eine auf einem Referenzpotential liegende Sonde auf, welche in elektrischen Kontakt mit einem Rahmen, an welchem die Greifarme schwenkbar gelagert sind, gebracht werden kann.
Die Endlagenerfassung erfolgt dann in Form einer Widerstandsmessung. Dabei wird der Kontakt eines Messelements mit dem Anschlag dadurch erfasst, dass über den Rahmen eine leitende Verbindung zwischen dem Messelement und der Sonde besteht, die im Fall eines entfernt zum Anschlag liegenden Messelements nicht gegeben ist.
Dabei werden vorteilhaft in einer Auswerteeinheit aus den Signalen der Messelemente binäre Schaltsignale generiert, welche in eindeutiger Weise angeben, ob der jeweilige Greifarm am Anschlag anliegt oder nicht.
Die auf diese Weise durchgeführte Endlagenerfassung ist äußerst präzise und störunanfällig, da die jeweilige Endlage unmittelbar und genau dann erfasst wird, wenn das Messelement gegen den Anschlag gedrückt wird. Dies stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber induktiven Näherungsschaltem dar, die bereits bei einer Annäherung eines Objektes ansprechen, wobei die Ansprech- distanz von Einstellparametern des Näherungsschalters und zudem von elektromagnetischen Störeinflüssen abhängig ist.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die zur Kontaktmessung benötigten Mittel einfach und kostengünstig am Greifer montiert werden können. Dabei können diese Mittel insbesondere als modulare Einheit auch am Greifer nachgerüstet werden.
Prinzipiell können die unterschiedlichen Hebelkräfte des Master-Greifarmes und des Slave-Greifarmes dadurch erzeugt werden, dass die Pneumatikzylinder einzeln angesteuert werden, wodurch diese den Master-Greifarm und den Slave-Greifarm auf unterschiedliche Weise auslenken. Nachteilig hierbei ist jedoch der relativ hohe Aufwand für die Einzelansteuerung der Pneumatikzylinder.
Weiterhin können prinzipiell unterschiedliche Hebelkräfte der Greifarme dadurch erzeugt werden, dass die Rückstellfedern unterschiedlich ausgebildet sind und so unterschiedliche Rückstellkräfte generieren. Nachteilig hierbei ist, dass zur reproduzierbaren Erzeugung der unterschiedlichen Rückstellkräfte hohe Anforderungen an die Qualität der Rückstellfedern zu stellen sind. Insbe- sondere müssen die Rückstellfedern hinreichend große Rückstellkräfte erzeugen. Diese Anforderungen sind nur mit einem erhöhten Kostenaufwand zu erfüllen, da die Rückstellfedern generell eine hohe Verschleißanfä ligkeit aufweisen.
In einer besonders vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung werden die unterschiedlichen Hebelkräfte der Greifarme dadurch erzeugt, dass die Pneumatikzylinder in unterschiedlichen Abständen zur Schwenkachse der jeweiligen Greifarme angeordnet sind. Die geometrisch asymmetrische Anordnung der Pneumatikzylinder relativ zu den Schwenkachsen kann konstruktiv auf einfache Weise am Greifer vorgegeben werden, wodurch eine einfache und reproduzierbare Vorgabe der unterschiedlichen Hebelkräfte der Greifarme ermöglicht wird. Besonders vorteilhaft sind die Greifarme in symmetrischer Anordnung an dem Rahmen des Greifers angeordnet, wobei die Pneumatikzylinder in unterschiedlichen Anbringhöhen am Rahmen oberhalb der Schwenkachsen der Greifarme befestigt sind. Der so ausgebildete Greifer weist einen be- sonders einfachen und robusten Aufbau auf.
Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass die Pneumatikzylinder zur Betätigung der Greifarme vollkommen identisch ausgebildet sein können und zudem über einen gemeinsamen Anschluss mit Druckluft versorgt werden können. Im Vergleich zu einer separaten Ansteuerung der Pneumatikzylinder ist für diese An- Ordnung ein beträchtlich verminderter Aufwand zur Ansteuerung der Pneumatikzylinder notwendig.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform sind die Pneumatikzylinder als Membran-Pneumatikzylinder ausgebildet. Die das Betätigungselement zur Auslenkung eines Greifarmes bildende Membran passt sich an unterschiedliche Schräglagen des jeweiligen Greifarmes an. Dadurch kann der jeweilige Greifarm ohne Gelenke oder sonstige mechanische Umsetzungen direkt über den Pneumatikzylinder in die jeweilige Schwenkposition ausgelenkt werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Endposition des Master-Greifarmes auf ein- fache Weise über die Position des zugeordneten Anschlags geändert werden kann, wobei in einer besonders einfachen und zweckmäßigen Ausführungsform der Anschlag von einer Einstellschraube gebildet ist.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1: Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Greifer mit in einer ersten Endposition liegenden Greifarmen.
Figur 2: Greifer gemäß Figur 1 mit in einer zweiten Endposition liegenden Greifarmen.
Figur 3: Draufsicht auf einen Greifarm des Greifers gemäß Figuren 1 und 2.
Figur 4: Blockschaltbild des Greifers gemäß den Figuren 1 und 2 mit
Mitteln zur Endlagenerfassung der Greifarme und mit einer daran angeschlossenen Auswerteeinheit und einer dieser nachge- ordneten Steuereinheit. Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Ausfuhrungsbeispiel des erflndungsgemäßen Greifers 1 zum Aufgreifen von nicht gesondert dargestellten Werkstücken. Der Greifer 1 bildet einen Zangengreifer mit zwei pneumatisch betätigbaren, schwenkbar gelagerten zangenformigen Greifarmen. Ein erster Greifarm bildet einen dominierenden, die Position des Werkstückes bei dessen Aufgreifen vorgebenden Master-Greifarm 2, während der zweite Greifarm einen Slave- Greifarm 3 bildet.
Figur 1 zeigt die Greifarme in einer ersten Endposition vor Aufgreifen eines Werkstückes bei geöffneter Zangenstellung des Greifers 1.
Figur 2 zeigt denselben Greifer 1 mit den Greifarmen in einer zweiten Endposition bei aufgegriffenem Werkstück.
Der Greifer 1 gemäß den Figuren 1 und 2 weist einen metallischen Rahmen 4 auf, der ein Gehäuseteil des Greifers 1 bildet. Der Rahmen 4 weist einen im Wesentlichen H-fb'rmigen Querschnitt auf. Dabei weist der Rahmen 4 ein in vertikaler Richtung verlaufendes, zentrales Rahmensegment 5 auf. Am unteren Rand des Rahmensegments 5 münden an dessen gegenüberliegenden Seitenwänden zwei horizontal verlaufende Haltearme 6 aus. An den freien Enden dieser Haltearme 6 ist jeweils ein Greifarm bezüglich einer horizontal verlaufenden Schwenkachse S schwenkbar gelagert. Am oberen Rand des Rahmen- segments 5 münden an dessen gegenüberliegenden Seitenwänden zwei horizontal verlaufende Trägerarme 7 aus. An den freien Enden der Trägerarme 7 ist jeweils ein Trägersegment 8 vorgesehen, welches von der Unterseite des jeweiligen Trägerarmes 7 hervorsteht.
Der von den Haltearmen 6, Trägerarmen 7, Trägersegmenten 8 sowie dem Rahmensegment 5 gebildete Rahmen 4 ist symmetrisch zu einer in vertikaler Richtung verlaufenden Symmetrieebene E ausgebildet. Die identisch ausgebildeten Greifarme sind ebenfalls symmetrisch zu dieser Symmetrieebene E angeordnet. Durch die Lagerung in der jeweiligen Schwenkachse S ist jeder Greifarm in einen unteren ersten Hebelarm und in einen zweiten oberen Hebelarm unterteilt.
Die ersten Hebelarme der Greifarme dienen zum Aufgreifen eines Werkstü- ckes. Je nach Ausbildung des Werkstückes können an den ersten Hebelarmen geeignete Adapter in Form von Greifbacken oder dergleichen befestigt werden.
Die zweiten Hebelarme der Greifarme sind jeweils zwischen einem Pneumatikzylinder 9 und dem zugeordneten Trägersegment 8 angeordnet. Die identisch ausgebildeten Pneumatikzylinder 9 sind als Membran-Pneumatikzylinder 9 ausgebildet. Die Pneumatikzylinder 9 werden über einen gemeinsamen An- schluss 10 mit Druckluft versorgt. Durch Zufuhr von Druckluft über den An- schluss 10 werden die Pneumatikzylinder 9 in gleicher Weise betätigt, wodurch die Vorderseite der Membran 9a jedes Pneumatikzylinders 9 in Richtung eines Hebelarmes eines Greifarmes geschoben wird, so dass dieser in Richtung des jeweiligen Trägersegments 8 gedrückt wird. Da die Membranen 9a der Pneumatikzylinder 9 flexibel sind, passen sich deren Vorderseiten an die jeweiligen Schrägstellungen der Hebelarme an, wobei die entsprechend schrägliegende Vorderseite einer Membran 9a in jeder Schwenkposition des zugeordneten Greifarmes vollständig und dicht auf der Oberfläche des jeweiligen Hebelarmes aufliegt.
Die durch Betätigung der Pneumatikzylinder 9 bewirkte Schwenkbewegung erfolgt jeweils gegen eine Rückstellfeder 11, die über die Frontseite des zugeordneten Trägersegments 8 hervorsteht. Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, weist der Greifer 1 zwei identisch ausgebildete Rückstellfedern 11 auf, wobei jeweils eine der Rückstellfedern 11 in einer Ausnehmung 12 des jeweiligen Träger Segments 8 gelagert ist. Jede Ausnehmung 12 mündet an der Frontseite des jeweiligen Trägersegments 8 aus. Die darin gelagerte Rückstellfeder 11 steht im entspannten Zustand über die Ausnehmung 12 hervor. Bei Betätigen des zugeordneten Pneumatikzylinders 9 wird der jeweilige zweite Hebelarm des Greifarmes gegen die Rückstellfeder 11 gedrückt, so dass diese in die Ausnehmung 12 eingeschoben wird. Zweckmäßigerweise sind die Rückstellfedern 11 als konische Spiralfedern ausgebildet, die sich zu ihrem vorderen, über die Ausnehmung 12 hervorstehenden Ende hin verjüngen. Damit werden die ein- zelnen Spiralen der Rückstellfedern 11 bei Druckbeaufschlagung ineinander geschoben, wodurch diese auf eine geringe Resthöhe komprimierbar sind.
Die Bewegungen der zweiten Hebelarme der Greifarme gegen die Rückstellfedern 11 sind jeweils durch einen Anschlag begrenzt. Der Slave-Greifarm 3 wird gegen einen feststehenden Anschlag geführt, der von der Frontseite des zugeordneten Trägersegments 8 gebildet ist.
Der Master-Greifarm 2 wird gegen einen positionsverstellbaren Anschlag geführt. Der Anschlag ist von dem Vorderende einer Einstellschraube 13 gebildet, welche das dem Master-Greifarm 2 zugeordnete Trägersegment 8 durchsetzt. Die Einstellschraube 13 ist von der Außenseite des Rahmens 4 betätigbar, wo- durch das Vorderende der Einstellschraube 13 um einen definierten Einstellweg über die Frontseite des Trägersegments 8 übersteht.
An dem Vorderende der Einstellschraube 13 ist ein Dämpfungselement angeordnet. Das Dämpfungselement ist von einem O-Ring 14 gebildet, der in einer Einkerbung 15 am Vorderende der Einstellschraube 13 gelagert ist. Bei Andrü- cken des zweiten Hebelarmes des Master-Greifarmes 2 gegen die Einstellschraube 13 wird der O-Ring 14 in die Einkerbung 15 gepresst, bis der Hebelarm an der Frontfläche der Einstellschraube 13 anliegt.
Wie aus Figur 3 ersichtlich, sind die Greifarme im vorliegenden Fall der Master-Greifarme 2 im Wesentlichen plattenformig ausgebildet und weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. An den längsseitigen Rändern eines Greifarmes steht jeweils ein kreiszylindrischer Lagerzapfen 16 hervor. Die in der Schwenkachse S verlaufenden Lagerzapfen 16 sind in Lagern 17 der Haltearme 6 drehbar gelagert. Durch die seitlich von dem Greifarm hervorstehenden La- gerzapfen 16 wird eine nahezu spielfreie Lagerung des Greifarmes am Haltearm 6 erzielt, welche insbesondere nahezu keine Verkippungen des Greifarmes zulässt. Durch eine an das Vorderende des Lagers 17 anschließende Lagerscheibe 18, die am seitlichen Rand des Greifarmes anliegt, wird eine spielfreie Axialführung des Greifarmes gewährleistet.
Die Dominanz des Master-Greifarmes 2 über den Slave-Greifarm 3 wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der dem Master-Greifarm 2 zugeordnete Pneumatikzylinder 9 höher liegt als der dem Slave-Greifarm 3 zugeordnete Pneumatikzylinder 9. Im vorliegenden Fall beträgt die Höhendifferenz Δy der am zentralen Rahmensegment 5 an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Pneumatikzylinder 9 etwa 20% bis 30% der Höhendifferenz der Pneumatikzylinder 9 zu den Haltearmen 6 mit den daran schwenkbar gelagerten Greifarmen.
Durch diese asymmetrische Anordnung der Pneumatikzylinder 9 wird erreicht, dass die vom Master-Greifarm 2 auf ein aufzugreifendes Werkstück ausgeübte Hebelkraft größer ist als die vom Slave-Greifarm 3 ausgeübte Hebelkraft. Dadurch kann mit dem Master-Greifarm 2 bei Aufgreifen eines Werkstückes dessen Position exakt und reproduzierbar vorgegeben werden. Die Einstellung der Werkstückposition erfolgt durch Einstellen des Anschlags für den Master- Greifarm 2 durch Betätigen der Einstellschraube 13.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Greifers 1 ist aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich. Figur 1 zeigt den Greifer 1 vor Aufgreifen eines Werkstückes bei nicht betätigten Pneumatikzylindern 9. Die Greifarme liegen in ihren ersten Endpositionen, wobei dabei die Rückstellfedern 11 die zweiten Hebelarme der Greifarme gegen die Membrane 9a der nicht betätigten Pneumatikzylinder 9 drücken. Dabei stehen die Rückstellfedern 11 über die Ausnehmungen 12 der Trägersegmente 8 hervor. In der ersten Endposition bilden die ersten Hebelarme eine offenstehende Zange, die auf das Werkstück führbar ist. Zum Aufgreifen des Werkstückes werden die Pneumatikzylinder 9 betätigt, wobei durch die Ausdehnung der Membranen 9a der Pneumatikzylinder 9 die ersten Hebelarme der Greifarme in Richtung der Anschläge gedrückt werden. Dabei werden die Rückstellfedern 11 in die Ausnehmungen 12 eingeschoben. Durch die Schenkbewegung der Greifarme werden die ersten Hebelarme aufeinander zubewegt, d.h. die Zange des Greifers 1 schließt sich, wodurch das Werkstück aufgegriffen wird.
Da die vom Master-Greifarm 2 auf das Werkstück ausgeübte Hebelkraft größer ist als die vom Slave-Greifarm 3 ausgeübte Hebelkraft, gibt der Master- Greifarm 2 die Position des Werkstückes beim Aufgreifen vor, wogegen der Slave-Greifarm 3 lediglich eine Gegenkraft zum Festhalten des Werkstückes generiert.
In der zweiten in Figur 2 dargestellten Endposition der Greifarme des Greifers 1 ist der Aufgreifvorgang abgeschlossen. Dabei liegt der Master-Greifarm 2 an dem von der Einstellschraube 13 gebildeten Anschlag an. Wesentlich hierbei ist, dass in der zweiten Endposition der Slave-Greifarm 3 noch nicht am Anschlag anliegt, so dass dieser noch die Gegenkraft zum Festhalten des Werkstückes aufbringen kann. Durch Betätigen der Einstellschraube 13 vor Beginn des Aufgreifvorgangs kann die Sollposition des Werkstückes bei dessen Aufgreifen einfach und genau vorgegeben werden.
Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild des Greifers 1 gemäß den Figuren 1 und 2, welchem Mittel zur Endlagenerfassung 19 der Greifarme zugeordnet sind.
Die Mittel zur Endlagenerfassung 19 sind über ein Kabel 20 an eine Auswerteeinheit 21 angeschlossen, in welcher die Auswertung der mittels der Mittel zur Endlagenerfassung 19 generierten Signale erfolgt. Die Ausgangssignale der Auswerteeinheit 21 wiederum werden in eine Steuereinheit 22 eingelesen. Die Auswerteeinheit 21 enthält eine spezifische, an die Mittel zur Endlagenerfassung 19 angepasste Auswerteschaltung. Demgegenüber entspricht die Steuer- einheit 22 üblichen Standards und ist beispielsweise von einer SPS-Steuerung gebildet.
Die Mittel zur Endlagenerfassung 19 der beiden Greifarme des Greifers 1 sind in den Figuren 1 und 2 detailliert dargestellt. Dabei umfassen die Mittel zur Endlagenerfassung 19 zwei Messelemente 23 und eine Sonde 24, die lösbar am Greifer 1 befestigt sind.
Die Messelemente 23 sind identisch ausgebildet und bestehen jeweils aus einem Metallkopf, an welchen ein Schaft anschließt. Jedes Messelement 23 ist mit seinem Schaft in einer isolierenden Buchse 25 gelagert, die seitlich am je- weiligen Greifarm ausmündet.
Der Metallkopf steht über den Rand der Buchse 25 hervor und ist so ausgebildet, dass dieser etwas über die dem Trägersegment 8 zugewandte Stirnseite des zweiten Hebelarmes des jeweiligen Greifarms hervorsteht. Dadurch wird erreicht, dass bei an dem jeweiligen Anschlag anliegenden Greif arm der Metall- köpf des Messelements 23 ebenfalls am Anschlag anliegt und mit diesem eine leitende Verbindung bildet.
Der Schaft des Messelements 23 liegt formschlüssig in der Buchse 25 und ist so gegen ein Herauslösen aus der Buchse 25 gesichert. Bei Bedarf können zudem Rastmittel oder dergleichen zur Fixierung des Schaftes in der vorzugswei- se zylindrischen Buchse 25 vorgesehen sein.
Jedes Messelement 23 ist einstückig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus Messing. Prinzipiell kann das Messelement 23 auch aus anderen Metallen oder Legierungen bestehen. Beispielsweise kann jedes Messelement 23 aus Silber oder Kupfer bestehen.
Die Sonde 24 besteht im Wesentlichen aus einer metallischen kreisförmigen Auflagescheibe, welche eine zentrische, kreisförmige Bohrung aufweist. Vor- zugsweise besteht die Sonde 24 aus demselben Material wie die Messelemente 23.
Die Sonde 24 wird an der Außenseite des Rahmensegmentes 5 des Rahmens 4 montiert.
Hierzu ist in das Rahmensegment 5 eine Gewindebohrung eingearbeitet, die an der Außenseite des Rahmens 4 ausmündet. Die scheibenförmige Sonde 24 wird mit der kreisförmigen Bohrung auf die Gewindebohrung aufgesetzt. Dann wird eine metallische Schraube 26 in die Bohrung eingeführt und in die Gewindebohrung eingedreht. Die Schraube 26 sichert die Sonde 24 am Rahmen 4, wo- bei eine leitfähige Verbindung der Sonde 24 mit dem ebenfalls metallischen Rahmen 4 hergestellt wird.
Das zur Auswerteeinheit 21 führende Kabel 20 ist als dreiadriges Kabel ausgeführt, wobei jeweils eine Ader 20a, 20b, 20c des Kabels 20 an die Messelemente 23 und die Sonde 24 angeschlossen ist.
Das Kabel 20 ist in einer Kabelhalterung 27 gelagert, welche aus einem Metallteil besteht und an einem Haltearm 6 des Rahmens 4 mit einer weiteren Schraube 28 angeschraubt ist. Zur Aufnahme des Kabels 20 weist die Kabelhalterung 27 einen Führungskanal 29 auf. Das Kabel 20 ist in den Führungskanal 29 eingepresst oder mittels nicht dargestellter Rastmittel in diesem fixiert. Die einzelnen Adern 20a, 20b, 20c des Kabels 20 münden an der Rückseite des Führungskanals 29 aus und sind von dort zu den Messelementen 23 und der Sonde 24 geführt.
Mit den Mitteln zur Endlagenerfassung 19 wird eine Widerstandsmessung durchgeführt, mit welcher festgestellt wird, ob die Greifarme an den jeweiligen Anschlägen anliegen oder nicht. Die Auswertung der mit den Mitteln zur Endlagenerfassung 19 generierten Signale erfolgt dabei in der Auswerteeinheit 21. Die am Rahmen 4 gelagerte Sonde 24 liegt auf einem Referenzpotential, welches vorzugsweise über eine Beschallung in der Auswerteeinheit 21 vorgebbar ist. Bevorzugt liegt die Sonde 24 auf einem Massepotential. Solange die Greif- arme nicht an den Anschlägen an den Trägersegmenten 8 anliegen existiert keine leitende Verbindung zwischen einem Messelement 23 und der Sonde 24, so dass in der Auswerteeinheit 21 für jedes Messelement 23 ein entsprechender Widerstandswert registriert wird.
Sobald einer der Greifarme am jeweiligen Anschlag anliegt wird auch das entsprechende Messelement 23 mit dem Anschlag kontaktiert. Dadurch wird über den Rahmen 4 eine leitende Verbindung zwischen diesem Messelement 23 und der Sonde 24 hergestellt, wodurch sich der Widerstandswert für dieses Messelement 23 signifikant ändert.
In der Auswerteeinheit 21 wird aus den Signalen jedes Messelements 23 ein binäres Schaltsignal abgeleitet. Die beiden Schaltzustände jedes Schaltsignals geben an, ob das jeweilige Messelement 23 und damit der zugeordnete Greifarm am Anschlag anliegt.
Da die Endlagenbestimmung auf einer Kontaktmessung beruht, bei welcher genau nur dann eine leitende Verbindung zwischen dem jeweiligen Messelement 23 und der Sonde 24 hergestellt wird, wenn das Messelement 23 und da- mit auch der Greifarm mit dem Anschlag in Kontakt ist, kann die jeweilige Endlage äußerst genau und reproduzierbar bestimmt werden. Insbesondere ist die so ausgebildete Endlagenbestimmung unempfindlich gegen elektromagnetische und sonstige Störeinflüsse.
Aus den binären Schaltsignalen der Messelemente 23 werden schließlich die unterschiedlichen Greiferpositionen bestimmt. Dies kann einerseits in der Auswerteeinheit 21 erfolgen. Alternativ können die binären Schaltsignale in die nachgeordnete Steuereinheit 22 eingelesen werden, wobei dann in der Steuereinheit 22 die Greiferpositionen bestimmt werden. Die Bestimmung der Greiferpositionen erfolgt durch eine logische Verknüpfung der binären Schaltsignale beider Messelemente 23. Das dadurch generierte digitale Ausgangssignal definiert die unterschiedlichen Greiferpositionen.
Bei geöffnetem Greifer 1, d.h. bei nicht betätigten Pneumatikzylindern 9 liegen die Greifarme wie in Figur 1 dargestellt in ihren ersten Endpositionen. Damit ist keiner der Greifarme in Kontakt mit dem jeweils zugeordneten Anschlag. Dasselbe gilt für die Messelemente 23 an den Greifarmen. In diesem Fall nehmen die Schaltsignale für beide Messelemente 23 jeweils einen Schaltzustand „0" an. Die Schaltzustände „0" der beiden Schaltsignale sind somit dem Sig- nalzustand „Greifer geöffnet" des digitalen Ausgangssignals zugeordnet.
Bei Aufgreifen eines Werkstückes liegt der Master-Greifarm 2 wie aus Figur 2 ersichtlich am zugeordneten Anschlag an. Damit steht auch das Messelement 23 am Master-Greifarm 2 in Kontakt mit dem Anschlag, so dass das binäre Schaltsignal für dieses Messelement 23 einen Schaltzustand „1" einnimmt. Demgegenüber liegt der Slave-Greifarm 3 nicht an dem zugeordneten Anschlag an, so dass das Messelement 23 des Slave-Greifarmes 3 nicht mit dem Anschlag in Kontakt steht. Dementsprechend wird für dieses Messelement 23 ein Schaltsignal mit dem Schaltzustand „0" erhalten. Der Schaltzustand „1" für das Schaltsignal des Messelements 23 am Master-Greifarm 2 und der Schaltzu- stand „0" für das Schaltsignal des Messelements 23 am Slave-Greifarm 3 sind somit dem Signalzustand „Werkstück aufgegriffen" des digitalen Ausgangssignals zugeordnet.
Für den nicht dargestellten Fall eines „Leergreifens" des Greifers 1 werden die Pneumatikzylinder 9 betätigt, wenn kein Werkstück zwischen den Greifarmen liegt. Dann liegen sowohl der Master-Greifarm 2 als auch der Slave-Greifarm 3 am jeweiligen Anschlag an. Dementsprechend wird für die Schaltsignale beider Messelemente 23 der Schaltzustand „1" erhalten, welcher dem Signalzustand „Leergreifen" des digitalen Ausgangssignals entspricht. Mittels dieses digitalen Ausgangssignals können die unterschiedlichen Greiferpositionen sicher und eindeutig unterschieden werden.
Lebschi, Josef 72587 Römerstein, DE
Bezugszeichenliste
(1) Greifer
(2) Master-Greifarm
(3) Slave-Greifarm
(4) Rahmen
(5) Rahmensegment
(6) Haltearm
(7) Trägerarm
(8) Trägersegment
(9) Pneumatikzylinder
(9a) Membran
(10) Anschluss
(11) Rückstellfeder
(12) Ausnehmungx
(13) Einstellschraube
(14) O-Ring
(15) Einkerbung
(16) Lagerzapfen
(17) Lager
(18) Lagerscheibe
(19) Mittel zur Endlagenerfassung
(20) Kabel
(20a,b,c) Ader
(21) Auswerteeinheit
(22) Steuereinheit
(23) Messelement
(24) Sonde (25) Buchse
(26) Schraube
(27) Kabelhalterung
(28) Schraube (29) Führungskanal
S Schwenkachse
E Symmetrieebene

Claims

Patentansprüche
1. Greifer (1) mit zwei pneumatisch betätigbaren und schwenkbar gelagerten, zangenformigen Greifarmen, wobei einer der Greifarme einen Master-Greifarm (2) bildet, mittels dessen zur Positionierung eines aufzugrei- fenden Werkstückes eine bezüglich des zweiten, einen Slave-Greifarm
(3) bildenden Greifarmes erhöhte Hebelkraft auf das Werkstück ausgeübt wird, und mit Mitteln zur Endlagenerfassung (19) beider Greifarme.
2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Greifarm bezüglich einer Schwenkachse (S) gelagert ist, welche den jeweiligen Greifarm in zwei Hebelarme unterteilt, wobei der erste Hebelarm zum
Greifen des Werkstückes dient und wobei an dem zweiten Hebelarm ein Pneumatikzylinder (9) zur Erzeugung der Hebelkraft für das Greifen des Werkstückes angreift.
3. Greifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Angriffspunkts des Pneumatikzylinders (9) am zweiten Hebelarm zur
Schwenkachse (S) beim Master-Greifarm (2) größer ist als beim Slave- Greifarm (3).
4. Greifer nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das freie Ende des zweiten Hebelarmes jedes Greifarmes zwischen dem zugeordneten Pneumatikzylinder (9) und einer eine Rückstellkraft ausübenden Rückstellfeder (11) angeordnet ist.
5. Greifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rückstellfeder (11) ein die Bewegung des zugeordneten Greifarmes begrenzender Anschlag zugeordnet ist.
6. Greifer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des dem Master-Greifarm (2) zugeordneten Anschlags einstellbar ist.
7. Greifer nach einem der Ansprüche 4 — 6, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen ein Gehäuseteil bildenden Rahmen (4) zur Aufnahme der Greifarme, der Pneumatikzylinder (9) und der Rückstellfedern (11) aufweist.
8. Greifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (4) einen im Wesentlichen H-förmigen Querschnitt aufweist, wobei an gegenüberliegenden Seiten eines in vertikaler Richtung verlaufenden zentralen Rahmensegments (5) jeweils ein Pneumatikzylinder (9) angeordnet ist, und wobei am unteren Ende des zentralen Rahmensegments (5) zwei horizontal verlaufende Haltearme (6) zur Aufnahme der Greifarme ausmünden, wobei diese symmetrisch zur in vertikaler Richtung verlaufenden Symmetrieebene E des Rahmens (4) angeordnet sind.
9. Greifer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Master- Greifarm (2) zugeordnete Pneumatikzylinder (9) gegenüber dem dem Slave-Greifarm (3) zugeordneten Pneumatikzylinder (9) erhöht am zentralen Rahmensegment (5) angeordnet ist.
10. Greifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikzylinder (9) von identisch ausgebildeten Membran-Pneumatikzylinder gebildet sind.
11. Greifer nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pneumatikzylinder (9) über einen gemeinsamen Anschluss (10) mit Druckluft versorgt werden.
12. Greifer nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (9a) eines Pneumatikzylinders (9) eine verformbare
Auflagefläche für den zugeordneten Hebelarm eines Greifarmes bildet.
13. Greifer nach einem der Ansprüche 8 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des zentralen Rahmensegments (5) zwei horizontale Träger arme (7) ausmünden, wobei von der Unterseite am freien Ende je- des Trägerarmes (7) ein Trägersegment (8) zur Aufnahme jeweils einer
Rückstellfeder (11) hervorsteht.
14. Greifer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rückstellfeder (11) in einer Ausnehmung (12) des jeweiligen Trägersegments (8) gelagert ist, die an dessen dem Greifarm zugeordneten Frontseite aus- mündet, an welcher sich der Anschlag befindet.
15. Greifer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Rückstellfeder (11) von einer konischen Spiralfeder gebildet ist.
16. Greifer nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ebene Frontseite eines Trägersegments (8) einen Anschlag zur Begrenzung der Bewegung eines Greifarmes bildet.
17. Greifer nach einem der Ansprüche 14 — 16, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Master-Greifarm (2) zugeordnete Trägersegment (8) von einer Einstellschraube (13) durchsetzt ist, dessen über die Frontseite des Trägersegments (8) hervorstehendes Vorderende einen einstellbaren An- schlag bildet.
18. Greifer nach einem der Ansprüche 14 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Anschlag ein Dämpfungselement vorgesehen ist.
19. Greifer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement von einem O-Ring (14) gebildet ist, welcher in einer Ein- kerbung (15) am Vorderende der Einstellschraube (13) gelagert ist.
20. Greifer nach einem der Ansprüche 7 - 19, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Greifarm plattenformig ausgebildet ist und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist.
21. Greifer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass von den längs- seifigen Rändern eines Greif armes jeweils ein Lagerzapfen (16) hervorsteht, wobei die in der Schwenkachse (S) des Greifarmes verlaufenden Lagerzapfen (16) in jeweils einem Lager (17) des zugeordneten Haltearmes (6) des Rahmens (4) gelagert sind.
22. Greifer nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass an das Vorderende eines Lagers (17) jeweils eine Lagerscheibe (18) zur axialen
Lagerung des jeweiligen Greifarmes anschließt.
23. Greifer nach einem der Ansprüche 20 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm eines Greifarmes Mittel zur Aufnahme eines Adapters aufweist.
24. Greifer nach einem der Ansprüche 1 - 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Endlagenerfassung (19) zwei Messelemente (23) zur DurcMuhrung einer Kontaktmessung aufweisen, wobei jeweils ein Messelement (23) in einem der Greifarme gelagert ist.
25. Greifer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messelement (23) mit dem dem jeweiligen Greifarm zugeordneten Anschlag in Kontakt bringbar ist.
26. Greifer nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Messelementen (23) zur Endlagenerfassung der Greifarme eine Widerstandsmessung durchgeführt wird.
27. Greifer nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Endlagenerfassung (19) eine auf einem Referenzpotential liegende Sonde (24) aufweisen, welche in elektrischen Kontakt mit dem Rahmen (4) bringbar ist,
28. Greifer nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messelement (23) durch Kontakt mit dem zugeordneten Anschlag über den Rahmen (4) mit der Sonde (24) leitend verbunden ist.
29. Greifer nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Endlagenerfassung (19) an eine Auswerteeinheit (21) angeschlossen sind, in welcher für jedes Messelement (23) ein binäres Schaltsignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob sich der jeweilige Greifarm in einer Endlage befindet oder nicht.
30. Greifer nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass aus den binären Schaltsignalen ein digitales Ausgangssignal ableitbar ist, dessen Signalzustände angeben, ob der Greifer (1) geöffnet ist, ob der Greifer (1) ein Werkstück greift, oder ob der Greifer (1) ohne Aufgreifen eines Werkstückes geschlossen ist.
31. Greifer nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Aus- werteeinheit (21) generierten Schaltsignale und/oder die Ausgangssignale in eine Steuereinheit (22) auslesbar sind.
32. Greifer nach einem der Ansprüche 24 - 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelemente (23) jeweils einen Metallkopf mit einem daran anschließenden Schaft aufweisen, welcher in einer isolierenden Buchse (25) am Greifarm gelagert ist.
33. Greifer nach einem der Ansprüche 27 - 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde (24) von einer metallischen Auflagescheibe gebildet ist, welche eine Bohrung aufweist, wobei die Sonde (24) zur Fixierung auf dem Rahmen (4) auf dessen Oberfläche auflegbar ist, und wobei eine Schraube (26) die Bohrung durchsetzt und in eine Gewindebohrung im Rahmen (4) greift.
34. Greifer nach einem der Ansprüche 29 - 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Endlagenerfassung (19) über ein dreiadriges Kabel (20) an die Auswerteeinheit (21) angeschlossen sind, wobei jeweils eine Ader (20a, 20b, 20c) des Kabels (20) auf die Messelemente (23) und die Sonde (24) geführt ist.
35. Greifer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rahmen (4) eine Kabelhalterung (27) zur Aufnahme des Kabels (20) fixierbar ist.
36. Greifer nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelhalterung (27) am Rahmen (4) angeschraubt ist.
37. Greifer nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelhalterung (27) einen Fülirungskanal (29) zur Aufnahme des Kabels (20) aufweist, wobei an der Rückseite des Führungskanals (29) die einzelnen Adern (20a, 20b, 20c) des Kabels (20) ausmünden.
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