DE2924019A1 - Vorrichtung zum greifen von gegenstaenden - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Greifen von Gegenständen

Die Erfindung "betrifft allgemein eine Greifvorrichtung, insbesondere eine Greifvorrichtung der Fingerbauart, die am Ende eines industriellen Roboters oder Manipulators befestigt werden soll.

Die schnelle Zunahme und wachsende Bedeutung von Manipulatoren oder industriellen Robotern in einem expandierenden Bereich von Teilehandhabungsanwendungen hat die Notwendigkeit für verbesserte Greifer oder Greifvorrichtungen betont. Eine Greifvorrichtung wird in Verbindung mit einem Manipulator verwendet zur Wechselbeziehung mit dem gerade gehandhabten Werkstück und ist notwendigerweise ein wesentlicher Bestandteil bei der erfolgreichen Lösung jeglicher von einem Roboter durchgeführten Aufgabe zur Handhabung von Werkstücken.

Von den vielen bisher zur Verfugung stehenden Greiferarten ist die am meisten verwendete diejenige der Fingerbauart, bei der mehrere mechanische Finger zum wahlweisen Greifen und Lösen eines Werkstücks zusammenarbeiten. Es mangelt den bisherigen Greifern bei vielen Anwendungen an Anpassungsfähigkeit sowohl bezüglich der Anpassung an Werkstücke von unterschiedlicher Form, als auch bezüglich der Fähigkeiten zur Ausrichtung. Die Vielseitigkeit des Greifers, schließlich der gesamten Werkstuckhandhabungsvorrichtung, hängt unmittelbar von der Anpassungsfähigkeit ab.

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Sowohl die Anwendungsanpassungsfähigkeit als auch die Ausrichtungsfähigkeit werden durch eine Verringerung der Greifergröße verbessert. Viele Anwendungen an Innenflächen erfordern, daß der Greifer durch eine kleine Öffnung in das Werkstück eindringt und sich innerhalb des Hohlraums neu ausrichtet. Eine kompakte Größe unterstützt offensichtlich den Greifereintritt in den Hohlraum. Eine kürzere Greiferlange unterstützt ebenfalls die Neuausrichtung des Greifers innerhalb des Hohlraums. Zusätzlich unterstützt eine verkürzte Greiferlänge auch eine Verringerung des Moraentenarms, der sich dann ergibt, wenn ein Manipulator von seinem Gestell aus radial ausgefahren wird.

Ferner sind viele der bisherigen Greifer in einer Sohmutz- oder grobkörnige Teile enthaltenden aggressiven Umgebung unzuverlässig. Die groben Teile können mit dem mechanischen Betrieb in Wechselwirkung kommen und im Verlauf der Zeit den Greifer unwirksam machen.

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für einen Manipulator. Die Vorrichtung weist ein Gehäuse mit einem inneren Führungssystem auf zur hin- und hergehenden Verschiebung eines Betätigungsblocks. Zwei Finger sind schwenkbar am Gehäuse und seitlich gegenüber dem Führungssystem versetzt gelagert, wobei sich auf jeder Seite des Führungssystems ein Finger befindet. Ein Betätigungsblock wird unter dem Antrieb von auf jeden seiner Endteile ausgeübten Druckkraft en hin- und hergehend im Führungssystem bewegt. Ein mit dem Betätigungsblock zwischen den Endab— schnitten angeschlossenes mechanisches Gestänge- übt auf die Endteile jedes Fingers eine Eingangskraft aus. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird auf jede Seite des Betätigungsblocks eine pneumatische Kraft ausgeübt, die durch eine elastische Kraft unterstützt und ergänzt wird, damit der Betätigungsblock in der WerkstUcksklemmstellung monostabil gemacht wird.

Die Erfindung betrifft kurz zusammengefaßt eine kompakte Innen-Außen-Greifvorrichtung für einen industriellen Roboter oder

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Manipulator und verwendet ein durch einen Gleitblock betätigtes Kniehebelgestänge zur Ausübung einer Eingangskraft auf zwei in einem ganz umschlossenen Gehäuse gelagerten Fingern. Jedes Ende des Gleitblocks wird wahlweise mit Druck beaufschlagt zur hin- und hergehenden Bewegung längs eines inneren Führungssystems mit einer in einer Richtung wirkenden Federunterstützung in der Werkstückklemmstellung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Greifers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt 2-2 von Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht einer gekreuzten Fingeranordnung, die beim Greifer von Fig. 1 zum Greifen von Innenflächen angewendet werden kann;

Fig. 4 eine Endansicht der gekreuzten Fingeranordnung von Fig. 3.

Insbesondere in Fig. 1 ist eine Greifvorrichtung nach der Erfindung im Längsschnitt dargestellt. Der Greifer weist ein gegabeltes äußeres Gehäuse 10 auf, das starr an einer Befestigungsfläche 12 eines nicht gezeigten Manipulators oder industriellen Roboters befestigt ist. Das Gehäuse 10 hat einen inneren zylindrischen Hohlraum, dessen Wände 14 den Umfang eines inneren Führungssystems mit kreisförmigem Querschnitt und mit einer Mittellinie 15 bilden. Zwei angelenkte Kreisfinger umgreifen das Gehäuse 10, wobei ein erster Greiffinger 16 an einem Zapfen 19 und ein zweiter Greiffinger an einem Zapfen 20 angelenkt ist. Die Achsen der Zapfen 19 und 20 sind zueinander parallel und nenkrecht zur Mittellinie 15 des FührungKsystems. "Die Achsen

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der Zapfen 19 und 20 "befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten des Führungssystems mit der Mittellinie 15 und in gleichen Abständen hiervon entfernt. Diese Achsen befinden sich auch in gleichem Abstand von der Befestigungsfläche 12 am Manipulator.

Zapfen 26 und 28 erstrecken sich durch die inneren Teile der Greiffinger 16 bzw. 19 parallel zu den Zapfen 19 und 20* Jeder Zapfen 26 und 28 dient zur Anlenkung zweier mechanischer Verbindungsglieder, wobei der Zapfen 26 als Drehpunkt für die Verbindungsglieder 30a und 30b und der Zapfen 28 als Drehpunkt für die Verbindungsglieder 32a und 32b dient. Die Verbindungsglieder 30b und 32b sind in Pig. 2 gezeigt.

Die von den Greiffingern 16 und 15'entfernt gelegenen Enden der mechanischen Verbindungsglieder 30a, 30b bzw. 32a, 32b sind ebenfalls an Zapfen 33a bzw. 33"b angelenkt. Die Zapfen 33a und 33b treten durch einen kolbenähnlichen Betätigungsblock 34 von im allgemeinen zylindrischer Form hindurch, der im inneren Führungssystem unter der Beaufschlagung von pneumatischem Druckmitteldruck hin- und hergehend bewegbar ist. Die Verbindungsglieder 30a, 30b, 32a und 32b und ihre Anlenkungen an den Zapfen 26, 28, 33a und 33b sind als Kniehebelgelenk angeordnet. Das heißt, wenn sich der Betätigungsblock 34 im Führungssystem aus der in Fig. 1 gezeigten Stellung nach links bewegt, haben die Verbindungsglieder 30a, 30b, 32a und 32b das Bestreben, sich an einer Stelle ihrer Bewegung in einer geraden Linie auszufluchten, wenn sie sich der strichpunktiert dargestellten geringfügigen Übertotpunktlage der Zeichnung nähern. Die Kniehebelanordnung verstärkt die Eingangskraft am Betätigungsblock 34 und erzeugt eine Ausgangskraft, die dann als Eingang auf die Zapfen 26 und 28 und das innere Ende der Greiffinger 16 und 18 gegeben wird zur Drehung der Greiffinger um ihre Zapfen 19 bzw. ?0. Gemäß Fig. 1 erzielt die Kniehebelanordnung eine theoretische mechanische übersetzung gemäß der Gleichung:

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F_Q = 1/2 tan 0 F₁

wobei F ... Ausgangskraft des Betätigungsblocks 34 (oder Eingangskraft an den Fingern, senkrecht zur Mittellinie 15)

F. ... Eingangskraft am Betätigungsblock längs der Mittellinie 15 und

0 ... Öffnungswinkel zwischen einem der Verbindungsglieder 30a, 30b, 32a und 32b und der Mittellinie 15 des Führungssystems.

Es ist ersichtlich, daß bei Annäherung des Winkels 0 an 90 die Längen von 30a, 30b, 32a und 32b in die Totpunktlage des Kniehebelgelenks gelangen und die mechanische Übersetzung sich einem unendlich großen Wert nähert. Tatsächlich aber verändern die Reibkräfte und Verformung das Erreichen dieser theoretischen übersetzung. Trotzdem ist die Ausgangskraft des Betätigungsblocks 34 (Eingangskraft an den :Greiffingern) ziemlich hoch.

Tatsächlich ermöglicht die Eigenelastizität jeder Fingerlänge zwischen ihren Zapfen 29, 26 bzw. 20, 28 dem Betätigungsblock eine Bewegung in eine .festverriegelnde Übertotpunktsteilung, in der ein Werkstück stabil geklemmt ist.

Das Gehäuse 10 weist auch innere Hohlräume 10a auf gegenüberliegenden Seiten des Pührungssystems auf zur Ermöglichung der Bewegung der jeweiligen Finger 16 und 18. Ein elastisches Material, z.B. Schaumgummi 21, schließt die Hohlräume 10a in Nähe der Zapfen 19 bzw. 20 gegen Verunreinigungen von außen her ab und ermöglicht eine Fingerbewegung. Auf diese Weise ist der Eingangsteil des Greifers von den Zapfen 19 und 20 bis zur Kniehebe lan Ordnung der Verbindungsglieder 30a, 30b, 32a- und 32b vollständig eingeschlossen zum Schutz des Eingangsbetätigungs-

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mechanismus gegen Verunreinigungen, insbesondere teilchenförmiges Material.

Wie oben erwähnt, wird der Betätigungsblock 34 im inneren Führungssystem unter der Beaufschlagung von Druckmitteldruck hin- und herbewegt. Ein Druckmittel (bei der bevorzugten Anordnung Druckluft) wird wahlweise über zwei Sätze von Öffnungen 36 und 38 (es ist nur eine Öffnung je Satz dargestellt) mit dem inneren Führungssystem verbunden. Diese Öffnungen befinden sich an gegenüberliegenden Enden des inneren Hohlraums um den Umfang von Widerlagern 35 und 37 herum verteilt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung stößt eine als Druckfeder 40 dargestellte elastische Vorspanneinrichtung am Widerlager 37 an una ist in einen Hohlraum mit offenem Ende im Betätigungsblock 34 eingesetzt zum Drücken des Betätigungsblocks nach links zum Widerlager 35. Der Druckmitteldruck wird waiilweise auf die Stirnfläche 34a des Betätigungsblocks 34 ausgeübt zur Überwindung der Federkraft und zur Bewegung des Betätigungs— blocks 34 in der Darstellung nach rechts. In ähnlicher Weise wird Druckmitteldruck wahlweise auf die gegenüberliegende Endfläche 34b des Betätigungsblocks und auf den inneren Hohlraum 42 des Betätigungsblocks ausgeübt. Das unter Druck stehende Druckmittel tritt in die Sätze von Öffnungen 36 und 38 ein bzw. ■ daraus aus und übt auf die entsprechenden axialen Stirnflächen 34a und 34b eine Druckkraft aus. Der Betätigungsblock 34 hat nicht nur die Funktion eines Gleitblocks, sondern auch diejenige eines Kolbens. Diese Funktionen werden für gewöhnlich von getrennten Elementen ausgeführt. Die Federvorspannung am Betätigungsblock 34 macht ihn monostabil, d.h. er hat bei Abwesenheit von Druckmitteldruck nur eine einzige stabile Stellung (links in Fig. 1).

Wie beschrieben, eignet sich der in Fig. 1 dargestellte Greifer am besten als Außengreifer. Das elastische Federglied 40 ist bestrebt, bei Energieausfall und wenn der Greifer die Außen-

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fläche eines Werkstücks ergreift, die relative Stellung des Betätigungsblocks 34 im Führungssystem (links in Fig. 1) aufrechtszuerhalten, wodurch die ßreifkraft ebenfalls aufrechterhalten wird.

Fig. 3 zeigt eine überkreuzte Fingeranordnung 50, die an den Fingern 16 und 18 in Fig. 1 angebracht werden könnte zur Umwandlung der konvergierenden Austrittsbewegung in eine divergierende Bewegung zur Verwendung bei der von innen erfolgenden Handhabung von Teilen. Die Anordnung enthält zwei sich schneidende konvergierende und divergierende Fingerfortsätze 54 und 56, von denen jeder wenigstens drei gesonderte Abschnitte aufweist. Der Fingerfortsatz 56 hat einen inneren Befestigungsabschnitt 56a mit einer Befestigungsfläche 53. Die Befestigungsfläche 53 steht in Eingriff mit einer komplementären Fläche 18a des Greiffingers 18. Ein überkreuzter Abschnitt 56b erstreckt sich vom Befestigungsabschnitt 56a aus schräg einwärts und überquert eine Verlängerung der Mittellinie 15 des Führungssystems bis zu einem äußeren Halteabschnitt 56c, der gegenüber dem überkreuzten Abschnitt 56b um einen Winkel abgewinkelt ist, der dem Winkel am Befestigungsabschnitt 56a gleich aber entgegengesetzt ist. Am äußeren Halteabschnitt 56c ist ein Abstandsstück 57 mit zwei Zapfen 57a und 57b befestigt (vergl. Fig. 4), die zum Ergreifen der Innenfläche eines strichpunktiert dargestellten Werkstücks verwendet werden.

In gleicher Weise hat der Fingerfortsatz 54 eine mit einer komplementären Fläche 16a am Greiffinger 16 in Eingriff stehende Befestigungsfläche 52. Ein überkreuzter Abschnitt 54b erstreckt sich ebenfalls vom Befestigungsabschnitt aus schräg einwärts und überquert die Mittellinie 15 des Führungssystems bis zu einem äußeren Halteabschnitt 54c. Der überkreuzte Abschnitt 54b erstreckt sich jedoch durch einen Einschnitt 60 in seinem komplementären überkreuzten Abschnitt 56b.

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Die überkreuzte Anordnung wandelt den konvergierenden Ausgang der Greiffinger 16 und 18 in einen divergierenden Ausgang der Portsätze 64 und 56 um. Diese Anordnung ermöglicht die Verwendung des Greifers innen, wobei die Selbstverriegelung der Kniehe oelanordnung erhalten bleibt.

Für den Fachmann ergeben sich ohne weiteres die vielfältigen Vorteile der Erfindung. Wie oben erwähnt, schützt das vollständig eingeschlossene innere Führungssystem den Betätigungsmechanismus gegen Verunreinigungen in der Arbeitsumgebung, etwa Chemialienpulver, grobkörnige Teile und Staub. Die Verwendung eines monostabilen kolbenähnlichen Betätigungsblocks 34 erübrigt das Erfordernis eines gesonderten Kolbens mit den begleitenden Nachteilen, . z.B. dem Mangel an Steifheit der Kolbenstange eines gesonderten Kolbens. Der Betätigungsblock 34 ergibt auch eine kompaktere Anordnung, die schließlich dxe Anpassungsfähigkeit des Manipulators hinsichtlich Positionierung und Orientierung und auch die Lasttragfähigkeit erhöht.

Die Anwendung des inneren Hohlraums 14 des Gehäuses 10 als Zylinder erübrigt auch das Erfordernis eines gesonderten Zylindergehäuses. Diese Anordnung ermöglicht einen Kolben mit größerer Endfläche, ein Merkmal, das besonders vorteilhaft ist, wenn große Kreiskräfte benötigt werden oder wenn die Druckmittelquelle einen begrenzten Druck hat, eine übliche Situation, wenn vorhandene Werkstattdruckluft verwendet wird. Da die Verminderung des Drucks einer Druckmittelquelle eine einfache Angelegenheit ist, ergibt der Greifer nach der Erfindung vom Standpunkt der Kraft aus eine größere Anpassungsfähigkeit.

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

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Leerseite

Claims (1)

1. BROSE⁰ "BROSE

   Karl A. DrV"\OIÜ D- Karl DrVNOC! ^D|P^|om

   Ingenieure

   D-8023 München-Pullach, Wiener S:r. 2; Tel. ,009) 7 93 30 VI; Telex ->212147 bros d; Cables: «Patentibus» München

   Cincinnati Milaeron Inc.
   4701 Marburg Ave_o
   Cincinnati, Ohioy£ USA
   4-5 209

   _{oa3e 7823} « 13. Juni 1979

   Pat entansp r ti. ehe

   -\,) Vorrichtung zum Greifen von Gegenständen, gekennzeichnet durch ein Greifergehäuse(10) mit einem eingeschlossenen Führungssystem (14, 35, 37)_} durch zwei im Greifergehäuse (10) angelenkte Greif finger (16, 18) auf gegenüberliegenden Seiten des Führungssystems (14, 35, 37j_f durch einen verschiebbar in das Führungssystem (14, 35, 37)eingepaßten und sich axial hindurchbewegenden Betätigungsbloek(34) mit zwei Endteilen (34a, 34b)zur Aufnahme einer Betätigungseingangskraft, durch ein mechanisches Gestänge (30a, 30b, 32a, 32b), das einen zwischen den axialen Endteilen (34a, 34b) gelegenen Teil des Betätigungsblocks(34)mit einem Teil jedes Greiffingers (16; 18) verbindet, der gegenüber dem Fingerdrehzapfen (19; 20)versetzt ist, zur Ausübung einer Greiferein— gangskraft auf jeden Greiffinger (16, 18^₁ wenn der Betätigungsbloek (34) eine axiale Bewegung ausführt, und durch eine Einrichtung zur wahlweisen Ausübung einer Betätigungseingangs druckkraft auf die axialen Endteile(34a, 34b)des Betätigungsblocks (34) zu dessen Verschiebung im Führungssystem (14, 35,37).

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausübung einer Betätigungseingangsdruckkraft

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   eine elastische Vorspanneirichtung (40)aufweist, die auf eineii axialen Endteil(34b)drückt und bestrebt igt, den Betätigungsblock(34)in eine gegebene Stellung im Führungssystem(i4, 35, ] .37) zu bewegen. i

   Vorrichtung nach Anspruch 1, '

   dadurch gekennzeichnet, daß die Ein— I richtung zur Ausübung einer Betätigungseingangsdruckkraft
   eine im Führungssystem (14, 35, 37)gelegene Druckmittelöffnung aufweist zur wahlweisen Ausübung von Druckmitteldruck auf den Betätigungablock

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausübung einer Betätigungseingangsdruckkraft
   im Führungssystem(14, 35, 37)gelegenen Druckmittelöffnungen
   (36, 38) aufweist zur wahlweisen Ausübung von Druckmitteldruck auf jeden der axialeji Endteile (34a, 34b) des Betätigungsblock^i (34j»und daß eine elastische Vorspanneinrichtung (40)an einem
   (34b)der axialen Endteile(34a, 34b)anliegt und bestrebt ist,
   den Betätigungsblock (34)in eine gegebene Richtung zu bewegen^

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das mecha— j nische Gestänge (30a, 30b, 32a, 32b)im Greifergefcäuse (I0)voll4 ständig eingeschlossen ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Füh- ' rungssystem(14, 35, 37)einen im wesentlichen kreisförmigen \ Querschnitt hat. I

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, ! dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Führungssystems (14, 35, 37) durch die Wand des Greiferge— häuses (10)gebildet ist.

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   ifc 1 Λ I IK Ι

   8. Vorrichtung nach Anspruch 1, ' dadurch gekennzeichnet, daß das mecha- ■ nische Gestänge (30a, 30b, 32a, 32b)die Betätigungseingangskraft verstärkt und diese verstärkte Kraft auf einen über- ' stehenden Teil der Greif finger (.16, 18) ausübt. :■

   9. Vorrichtung nach Anspruch 1, j dadurch gekennzeichnet, daß das Füh- ! rungs syst em (14, 35, 37) im wesentlichen zylindrische Form hat, und daß ein vom mechanischen Gestänge (30a, 30b, 32a, 32b) ent-j· fernt und auf der anderen Seite der Fingerdrehzapfen (19, 20) j gelegener Teil(54; 56)jedes Fingers (16; I8)die Verlängerung i der Mittellinie (15) des Führungssystems (14, 35, 37) überquert. *

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, j dadurch gekennzeichnet, daß der entfernt gelegene Teil (54)des einen Fingers (16)durch einen Einschnitt (60)des entfernt gelegenen Teils(56)des anderen Fingers (18) hindurch tritt.

   11. Vorrichtung zum Greifen von Gegenständen, gekennzeichnet durch ein Greifergehäuse 10 mit einer zylindrischen Bohrung (14)$durch zwei die Enden der Bohrung 14 verschließende Endkappen (35, 37}^durch zwei langgestreckte Greiffinger (16, I8j_$die an Drehzapfen (19, 20)im Greifergehäuse (1O)gelagert sind und jeweils auf gegenüberlie4 genden Seiten der Bohrung (14) einander gegenüber liegen, durcl. einen Kolbenblock (34)₅ der verschiebbar in der Bohrung (14) auf-· genommen ist und zwei gegenüberliegende Endteile (34a, 34b)hai;, die mit der Bohrung (14)und den Endkappen (35,37) zwei ausdehnbare Endkammern (14) bilden, durch ein mechanisches Kniehebelgestänge (30a, 30b, 32a, 32b)₅ das einen zwischen den Endteilen (34a, 34b) gelegenen Teil des Kolbenblocks (34)mit einem von den Drehzapfen (19, 20) der Greif finger (16, 18) versetzten Teil verbindet zur Ausübung einer Greifeingangskraft auf jeden Greif finger (16, 18), wenn der Kolbenblock (34) eine axiale Bewegung ausführt, und durch mehrere Druckmittelöffnungen (36),

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   (38)sowie eine Druckmittelquelle zur Ausführung der axialen Bewegung des Korbenblocks (34)»

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