DE20020434U1

DE20020434U1 - Leichtbaugreifer für Manipulatoren

Info

Publication number: DE20020434U1
Application number: DE20020434U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2010-12-01
Also published as: WO2002043930A1

Description

Anmelder: KUKA Schweissanlagen GmbH

Blücherstraße 144 8 6165. Augsburg / DE

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke

Dipl.-Ing. Klaus Ernicke

Schwibbogenplatz 2b

8 6153 Augsburg / DE

Datum: 30.11.2000
Akte: 772-943 er/wi

ABl DE-G-200 20 434.3

BESCHREIBUNG

Leichtbaugreifer für Manipulatoren

Die Erfindung betrifft einen Leichtbaugreifer für Manipulatoren, insbesondere für Gelenkroboter, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

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Aus der DE-A-34 45 003 ist es bekannt, Gelenkroboter auf Transporteinrichtung zur Pressenverkettung einzusetzen. An der Roboterhand ist eine Aufnahmegabel mit Saugnäpfen angeschlossen, mit der die Werkstücke und Blechteile erfasst und zwischen den Pressen hin- und herbewegt werden können. Bei einem Wechsel des Werkstücks muss die Aufnahmegabel getauscht werden. Dies ist bei der vorbekannten einteiligen Konstruktion aufwendig. Wegen der Sperrigkeit und des Gewichtes der Aufnahmegabel sind für den Wechsel zwei Bedienpersonen erforderlich.

Die DE-A-44 42 137 zeigt ein Greifersystem, welches aus einer Grundplatte und mehreren dort angebauten Rohr-, Klemm- und Greifelementen besteht. Dieses Greifwechselsystem kann über einen Schnellwechseladapter, der an der Grundplatte angeordnet ist, mit einem Handlingssystem, beispielsweise einer Roboterhand direkt verbunden werden. Die Grundplatte fungiert hierbei als Basisteil, an dem alle auftretenden statischen und dynamischen Kräfte und Belastung abgestützt werden. Die Grundplatte ist hierfür massiv ausgebildet und hat ein entsprechendes Gewicht.

Ein ähnliches Greifersystem mit einer massiven und schweren Grundplatte zeigt auch die DE-A 42 09 935.

-Ia-

Die EP-A 1 020 259 befasst sich mit einem Werkstückgreifer, der mit einer Roboterhand verbunden werden kann. Hierbei ist das Greiferteil an einem geraden Auslegerbaum angeordnet und mit diesem fest verbunden. Der Auslegerbaum besteht aus einem Aluminiumrohr, welches am Ende ein Bajonettstück als Teil einer Schnellkupplung zur Verbindung mit der Roboterhand aufweist. Durch die feste Verbindung der Greiferteile mit dem Auslegerbaum muss der Werkstückgreifer stets als Ganzes gewechselt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Handhaben und Wechseln der Greifeinrichtung zu erleichtern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Leichtbaugreifer mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruches.

Die Aufteilung des Leichtbaugreifers in ein Basisteil und ein lösbar angeordnetes Greiferteil hat den Vorteil, dass bei einem manuellen Werkzeugwechsel das Basisteil am Manipulator verbleiben kann und dass nur das Greiferteil gewechselt wird. Das Greiferteil kann relativ klein und leichtgewichtig ausgebildet sein, was die manuelle Bedienung wesentlich erleichtert. Außerdem lässt sich das Greiferteil in mehrere einzeln montierbare Module unterteilen, was eine weitere ergonomische Verbesserung bringt.

Das Basisteil ist als abgewinkeltes Leichtbauteil ausgebildet. Durch diese Formgebung und insbesondere eine weite Spreizung der Querarme erhält das Greiferteil eine optimale Unterstützung und Stabilisierung. Das Greiferteil kann hierdurch noch filigraner und leichter ausgebildet sein. Das Basisteil selbst ist als Leichtbauteil ausgebildet, welches trotz hoher Steifigkeit nur ein geringes Gewicht hat. Der Leichtbaugreifer ist dadurch auch insgesamt besonders leicht. Dies bringt Vorteile hinsichtlich der Traglastreduzierung beim Manipulator und insbesondere Gelenkroboter mit sich, was andererseits auch den Einsatz kleinerer und schwächerer Roboter ermöglicht. Andererseits kann durch die Leichtbauweise auch der Leichtbaugreifer als Ganzes relativ einfach und mit wenig Aufwand manuell gewechselt werden. Die Gewichtsreduzierung ist dabei aber auch für einen automatischen Greiferwechsel von Vorteil.

Der Leichtbaugreifer hat im Weiteren den Vorteil, dass er durch das sehr steife Basisteil und die weite Armspreizung sehr schwingungsstabil ist. Hierdurch können alle Arten von Werkstücken und insbesondere auch formlabile Blechbauteile sicher gegriffen und zuverlässig transportiert sowie gehandhabt werden. 25

Die hohe Stabilität in Verbindung mit einem geringen Greifergewicht hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Länge des Leichtbaugreifers und insbesondere der Längsarm des Basisteiles gegenüber vorbekannten Konstruktionen verlängert werden können. Dies ist aus Sicherheitsaspekten bedeutsam, weil die Roboterhand häufig nicht in den Arbeitsbereich einer Blechpresse oder einer anderen Bearbeitungsmaschine greifen darf. Die Auslegerlänge des Greifer muss dadurch entsprechend größer sein, was andererseits bei bekannten Konstruktionen wieder Probleme mit der Stabilität, dem Gewicht und der Handhabbarkeit mit sich bringt. Mit dem Leichtbaugreifer können diese

- 3 Probleme
vermieden werden.

Der Leichtbaugreifer ist ferner dank seiner hohen Eigensteifigkeit in der Lage, mehrere Bauteile gleichzeitig aufzunehmen und zu handhaben. Hierfür ist außerdem ein modularer Aufbau des Greiferteils von besonderem Vorteil. Beim modularen Greiferteil lassen sich die Greifmodule einzeln wechseln und an das gerade vorgegebene Werkstück anpassen.

Für die lösbare Verbindung zwischen Basisteil und Greiferteil gibt es verschiedene geeignete Ausführungsformen. Hierbei empfiehlt sich eine lösbare Befestigungsvorrichtung mit Aufnahmen am Basisteil und hierzu passenden Gegenstücken am Greiferteil, die sich in formschlüssigen Eingriff bringen lassen und die in dieser Stellung durch eine geeignete Verriegelungsvorrichtung, z. B. einen Schnellspanner, fixiert werden können. Das Gegenstück kann hierbei brückenartig ausgebildet sein, wodurch der Querarm des Basisteiles und die dortige Aufnahme formschlüssig an mehreren Seiten umfasst werden. Dies verbessert die Führungsgenaüigkeit und die Kraftübertragung. Ferner ist es günstig, das einteilige oder modulare Greifergestell mit ein oder mehreren längs der Querarme sich erstreckenden Rahmenteilen auszurüsten, die über die lösbare Befestigungseinrichtung einebesonders gute Führung, Kraftübertragung und leichte Wechselbarkeit haben. An den Rahmenteilen können die Greifelemente in beliebiger Zahl, Ausbildung und Anordnung über Ausleger oder dergleichen befestigt werden.

Für das Basisteil empfiehlt sich ein Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise ein Kohlefasermaterial, welches bei geeigneter Formgebung extrem hohe Festigkeiten in Verbindung mit einem besonders niedrigen Gewicht bietet. Das Basisteil hat an seinen Längs- und Querarmen vorzugsweise einen prismatischen Querschnitt, was für die

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Kraftübertragung und Führung von Vorteil ist. Außerdem sind die Arme vorzugsweise als gewichtssparendes hohles Kastenprofil ausgebildet, wobei das Gewicht über Öffnungen im Mantel noch weiter reduziert werden kann.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:

Figur 1: eine ausschnittsweise und schematische

Draufsicht auf eine Pressenlinie mit mehreren Gelenkrobotern und Leichtbaugreifern,

Figur 2: eine Draufsicht auf einen Leichtbaugreifer

und

Figur 3: eine Seitenansicht des Leichtbaugreifers

gemäß Pfeil III von Figur 2. 15

Figur 1 zeigt in der Draufsicht und dem Ausschnitt eine Pressenlinie (4), von der zwei mit Abstand nebeneinander angeordnete Pressen (5) dargestellt sind. Zur Presslinie gehören ferner noch- eine Eingabe- und Ausgabestation sowie evtl. weitere Pressen (5). Diese Teile sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt. In der Pressenlinie (4) werden Werkstücke (3), hier in Form von Blechbauteilen in mehreren Stufen geformt.

Für den Bauteiltransport sind zwischen den Pressen (5) und den anderen Stationen der Pressenlinie (4) jeweils Manipulatoren (2) angeordnet, die hier als mehrachsige Gelenkroboter ausgebildet sind. Zum Halten und Handhaben der Werkstücke (3) tragen die Gelenkroboter (2) an ihrer Roboterhand (7) jeweils einen Leichtbaugreifer (1), welcher in Figur 2 und 3 näher dargestellt und beschrieben ist. Im Arbeitsbereich der Gelenkroboter (2). kann jeweils ein Werkzeughalter (6) angeordnet sein, der einen automatischen Wechsel der Leichtbaugreifer (1) ermöglicht. Bei einem Wechsel der Werkstücke (3) kann der Leichtbaugreifer (1) auch als Ganzes oder in Teilen

manuell gewechselt werden.

In Abwandlung vom gezeigten Ausführungsbeispiel kann der Manipulator (2) auch in beliebig anderer geeigneter Weise ausgebildet sein, z. B. als Transfereinheit mit rotatorischen und/oder translatorischen Achsen. In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform hat der Gelenkroboter (2) sechs rotatorische Achsen. Für einen automatischen Greiferwechsel kann an der Roboterhand (7) eine automatische Wechselkupplung (8) angeordnet sein. Die Manipulatoren (2) und die Pressen (5) sowie die anderen Stationen der Presslinie (4) sind über eine gemeinsame Steuerung miteinander verbunden.

Figur 2 und 3 zeigen den Leichtbaugreifer (1) in Draufsicht und Seitenansicht. Der Leichtbaugreifer (1) besteht aus einem Basisteil (9) und einem Greiferteil (10), die lösbar miteinander verbunden sind. Das Basisteil (9) ist als abgewinkeltes Leichtbauteil ausgebildet. Es besitzt vorzugsweise die in Figur 2 gezeigte T-Form und besteht aus einem Längsarm (11) und zwei endseitig angeschlossenen Querarmen (12,13). Die Querarme (12,13) können zu einem gemeinsamen Bauteil verbunden sein. Das Basisteil (9) kann ferner insgesamt einteilig ausgebildet sein. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden vereinigten Querarme (12,13) über einen Beschlag (28) mit dem Längsarm (11) fest verbunden.

In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann das Basisteil (9) auch eine L-Form haben. Daneben sind auch andere abgewinkelte Formgebungen möglich. Der Längsarm (11) muss auch nicht "als gerades einarmiges Bauteil ausgebildet sein. Er kann eine beliebige andere Formgebung besitzen. Der"" schmale und lange Längsarm (11) mit den ein- oder beidseitig weit ausladenden Querarmen (12,13) hat jedoch Vorteile bei der Befestigung und Ausbildung des nachfolgend beschriebenen Greiferteiles.

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Durch die bevorzugte T-Form bietet das Basisteil (9) eine hohe Stabilität und Eigensteifigkeit für die Befestigung und Unterstützung des Greiferteiles (10). Außerdem baut das Basisteil (9) in der T- oder L-Form besonders schlank und bietet viel Gestaltungsfreiraum für die Ausbildung des Greiferteiles (10) und die Anordnung der Greiferelemente (23) .

Die Arme (11,12,13) des Basisteiles (9) haben vorzugsweise einen prismatischen Querschnitt, z. B. die in Figur 3 gezeigte quadratische oder rechteckige Form. Die Arme (11,12,13) sind dabei vorzugsweise als hohle Kastenprofile (14) ausgestaltet. Zur Gewichtsreduzierung können im Mantel der Kastenprofile (14) Öffnungen oder Durchbrüche (15) angeordnet sein.

Das Basisteil (9) besteht aus einem geeigneten Leichtbauwerkstoff, vorzugsweise einem Kohlefasermaterial. Statt dessen können auch andere geeignete Werkstoffe eingesetzt werden.

Der Längsarm (11) trägt am rückwärtigen Ende einen Anschluss (16), mit dem er an der Manipulator- oder Roboterhand (7) befestigt werden kann. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Anschluss (16) so ausgebildet, dass er für eine automatische Wechselkupplung (8) an der Hand (7) geeignet ist.

Das Greiferteil (10) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet und an das jeweilige Werkstück (3) angepasst sein. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Greiferteil (10) modular aufgebaut und besteht aus zwei Modulen (17,18), die jeweils einem der beiden Querarme (12,13) zugeordnet sind. Alternativ kann das Greiferteil (10) auch einteilig ausgebildet sein oder mehr als zwei Module aufweisen. Die Module (17,18) können hierbei auch unterschiedlich ausgestaltet sein. Der Leichtbaugreifer

(1) ist bei geeigneter Ausbildung des Greiferteils (10) und insbesondere der Module (17,18) auch in der Lage, mehrere Werkstücke (3), z. B. zwei Blechbauteile, zu transportieren und zu handhaben.

Das Greiferteil (10) bzw. die Module (17,18) bestehen jeweils aus einem Greifergestell (19). Dieses weist zum einen ein Rahmenteil (20) auf, welches sich längs des jeweils zugehörigen Querarmes (12,13) erstreckt. In der gezeigten Ausführungsform besteht das Rahmenteil (20) aus zwei außenseitig und parallel zum Querarm (12,13) sich erstreckenden Rohren mit rundem oder prismatischem Querschnitt, welcher am Ende jeweils ein nachfolgend näher beschriebenes brückenartiges Gegenstück (26) aufweist.

Das Greifergestell (19) umfasst ferner ein oder mehrere' Ausleger (21), die jeweils ein oder mehrere Greifelemente (23), z. B. die in Figur 2 und 3 gezeigten steuerbaren Sauger tragen. Die Ausleger (21) erstrecken sich z. B.

quer zum Rahmenteil (20) und sind mit diesem über geeignete Verbinder (22), z. B. Kreuzschellen, fest verbunden. Die Ausleger (21) können hierbei auch eine andere Winkelerstreckung haben. Sie können abweichend von der gezeigten Ausführungsform statt als gerade Stangen oder Rohre auch als abgewinkelte oder gebogene Elemente ausgestaltet sein.

Das Greifergestell (19) ist jeweils mit dem oder den zugehörigen Querarm(en) (12,13) über eine lösbare Befestigungseinrichtung (24) verbunden. Bei einem modularen Aufbau des Greiferteiles (10) können hierbei die Module (17,18) einzeln gewechselt werden. Durch die lösbare Befestigungseinrichtung (24) können die einzelnen Greifergestelle (19) manuell vom Basisteil (9) abgenommen, gehandhabt und gewechselt werden. Das Greiferteil (10) bzw. die Greifergestelle (19) sind dabei als selbsttragende Baueinheiten ausgebildet, die sich über

ihre Rahmenteile (20) an einer vorgegebenen Position an den Querarmen (12,13) ansetzen und befestigen lassen. Hierbei ist eine eindeutige und sichere formschlüssige Führung und Positionierung vorhanden.

Die lösbare Befestigungseinrichtung (24) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich an den Querarmen (12,13) an den Befestigungsstellen Aufnahmen (25), die mit den Querarmen (12,13) in geeigneter Weise verbunden, z. B.

über Flanschplatten verschraubt sind. Die Aufnahmen (25) wirken mit den vorerwähnten brückenartigen Gegenstücken (26) am Rahmenteil (20) zusammen. Die Gegenstücke (26) werden auf die Aufnahmen (25) von oben oder von der Seite her aufgesetzt oder angesetzt und gehen miteinander eine formschlüssige Verbindung, z. B.- über Zapfen und Löcher oder dergleichen ein. Die Verbindung kann über ein oder mehrere geeignete Verriegelungsvorrichtun'gen (27) fixiert werden. Hierbei handelt es sich z. B. um Schnellspanner, die an den Querarmen (12,13) oder den Aufnahmen (25) angeordnet sind und die mit den Gegenstücken (26) in Eingriff treten.

Mit Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform kann die lösbare Befestigungseinrichtung (24) auch als Schraubverbindung, als Bajonettverbindung oder in beliebig anderer geeigneter Weise ausgestaltet sein. Die vorzugsweise formschlüssige Verbindung kann außerdem durch steuerbare Verriegelungsvorrichtungen, wie pneumatische Zylinder, elektrische Spanner oder dergleichen gesichert werden. Für einen automatischen Wechsel der Greifergestelle (19) oder Module (17,18) können diese Verriegelungsvorrichtungen (27) fernsteuerbar sein. Das oder die Greifergestell(e) (19) hat oder haben dann entsprechende Gegenhalter oder Mitnehmer, um bei einem Wechsel an geeigneten Gestellaufnahmen eingehängt und geführt oder fixiert zu werden.

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Der gezeigte Leichtbaugreifer (1) kann für verschiedene Arten, Größen und Anzahl von Werkstücken (3) eingesetzt werden. Eine besondere Eignung besteht für die genannten Blechbauteile, insbesondere für Karosseriebleche oder

andere Blechteile im Fahrzeugbau. Hierbei können auch das Greiferteil (10) und die Greifelemente (23) in beliebig geeigneter Weise variieren und an die Werkstücke (3)
angepasst sein. Anstelle von Saugern können z. B.

Magnetelemente, mechanische Greifer oder dergleichen
eingesetzt werden.

Variabel ist ferner die Formgebung des Basisteiles (9). Die bevorzugte T-Form kann auch nur annähernd vorhanden sein, wobei z. B. die Querarme (12,13) in einem anderen Winkel als im 90°-Winkel zum Längsarm (11) ausgerichtet sind. Die Querarme (12,13) können ferner eine
unterschiedliche Länge haben. Anstelle der geraden
Querarme (12,13) können gebogene oder abgewinkelte

Einheiten vorhanden sein. Die Querarme (12,13) können-auch kreuzweise angeordnet sein, wobei z. B. drei, vier oder mehr Quer- oder Schrägarme vorhanden sind. Der Längsarm (11) kann statt aus einem Einzelteil auch aus zwei oder mehreren parallelen Armelementen bestehen. Je nach

Einsatzbereich kann er auch eine gewundene oder gebogene oder abgewinkelte Form haben.

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- 11 BEZUGSZEICHENLISTE

1 Leichtbaugreifer

2 Manipulator, Gelenkroboter " 3 Werkstück

4 Pressenlinie

5 Presse

6 Werkzeughalter

7 Hand, Roboterhand 8 Wechselkupplung

9 Basisteil

10 Greiferteil

11 Längsarm

12 Querarm 13 Querarm

14 Kastenprofil

15 Öffnung

16 Anschluss

17 Modul 18 Modul

19 Greifergestell

20 Rahmenteil

21 Ausleger

22 Verbinder, Kreuzschelle 23 Greifelement, Sauger

24. lösbare Befestigungseinrichtung

25 Aufnahme

26 Gegenstück

27 Verriegelungsvorrichtung 28 Beschlag

Claims

1. Leichtbaugreifer für Manipulatoren, insbesondere für Gelenkroboter, bestehend aus einem mit der Hand des Manipulators verbindbaren Basisteil und einem Greiferteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (9) als abgewinkeltes Leichtbauteil ausgebildet und mit dem Greiferteil (10) lösbar verbunden ist.

2. Leichtbaugreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (9) im wesentlichen L- oder T-förmig mit einem Längsarm (11) und mindestens einem Querarm (12, 13) ausgebildet ist.

3. Leichtbaugreifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsarm (11) einen Anschluss (16) zur Verbindung mit der Manipulatorhand (7) trägt.

4. Leichtbaugreifer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Querarm(e) (12, 13) und das Greiferteil (10) über eine Befestigungseinrichtung (24) gegenseitig geführt und lösbar miteinander verbunden sind.

5. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (9) und das Greiferteil (10) aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen.

6. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (9) aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere aus einem Kohlefasermaterial besteht.

7. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (9) eine prismatische Querschnittsform, vorzugsweise ein hohles Kastenprofil (14) aufweist, das ggf. mit Öffnungen (15) im Mantel versehen ist.

8. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Greiferteil (10) selbsttragend ausgebildet ist.

9. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Greiferteil (10) aus mehreren Modulen (17, 18) besteht, die einzeln mit dem Basisteil (9) lösbar verbunden sind.

10. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Greiferteil (10) oder das einzelne Modul (17, 18) ein Greifergestell (19) mit einem längs des Querarms (12, 13) sich erstreckenden und daran lösbar befestigten Rahmenteil (20) aufweist.

11. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass am Rahmenteil (20) ein oder mehrere Ausleger (21) mit daran befestigten Greifelementen (23) angeordnet sind.

12. Leichtbaugreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Befestigungseinrichtung (24) ein oder mehrere am Querarm (12, 13) befestigte Aufnahmen (25) und ein oder mehrere brückenartige Gegenstücke (26) am Rahmenteil (20) sowie eine Verriegelungsvorrichtung (27) aufweist.