NO160606B - Robotgriperanordning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en robotgriperanordning for automatisk å gripe et objekt eller et arbeidsstykke.

Når et arbeidsstykke eller en del skal gripes og plukkes opp av en robotgriper av konvensjonell konstruksjon, bør posisjonen og stedet for arbeidsstykket riktig relateres til posisjonen for griperens fingre. Hvis senteret for delen ikke er sammenfallende med senterpunktet mot hvilket griperfingrene lukker, er det sannsynlig at delen skyves mot lukkingssenteret for griperfingrene når fingrene aktiveres. Hvis delen er fast og er plassert ved hjelp av en fikserende lokaliseringstapp, og hvis begge sentra ikke er de samme, kan forkiling oppstå. Dette problem eksisterer også for de fleste støpninger og for deler med gripoverflater som er dimensjonsmessig usikre. Dette er hvorfor deler med en uviss gripeprofil, slik som grovstøpninger, støpte deler eller myke og deformerbare deler, er vanskelig å sammenstille automatisk.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en kraftstyrt griper i hvilken griperfingrene kan tilpasse seg til ubestemte gripeoverflater på delen og steder på delen som er senterforskjøvet og hvor tilpasning av gripekraften muliggjør at griperen kan håndtere skjøre deler som kan kreve griping med styrt kraft.

Den innledningsvis nevnte robotgriperanordning kjennetegnes, ifølge oppfinnelsen, ved motormiddel som har en aksel som er dreibar selektivt i en og en motsatt retning, idet nevnte aksel bærer et utgangsdrivelement, flere griperenheter innrettet til å drives av nevnte utgangsdrivelement, idet hver griperenhet innbefatter en dreibar aksel som har en arm festet til og som rager på tvers ut fra nevnte aksel og som har griperfingermiddel som rager ut på tvers ved en fjerntliggende del av nevnte arm, koplingsmiddel mellom nevnte griperenhets aksel, og nevnte utgangsdrivelement, og middel for å styre koplingsmidlet til å endre dreiemomentet som overføres fra nevnte utgangselement gjennom nevnte koplingsmiddel til nevnte griperenhets aksel fra en relativt lav verdi 'i det minste inntil samtlige griperfingre har dannet kontakt med nevnte objekt, og deretter til en høyere dreiemomentverdi som er i det minste adekvat til å tillate håndtering av objektet uten slipping.

Ytterligere kjennetegnende trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av de etterfølgende patentkrav, samt av den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform som skal leses og forstås i forbindelse med de vedlagte tegninger. Fig. 1 er en noe skjematisk fremstilling i form av et vertikalriss som illustrerer grunnprinsippet ved oppfinnelsen. Fig. IA er et annet noe skjematisk riss i form av et planriss som tilsvarer et tatt langs linjen IA-IA i fig. 1. Fig. 2 er et vertikalriss, delvis i snitt, som illustrerer en spesiell utførelsesform av en griper for å utføre oppfinnelsen, idet dette riss utelater to av tre griperenheter for tydelighetsskyld. Fig. 3 er et utspilt isometrisk riss av hovedfunksjons-delene hos en griper av typen vist i fig. 2. Fig. 4 er et riss tilsvarende fig. 2 og illustrerer en

annen form for å utføre oppfinnelsestanken.

Fig. 5 illustrerer en ytterligere utførelsesform av en griper. Fig. 6 illustrerer en ennu ytterligere utførelsesform

av en griper ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 og IA er vist en reversibel likestrømsmotor av paermanent-magnettypen med utveksling som driver en aksel 12 forsynt med et utgangsdrivorgan i form av et solhjul 14. Tre planethjul 16, 16A og 16B drives av planethjulet 14.

Griperen omfatter et flertall griperenheter, som hver har en dreibar aksel 18A, og 18B med armer 20, 20a og 20b festet til de respektive aksler og som rager på tvers fra disse med hver griperenhet omfattende griperfingermidler 22, 22a og 22b som rager nedad fra de fjerntliggende ender av de respektive armer.

Kraftsettet i griperen som omfatter motoren 10, akselen 12, utgangsdrivorganet 14, planethjulene 16, 16a og 16b og de dreibare akslene 18, 18a og 18b omfatter koplingsmidler hos disse som er skjematisk vist med henvisnignstallene 24, 24a og 24b for hver av de respektive griperenheter for styring av koplingen mellom utgangsdrivorganet og de respektive griperenhetsakslene.

Når motoren 10 drives i en retning, vil dreiemomentet som overføres gjennom kraftsettet bevirke at fingrene bevirkes inn mot senteret for å gripe et objekt angitt med henvisningstallet 26. Koplingene virker til å styre dreiemoment-kraften som påføres de respektive aksler hos griperenheten til å gi enten en lavere eller høyere verdi. Den lave verdien velges slik at meget lavt dreiemoment overføres til akslene slik at ettersom hver finger danner kontakt med objektet 26, vil akselene hos hver griperenhet slippe. Denne slipping vil fortsette inntil i det minste samtlige av griperfingrene har dannet kontakt med objektet. Deretter overføres dreiemoment av en relativt høyere verdi til griperenhetens aksler, idet denne høyere verdi er i det minste adekvat til å tillate håndtering av objektet 26 uten at objektet slippes. Den bestemte verdien av det relativt høyere dreiemomentet vil selvfølgelig avhenge av typen og vekten av objektene som håndteres. Gripekraften på den relativt høyere verdien kan styres av den med utveksling utstyrt likestrømsmotor gjennom en programmerbar konstant strøm som tilføres motorens armatur, hvilken, sammen med utvekslingsforholdet, frembringer en forutbestemt griperkraft som leveres av fingrene.

For å frigjøre delen 26 etter at den er blitt manipulert, omsnues retningen av likestrømsmotorens dreiemoment og armene som bærer fingrene dreies motsatt fra retningen av pilene i fig. IA. Armene drives ut til stopporganene 28 (fig. IA) og enhver tendens til for mye bevegelse beskyttes av slipp i koplingen.

I fig. 2 og 3 er en bestemt utførelsesform for utførelse av oppfinnelsen vist på en av de foretrukne måter. Motoren 10 og en tilhørende utvekslingsreduksjon med utgangsakselen 12 er festet til et hus 28 som har et innvendig hulrom 30 for å oppta de forskjellige funksjonsdelene. Utgangsakselen 12 er festet til et hus 28 som har et innvendig hulrom 30 for å oppta de forskjellige funksjonsdelene. Utgangsakselen 12 opptas i en boring hos et element 32 og stiftes fast til denne slik som angitt med henvisningstallet 34. Elementet 32 har et nedre massivt akselparti 36 som opptas i en boring i solhjulet 14 og er stiftet til dette som angitt med henvisningstallet 38. Delen av elementet 32 med den større diameter er på dens utside forsynt med spiralformete skruegjenger 40.

En trekantet-formet plate 42 (fig. 3), som har åpninger 44 nær hver av dens hjørner til å oppta de øvre ender av hver av akslene 18 hos griperenhetene, er også forsynt med en sentral åpning 46 som har spiralformete skruegjenger som er komple-mentære med skruegjengene 40 på elementet 32. I sammen-stillet form mottas platen 42 i gjengeforhold på elementet 32.

Akselen 18 hos hver griperenhet er forsynt med en ringformet flens 48. Planethjulet 16 opptas på akselen 18 i dreibart forhold til denne, med det nedre navpartiet 50 av utveks-lingen med sin nedre flate tilstøtende en friksjonsskive 52 som hviler på den ringformete flensen 48. Akselen 18 er opplagret ved sin øvre ende i en bøssing 54 i huset og under den ringformete flensen 48 i en bøssing 56. Aksiallagrene 58 er anbragt mellom den ringformete flensen 48 og huset og også mellom den øvre flaten av planethjulet 16 og den trekantede platen 42.

Under drift, og idet man antar at platen er i sin øvre stilling, vil trykkplaten begynne sin nedstigning ettersom motoren dreies i en retning til å bevege fingrene innad.

Solhjulet 14 dreier og driver planethjulet 16 som, gjennom friksjonskoeffisienten gjennom skiven 52 til den ringformete flensen 48, dreier akselen 18 med et relativt lavt dreiemoment i det minste inntil fingeren 22 danner kontakt med objektet som skal gripes. Denne relativt lave dreiemomentverdi vedvarer inntil trykkplaten 42 har sunket til et sted til å trykke planethjulet 16 nedad for derved å øke friksjonskoeffisienten mellom hjulet og akselen og derved å oppnå et relativt høyere gripedriemoment som er 1 det minste adekvat til å tillate håndtering av objektet uten slipping. Etter at det objekt som er blitt grepet er blitt omplassert, reverseres motoren 10 og trykkplaten utløses og fingrene 22 drives utad fra senteret under den relativt lave dreiemoment-verdien inntil de stoppes av grensetappene 28. Strømmen til motoren er begrenset til en verdi som gir adekvat dreiemoment for formålene å holde, men tillate motoren å steile ved endepunktene av platen uten at skade oppstår på motoren. Andre utførelsesformer av griperene som har andre former for å oppnå endringen i koplingsfunksjonen i kraftsettet, er vist i fig. 4-6, som kun kort vil bli beskrevet, og vil anvende identiske henvisningstall for de deler som er identiske med utførelsesformen i fig. 2 og 3.

I fig. 4 har akselen 59 hos en griperenhet en øvre splittet ende 60 i form av en krave med en kule 62 som rir i den V-formete kjeglen ved akselens øvre ende. En trykkplate 64 er forspent nedad av kompresjonsfJæren 66. Den nedadrettede forspenning ved hjelp av fjæren styres av pneumatiske stempler 68 (en er vist) som skyver trykkplaten 64 opp for å oppheve låsing mellom akselen 59 og planethjulet 16. Størrelsen av låsekraft styres av fjæren 66. Når trykkplaten skyves opp av stemplet, vil akselen 59 slippe relativt planethjulet med en konstant friksjonskraft som styres av fjærvirkningen hos den kraveformete akselen og friksjonskoeffisienten mellom de to glidende overflatene.

Denne friksjonskraften er lav nok til å bevege fingrene til delen uteri å bevege delen. Når kontakt deretter er gjort med delen, tillater frigjøring av det pneumatiske trykket fjæren 66 til å skyve platen og derfor kulen tilstrekkelig til å utvide den splittede akselen 60 til effektivt å låse akselen til planethjulet. Forskjellige konvensjonelle anordninger kan anvendes til å styre tidspunktet for endringen i dreiemomentoverføringen. Eksempelvis kan en enkelt tidsur for medgått tid anvendes. Videre kan avføl-ere, slik som en avføler på fingrene for å avføle kontakt og tilveiebringe et signal anvendes. En annen f orm f or avføler kan anvendes hvor mangelen på fortsatt dreining av akselen 59 avføles, for derved å indikere kontakt mellom fingeren og obj ektet.

I den form av oppfinnelsen som er vist i fig. 5, styres friksjonskraften av kraften fra en magnetisk kopling som omfatter spolen 70 og åket 72. Ved å styre strømmen til spolen, trekkes åket med en forutbestemt kraft nedad. Åket er i ett med motorens utgangsorgan i form av et drivfrik-sjonshjul 74 som driver planethjulene 76 festet til den øvre enden av akselene 78. Den aksielle forskyvning av åket er relativt liten og ivaretas av den aksielle klaring som er tilgjengelig fra likestrømsmotoren.

Under drift mates spolen med en relativt lav strøm som er tilstrekkelig til å drive fingrene mot senteret inntil samtlige av planethjulene slipper. Strømmen økes så til et maksimum for å øke friksjonen mellom overflaten av driv-hjulet og planethjulene . Pådette tidspunkt, med samtlige fingre berørende den del som gripes, vil fingrene utøve en relativt høy gripekraft som styres av det konstante dreiemomentet fra motoren. Delen frigjøres selvfølgelig ved å reversere motorstrømmen og redusere koplingsspolestrømmen til den lavere verdien.

I utførelsesformen i fig. 6 er tilveiebragt en elektro-magnetisk spole 80 forsynt med en tilhørende trykkplate 82 . Drivsettet omfatter et utgangsorgan i form av en avsmalnet f riks j onsrulle 84 for å drive en komplementært avsmalnet f riks j onsrulle 86 ved den øvre enden av akselen 88. En relativt lett kompresjonsf jær 90 forspenner drivrullen 84 nedad og en relativt kraftige kompresjonsf jær 92 forspenner platen 82 nedad. Når trykkplaten 82 beveges oppad ved hjelp av elektromagneten 80 mot kraften fra fjæren 92, blir drivf riks jonskj eglen 84 lett presses av den lette fjæren 90 slik at akkurat nok kraft utøves til å bevirke fingrene til å rotere for å danne kontakt med arbeidsstykket, men å slippe deretter. Når samtlige fingre har dannet kontakt med arbeidsstykket, og med samtlige friksjonskjegler som slipper, deenergiseres elektromagneten 80 til å frigi trykkplaten 82 som så utøver en sterkere kraft på drivfrik-sjonshjulet og overfører hele motorens dreiemoment på fingrene for å gripe arbeidsstykket på passende måte. Frigivelse av delen skjer ved å reversere motoren og å energisere elektromagneten.

I samtlige av utførelsesformene er beskrivelsen blitt basert på fingre som gripes en del ved dens utvendige overflate. Det vil selvfølgelig forstås at anordningen kan anvendes på den motsatte måte, dvs. for å gripe en del ved hjelp av dens innvendige overflater ved å bevege f ingrene utad. Griperen kan også anvendes for inspeksjonsformål ved å overvåke fingerposisjonene slik at en del først kan gripes og dens dimensjoner avføles, og så transporteres til det ønskede stedet.

Claims (7)

1. Robotgriperanordning for automatisk å gripe et objekt (26) eller et arbeidsstykke, karakterisert ved motormiddel (10) som har en aksel (12) som er dreibar selektivt i en og en motsatt retning, idet nevnte aksel (12) bærer et utgangsdrivelement (14), - flere griperenheter innrettet til å drives av nevnte utgangsdrivelement (14), idet hver griperenhet innbefatter en dreibar aksel (18) som har en arm (20) festet til og som rager på tvers ut fra nevnte aksel (18) og som har griperfingermiddel (22) som rager ut på tvers ved en fjerntliggende del av nevnte arm, - koplingsmidddel (16) mellom nevnte griperenhets aksel (18) og nevnte utgangsdrivelement (14), og - middel (24) for å styre koplingsmidlet (16) til å endre dreiemomentet som overføres fra nevnte utgangselement (14) gjennom nevnte koplingsmiddel (16) til nevnte griperenhets aksel (18) fra en relativt lav verdi i det minste inntil samtlige griperfingre (22) har dannet kontakt med nevnte objekt (26), og deretter til en høyere dreiemomentverdi som er i det minste adekvat til å tillate håndtering av objektet (26) uten slipping.

2. Griperanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte utgangsdrivelement (14) omfatter solhjulmiddel (14) som drives av nevnte motormiddelsaksel (12), - at nevnte koplingsmiddel (16) omfatter planethjulmidler (16) som drives av nevnte solhjulmiddel (14), i tilknytning til hver griperaksel (18), idet nevnte planethjulmidler (16) hver er i delvis glippende forhold med sin aksel (18), og et koplingsmiddel (24) knyttet til hver aksel (18) og dens planethjul (16), og - at nevnte dreiemomentendringsmiddel (24) omfatter platemiddel (42) som er bevegbart fra en posisjon i hvilken nevnte lave dreiemomentverdi overføres gjennom nevnte koplingsmiddel (16) til en annen posisjon i hvilken nevnte relativt høyere dreiemomentverdi overføres.

3. Griperanordning som angitt i krav 2, karakterisert ved middel (32) på nevnte motoraksel (12) for å tilveiebringe en utvendig spiralformet skrue (40) og at nevnte platemiddel (42) innbefatter en komplementær spiralformet skrueåpning (46) slik at nevnte platemiddel (42) beveger seg på nevnte motoraksel (12) i henhold til retningen av motorens dreining for bevegelse til og vekk fra inngrep med nevnte planethjul (16) for å utføre nevnte drelemoment-verdiendringer.

4. Griperanordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte koplingsmiddel (24) omfatter platemiddel (42) som er bevegelig fra en posisjon i hvilken kraften som overføres fra nevnte solhjulmiddel (14) gjennom nevnte planethjulmiddel (16) til nevnte griperenhetsaksel (18) er på en relativt lav verdi i det minste inntil samtlige av nevnte griperfingre (22) har dannet kontakt med nevnte objekt (26), til en annen posisjon i hvilken kraften som overføres ér på en relativt høyere verdi som er i det minste adekvat til å tillate håndtering av objektet (26) uten slipping.

5. Griperanordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at nevnte platemiddel (64, 82) er forspent i en retning til å gi overføringen av nevnte relativt høyere kraftverdi, og - at nevnte griperanordning omfatter middel (68, 80) som er tllveiebragt til å tvinge nevnte plate i en retning mot-stående nevnte forspenning for å oppnå en kraftoverførings-verdi som har den relativt lavere verdien.

6. Griperanordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte forspenningsmiddel omfatter fjærorgan (66, 92).

7. Griperanordning som angitt i krav 5, karakterisert ved elektrisk energisert middel (80) for å styre posisjonen av nevnte platemiddel (82).