DE10139807A1 - Manipulationsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Manipulationsvorrichtung mit mindestens zwei, mit Hubstangeneinrichtungen (28) versehenen Auslegereinheiten (14, 16), die auf eine die Auslegereinheiten (14, 16) verbindende Gelenkeinrichtung (47) einwirken, wobei die beiden Auslegereinheiten (14, 16) an ihren gelenkseitigen Enden jeweils mit mindestens einem Lagerbock (34) versehen sind, die über eine Gelenkdrehachse (46) miteinander gelenkig verbunden sind; und ein Umlenkhebel (42) mit einem ersten Ende auf der Gelenkdrehachse (46) drehbar angeordnet ist, wobei mit dessen zweitem Ende die beiden Hubstangeneinrichtungen (26) gelenkig gekoppelt sind. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Ausbildung der Gelenkdrehachse ermöglicht eine einfache Betätigung über elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Hubstangeneinrichtungen bei einem großen Schwenkbereich des Gelenks von mindestens 180 DEG , wobei das Gelenk sehr kompakt und klein ausgebildet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Manipulationsvorrichtung mit mindestens zwei mit Hubstangeneinrichtungen versehenen Auslegereinheiten, die auf eine, die Auslegereinheiten verbindende Gelenkeinrichtung einwirken.
• Derartige Manipulationsvorrichtungen werden zur automatischen Montage von Baugruppen und Geräten oder Fügeteilen verwendet. Herkömmliche einfache Manipulationsvorrichtungen bestehen meist aus zwei hintereinander geordneten Bewegungssystemen, nämlich einem Hubsystem und einem Linearsystem. Manipulationsvorrichtungen für spezielle Anwendungsfälle, bei denen stets ein oder mehrere Manipulationsvorgänge zu bewältigen sind, sind mit herkömmlichen Manipulationsvorrichtungen wirksam und wirtschaftlich zu handhaben, da einem unter Umständen auch aufwendigen Einrichtungs- und Justiervorgang eine lange Nutzungszeit gegenübersteht. Soll hingegen eine herkömmliche Manipulationsvorrichtung wechselnden bzw. unterschiedlichen Bedingungen angepaßt werden, ist dies normalerweise nur mit einem erheblichen Justieraufwand möglich. Meistens ist bei andersartigen Anwendungsfällen die gesamte Manipulationsvorrichtung mit hohem Kostenaufwand neu zu konzipieren, umzukonstruieren und zu programmieren, ohne daß Altteile eine zwingende Verwendung finden.
• Alternativ ist es möglich, einen Roboter einzusetzen, der für unterschiedliche Manipulationsaufgaben einsetzbar ist und auf die jeweils erforderlichen Bewegungsabläufe programmiert werden kann, wobei zwar eine Vielzahl von Manipulationsvarianten möglich sind, von denen in den meisten Anwendungsfällen nur eine Variante je Aufgabe benötigt wird und daher nur ein kleiner Teil seiner Möglichkeiten bei einer konkreten Anwendung genutzt werden kann. Gleichzeitig ist ein derartiger Roboter jedoch sehr teuer in der Anschaffung und Wartung und ist daher für viele einfache Manipulationsaufgaben im allgemeinen unwirtschaftlich.
• Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Manipulationsvorrichtung anzugeben, die sich durch einfache Handhabung, einfache Justierung und einen breiten Anwendungsbereich auszeichnet, wobei gleichzeitig die Konstruktion baulich so einfach wie möglich gehalten werden soll. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gattungsgemäße Manipulationsvorrichtung dahingehend zu verbessern, daß die Gelenkeinrichtung zur Verbindung der einzelnen Auslegereinheiten einen großen Gelenkschwenkbereich zuläßt und dabei gleichzeitig kompakt ausgeführt und einfach zu handhaben ist.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Gelenkdrehachse ermöglicht vorteilhafterweise eine einfache Betätigung über elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigte Hubstangeneinrichtungen bei einem großen Schwenkbereich des Gelenks von mindestens 180°, wobei das Gelenk sehr kompakt und klein ausgebildet ist.
• Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Umlenkhebel, der einerseits an der Gelenkdrehachse angebracht ist und mit seinem anderen Ende gelenkig mit den beiden Hubstangeneinrichtungen gekoppelt ist, läßt sich ein großer Schwenkwinkel erzielen. Dabei wird durch jede der beiden Hubstangeneinrichtungen die Hälfte des gesamten Drehwinkels betätigt, so daß durch die alternative oder gleichzeitige Betätigung der Hubstangeneinrichtungen unterschiedliche Drehwinkel möglich sind, selbst wenn die Hubstangeneinrichtungen nur in zwei Endstellungen verfahrbar sind. Es ist möglich, eine oder beide Hubstangeneinrichtungen mittels unterschiedlicher Wirkprinzipien anzusteuern, also beispielsweise eine Hubstangeneinrichtung pneumatisch und die zweite elektrisch oder die eine analog, so daß beliebige Positionen der Hubstangen möglich sind und die zweite binär, so daß nur zwei Endstellungen möglich sind. Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch eine Kompaktheit der Konstruktion aus, wobei bei Ausbildung von jeweils zwei Lagerböcken beidseitig des Gelenks mit durchgehender Gelenkdrehachse durch die Flächen der Lagerböcke die dazwischen angeordnete Bewegungskinematik mit dem Umlenkhebel geschützt ist.
• Die in Anspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das nicht mit der Gelenkdrehachse verbundene Ende des Umlenkhebels über zwei Verbindungslaschen gelenkig mit den beiden Hubstangeneinrichtungen verbunden sind. Hierdurch läßt sich auf konstruktiv sehr einfache Art und Weise eine Koppelung des Umlenkhebels mit den Hubstangeneinrichtungen unter Berücksichtigung der Zwangsbedingungen erreichen.
• Vorzugsweise sind zwei unterschiedliche Ausbildungen des Umlenkhebels möglich, nämlich die in Anspruch 3 beschriebene Variante, bei der die beiden Verbindungslaschen über eine gemeinsame Gelenkachse am Umlenkhebel angelenkt sind. Die zweite, in Anspruch 4 beschriebene Ausführung, sieht vor, daß der Umlenkhebel gleichschenklig dreieckig ausgebildet ist und die beiden Verbindungslaschen über zwei getrennte Gelenkachsen am Umlenkhebel gelenkig angebracht sind. Die erstgenannte Variante ist baulich einfacher und insbesondere für Schwenkwinkel zwischen 90° und 270° geeignet. Die zweite Variante ist für Schwenkwinkel des Drehgelenks zwischen 0° und 180° geeignet.
• Eine weitere Ausführungsvariante ist in Anspruch 5 beschrieben, wonach der Umlenkhebel gleichschenklig dreieckig ausgebildet ist und zwei Kulissennuten enthält, in denen zwei Kulissenbolzen bewegbar sind, die an den Hubstangeneinrichtungen angebracht sind.
• Die erfindungsgemäße Manipulationsvorrichtung umfaßt gemäß Anspruch 7 vorzugsweise zwei oder drei Auslegereinheiten, zwischen denen jeweils eine erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung vorgesehen ist. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Manipulationsvorrichtung eine um eine vertikale Drehachse drehbare an einer Fundamentplatte montierte Dreheinheit umfaßt, an der entweder über eine erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung oder ein sonstiges Gelenk eine erste Auslegereinheit angebracht ist, an der über eine erfindungsgemäße Gelenkeinrichtung eine zweite Auslegereinheit angebracht ist. Diese wiederum ist über ein weiteres Gelenk mit einem Handhabungshalter verbunden, an der ein Greifarm oder ähnliche Manipulationswerkzeuge angebracht sein können.
• Die bei der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung vorgesehenen Hubstangeneinheiten umfassen vorzugsweise gedämpfte Endanschläge, was sich insbesondere bei einer binären Betätigungsweise (die Hubstange wandert nur zwischen zwei Endstellungen hin und her) wünschenswert ist, wobei die Endanschläge vorzugsweise manuell oder ferngesteuert (elektrisch) verstellbar sind.
• Die Hubstangeneinheiten sind vorzugsweise pneumatisch ausgebildet, was baulich sehr einfach und mit einem geringen apparativen Aufwand steuerbar ist. Falls größere Kräfte zu beherrschen sind, kann alternativ auch eine hydraulische Hubstangeneinrichtung vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, einzelne oder alle Hubstangeneinheiten elektrisch auszubilden, wobei sich dann ein Schrittmotor mit Schneckenantrieb oder Linearmotor anbietet, um beliebige Stellungen der Hubstangen zu ermöglichen.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung sind mannigfaltig. Infolge der Konstruktion gemäß Anspruch 8 ist es möglich, räumliche Punkte anzufahren und damit Bauteile räumlich in drei Ebenen zu positionieren.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Dabei zeigt:
• Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführung der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung in ausgefahrener Stellung;
• Fig. 2 eine Seitenansicht der Ausführung von Fig. 1 im eingefahrenen Zustand;
• Fig. 3 einen Ausschnitt der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 in Draufsicht;
• Fig. 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung im eingefahrenen Zustand;
• Fig. 5 eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung; und
• Fig. 6a, b zwei Stellungen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehgelenks.
• In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung 10a in einer ausgefahrenen (Fig. 1) sowie einer eingefahrenen (Fig. 2) Stellung gezeigt. Diese besteht im wesentlichen aus einer Dreheinheit 12 einer ersten Auslegereinheit 14, die auch als Schwenkeinheit bezeichnet werden kann, einer zweiten Auslegereinheit 16 sowie einem Handhabungshalter 18, an dem Handhabungsgeräte z. B. ein Greifarm befestigt werden können. Die Dreheinheit 12 ist über eine Lagereinrichtung 20 mit einem Untergrund 22 gekoppelt und um eine vertikale Drehachse 24 drehbar. In der Dreheinheit ist eine erste Arbeitseinheit 26a angeordnet, die eine Hubstange 28a umfaßt, die mittels Energiezufuhr zur Arbeitseinheit 26a hydraulische, pneumatische oder elektrische Energie in Richtung der Drehachse 24 axial verschiebbar ist. Um den Bewegungshub der Hubstange 28a zu begrenzen, sind beiderseits der Arbeitseinheit 26a gedämpfte Anschläge 30a vorgesehen. Das freie Ende der Hubstange 28a ist über eine Verbindungslasche 32 mit einem Lagerbock 34b der ersten Auslegereinheit 14 drehbar gekoppelt. Dazu ist die Verbindungslasche 32 mittels Achsen 36a, 36b mit der Hubstange 28a bzw. dem Lagerbock 34a verbunden.
• Der Lagerbock 34b der ersten Auslegereinheit 14 ist über eine horizontale Drehachse 38 mit dem Lagerbock 34a der Dreheinheit 12 verbunden.
• Die erste Auslegereinheit 14 umfaßt wiederum eine zweite Arbeitseinheit 26b mit Hubstange 28b und auf der Hubstange 28b angebrachter Anschläge 30b.
• Zwischen der ersten Auslegereinheit 14 und der zweiten Auslegereinheit 16 ist die erfindungsgemäße Gelenkeinheit 40 vorgesehen, die im wesentlichen aus zwei Lagerböcken 34b, 34c, einem Umlenkhebel 42 und zwei Verbindungslaschen 44a, 44b besteht. Die beiden Lagerböcken 34b, 34c sind an der ersten bzw. zweiten Auslegereinheit 14, 16 montiert und bilden zusammen mit einer Gelenkdrehachse 46 die eigentliche Gelenkeinrichtung 47a. Ebenfalls an der Gelenkdrehachse 46 ist der gleichschenklig dreieckige Umlenkhebel 42 montiert, in dessen anderen beiden Ecken die Verbindungslaschen 44a, 44b über Achsen 48 angebracht sind. Die jeweils zweiten Enden der Verbindungslaschen 44a, 44b sind mit den Hubstangen 28b, 28c der zweiten und dritten Arbeitseinheit 26b, 26c gelenkig verbunden. Diese umfaßt wiederum eine Hubstange 28c mit Anschlägen 30c, 30d.
• Am zweiten Ende der Hubstange 28c der dritten Arbeitseinheit 26c ist wiederum über eine Verbindungslasche 50 der Handhabungshalter 18 montiert, der über eine Drehachse 51 am dem Lagerbock 34e schwenkbar befestigt ist.
• In einer bevorzugten Ausführungsform werden die drei Arbeitseinheiten 26 pneumatisch betrieben, so daß nicht dargestellte Gasdruckleitungen vorhanden sind, die zu den jeweiligen Arbeitseinheiten 26 führen.
• Die dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationseinrichtung 10a kann einfach dadurch an gewünschte Zuführpositionen angepasst werden, daß die Anschläge 30vorzugsweise manuell eingestellt werden. Damit ist eine große Variabilität und ein Tolleranzausgleich möglich. Die Auslegereinheiten 14, 16 sind vorzugsweise zugleich Krafteinheiten, also die Arbeitseinheiten 26 bilden die Tragstruktur der Auslegereinheiten 14, 16 und an deren beiden Enden sind lediglich die Lagerböcke 34 befestigt. Eine bevorzugte Ausführungsform für die Arbeitseinheiten 26 wird von der Fa. Festo, Esslingen unter der Bezeichnung "Baukastensystem" vertrieben.
• Die Schwenkwinkellage und die Endpunkte der Manipulationseinrichtung 10a sind justierbar, so daß diese mit geringem Ummontageaufwand an unterschiedliche Einsatzbedingungen angepasst werden kann.
• Die Anordnung der einzelnen Lagerpunkte ist so vorgenommen, daß durch das Ausfahren z. B. der Hubstange 28b der ersten Auslegereinheit (der Schwenkeinheit) 14 der Umlenkhebel 42 um 90° schwenkt. Zwangsläufig wird die zweite Auslegereinheit 16 bei eingefahrener Hubstange 28c den gleichen Winkel (90°) zurücklegen. Fährt nun die Hubstange 28c der zweiten Auslegereinheit 16 aus, so stützt sich diese über die Verbindungslasche 44b und den Umlenkhebel 42 auf die ausgefahrene und festgehaltene Hubstange 28b der ersten Auslegereinheit 14 ab. Die zweite Auslegereinheit 16 schwenkt nun ihrerseits um den gemeinsamen Lagerpunkt für den Umlenkhebel 42, der ersten und zweiten Auslegereinheit 14, 16, z. B. 90°. Der gesamte Schwenkwinkel der zweiten Auslegereinheit 16 beträgt somit in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 180°. Durch die Anschläge 30, die die axiale Bewegung der Hubstangen 28 begrenzen, ist der Schwenkwinkel stufenlos veränderbar. Beim Einfahren der beiden Hubstangen 28b, 28c bewegt sich die zweite Auslegereinheit 16 zurück. Der am freien Ende der zweiten Auslegereinheit 16 angeordnete Handhabungshalter 18 wird dabei entweder über die Verbindungslasche 50 gleichzeitig mit bzw. alternativ durch eine separate Arbeitseinheit bewegt.
• Die in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung 10b entspricht im wesentlichen derjeniger von Fig. 1 und 2. Demgemäß bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile. Der wesentliche Unterschied zur ersten Manipulationsvorrichtung 10a besteht darin, daß in der Gelenkeinrichtung 47b anstelle der Verbindungslaschen 44 Kulissenführungen vorgesehen sind, also im Umlenkhebel 42b zwei Kulissennuten 52 vorgesehen sind, die mit Kulissenbolzen 54 zusammenwirken, welche über Kulissenträger 56 an den Hubstangen 28b, 28c angebracht sind.
• Analog sind die beiden anderen Gelenke ausgebildet, also im Lagerbock 34b ist eine Kulissennut 58 und im Handhabungshalter 18 ist eine Kulissennut 60 ausgebildet, die mit Kulissenbolzen 62 und 64 zusammenwirken, welche an den Hubstangen 28a bzs. 28c befestigt sind.
• Die Bewegungsabläufe sind im wesentlichen identisch zu denen der ersten Ausführungsform 10a.
• Die in Fig. 5 in ausgefahrener Stellung dargestellte dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Manipulationsvorrichtung 10c entspricht in der Funktionsweise im wesentlichen derjeniger von Fig. 4. Demgemäß bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile.
• Der einzige Unterschied zur zweiten Manipulationsvorrichtung 10b besteht darin, daß in der Gelenkeinrichtung 47c für die im Umlenkhebel 42c angeordneten zwei Kulissennuten 52 Kulissensteine 66 vorgesehen sind, welche über Kulissensteinträger 68 an den Hubstangen 28b, 28c angebracht sind. Entsprechend sind auch die anderen beiden Gelenke aufgebaut.
• Schließlich ist in den Fig. 6a und 6b eine andere Variante für die Drehgelenkeinrichtung 47d in zwei um 180° versetzten Stellungen dargestellt, bei der der Umlenkhebel 42d nicht dreieckig ausgebildet ist und die Verbindungslaschen 44a, 44b an einer gemeinsamen Verbindungsachse 70 angebracht sind.
• Diese Variante eignet sich für einen Schwenkwinkelbereich von ± 90°, während die in den Fig. 1-3 dargestellte Ausführungsform vor allem für Schenkwinkel von 0 bis 180° geeignet ist. Der Fachmann wird also je nach dem gewünschten Schwenkwinkelbereich die eine oder andere Variante der Drehgelenkseinrichtung auswählen.
• Es wird auch darauf hingewiesen, daß die einzelnen Varianten der Drehgelenke auch gekoppelt werden können, also als Drehgelenk zwischen der Dreheinheit 12 und der ersten Auslegereinheit 14 die Variante von Fig. 1 und 2 zu verwenden, hingegen für das Drehgelenk zwischen der ersten und der zweiten Auslegereinheit 14, 16 die Variante von Fig. 4 einzubauen, etc.

Claims (14)

1. Manipulationsvorrichtung mit mindestens zwei, mit Hubstangeneinrichtungen (28) versehenen Auslegereinheiten (14, 16), die auf eine die Auslegereinheiten (14, 16) verbindende Gelenkeinrichtung (47) einwirken, mit folgenden Merkmalen:

a) die beiden Auslegereinheiten (14, 16) sind an ihren gelenkseitigen Enden jeweils mit mindestens einem Lagerbock (34) versehen, die über eine Gelenkdrehachse (46) miteinander gelenkig verbunden sind;

b) ein Umlenkhebel (42) ist mit einem ersten Ende auf der Gelenkdrehachse (46) drehbar angeordnet und mit dessen zweitem Ende sind die beiden Hubstangeneinrichtungen (26) gelenkig gekoppelt.

2. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ende des Umlenkhebels (42) über zwei Verbindungslaschen (44) gelenkig mit den beiden Hubstangeneinrichtungen (26) verbunden ist.

3. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verbindungslaschen (44) über eine gemeinsame Verbindungsachse (70) angelenkt sind.

4. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkhebel (42a) gleichschenklig dreieckig ausgebildet ist und die beiden Verbindungslaschen (44) über zwei getrennte Gelenkachsen (48) angelenkt sind.

5. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkhebel(42b) gleichschenklig dreieckig ausgebildet ist und zwei Kulissennuten (52) enthält, in denen an den Hubstangeneinrichtungen (26) angebrachte Kulissenbolzen (54) bewegbar sind.

6. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkeinrichtung (47) einen Schwenkbereich von mindestens 180° hat.

7. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese 2 oder 3 Auslegereinheiten (14, 16) umfaßt, zwischen denen jeweils eine Gelenkeinrichtung nach Anspruch 1 vorgesehen ist.

8. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine um eine vertikale Drehachse (24) drehbare Dreheinheit (12) umfaßt, an der über eine erste Gelenkeinrichtung (47) gemäß Anspruch 1 oder ein sonstiges Gelenk eine erste Auslegereinheit (14) angebracht ist, an der über eine zweite Gelenkeinrichtung (47) eine zweite Auslegereinheit (16) angebracht ist und an der zweiten Auslegereinheit (16) über ein Gelenk ein Handhabungshalter (18) angebracht ist.

9. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstangeneinheiten (26) Endanschläge (30) umfassen, die vorzugsweise gedämpft sind.

10. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endanschläge (30) manuell oder ferngesteuert verstellbar sind.

11. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstangeneinheiten (26) hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sind.

12. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hubstangeneinheit (26) eine etwa in der Längsmittelachse angeordnete Hubstange (28) umfaßt.

13. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstangeneinheiten (26) elektrisch, vorzugsweise als Schritt- oder Linearmotor ausgebildet sind.

14. Manipulationsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubstangeneinheiten (26) die Tragstruktur der Auslegereinheiten (14, 16) bilden, an deren beiden Enden Lagerböcke (34) befestigt sind.