NL8501524A - Grijper met in een draaibare schuifgeleiding ondersteunde grijperarmen. - Google Patents

Description

* * PHN 11.390 1 N.V. Philips’ Glceilampenfabrieken te Eindhoven.

Grijper reet in een draaibare schuif geleiding ondersteunde gr ij paramen.

De uitvinding heeft betrekking op een grijper met ten minste twee ten opzichte van elkaar verplaatsbare eerste uiteinden van twee spiegelsymmetrisch cm een middellijn opgestelde grijperarmen en ten minste twee langs cirkels van gelijke diameter verplaatsbare tweede 5 uiteinden van de genoemde grijperarmen.

Bij het grijpen van een zich bijvoorbeeld op een horizontaal tafeloppervlak bevindend object met vooraf bekende afmetingen door middel van een met een manipulator of robot gekoppelde grijper wordt in het algemeen onderscheid gemaakt tussen een naderingsfase naar 10 een vooraf vastgesteld referentiepunt, uitgevoerd met een volledig geopende grijper, en een grijpfase. In het referentiepunt staat de middellijn van de grijper bijvoorbeeld loodrecht op het tafeloppervlak en bevinden de grijperarmen zich aan weerszijden van het object. Vervolgens wordt in de grijpfase de afstand tussen eerste uiteinden van de grijper-15 armen zover verkleind dat deze aan weerszijden kanen aan te liggen tegen het object. De genoemde uiteinden worden daarna met een vooraf bepaalde kracht tegen het object gedrukt. Tijdens de grijpfase volgen de eerste uiteinden van de grijperarmen in het algemeen een deel van een cirkelvormige baan. Een grijper die volgens het in het voorgaande 20 beschreven principe werkt is bijvoorbeeld bekend uit een artikel van Ben - Chyuan Luo en David Grande, gepubliceerd ter gelegenheid van "First International Conference on Robotics" (IEEE) in Atlanta USA op 13-15 maart 1984 en getiteld "Servo-controlled Gripper with Sensors for Flexible Assembly", p. 451-460. Door de cirkelvormige baan die in de 25 grijpfase wordt gevolgd door de eerste uiteinden van de grijperarmen verandert de hoogte boven het tafeloppervlak waarop objecten van verschillende breedte worden gegrepen. De totale tolerantie van de eerste uiteinden van de grijperarmen is dus opgebouwd uit twee componenten. De eerste component is afkomstig van de manipulator op zichzelf 30 en leidt tot afwijkingen in het reeds genoemde referentiepunt waarin de grijper zich bevindt bij het begin van de grijpfase. De tweede component van de tolerantie is het gevolg van de door de eerste uiteinden van de grijperarmen gevolgde cirkelvormige baan bij verschillende object- l ' ' n ? ^ i Λίτ -,· ij ΡΗΝ 11.390 2 / ί breedten. Voor verschillende objectbreedten kan de eerste component als relatief constant worden beschouw! ten opzichte van de tweede component.

De uitvinding berust op het inzicht dat het voor het grijpen 5 van een object benodigde rekenvermogen van de voor de positionering van de grijper gebruikte processor aanzienlijk wordt verkleind als ervoor wordt gezorgd dat de tweede component van de tolerantie kleiner is dan de eerste component. Dit betekent, anders gezegd, dat positionerings-berekeningen door de processor overbodig zijn en derhalve achterwege 10 kunnen blijven in de grijpfase en analoog ook in de zogenaamde openingsfase.

Een grijper volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat elk van de grijperarmen tussen zijn eerste en zijn tweede uiteinde is ondersteund in een schuifgeleiding die draaibaar is cm een punt 15 dat een vaste positie inneemt ten opzichte van het middelpunt van de cirkel waarlangs het tweede uiteinde verplaatsbaar is, waarbij voor elke grijperarm de verbindingslijn tussen het middelpunt van de genoemde cirkels en het draaipunt van de betreffende schuifgeleiding evenwijdig is aan de genoemde middellijn, terwijl in een rechthoekig assenstelsel 20 met een Y-as evenwijdig aan de middellijn en als oorsprong het draaipunt van de schuifgeleiding van elk der grijperarmen voldaan is aan de relaties :

Y = L . cosji - R . cosOC -C ^ YQ

25 |γ-γοΙ = I L ' COS ^ ^ “ R · ( cos - 1 ) | ^ | W | , waarin : Y = de afstand van het draaipunt van de schuifgeleiding tot het eerste uiteinde van de betreffende grijperarm, met Y = YQ voor C< = 0, Y - Y l = de absolute waarde van Y - Y , 1 01 o L = de lengte van de grijperarm

Ji = de heek tussen de grijperarm en de Y-as, R = de straal van de cirkel waarlangs het tweede uiteinde verplaatsbaar is, 35 c = de afstand tussen het middelpunt van een cirkel en het draaipunt van de betreffende schuifgeleiding, ^ = de hoek tussen de Y-as en de voerstraal van het tweede uiteinde, ς, % o k <s>' -L> i. '-J -1* 1 • 4 PHN 11.390 3 I W I = de absolute waarvan van de maximum tolerantie in een richting evenwijdig aan de Y-as van de positie van de grijper in een referentiepunt p.

Doordat de eerste uiteinden van de gr ij per armen een baan 5 volgen die een rechte lijn zcdanig benadert dat de afwijking daarvan (tweede component van de tolerantie) kleiner is dan de tolerantie van het referentiepunt (eerste component van de tolerantie of manipulator tolerantie) wordt de totale tolerantie in de hoogte van de aangrijp-punten boven het tafeloppervlak binnen zulke nauwe grenzen gehouden 10 dat afgezien kan worden van positioneringsberekeningen voor de hoogte van de grijper boven bet tafeloppervlak in de grijpfase en openingsfase.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de grijper met een relatief compacte grijperconstructie heeft verder tot kenmerk, dat de schuif-geleiding van elk der grijperarmen door middel van een koppelstang is 15 verbonden met een onafhankelijk bestuurbare, zich evenwijdig aan de Y-as uitstrekkende drijfstang, waarbij de koppelstang ten opzichte van de drijfstang draaibaar en verschuifbaar is geleid.

Ben verdere uitvoeringsvorm van de grijper met een grijperconstructie die een relatief klein gewicht bezit heeft tot kenmerk, 20 dat de drijfstang deel uitmaakt van een dubbel werkende, pneumatisch aangedreven plunjer.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin figuur 1 schematisch een paar grijperarmen inclusief aandrij-25 vingen toont, figuur 2 een doorsnede toont van een grijper volgens figuur 1, figuur 3 een doorsnede toont langs de lijn III-III in figuur 2, figuur 4 een aanzicht toont van de grijper volgens figuur 2.

De net figuur 1 geïllustreerde grijper bezit een tweetal 30 ten opzichte van elkaar verplaatsbare grijperarmen 1 en 3 die spiegel-symmetrisch om een middellijn 5 zijn opgesteld. Eerste uiteinden 7 en 9 van de grijperarmen 1 en 3 zijn verplaatsbaar langs banen 11 en 13 waarvan delen 15 en 17 een rechte lijn 19 benaderen. Tweede uiteinden 21 en 23 van de grijperarmen 1 en 3 zijn uitgevoerd als scharnieren 35 waarin krukstangen 25 en 27 draaibaar zijn verbonden met de grijperarmen. De krukstangen 25 en 27 zijn draaibaar cm scharnieren 29 en 31 die in de middelpunten van cirkels 33 en 35 met straal R zijn opgesteld.

De tweede uiteinden 21 en 23 zijn dus verplaatsbaar langs de cirkels 33 n y Jx *ƒ “V -φ - ** -a- * PHN 11.390 4 <· en 35. Verder zijn de gr ij per anten in vaste punten 37 en 39 ondersteund in draaibare schuifgeleidingen 41 en 43 die star zijn bevestigd aan koppelstangen 45 en 47 en zich uitstrekken in een richting loodrecht op de grijper anten 1 en 3. De koppelstangen 45 en 47 zijn net 5 hun uiteinden 49 en 51 draaibaar en verschuifbaar geleid in lagers 53 en 55 die zijn bevestigd aan drijfstangen 57 en 59. Aan de drijfstangen 57 en 59 zijn zuigers 61 en 63 bevestigd die een heen en weer gaande translatie kunnen uitvceren in cylinders 65 en 67. De drijfstangen 57 en 59 vormen samen net de zuigers 61 en 63 plunjers die op epzichzelf 10 bekende wijze electro-pneumatisch kunnen worden bestuurd via servokleppen. Ter vergemakkelijking van de kinematische beschrijving van de grijper is in figuur 1 elk van de grijperanten geplaatst in een rechthoekig assenstelsel X-Y (oorsprong 37, 39), waarbij de Y-as evenwijdig is aan de middellijn 5. Verder is aangenomen dat de grijper op gebruikelijke 15 wijze in een referentiepunt P is opgehangen in een verplaatsingsmecha-nisme, zoals bijvoorbeeld een antropomorfe robot als beschreven door J.G. van den Hanenberg en J. Vredenbregt in "Philips Technical Review", Vol. 40, 1982, No. 2/3, p 33-45. In het onderhavige geval kan de hoek CX1 tussen de krukstangen 25 en 27 en de betreffende Y-as variëren 20 van -45° tot +77°. C( = -45° kant overeen met een gesloten grijper, terwijl CX = +77° overeenkomt roet een maximaal geopende grijper. Eenvoudigheidshalve zijn de grijperarmen 1 en 3 in figuur 1 als rechte stangen aangegeven. In werkelijkheid bezitten de grijperarmen 1 en 3 de gestippeld aangegeven vorm. De verbindingslijnen tussen de middel-25 punten van de cirkels 33 en 35 en de punten 37 en 39 zijn evenwijdig aan de middellijn 5 en bezitten een lengte c. De lengte (zogenaamd rechte lengte) van de grijperarmen 1 en 3 bedraagt L, terwijl de heek tussen de grijperarmen 1 en 3 en de Y-assen gelijk is aan ji . Het verband tussen OC en β is als volgt : 30 tan (¾ = -R siP-^-

c + R cos (X

Aangenomen wordt dat de Y-waarde van de eerste uiteinden 7 en 9 voor 0( = 0° (en j3 = 0°) gelijk is aan Y .

35 De totale tolerantie of nauwkeurigheid in de Y-richting waarmee de tweede uiteinden 7 en 9 van de grijperarmen 1 en 3 kunnen worden gepositioneerd bestaat uit de algebraïsche som van de reeds genoemde eerste en de tweede component. De eerste component van de

o .t p i X A

u -3 ^ ^ j ΡΗΜ 11.390 5 totale tolerantie -wordt gevormd door de absolute nauwkeurigheid in Y-richting van het referentiepunt P. Door wrijving, speling en tempera- uuureffecten in het verplaatsingsmechanisme (robot) ligt de eerste component in de ordegrootte van 0,1 ran (= W). De tweede component van 5 de totale tolerantie wordt gevormd door de afwijking in Y-richting van de uiteinden 7 en 9 van de rechte lijn 19 die loodrecht staat op de middellijn 5. Deze afwijking is gelijk aan het verschil tussen Y en Y .

o

Compensatie van de afwijking die afkomstig is van de eerste component door de afwijking afkomstig van de tweede component kan dus warden 10 verkregen als voldaan is aan de relaties : Y - YQ< 0 en | Y - YQ| ^ | W | met Y = L.cos - R . cosCX- c.

Duidelijk is dat hiertoe gebruik moet worden gemaakt van de delen 15 en 17 van de banen 11 en 13 die de rechte lijn 19 zo goed mogelijk benaderen.

15 Opgemerkt wordt dat de eerste component W door de zwaartekracht steeds positief is in de de positieve Y-richting, terwijl de tweede component Y - YQ steeds negatief moet zijn. Door een geschikte keuze van de grootheden R, c en L kan aan de bovengenoemde voorwaarden worden voldaan. Het is bovendien mogeliik om bij reeds vastliggende waarden 20 voor R en c te voldoen aan de genoemde voorwaarden door L goed te kiezen.

In het geval dat de grijper wordt gekoppeld met verschillende verplaatsings-mechanismen met verschillende waarden van de eerste component W kan door L te veranderen de totale tolerantie binnen nauwe grenzen worden gehouden. De grijperarmen kunnen daartoe telescopisch zijn uitgevoerd.

25 Aan de hand van. de onderstaande tabel is te zien dat de tweede component Y - Yq de eerste component W gedeeltelijk compenseert voor de verschillende waarden van CC . In het onderhavige geval is c =23,5 mm, L = 129mmenR = 8,5 mm. Door de in figuur 1 gebruikte schaal is de absolute vaarde |y - Y | die relatief klein is niet of nauwelijks on zichtbaar.

(X fi y - Y0 10° 2,65° -0,0087 ram 20° 5,27° -0,0326 mm 30° 7,84° -0,0670 mm 35 40° 10,31° -0,1012 mm 50° 12,66° -0,1113 mm 60° 14,85° 0,0586 mm ~ j·* / u PHN 11.390 6

De in de figuren 2, 3 en 4 getoonde grijper voldoet aan het aan de hand van figuur 1 beschreven principe, zij het dat in plaats van een paar grijperarmen nu twee paren grijperarmen aanwezig zijn.

Het tweede paar grijperarmen is 90° verdraaid opgesteld ten opzichte 5 van het eerste paar grijperarmen en is identiek aan het eerste paar. Duidelijkheidshalve zijn in de figuren 2, 3 en 4 met figuur 1 overeenkomende verwijzingscijfers gebruikt.

De grijper is in het referentiepunt P op gebruikelijke wijze opgehangen in een verplaatsingsmechanisme, zoals bijvoorbeeld een 10 robot) door middel van een juk 69. Het juk 69 kan roteren om de middellijn 5 en een loodrecht daarop staande as 71. Door middel van een bout 73 is een huis 75 aan het juk 69 bevestigd. In het huis 75 bevinden zich vier cylinders 65, 67, 77 en 79. De cylinders 65 en 67 corresponderen met het eerste paar grijperarmen 1 en 3, terwijl de 15 in figuur 3 zichtbare cylinders 77 en 79 corresponderen met het tweede paar grijperarmen waarvan in figuur 4 een grijperarm 81 zichtbaar is.

In figuur 3 zijn ook net de cylinders 77 en 79 corresporderende drijfstangen 83 en 85 zichtbaar. Aan het huis 75 zijn vier gestellen 87, 89, 91 en 93 bevestigd waarin de grijperarmen zijn gelagerd. In de 20 gestellen 87 en 89 zijn de grijperarmen 1 en 3 gelagerd, terwijl de grijperarm 81 is gelagerd in het gestel 91. De vierde grijperarm van het tweede paar grijperarmen die is gelagerd in het gestel 93 is in de figuren niet zichtbaar. De drijfstangen 57 en 59 zijn geleid in aan het huis 75 bevestigde, pijpvormige schuiflagers 95 en 97. Ook de 25 aan het uiteinde van de drijfstangen 57 en 59 gevormde lagers 53 en 55 zijn geleid in de pijpvormige schuiflagers 95 en 97. Zoals, blijkt uit de rechterzijde van de figuren 2, 3 en 4 wordt het scharnier 31 gevormd door aan de krukstang 27 bevestigde aseinden 99 en 101 die draaibaar zijn gelagerd in het gestel 89. De drie andere scharnieren 30 zijn identiek aan het scharnier 31. Uit de linkerzijde van de figuren 2, 3 en 4 blijkt dat de in het vaste, punt 37 draaibare schuifgeleiding 41 in het gestel 87 draaibaar wordt gelagerd door middel van aseinden 103 en 105 die aan de schuifgeleiding 41 zijn bevestigd. De drie andere schuifgeleidingen zijn op overeenkomstige wijze gelagerd. De 35 schuifgeleidingen 41 en 43 zijn voorzien van lagerbussen 107, 109 respectievelijk lagerbussen 111, 113 voor de geleiding van de grijperarmen 1 en 3. In de cylinders 65 en 67 bevinden zich aan de bovenzijde openingen 115 en 117 voor de toevoer respectievelijk afvoer van lucht. Dergelijke *. ?< 4 ïT O £ v J -se i PHN 11.390 7 cpeningen (niet zichtbaar) bevinden zich ook aan de onderzijde van de cylinders 65 en 67. De zuigers 61 en 63 zijn derhalve dubbelwerkerd. Zoals wordt getoond in figuur 4 zijn de gr ij per amen 1, 3 en 81 voorzien van afneembare vingers 119, 121 en 123 waarmee zovel binnenwaarts als 5 buitenwaarts kan worden gegrepen. Door vingers van verschillende lengte te kiezen kan bovendien de waarde van L worden aangepast aan het verplaats ingsroechanisme.

Opgenerkt wordt dat de cylinders van een paar grijperamren aan de bovenzijde zowel via een individuele electro-pneumatiscbe 10 servoklep als via een gemeenschappelijke klep kunnen worden aangesloten op een bron van relatief hoge respectievelijk lage druk. Dit geldt uiteraard ook voor de onderzijde van de cylinders. Ter vergroting van de stijfheid en de nauwkeurigheid van de grijper kunnen de schuifge-leidingen 41 en 43 met elkaar zijn verbonden door een koppelstang 125 die ^ draaibaar is in de punten 127 en 129. De grijper kan zowel met een als met twee paren grijperarmen zijn uitgerust. Doordat de grijper modulair is opgebouwd kan een grijperarm inclusief lagering op eenvoudige wijze worden vervangen. De gekozen constructie waarbij de aandrijving van een grijperarm geschiedt via een drijfstang en een 20 koppelstang maakt een compacte bouw mogelijk. Door de pneumatische aandrijving bezit de grijper een relatief kleine massa. De aandrijving van de schuifgeleidingen kan in principe geschieden door middel van elk al of niet pneumatisch gestuurd mechanisme dat een rotatie oplegt aan deze schuifgeleidingen en derhalve een gecombineerde rotatie 25 en translatie aan de grijperarmen. Ook kunnen de twee schuifgeleidingen van een paar grijperarmen worden aangedreven door middel van een gemeenschappelijke plunjer.

In die praktijkgevallen waarin een wat groter gewicht van de grijper niet bezwaarlijk is kunnen de grijperarmen ook anders 30 dan pneumatisch worden aangedreven. Te denken valt bijvoorbeeld aan een electromotor die via een tandwieloverbrenging is gekoppeld met de draaibare schuifgeleidingen. Ook een hydraulische aandrijving is mogelijk als maatregelen worden getroffen cm in de grijpfase de grijpkracht geleidelijk te laten toenemen. Bij een hydraulische aandrijving zijn 35 dergelijke maatregelen gewenst vanwege de inccnpressibiliteit van het hydraulische medium.

j. s .·! 1 5 ·; 4

Claims (6)

1. Grijper net ten minste twee ten opzichte van elkaar verplaats bare eerste uiteinden van twee spiegelsymrretrisch om een middellijn opgestelde grijperarrten en ten minste twee langs cirkels van gelijke diameter verplaatsbare tweede uiteinden van de genoemde gr ij per armen, e met het kenmerk, dat elk van de gr ij per amen tussen zijn eerste en zijn tweede uiteinde is ondersteund in een schuif geleiding die draaibaar is cm een punt dat een vaste positie inneemt ten opzichte van het middelpunt van de cirkel waarlangs het tweede uiteinde verplaatsbaar is, waarbij voor elke grijper arm de verbindingslijn tussen het 10 middelpunt van de genoemde cirkels en het draaipunt van de betreffende schuif geleiding evenwijdig is aan de genoemde middellijn, terwijl in een rechthoekig assenstelsel net een Y-as evenwijdig aan de middellijn en als oorsprong het draaipunt van de schuifgeleiding van elk der grijperarmen voldaan is aan de relaties : 15 Y = L . cos |2> - R . cos d - c ^ Yq | Y ~ YQ| = | L . (cosfi - 1 ) - R . (cos d - 1) | W J, waarin : Y = de afstand van het draaipunt van de schuifgeleiding tot het eerste uiteinde van de betreffende grijperarm, met Y = YQ voor C{ = 0, IY - Y I = de absolute waarde van Y - Y , I o' o L = de lengte van de grijperarm , 1¾ = de hoek tussen de grijperarm en de Y-as, 25 1 R = de straal van de cirkel waarlangs het tweede uiteinde verplaatsbaar is, c = de afstand tussen het middelpunt van een cirkel en het draaipunt van de betreffende schuifgeleiding,

30 CV = de hoek tussen de Y-as en de voerstraal van het tweede uiteinde, | W | = de absolute waarde van de maximum tolerantie in een richting evenwijdig aan de Y-as van de positie van de grijper in een referentiepunt P.

2. Grijper volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de schuifge- 35 leiding van elk der grijperarmen door middel van een koppelstang is verbonden met een onafhankelijk bestuurbare, zich evenwijdig aan de Y-as uitstrekkende drijfstang, waarbij de koppelstang ten opzichte van de drijfstang draaibaar en verschuifbaar is geleid. 3 5 ö15 2 4 PEN 11.390 9

3. Grijper volgens conclusie 2, net het kenmerk, dat de drijfstang deel uitmaakt van een dubbel werkende, pneumatisch aangedreven plunjer.

4. Grijper volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voldaan is aan de volgende relaties : 5 L = 129 mm p> ^ 18 graden R = 8,5 mm 0( < 77 graden

10 VI = 0,1 mm, terwijl de afstand tussen het middelpunt van de cirkel waarlangs het tweede uiteinde van een grijperarm verplaatsbaar is en het draaipunt van de betreffende schuifgeleiding gelijk is aan 23,5 mm. 15 20 25 30 35 85 0 'ï: '