DD227079A1 - Regelbarer greiferantrieb fuer manipulatoren mit programmsteuerung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Greiferantrieb fuer Manipulatoren mit Programmsteuerung mit einem durch Hydraulikzylinder betaetigten Greifer, einem regelbaren Antriebsmotor mit angekuppelter Gewindespindel und mit Istwertgebern fuer programmierte Greiferparameter. Ziel der Erfindung sind Minimalwerte der Greifermasse und des Energiebedarfs sowie des Aufwandes an Energiebereitstellung und -zufuehrung zum Greifer. Aufgabengemaess werden mit einer Energiequelle eine raeumliche Trennung vom Greifer ermoeglicht, der Energieverbrauch auf die Greiferbetaetigung beschraenkt und die Parameter des Greifers messtechnisch erfasst und verarbeitet. Erfindungsgemaess ist eine Gewindespindel des Antriebsmotors im Gegengewinde des Kolbens eines Hydraulikzylinders aufgenommen, der ueber eine Leitungsverbindung an den Hydraulikzylinder des Greifers angeschlossen ist. Die Leitungsverbindung ist an eine Leckoelergaenzungseinrichtung angeschlossen und mit einem P/E-Wandler verbunden, der, wie ein mit dem Antriebsmotor gekuppeltes Wegmesssystem, an die Programmsteuerung angeschlossen ist. Fig. 2

Description

Titel der Erfindung

Regelbarer Greiferantrieb für Manipulatoren mit Programmsteuerung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen regelbaren Greiferantrieb für Manipulatoren mit Programmsteuerung, unter Yerv/endung eines von einem Hydraulikzylinder betätigten Greifers, eines regelbaren Antriebsmotors mit angekuppelter Gewindespindel und mit Mitteln zur Gewährleistung vorprogrammierter Parameter des Greifers.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Greiferantriebe sind vorrangig mit ihrer Antriebstechnik auf die jeweilige Energieform des Manipulators ausgerichtet. So unterscheidet man bei mechanischen Greiferzangen hinsichtlich der Spannkrafterzeugung in hydraulisch, pneumatisch und elektrisch angetriebene Greiforgane· Der Vorteil der hydraulischen Greifer besteht vor allem in der verhältnismäßig hohen Snsrgiedichj;e bei geringem Bauvolumen im unmittelbaren Greifbereich und im einfachen Greiferaufbau, Für elektrisch angetriebene Manipulatoren kommen jedoch aus Gründen einheitlicher Energieform und regelbarer Anpassung der Greiferparameter an unterschiedliche Werkstücke im zunehmenden Maße auch elektrische Greifer zur Anwendung.

η η η '·, ; Π Ο Ρ Γ Ο Q -',

Aus der DD-PS 140 549 ist ein Greiferkopf für Manipuliereinriohtungen bekannt, bei dem am Greiferkopf zwei Verstellgehäuse in Geradführungen aufgenommen sind und zwischen den Verstellgehäusen am Greiferkopf eine Gewindespindel drehbar und axial unverschiebbar in einem Spindeliager gelagert ist, die mit einem Linksgewinde in eine Mutter im ersten Verstellgehäuse eingreift und mit einem Hechtsgewinde einer Mutter im zweiten Verstellgehäuse im Eingriff steht. Die Greiferbacken sind in einem Schwenklager an den Verstallgehäusen oder am Greiferkopf kippbar oder in einer Geradführung an den Verstellgehäusen verschiebbar gelagert und weisen einen Betätigungsarm auf, an dem einerseits ein in jedem Verstellgehäuse angeordneter Hydraulikantrieb angreift und an dessen anderer Seite als Erzeuger der Spannkraft eine in jedem Verstellgehäuse abgestützte Druckfeder anliegt· Die Gewindespindel ist mit einem numerisch gesteuerten Verstellantrieb verbundene Jedem Hydraulikantrieb ist ein eigenes Steuerventil zugeordnet·

Aus der DS-OS 28 51 961 ist ein Srgreifungskopf, insbesondere für Industrieroboter,bekannt, bei welchem am Stator eines Elektromotors Träger angeordnet sind, in denen Schwenkarme mit Srgreifungsbacken gelenkig befestigt sind· Die Rotorwelle des Elektromotors ist mit einer gleichachsigen Bewegungsschraube versehen, auf welcher eine Mutter angeordnet ist, welche mit den Schwenkarmen gelenkig verbunden ist» Die 3ewegungsschraube ist wie eine Kugelschraube und der Elektromotor wie ein Anschiagmotor ausgebildet» Der Weg der Mutter wird durch Dämpfungselemente, vorzugsweise durch Tellerfedern begrenzt«

Diese bekannten Greiferköpfe sind mit Nachteilen, behaftet, die sich sowohl ökonomisch als auch technisch auf den Gebrauchswert des gesamten Manipulators auswirken*» So sind bei dem Greiferkopf nach DD-IB 140 5^9 die Greiferparamater, wie Begrenzung des Öffnungsweges, öffnungs- und Schließgeschwindigkeit und Greiferkraft nicht unabhängig voneinander programmierbar, Die Ursachen dafür sind, daß sich mit der erforderlichen. Greiferkraft der Öffnungs- und der Schließweg an-

dem. so daß bei großen Greiferkräften kleine Wege entstehen und sich bei kleinen Greiferkräften große Wege beim öffnen und Schließen ergeben. Hinsichtlich der Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit sind deren Grundgeschwindigkeiten vom Fördervolumen bzw· vom Rücklaufwiderstand abhängig. Geschwindigkeitsänderungen erfordern die manuelle Einstellung von Drosselventilen.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich beim Einsatz dieses Greiferkopfes an elektrisch angetriebenen Manipulatoren durch großen zusätzlichen Aufwand. Die Ursache dafür ist das Erfordernis eines zusätzlichen Hydraulikaggregates mit hydraulischen Steuerventilen und die zusätzliche Verlegung von Hydra ulikleitung en mit mehreren Freiheitsgraden· Von Nachteil ist des weiteren ein erhöhter Energiebedarf, der auf die Ursache zurückzuführen ist, daß eine ständige Drucksfcrombereitstellung erforderlich ist, die zu einem großen Anteil als Verlustleistung ausgewiesen wird*

Als ein entscheidender Nachteil muß des weiteren die große Greifermasse und der erforderlich große Freiraum im Greiferbereich eingeschätzt werden. Hierfür sind als ^ursache der Verstellmotor und die doppelseitigen Hydraulikzylinder in ihrer unmittelbaren Anordnung am Greiferkopf zu nennen.

Bei dem Ergreifungskopf nach DS-OS 28 51 961 ist die werkstückabhängige Greiferkraft nicht programmierbar· Hierfür besteht die Ursache darin, daß dafür eine direkte Schließkraftmessung am Greifer und deren elektrische Umsetzung für die Motoransteuerung erforderlich ist«

Als weiterer Nachteil ergibt sich die verminderte Nutzlast des Greiferarmes des Manipulators. Ursache hierfür ist die unmittelbare Anordnung des Stellmotors am Srgreifungskopf, der mit seiner Masse in die Gssamtlast des Greifarmes eingeht·

Von Nachteil ist des weiteren der große erforderliche Freiraum im Greifbereich. Hierfür liegt die Ursache wiederum in der direkten Anordnung des Stellmotors am Ergreifungskopf»

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen Greiferantrieb mit Minimalwerten der Greifermasse und des Energiebedarfs sowie mit geringstem Aufwand für Energiebereitstellung und -zuführung für programmierbare Greiferparameter zu realisieren·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greiferantrieb für Manipulatoren mit Programmsteuerung, unter Verwendung eines von einem Hydraulikzylinder betätigten Greifers, eines regelbaren Antriebsmotors mit angekuppelter Gewindespindel und mit Mitteln zur Gewährleistung •vorprogrammierter Parameter des Greifers, zu schaffen, dessen Energiezuführung für die Realisierung der Greiferparameter mit nur einer Energiequelle die räumliche Trennung der Energiequelle vom Greifer ermöglicht, wobei der Energieverbrauch auf die Greiferbetätigung beschränkt bleibt und die Parameter des Greifers meßtechnisch erfaßt und in der elektronischen Programmsteuerung des Manipulators verarbeitet werden«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gewindespindel des regelbaren Antriebsmotors in einem Gagengewinde des Kolbens eines fixierten Hydraulikzylinders aufgenommen ist, der über eine hydraulische Leitungsverbindung an den Hydraulikzylinder des Greifers angeschlossen ist, wobei an die Leitungsverbindung eine Leckölergänzungseinrichtung und ein P/S-Wandler angeschlossen sind .sowie an den regelbaren Antriebsmotor ein Wegmeßsystem angekuppelt ist, welches gemeinsam mit dem P/E-Wandler an die Programmsteuerung des Manipulators angeschlossen ist·

Von Vorzug ist dabei, daß der regelbare Antriebsmotor mit dem Hydraulikzylinder koaxial fest verbunden ist. Eine Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht hierbei vor, daß die Baugruppe des regelbaren Antriebsmotors mit Hydraulikzylinder und die Leckölergänzungseinrichtrang im Gestell des Manipulators angeordnet ist und die Leitungsverbindung aus Rohr- und Schlauchleitungen komplettiert ist.

Sin. Vorzug der Erfindung ist darin zu sehen, daß dia Leckölergänsungseinrichtung aus einem Vorratsbehälter und einem in der Anschlußleitung zur Leitungsverbindung angeordneten, in Durchflußrichtung zum Vorratsbehälter schließenden Rückschlagventil besteht·

Vorzugsv/eise ist vorgesehen, daß das Wegmeßsysteio. als in— krementales rotatorisches Wegmaßsystea ausgebildet ist. Ein weiterer Vorzug bei der Ausgestaltung der Erfindung besteht .darin, daß der P/l-7/andler durch eine Druckmeßdose realisiert ist.

Von Vorteil für die Erfindung erv/eist sich schließlich, daß im programmierbaren Turnus die leckölergänzung im geöffneten Zustand des Greifers im Wegbereich des mit der Gewindespindel im Eingriff befindlichen Hydraulikkolbens bis zu dessen eingefahrener Endstellung vorgesehen ist·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an,einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden· In der dazugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig· 1: eine schematische Darstellung eines elektrisch betriebenen Manipulators mit dem erfindungsgemäßen Greiferantrieb

Fig.- 2: eine schematisch.3 Schnittdarstellung des regelbaren Greiferantriebes.

Die Fig· 1 zeigt einen Manipulator 1, der in seinem Gestell einen regelbaren Antriebsmotor 2 und einen an diesen koaxial angeflanschten Hydraulikzylinder 3 aufnimmt· Dieser Hydraulikzylinder 3 ist über eine Leitungsverbindung, die zur uneingeschränkten Gewährleistung der erforderlichen Freiheitsgrade des Manipulators aus Rohr- und Schlauchleitungen 4; 5% 6; 7» 8j 9 komplettiert ist, an den Hydraulikzylinder 10 des Graifers 11 angeschlossen. Der Greiferantrieb ist mit einer Leckölergänzungseinrichtung 12, die ebenfalls im Gestell des Manipulators 1 angeordnet ist, ausgestattet, auf welche bei den Erläuterungen zu Figo 2 näher eingegangen wird. Zur programmgemäßen

Einstellung der Greiferkraft ist an die Leitungsverbindung als Istwertgeber mit P/E-Wandlung eine Druckmeßdose 13 angeschlossen· Als Wegmeß sys tem für den programmierbaren Öffnungs- und Schließweg des Greifers 11 ist an den regelbaren Antriebsmotor 2 ein inkrementales rotatorisches Wegmeßsystem 14 angekuppelt·¹ Der regelbare Antriebsmotor 2 ist mit der Programmsteuerung 15 des Manipulators 1 ansteuerbar verbunden und die Ausgänge der Druckmeßdose 13 und des inkrementalen rotatorischen Weg— meiBsystems 14 auf Eingänge der Programmsteuerung I5 des Manipulators 1 geschaltete

Bei den nachfolgenden Erläuterungen zur Pig, 2 sind die in Pig· 1 genannten Begriffe mit ihren Bezugszeichen übernommen· Die Pig· 2 zeigt den regelbaren Antriebsmotor 2 mit angekuppeltem inkrementalen rotatorischen Wegmeßsystem 14 und koaxial angeflanschtem Hydraulikzylinder 3· An die Rotorwelle des regelbaren Antriebsmotor 2 ist eine Gewindespindel 16 angeflanscht, die mit einem Gegengewinde eines gegen Verdrehung gesichert aufgenommenen Hydraulikkolbens 1? des Hydraulikzylinders 3 in. Singriff ist· Die Leitungsverbindung, vom Hydraulikzylinder 3 zum Greifer 11, an welche die Druckmeßdose I3 angeschlossen, ist vereinfacht dargestellt. "Von der Leitungsverbindung ist eine Anschlußleitung 1ß zur Leckölergänzungseinrichtimg 12 abgezweigt und an deren Yorratsbehälter 19 angeschlossen, wobei in der Anschlußleitung 18 ein in Durchflußrichtung zum Vorratsbehälter 19 schließendes Rückschlagventil 20 angeordnet ist» Im Gehäuse des Greifers 11 ist ein frei drehbeweglich gelagertes Zahnritzel 21 aufgenommen, in welches ein oberer Greiferbacken 22 und ein unterer Greiferbacken 23 mit ihren angearbeiteten Zahnstarigen parallel gegenüberliegend eingreifen. Hierbei ist der untere Greiferbacken. 23 mit einem Hydraulikzylinder 10 ausgebildet, an den die Leitungsverbindung angeschlossen ist· 3ur Realisierung der Öffnungsbewegung des Greifers 11 ist dieser mit einer Druckfeder 24 versehen, die sich am Gehäuse des Greifers 11 und am oberen Greiferbacken 22 abstützt;»

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Greiferantriebes ist folgende:

Der regelbare Antriebsmotor 2 wird von der Programmsteuerung mit vorbestimmter Drehzahl und Drehrichtung erregt, so daß bei angenommener Linksdrehung und Rechtsgewinde der Gewindespindel 16 der Hydraulikkolben 17 in den Hydraulikzylinder 3 hineinbewagt wird. Das bei diesem Bewegungsvorgang des Hydraulikkolbens 17 aus dem Zylinderraum verdrängte Öl verschiebt die Ölsäule in der aus Rohr- und Schlauchleitungen 4; 5; 6} 7i 8j 9 gebildeten Leitungsverbindung und füllt, unter Verschiebung des unteren Greiferbackens 23 nach oben, den Zylinderraum des Hydraulikzylinders 10 auf« Die damit bewirkte Rechtsdrehung des Zahnritzels 21 bewirkt seinerseits eine Abwärtsbewegung des oberen Greiferbackens 22, so daß sich der Greifer 11 bis zur Anlage beider Greiferbacken 22; an dem zu erfassenden "Werkstück schließt. Der vom Werkstück den Greiferbacken 22; 23 entgegengesetzte Widerstand führt, über den zur Überwindung von mechanischen Widerständen und der Druckfeder 24- erforderlichen Druck im Hydraulikzylinder 10 hinaus, zu einem weiteren Druckanstieg· Bei Erreichen des der vorprogrammierten Greiferkraft entsprechenden Druckes in dem von den beiden Hydraulikzylinder 3? 10 und der Leitungsverbindung gebildeten hydraulischen Gestänge, wird von der Druckmaßdose ""· ; " 13 ein Signal an die Programmsteuerung 15 ausgegeben, dessen Verarbeitung in der Programmsteuerung 15 zur Abschaltung des regelbaren Äntriabamotores 2 führt· Sollte sich bei zeitlich langen Greifzuständen des Greifers 11 durch eventuellen Leckölanfall dar Druck bis nahe an den zum sicheren Greifen des Werkstückes erforderlichen Mindestdruck absanken? so sorgt die Programmsteuerung aufgrund des von der Druckmeßdose 13 ausgegebenen Signalas und der damit hervorgerufenen Regelabweichung für ein erneutes kurzzeitiges Einschalten des regelbaren Antriebsmotores 2 bis zum tfiedererreichen des vorprogrammierten Druckes.

Dar Öffnungsvorgang des Greifers 11 wird mit -einer dar vorprogrammierten Drehzahl und Drehrichtung, nunmehr auf die Pig· 2 bezogenen Rechtsdrahung, entsprechenden An-

steuerung des regelbaren Antriebsmotores 2 von der Programmsteuerung 15 eingeleitet· Der Hydraulikkolben 17 bewegt sich dabei auf den regelbaren Antriebsmotor 2 zu und vergrößert damit den Zylinderraum des Hydraulikzylinders 3» in welchen unter der Kraftwirkung der Druckfeder 24 das aus dem Hydraulikzylinder 10 gleichzeitig mit dem sich Entfernen der Greiferbacken 22} 23 verdrängte Ölvolumen strömt« Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis vom inkrementalen rotatorischen Wegmeßsystem 14 ein dem Öffnungsweg der beiden Greiferbacken entsprechendes Signal an die Programmsteuerung 1p ausgegeben wird und von dieser die Abschaltung des regelbaren Antriebsmotores 2 erfolgt.

Sowohl im Greifzustand als auch im geöffneten Zustand des Greifers 11 gewährleistet» die Selbsthemmung dar Gewindespindel 16 bei abgeschaltetem Antriebsmotor 2 die Aufrechterhaltung des jeweiligen Zustandes· Im geöffneten Zustand des Greifers 11, worunter die geöffnete Stellung das Greifers 11 nach Zuürcklegung des vorprogrammierten Öffnungsweges der Greiferbacken 22; 2-3 verstanden werden soll, steht das. Hydrauliköl im hydraulischen Gestänge unter dem von der Druckfeder 24 erzeugten Druck. Dieser Druck schließt das Rückschlagventil 20_a Zur Ergänzung des Lecköles, in Abhängigkeit von der zeitlichen Größe der durchzuführenden Greifzustände, werden la vorprogrammierten Turnus, z. B, aller 1000 Gre if vorgänge, dia Greiferbacken 22; 23 aufgrund eines vorprogrammierten größeren Öffnungsweges gegen ihren mechanischen Endanschlag gefahren und der Hydraulikkolben 17 bei eingetretenem Leckölverlust darüber hinaus einan zusätzlichen Weg auf den regelbaren Antriebsmotor 2 zubewegt« Auf dieser zusätzlichen Wegstrecke von der Anlage der Greiferbacken 22; 23 am Endanschlag bis zur Abschaltung des regelbaren Antriebsmotors 2 befindet sich das Öl des hydraulischen Gestänges im drucklosen Zustand, so daß dia Saugwirkung des Hydraulikkolbens 17 bei Leckölverlust das Rückschlagventil 20 öffnet und aus dam Vorratsbehälter 19 Öl eingespeist wird* Auf dia erläuterte Wei-

se wird eine große Wiederholgenauigkeit des öffnungs— weges des Greifers 11 gewährleistet und damit kleinste Öffnungswege ermöglicht·

Claims (1)

1. Erf indungsa nspruch

   1· Regelbarer Greiferantrieb für Manipulatoren mit Programmsteuerung, unter Verwendung eines von einem Hydraulikzylinder betätigten Greifers, eines regelbaren Antriebsiriotors mit angekuppelter Gewindespindel und mit Mitteln zur Gewährleistung vorprogrammierter Parameter des Greifers,
   gekennzeichnet dadurch,

   daß die Gewindespindel (16) des regelbaren Antriabsmotors (2) in einem Gegengewinde des Hydraulikkolbens (17) eines fixierten Hydraulikzylinders (3) aufgenommen ist, der über eins hydraulische Leitungsverbindung an den Hydraulikzylinder (10) des Greifers (11) angeschlossen ist, wobei an dia Leitungsverbindung eine Leckölergänzungseinrichtung (12) und ein P/3-Wandler angeschlossen sind sowie an den regelbaren Antriebsmotor (2) ein Wegmeßsystem angekuppelt ist, ⁱ,'/elches gemeinsam mit dem P/üJ-Wandler an die Programmsteuerung (15) des Manipulators (1) angeschlossen ist»

   2ο Hegelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

   daß der regelbare Antriebsmotor (2) mit dem Hydraulikzylinder (3) koaxial fest verbunden ist₀

   3_# Segelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1 und 2,„ gekennzeichnet dadurch,

   daß die Baugruppe des regelbaren Antriabsmotors (2) mit Hydraulikzylinder (3) und die Leckölergänzungseinrichtung (12) im Gestell des Manipulators (1) angeordnet ist und die Leitungsverbindung aus Rohr- und Schlauchleitungen (4; 5; 6; 7; 3; 9) komplettiert ist.

   4. Regelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1 und 3» gekennzeichnet dadurch,

   daß die Leckölerganzungseinrichtung (12) aus einem Vorratsbehälter (19) und einem in der Anschlußleitung (18) zur Leitungsverbindung angeordneten, in Durchflußrichtung zum Vorratsbehälter (19) schließenden Rückschlagventil (20) besteht.

   Regelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

   daß das Wegmeßsystem als inkrementales rotatorisches 7/egmeßsystem (14) ausgebildet ist_o

   6· Regelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,

   daß der Ρ/Ξ-7/andler durch eine Druckmeßdose (13) realisiert ist.

   7· Regelbarer Greiferantrieb nach Punkt 1, 3 und 4, gekennzeichnet dadurch,

   daß im vorprogrammierten 'lurnus die Leckölergänzung im geöffneten Zustand des Greifers (11) im Wegbereich des mit der Gewindespindel (16) im Eingriff befindlichen Hydraulikkolbens (17) bis zu dessen eingefahrener. Endstellung vorgesehen ist.

   Hierzu A Seiten, Zeichnung