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GREIFMECHANISMUS FüR EIN H4NDHRBUNGSGERAT
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Die Erfindung betrifft einen Greifmechanismus für ein Handhabungsgerät
mit wenigstens einer gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel, die mit ihrem geradgeführten
Koppel punkt an einem ersten Greifbacken oder -finger, der mit wenigstens einem
zweiten Greifbacken oder -finger zusammenwirkt, drehbeweglich angreift und denselben
längs die Schubrichtung der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel senkrecht
kreuzenden Geraden zwangläufig paral lelführt.
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Es sind zahlreiche Greifmechanismen für Handhabungsgeräte bekannt,
deren Greifbacken sich an der Koppel eines am Greifergehäuse angelenkten Gelenkparallelogramms
befinden. Bei derartigen Greifern erfahren die Greif backen als Koppel des Gelenkparallelogramms
eine sog. Kreisschiebung, d.h. die Greifbacken oder -finger bewegen sich zwar stets
zueinander parallel, jedoch bewegt sich jeder Punkt der Koppelebene beim Durchfahren
des Greifbereichs relativ zum Gehäuse auf zueinander versetzten bogenförmigen Bahnkurven.
Derartige Greifmechanismen können die zu handhabenden Werkstücke daher nicht verschiebungsfrei
aufnehmen bzw. absetzen und lassen sich schlechter programmieren, weil ihre Längswerschiebung
beim Greifen berücksichtigt werden muß. Das Erfassen und Spannen von z.B.
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unregelmäßig geformten Werkstücken ist deshalb schwierig.
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Greifmechanismen, deren Greifbacken oder -finger auf senkrecht zur
Symetrieachse verlaufenden Geraden parallelgeführt werden sind demgegenüber einfacher
zu handhaben. Bekannte Strukturen von Zangengreifmechanismen können zu diesem Zweck
senkrecht zu ihrer Symetrieachse geradlinig verlaufende Schubführungen aufweisen,
auf denen die Greifbacken geführt sind, vgl. z.B. die Strukturen 22 und 23 in Bild
5 der Zeitschrift Maschinenbautechnik 27 (1978) 12, Seiten 532 bis 536. Derartige
Greifmechanismen bauen jedoch aufgrund der erforderlichen Schubführungen relativ
breit. die
Schubführungen sind in der Herstellung teuer, können
korrodieren, verkratzen und dann klemmmen.
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Senkrecht zur Symetrieachse des Greifmechanismus geradlinig verlaufende
Schubführungen, längs derer die Greifbacken beim offnen bzw. Schließen gleiten,
weist auch ein Greifmechanismus dem(3 dem Oberbegriff des Hauptanspruchs auf, der
durch die zum 8 Internationalen Symposium über Industrieroboter vom 30.5. bis t.6.1978
in Stuttgart herausgegebenen Proceedings gemäß Bd. 1, 5 464, Bild 6, bekannt geworden
ist. Än jedem dem Greifbacken abgewandten Ende der gerad- und parallelgeführten
Koppelebene greift ein Geradführungsgetriebe, nämlich eine gleichschenklige zentrische
Schubkurbel, mit ihrem senkrecht zur Symetrieachse des Greifmechanismus geradgeführten
Koppel punkt drehbeweglich an. Zum öffnen bzw. Schließen der Greiferzange wird der
den einander gegenüberliegenden Schubkurbeln gemeinsame Schieber über eine Kolben-Zylindereinheit
druckmittelbetätigt angetrieben.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen zwangläufigen
Greifmechanismus mit senkrecht zu seiner Symetrieachse gerad- und parallel geführten
Greifbacken zu schaffen, der in seitlicher Richtung nicht breiter baut als es sein
Greifbereich erfordert, der außer ggf. einem für den druckmittelbetätigten Antrieb
erforderlichen Schubgelenk bei möglichst geringer Anzahl erforderlicher Getriebeglieder
nur Drehgelenke aufweist.
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Diese rufgabe wird mit den Merkmalen gelöst, daß der von der gleichschenkligen
zentrischen Schubkurbel geradgeführte Greifbacken oder -finger als Koppel eines
Gelenkparallelogramms auf dem Schieber der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel
angeordnet ist.
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Die Mängel des gattungsgemäßen Greifmechanismus sind zwar schon durch
die DE-AS 2937061 bekannt geworden; der dort vorgeschlagene Greifmechanismus benötigt
auch einen vergleichsweise geringeren Bauraum in seitlicher Richtung. Jedoch ist
die dortige Nufgabenlösung aufwendiger als bei der Erfindung, denn diese benötigt
für die Führung eines jeden Greiferbacken nicht nur zwei
miteinander
gekoppelte Gelenkparallelogramme, sondern auch noch ein Äusgleichsgetriebe, das
den einen Lenker des den parallelgeführten Greiferbacken aufweisenden Gelenkparallelogramms
mittels einer in eine kurvenförmige Nut eingreifenden Rolle oder dergleichen in
die vorgeschriebene geradlinige Bewegungsrichtung zwingt.
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Der Greifmechanismus nach der Erfindung weist in einfachster Anordnung
ein einziges sechsgliedriges Führungsgetriebe auf, das die Koppel ebene mit dem
einen darauf angeordneten ersten Greifbacken oder -finger längs die Schubrichtung
der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel senkrecht kreuzenden Geraden zwangläufig
parallelführt; der zweite Greifbacken befindet sich gehäusefest an der Schubstange
der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel. Das Führungsgetriebe besteht aus
einem Geradführungsgetriebe, nämlich der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel,
und einem Parallelführungsgetriebe, nämlich dem Gelenkparallelogramm. Ein Lenker
des Gelenkparallelogramms ist zugleich Koppel der gleichschenkligen zentrischen
Schubkurbel. Das auf dem Schieber der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel
angeordnete Gelenkparallelogramm sorgt für die Parallelführung der Koppel ebene
beim Durchfahren des Greifbereichs; die gleichschenklige zentrische Schubkurbel
führt einen Punkt und somit alle Punkte der Koppelebene geradlinig senkrecht zu
ihrer Schubrichtung. Die Greifbacken oder -finger befinden sich zweckmäßig an der
der Kurbel abgewandten Seite auf der Koppel ebene des Gelenkparallelogramms bzw.
der Schubstange der gleichschenkligen zentrischen Schubkurbel; dadurch ergibt sich
eine besonders kompakte Anordnung.
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Der Greifmechanismus gemäß der Erfindung kann auch mit zwei einander
gegenüberliegenden auswechselbaren Greifbacken oder -fingern ausgerüstet sein. Die
Führungsgetriebe sind dann auf einem gemeinsamen Schieber angeordnet In dieser Äusstattung
lassen sich profilierte Werkstücke beim Eingriff entsprechender Greifbackenprofile
verschiebungsfrei greifen. Der dergestaltete erfindungsgemäße Greifmechanismus weist
ebenfalls nur ein einziges Schubgelenk auf, auf dem die beiden Gelenkparallelogramme
mit den Greifbacken oder -fingern als Koppel ebene angeordnet sind. Dieses
Schubgelenk
wird zweckmäßig als Kolben-Zylindereinheit für hydraulischen oder pneumatischen
Antrieb ausgebildet. Es kann auch als Drehschubgelenk (Schraubentrieb) ausgebildet
sein und rotatorisch angetrieben werden. Der gehäusefeste Greifbacken ist in diesem
Fall mit einem Ring zu verbinden, an dem auch die Kurbeln der gleichschenkligen
zentrischen Schubkurbeln angelenkt sind.
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Erfindungsgemäß können aber auch drei oder mehr in Umfangsrichtung
versetzte Führungsgetriebe mit jeweils auf der Koppelebene ihrer Gelenkparallelogramme
befindlichen Greiffingern angeordnet sein.
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Ein dergestalteter erfindungsgemäßer Greifmechanismus kann bspw.
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ein Rohr sowohl innen als auch außen aufnehmen und aufgrund des Zwanglaufs
zwischen den Greiffingern selbsttätig zentrieren. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung
kann das einzige Schubgelenk auch entfallen, falls kein druckmittelbetätigter bzw.
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rotatorischer Antrieb gewünscht ist. lauf grund der räumlichen Anordnung
der Führungsgetriebe um die Symetrieachse bewegt sich nämlich der Schieber auch
ohne Schubführung zwangläufig geradlinig längs der Symetrieachse des erfingungsgemäßen
Breifmechanismus.
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Der Antrieb kann dann in der einen Bewegungsrichtung des Schiebers
über Zugmittel erfolgen, während in die andere Bewegungsrichtung Federmittel wirken.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können zwei der erfindungsgemäßen
Greifmechanismen vorgesehen sein, deren Schieber hintereinander auf derselben Schubachse
angeordnet sind. Jeder Greifmechanismus weist entweder zwei einander gegenüberliegende
oder aber drei zueinander in Umfangsrichtung versetzte Greifbacken oder -finger
auf. Der eine Greifmechanismus wird unabhängig vom anderen angetrieben. Mit einem
dergestalteten Greifmechanismus können somit entweder zwei verschiedene Werkstücke
auf erheblich unterschiedlichen Durchmessern nacheinander gegriffen werden; es ist
aber auch möglich, ein und dasselbe Werkstück auf zwei verschiedenen Durchmessern
gleichzeitig zu greifen. Demzufolge ist es also bspw. möglich, ein Kraftfahrzeugrad
sowohl innen als auch außen gleichzeitig zur erforderlichen Montage aufzunehmen.
Es können auch bspw. zwei zueinander konzentrische Rohre entweder gleichzeitig gehandhabt
werden, oder aber läßt sich zunächst das
eine1 im Durchmesser kleinere
Rohr mit dem ersten Greifmechanismus handhaben, um danach das im Durchmessser erheblich
größere Rohr mit den Greiffingern des anderen Greifmechanismus zu handhaben.
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Sind die Greiffinger der beiden Greifmechanismen axial zueinander
versetzt, d.h. verschieden lang, dann lassen sich nicht nur im Greifdurchmesser
verschiedene, sondern auch axial versetzte Werkstücke mit ggf. gleichem Durchmesser
greifen.
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Die Erfindung stellt somit einen vielseitig einsetzbaren Greifmechanismus
vor, der ausschließlich Drehgelenke aufweisen kann, und dennoch mehrere Koppelebenen
längs fluchtender Geraden paral lelführt.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung
anhand schematischer Figuren näher erlautert. Einander entsprechende Teile sind
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im einzelnen zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt
durch eines der um die Symetrieachse des erfindungsgemäRen Grei fmechani smus angeordneten
Führungsgetriebe, die Fig. 2 und 3 den Greifmechanismus nach der Erfindung mit drei
in Umfangsrichtung gleichmäßig versetzten Führungsgetrieben und einem schubführungslosen
Schieber in perspektivischer Darstellung mit nahezu ausgefahrenen bzw. nahezu eingefahrenen
Greiffingern, und Fig. 4 zwei der erfindungsgemäßen Greifmechanismen hintereinander
angeordnet.
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Gemäß Fig. 1 ist eine Schubstange 6 fest mit dem Gehäuse des Greifmechanismus
verbunden oder drehbar im Gehäuse gelagert. Auf der Schubstange 6 ist ein Schubkurbelgetriebe
angeordnet, das aus dem Schieber 3, der Koppel 4 und der Kurbel 5 besteht. Kurbel
5 ist im Drehpunkt 15 an einem Ring 7 angelenkt, der mittels Sicherungsringen 10
auf der Schubstange 6 axial unverschiebbar festgelegt ist, jedoch um die Schubachse
A drehbar sein kann.
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Die Schubkurbel 3,4,5,6 weist spezielle kinematische Abmessungen
au+.
Sie ist nämlich zum einen gleichschenklig, d.h. die Kurbel 5 (Abstand der Drehgelenke
15 und 16) ist von gleicher Länge wie die Koppel 4 (abstand der Drehgelenke 14 und
16). Zum anderen ist die Schubkurbel 3,4,5,6 zentrisch, d.h. Anlenkpunkt 15 der
Kurbel 5 an der Schubstange 6 und Anlenkpunkt 14 der Koppel 4 am Schieber 3 befinden
sich auf einer zur Schubachse A parallelen Geraden. Bei diesen speziellen kinematischen
Äbmessungen erfährt der auf der Verlängerungsgeraden der Koppelanlenkpunkte 14 und
16 im gleichen Abstand wie Kurbel länge 15-16 bzw. Koppellänge 14-16 zur Kurbel
5 hin gelegene Punkt 11 der bewegten Koppel ebene 4 eine exakte Beradführung längs
einer die Schubachse A senkrecht kreuzenden und durch den Kurbel drehpunkt 15 verlaufenden
Geraden.
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Der geradgeführte Koppel punkt 11 der gleichschenkligen zentrischen
Schubkurbel 3,4,5,6 greift drehbeweglich an einem ersten Greifbacken 1 an, der als
Koppel eines Gelenkparallelogramms 1,2,3,4, das die Drehpunkte 11,12 und 13,14 aufweist,
über einen weiteren Lenker 2 im Drehpunkt 13 am Schieber 3 angelenkt ist. In dieser
kinematischen Anordnung bewegen sich alle Punkte der bewegten Koppel ebene 1 samt
dem darauf befindlichen Greifbacken beim Durchfahren des Greifbereichs auf zueinander
parallelen, die Schubachse n senkrecht kreuzenden Geraden, von denen gemäß Fig.
1 eine dargestellt und mit B bezeichnet ist.
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In einfachster Anordnung befindet sich der zweite Greifbacken 20 dem
ersten 1 gegenüberliegend gehäusefest an der Schubstange 6 oder ist mit dem Ring
7 verbunden.
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Der Antrieb des ersten Greifbacken 1 erfolgt gemäß Fig. 1 druckmittelbetätigt
über einen am Schieber 3 befestigten Zylinder 8, der auf einem mit der Schubstange
6 fest verbundenen Kolben 9 verschiebbar angeordnet ist. Beidseits des Kolbens 9
befinden sich Druckmittelzuführungen 21 bzw. 22 in der Wand des Zylinders 8, die
das Druckmittel über nicht dargestellte flexible Zuleitungen in die eingeschlossenen
Hohlräume beidseits des Kolbens 9 leiten.
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Der Antrieb des Greifbacken 1 kann auch rotatorisch erfolgen (nicht
dargestellt) Dann ist die Schubachse Ä drehbar im Greifergehäuse anzuordnen, der
Eingriff zwischen Schubachse 6 und
Schieber 3 findet über ein Gewinde
statt und Ring 7 ist um die Schubachse A drehbar auf der Schubstange 6 angeordnet.
Der zweite Greifbacken ist fest mit dem Ring 7 zu verbinden.
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Das Führungsgetriebe 1 bis 6 mit dem auf dem Schieber 3 der gleichschenkligen
zentrischen Schubkurbel 3,4,5,6 angeordneten Gelenkparallelogramm 1,2,3,4, auf dessen
Koppelebene 1 sich der Greifbacken oder -finger befindet, kann auch in doppelter
Anordnung vorhanden sein. Der auf der Schubstange 6 oder am Ring 7 angeordnete zweite
Greifbacken 20 entfällt. Das zweite Führungsgetriebe 1 bis 6 befindet sich dann
spiegelbildlich zur Schubachse Ä dem ersten gegenüberliegend. Beide Führungsgetriebe
1 bis 6 sind also in einer Ebene angeordnet und haben einen gemeinsamen Schieber
3, auf dem die Gelenkparallelogramme 1,2,3,4 angeordnet sind, und einen gemeinsamen
Ring 7, an dem sich die Drehpunkte 15 der Kurbeln 5 befinden. Die Greifbacken oder
-finger lassen sich auswechselbar auf der Koppel 1 des Gelenkparallelogramms 1,2,3,4
anordnen, so daß der Greifbereich ohne weiteres dem zu handhabenden Werkstück angepaßt
werden kann.
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Profilierte Greifbacken können dementsprechend profilierte Werkstücke
wegen der Gerad- und Parallelführung der gesamten Koppel ebene 1 verschiebungsfrei
greifen.
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Es lassen sich aber auch drei der Führungsgetriebe 1 bis 6 jeweils
um 120 Grad versetzt auf einem gemeinsamen Schieber 3 und einem gemeinsamen Ring
7 auf der Schubachse Ä anordnen, wie dies in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. In
dieser Anordnung handelt es sich nunmehr um einen räumlichen Greifmechanismus mit
drei gerad- und parallelgeführten Greiffingern 1. aufgrund der räumlichen Versetzung
der Führungsgetriebe 1 bis 6 benötigt der Schieber 3 keine Schubführung (6 gemäß
Fig. 1), d.h. dieselbe kann im Bedarfsfall zum Antrieb des Schiebers 3 vorhanden
sein, kann aber auch entfallen. Der schubführungslose Schieber 3 bewegt sich dennoch
längs seiner Schubachse Ä. Es sind dann lediglich die Drehgelenke 15 der Kurbeln
5 gehäusefest anzuordnen. Schieber wird freischwebend in der einen Bewegungsrichtung
über Zugmittel angetrieben, während in der anderen Bewegungsrichtung Federmittel
wirken (nicht dargestellt). Schieber 3 läßt sich auch in beiden Schubrichtungen
jeweils über Zugmittel antreiben. Im eingefahrenen
(Fig 3) und
im ausgefahrenen Zustand (Fig. 2) wie auch in allen anderen Zwischenstellungen der
Greiffinger 1 ist der in den Fig. 2 und 3 mit x bezeichnete Längsversatz zwischen
den Greiffingern 1 und dem Ring 7 gleich groß. Der dergestaltete räumliche 5reifmechanismus
kann runde Werkstücke sowohl innen als auch außen greifen und infolge des Zwanglaufs
zwischen den einzelnen Greiffingern 1 selbsttätig zentrieren.
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Selbstverständlich ist auch eine räumliche Anordnung von vier oder
mehr Führungsgetrieben 1 bis 6 möglich, wenn dies ein spezieller Einsatzfall erfordert.
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Gemäß Fig. 4 sind zwei der vorstehend näher beschriebenen Greifmechanismen
(') und ('') auf einer gemeinsamen Schubstange 6 auf Jeweils zugehörigen hintereinanderliegenden
gemeinsamen Schiebern 3 bzw. 3 angeordnet. Der eine Greifmechanismus (') kann zwei
einander gegenüberliegende oder drei in Umfangsrichtung versetzte räumlich angeordnete
Führungsgetriebe 1 bis 6 aufweisen. Gleiches gilt auch für den anderen Greifmechanismus
<), der im einzelnen die Führungsgetriebe 1 bis 6 aufweist.
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Die Greiffinger 1 und 1 enden gemäß Fig. 4 etwa in gleicher Ebene
und greifen auf unterschiedlichen Durchmessern, können aber auch axial zueinander
versetzt sein und gg+. auf gleichem Durchmesser greifen. Gemäß Fig. 4 sind jeweils
ein Führungsgetriebe 1 bis 6' bzw. t'' bis 6'' der Einfachheit halber in einer Ebene
dargestellt. Zweckmäßig sind dieselben jedoch in Umfanggrichtung versetzt zueinander
angeordnet. Die jeweils zugehörigen Kolben-Zylindereinheiten 8',9' bzw. 8",9" werden
unabhängig voneinander durch Druckmittel betätigt, so daß der eine 6rei+mechanismus
1 bis 6 auf kleinerem Durchmessser als der andere Greifmechanismus 1 bis 6'' entsprechende
Werkstücke greifen kann. Die Kurbeln 5 bzw. 5 sind gehäusefest in den Drehpunkten
15 bzw. 15 angelenkt, zweckmäßig auf einem gemeinsamen Ring 7. In dieser Anordnung
können zwei verschiedene Werkstücke unterschiedlichen Durchmessers nacheinander
gegriffen werden; in gleicher Weise ist es möglich, ein und dasselbe Werkstück auf
zwei verschiedenen Durchmessern gleichzeitig zu greifen.