DE10050428C1 - Verfahren und Vorrichtung zum definierten Ergreifen von Objekten mit einer Oberfläche von kreisförmigem Querschnitt - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum definierten Ergreifen von Objekten mit einer Oberfläche von kreisförmigem QuerschnittInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum definierten Eingreifen von Objekten (2) mit einer nach innen oder außen gewandten Oberfläche (4) von kreisförmigem Querschnitt und mit einer ebenen Stirnfläche (3) wird eine gegenüber einer im Raum verfahrbaren Basis (6) frei verschwenkbare Kontaktplatte (5) zur Anlage an der Stirnfläche (3) des jeweiligen Objekts (2) gebracht, wird eine Mehrzahl von mindestens drei Greiferfüßen (8) parallel zu der Kontaktplatte (5) auseinander oder zusammen gefahren, um sich an die Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) anzulegen, werden die Verfahrwege der einzelnen Greiferfüße (8) durch ihre Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) begrenzt und werden die Verfahrwege der einzelnen Greiferfüße (8) bis zu ihrer Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) erfaßt, um die Relativlage des Objekts (2) zu der Kontaktplatte (5) zu ermitteln.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum definierten
Ergreifen von Objekten mit einer nach innen oder außen gewandten
Oberfläche von kreisförmigem Querschnitt und mit einer ebenen
Stirnfläche. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vor
richtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Bei den Objekten mit der nach innen oder außen gewandten Ober
fläche von kreisförmigem Querschnitt und mit der ebenen Stirn
fläche kann es sich um zylindrische, hohlzylindrische oder
torusförmige Objekte handeln. Konkret können die Objekte Spulen
körper oder andere Wickelkörper sein.
Derartige Objekte können in Stapeln angeordnet sein, wobei das
jeweils oberste Objekt aufgrund der sich aufsummierenden Tole
ranzen der Einzelobjekte in dem Stapel keine genau vorhersagbare
Lage und Orientierung aufweist.
Wenn ein solches Objekt, das gegenüber mechanischen Bean
spruchungen sehr empfindlich sein kann, ohne die Gefahr von
Beschädigungen automatisch ergriffen werden soll, um es
anschließend mit möglichst hoher Genauigkeit an einem Zielort
abzulegen, müssen die unbekannte Lage und die unbekannte
Orientierung des Objekts berücksichtigt werden.
Aus der DE 42 10 218 A1 ist ein Greifer für Handhabungsein
richtungen zur kraft- und/oder formschlüssigen Aufnahme eines
Gegenstands mittels Greiferfinger bekannt, der an unterschied
liche zu ergreifende Objekte durch ein auswechselbares, von den
Greiferfingern unabhängiges und räumlich getrenntes Formelement
angepaßbar ist. Das Formelement ermöglicht eine Lagefixierung
des zu ergreifenden Objekts gegenüber dem Greifer durch Form
schluß. Das Formelement ist federnd gelagert und geführt, um
eine Zerstörung des aufzunehmenden Gegenstands zu verhindern. In
der DE 42 10 218 A1 wird auch die Möglichkeit einer selbstän
digen bzw. programmierbaren Formanpassung und Formänderung des
Formelements durch Konzeption von Freiformelementen ange
sprochen. Selbst bei einer selbstätigen Formanpassung besteht
aber weiterhin die Notwendigkeit, die Lage und die Orientierung
des zu ergreifenden Objekts im Vorhinein genau zu kennen, um es
mit dem bekannten Greifer zuverlässig und präzise ergreifen bzw.
wieder ablegen zu können.
Aus der US 4 815 781 ist ein Industrierobotergreifer für die
Handhabung von plattenförmigem Material bekannt. Dieser Greifer
weist einen horizontal verschieblich gelagerten Rahmen auf, der
sich aufgrund seiner Verschieblichkeit mittels angeschrägter
Führungsflächen gegenüber einem Plattenstapel ausrichten kann,
auch wenn dieser mit einem Positionsfehler von oben angefahren
wird. Zum Aufnehmen bzw. Freigeben einer Platte oder eines
Teilstapels von Objekten des plattenförmigen Materials sind an
dem Greifer um horizontale Achsen verschwenkbare Greiferplatten
vorgesehen, die sich durch die Schwenkbewegung in ihrem unteren
Bereich auf den Stapel zu bzw. von diesem weg bewegen und das
plattenförmige Material dort mit auf dessen Form abgestimmten
Formsprüngen erfassen. Bei dem bekannten Industrierobotergreifer
wird die tatsächliche Position des angefallenen Stapels nicht
erfasst. Er ist zudem nur für plattenförmiges Material mit
definierter horizontaler Ausrichtung verwendbar, also nicht für
Objekte mit möglicherweise unterschiedlicher räumlicher
Orientierung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, mit
denen Objekte mit einer nach innen oder außen gewandten Ober
fläche von kreisförmigem Querschnitt und mit einer ebenen
Stirnfläche auch ohne genaue Kenntnis Ihrer Lage und Orientie
rung definiert ergriffen werden können, um sie dann mit hoher
Präzision an einem Zielort ablegen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Verfahren durch die
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den
Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben.
Bei der Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Merkmale des
Patentanspruchs 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den
Patentansprüchen 8 bis 12 beschrieben.
Mit der verschwenkbaren Kontaktplatte, die zur Anlage an der
Stirnfläche des jeweiligen Objekts gebracht wird, wird bei der
Erfindung die räumliche Orientierung des Objekts, d. h. seine
Winkellage, erfaßt. Auf diese Weise werden die mindestens drei
Greiferfüße bzw. wird die Ebene, in der die drei Greiferfüße
parallel zu der Kontaktplatte verfahrbar sind, in geeigneter
Weise gegenüber dem jeweiligen Objekt ausgerichtet. Anschließend
werden die Greiferfüße an die Oberfläche des jeweiligen Objekts
herangefahren, wobei sie hierzu relativ zueinander auseinander
gefahren werden, wenn die jeweilige Oberfläche des Objekts eine
Innenoberfläche ist, bzw. zusammengefahren werden, wenn die
jeweilige Oberfläche des Objekts eine Außenoberfläche ist. Eine
Verschiebung des Objekts relativ zu der Kontaktplatte erfolgt
nicht, weil jeder der Greiferfüße nur bis in die Anlage an der
Oberfläche des jeweiligen Objekts verfahren wird. D. h., das
Objekt wird in beliebiger Lage längs der Kontaktplatte von den
Greiferfüßen ergriffen. Gleichzeitig wird durch Erfassen der
Verfahrwege der einzelnen Greiferfüße bis zu ihrer Anlage an der
Oberfläche des jeweiligen Objekts die Information gewonnen, die
erforderlich ist, um die Relativlage des Objekts zu der Kontakt
platte zu bestimmen. Diese Information kann später beim präzisen
Ablegen des Objekts an einen Zielort genutzt werden.
Um eine Belastung des Objekts durch die an seiner Stirnfläche
zur Anlage kommende Kontaktplatte möglichst gering zu halten,
damit direkte Beschädigungen des Objekts oder ein Umwerfen eines
Stapels von Objekten vermieden werden, kann die Masse der
Kontaktplatte bei ihrer Anlage an der Stirnfläche des jeweiligen
Objekts teilweise kompensiert werden. Dies kann durch einen
gegen die Masse der Kontaktplatte wirkenden Gegendruck in
Hydraulikzylindern bewirkt werden, über die die Kontaktplatte an
der Basis gelagert ist, wobei der Gegendruck in allen Hydraulik
zylindern immer gleich sein sollte, um die Freiheit der Ver
schwenkung der Kontaktplatte nicht zu behindern.
Nachdem das von den Greiferfüßen erfaßte Objekt angehoben wurde,
kann die Kontaktplatte gegenüber der Basis definiert ausge
richtet werden, indem sie beispielsweise in eine horizontale
Ausrichtung verschwenkt wird. Damit weist auch das Objekt eine
definierte Ausrichtung zur Horizontalen auf. Bei der Erfindung
ist es nicht erforderlich, daß die ursprüngliche Orientierung
des Objekts bestimmt wird. Vielmehr wird jede beliebige Abweichung
dieser Orientierung durch die definierte Ausrichtung
der Kontaktplatte gegenüber der Basis beseitigt.
Die Relativlage des Objekts zu der Kontaktplatte kann dadurch
berücksichtigt werden, daß das Objekt zum Erreichen seines
Zielorts entsprechend weiter bzw. weniger weit verfahren wird.
An seinem Zielort kann es dann durch Zusammen- bzw. Auseinander
fahren der Greiferfüße freigegeben werden.
Zur Anpassung an unterschiedliche zu ergreifende Objekte können
die Greiferfüße anfänglich weiter auseinander bzw. näher
zusammen gefahren werden oder es kann ihre Verfahrrichtung zum
Anlegen an die Oberfläche des Objekts von einem Auseinander
fahren auf ein Zusammenfahren umgeschaltet werden oder umge
kehrt. Darüberhinaus kann der Abstand der Greiferfüße senkrecht
zu der Kontaktplatte auf den Abstand der Oberfläche des jewei
ligen Objekts von dessen Stirnfläche eingestellt werden.
Eine Möglichkeit, die Greiferfüße getrennt voneinander jeweils
bis zur Anlage an der Oberfläche des Objekts zu verfahren,
besteht darin, die Greiferfüße jeweils bis zum Aufbringen einer
vorgegebenen Anlagekraft gegen die Oberfläche zu verfahren. Das
Erreichen dieser Anlagekraft kann durch einen Kontaktschalter
festgestellt werden. Es ist aber auch möglich, die einzelnen
Greiferfüße pneumatisch unter Aufbringen eines bestimmten
Luftdrucks zu verfahren, wobei die Greiferfüße selbstätig
anhalten, sobald die Anlagekraft an der Oberfläche des jewei
ligen Objekts dem Luftdruck entspricht.
Zum besonders festen und sicheren Greifen von Objekten können
die Greiferfüße, nachdem sie sich alle an die Oberfläche des
jeweiligen Objekts angelegt haben, zum Aufbringen einer erhöhten
Spannkraft jeweils noch weiter gegen die Oberfläche des jeweili
gen Objekts verfahren werden. Die erhöhte Spannkraft bei dieser
Verfahrensvariante führt nicht dazu, daß das Objekt relativ zu
der Kontaktplatte verschoben wird, da es bereits durch die
anliegenden Greiferfüße fixiert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung muß die Anschlußeinrich
tung für die Kontaktplatte an der Basis in einer Funktionsstel
lung eine freie Verschwenkbarkeit der Kontaktplatte gegenüber
der Basis ermöglichen. Gleichzeitig soll ein defininiertes Aus
richten der Kontaktplatte gegenüber der Basis möglich sein.
Erreichbar ist dies beispielsweise, wenn die Anschlußeinrichtung
mindestens drei parallel zueinander angeordnete Reihenschal
tungen von jeweils einem doppelt wirkenden pneumatischen
Betätigungszylinder und einer flexiblen Kupplung aufweist. In
der einen Wirkrichtung der Betätigungszylinder kann der notwen
dige Gegendruck für die teilweise Kompensation der Masse der
Kontaktplatte aufgebaut werden, dabei sind pneumatische
Betätigungszylinder für die gewünschte Gleichverteilung eines
kontrollierten Gegendrucks über die besonders bevorzugt. Durch
Beaufschlagung der Betätigungszylinder bis zum Erreichen ihrer
maximalen Ausdehnung in der andere Wirkrichtung wird die
Kontaktplatte definiert gegenüber der Basis ausgerichtet.
Zum Einstellen des Abstands der Greiferfüße senkrecht zu der
Kontaktplatte kann eine Parallelanordnung mehrerer getrieblich
miteinander verbundener Gewindespindeln vorgesehen sein, die den
Abstand der Kontaktplatte zu der Basis oder auch einer weiteren
Zwischenplatte verstellbar machen, an der die Greiferfüße
verfahrbar gelagert sind.
Zum Verfahren jedes der Greiferfüße kann ein separater pneuma
tischer Betätigungszylinder vorgesehen sein, wobei für die
Betätigungszylinder eine Druckregelung vorgesehen ist. Dabei
kann es sich um eine einzige Druckregelung für alle Betäti
gungszylinder gemeinsam handeln.
Bei geringem seitlichem Platz ist eine Ausführungsform der neuen
Vorrichtung vorteilhaft, bei der die Greiferfüße an längs
verschieblich gelagerten Zahnstangen vorgesehen sind, wobei die
Betätigungszylinder in einer Querrichtung zu den Zahnstangen
angeordnet sind, wobei die Kolben der Betätigungszylinder
jeweils mit einer weiteren Zahnstange verbunden sind und wobei
in die Zahnstange eines Greiferfußes und die Zahnstange des
zugehörigen Betätigungszylinders jeweils ein Zahnrad eines die
Bewegung des Betätigungszylinders übersetzenden, drehbar
gelagerten Doppelzahnrads eingreift. Mit dem Doppelzahnrad aus
zwei drehfest miteinander verbundenen einzelnen Zahnrädern
unterschiedlichen Durchmessers werden die beiden Zahnstangen des
Betätigungszylinders einerseits und des zugehörigen Greiferfußes
andererseits auf einfachste Weise so getrieblich miteinander
gekoppelt, daß die lineare Bewegung des Betätigungszylinders
übersetzt wird. Mit anderen Worten legt der Greiferfuß größere
Strecken zurück als der Kolben des Betätigungszylinders. Dies
ist insbesondere dann interessant, wenn die Greiferfüße zum
sicheren Erfassen von Objekten, deren tatsächliche Lage von
einer anzunehmenden Mittellage sehr stark abweisen kann, weit
ausgefahren werden müssen. Zudem eignet sich die neue Vorrich
tung bei sehr großen von den Greiferfüßen zurücklegbaren
Verfahrwegen ohne Umrüstung für sehr unterschiedliche Größen der
zu greifenden Objekte. Durch die nur getriebliche Kopplung der
Greiferfüße mit den Kolben der Betätigungszylinder ist es
darüber hinaus möglich, die Betätigungszylinder quer zu der
linearen Bewegungsrichtung der Greiferfüße auszurichten. Insbe
sondere der lineare Platzbedarf kann so erheblich reduziert
werden. Die Betätigungszylinder können in einer solchen Orien
tierung zu den Zahnstanden der Greiferfüße angeordnet werden, in
der innerhalb der Gesamtvorrichtung noch die größten Freiräume
vorhanden sind.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei
spiels näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Prinzipschaubild zu der neuen Vorrichtung beim
Ergreifen des obersten Objekts von einem Stapel in
einer Seitenansicht,
Fig. 2 die Anlage der Greiferfüße an das Objekt bei seinem
Ergreifen mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Fig. 3 die Anlage der Greiferfüße an das Objekt bei einer
abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß
Fig. 1,
Fig. 4 eine Einzelteileübersicht der Vorrichtung gemäß Fig.
1 in einer ersten Funktionsstellung,
Fig. 5 die Einzelteilübersicht gemäß Fig. 4 in einer zweiten
Funktionsstellung,
Fig. 6 eine Kontaktplatte der Vorrichtung in einer separaten
Darstellung,
Fig. 7 ein erster, obere Teil einer Anschlußeinrichtung für
die Kontaktplatte,
Fig. 8 ein zweiter, unterer Teil der Anschlußeinrichtung für
die Kontaktplatte in einer ersten Funktionsstellung,
Fig. 9 der untere Teil der Anschlußeinrichtung gemäß Fig. 8
in einer zweiten Funktionsstellung,
Fig. 10 die Antriebseinheit für den in den Fig. 8 und 9
dargestellten unteren Teil der Anschlußeinrichtung für
die Kontaktplatte,
Fig. 11 einen Antrieb für einen Greiferfuß der Vorrichtung,
Fig. 12 ein Getriebe des Antriebs gemäß Fig. 11 im Quer
schnitt und
Fig. 13 den über das Getriebe gemäß Fig. 12 angetriebenen
Greiferfuß.
Fig. 1 zeigt, wie eine Vorrichtung 1 das oberste Objekt 2 von
einem Stapel von Objekten 2 ergreift. Bei den Objekten 2 kann es
sich um solche handeln, deren Stirnflächen 3 nicht vollständig
parallel zueinander ausgerichtet sind, so daß das oberste Objekt
2 eine aufgrund der aufsummierten Toleranzen undefinierte
Winkellage zur Aufstandfläche 30 des Stapels der Objekte 2
aufweist. Um diese Winkellage zu erfassen, weist die Vorrichtung
1 eine Kontaktplatte 5 auf, die sich an die obere Stirnfläche 3
des obersten Objekts 2 des Stapels anlegt. Dabei ist die
Kontaktplatte 5 gegenüber einer Basis 6 frei verschwenkbar, was
durch eine geeignete Ausbildung einer Anschlußeinrichtung 7 für
die Kontaktplatte 5 an der Basis 6 gewährleistet wird. Die
Kontaktplatte 5 richtet die Vorrichtung 1 so gegenüber dem
Objekt 2 aus, daß Greiferfüße 8 der Vorrichtung 1 in einer
parallelen Ebene zu der Stirnfläche 3 an eine Oberfläche 4 des
Objekts 2 herangefahren werden, um das Objekt 2 zu ergreifen.
Auf diese Weise wird nicht nur ein sicheres Greifen des Objekts
2 gewährleistet. Durch Erfassen der Verfahrwege der einzelnen
Greiferfüße durch hier nicht dargestellte Meßeinrichtungen kann
auch die Relativlage des Objekts 2 gegenüber der Kontaktplatte
5 und damit der Vorrichtung 1 erfaßt werden. Unter Kenntnis
dieser Relativlage kann das Objekt 2 gegenüber der Basis 6 in
eine definierte Lage gebracht werden, indem die Kontaktplatte 5
gegenüber der Basis 6 definiert ausgerichtet wird. Dies ist ohne
weiteres möglich, nachdem das Objekt 2 mit der verfahrbaren
Basis 6 in Richtung des Doppelpfeils gemäß Fig. 1 angehoben
wurde. Mit dem Ausrichten der Kontaktplatte 5 gegenüber der
Basis 6 werden die Schwenkbewegungen der Kontaktplatte 5 beim
Anlegen an die Stirnfläche 3 des Objekts 2 rückgängig gemacht.
Anschließend kann das Objekt 2 in Richtung der horizontalen
Pfeile gemäß Fig. 1 und auch in der horizpntalen Richtung
senkrecht dazu an einen definierten Ort verfahren werden. Wenn
dabei die Relativlage des Objekts 2 zu der Kontaktplatte 5 und
damit zu der Basis 6 berücksichtigt wird, werden alle ursprüng
lich vorhandenen Unsicherheiten bezüglich der genauen Lage des
Objekts 2 beseitigt.
Fig. 2 skizziert das Anlegen von drei gleich beabstandeten
Greiferfüßen 8 an die äußere Oberfläche 4 des Objekts 2 gemäß
Fig. 1. Die Oberfläche 4 ist von kreisförmigem Querschnitt. Die
Lage des Objekts 2 in der Zeichenebene der Fig. 2 kann daher
durch die Verfahrwege der einzelnen Greiferfüße 8 vollständig
erfaßt werden.
Dasselbe gilt in dem Fall von Fig. 3, bei dem die kreisrunde
Kontaktfläche 4, an die sich die Greiferfüße 8 anlegen, eine
innere Oberfläche des Objekts 2 ist. Außer einer umgekehrten
Verfahrrichtung der Greiferfüße 8 beim Anlegen an die Oberfläche
4 ergeben sich daher keine prinzipiellen. Unterschiede gegenüber
dem in Fig. 2 dargestellten Fall.
Die Fig. 4 und 5 zeigen die Einzelteile der Vorrichtung 1
gemäß Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Funktionsstellungen.
Gemäß Fig. 4 sind die Greiferfüße 8 ausgefahren. Gemäß Fig. 5
sind die Greiferfüße 8 eingefahren. Die weitere Erläuterung der
Einzelteile aus den Fig. 4 und 5 erfolgt unter Verweis auf
die weiteren Figuren, in denen diese Einzelteile separat darge
stellt sind. Außer im Fall von Fig. 6, entspricht die Blick
richtung der Einzelteilzeichnungen nicht derjenigen der Fig.
4 und 5, sondern verläuft senkrecht dazu. So ist die Zeichen
ebene der Fig. 4 und 5 eine Horizontale, während die
Zeichenebenen der Fig. 7 folgende vertikal verlaufen. Zudem
sind in den Fig. 4 und 5 Einzelteile zusammen dargestellt,
die sich tatsächlich in unterschiedlichen horizontalen Ebenen
befinden.
In der untersten Ebene liegt die in Fig. 6 separat dargestellte
Kontaktplatte 5. Auffällig ist, daß die Kontaktplatte 5 nicht
kreisrund ist, sondern sich von einem Zentralbereich fingerartig
nach außen erstreckt. Dies ist für die Anlage an einer Stirn
fläche 3, um deren räumliche Orientierung zu erfassen, völlig
ausreichend. Andererseits erlaubt die fingerförmige Ausbildung
der Kontaktplatte 5, daß die Greifer 8 auch in den Außenumfang
der Kontaktplatte 5 hinein zusammengefahren werden können.
Die Kontaktplatte 5 ist über die Anschlußeinrichtung 7 an der
Basis 6 gemäß Fig. 1 gelagert. Die Anschlußeinrichtung ist in
vertikaler Richtung zweigeteilt, wobei die jeweiligen Teile in
den Fig. 7 bzw. 8 und 9 dargestellt sind. Der oberste Bereich
der Anschlußeinrichtung 7 wird von einer Anschlußplatte 24
gebildet, die starr an die Basis 6 gemäß Fig. 6 angesetzt wird.
An die Anschlußplatte 24 schließen sich Reihenschaltungen von
Betätigungszylindern 11 und flexiblen Kupplungen 12 an. An den
flexiblen Kupplungen 12 ist eine Aufbauplatte 25 gelagert. Durch
die Reihenschaltungen der Betätigungszylinder 11 und der
flexiblen Kupplungen 12, von denen hier drei in rotationssymme
trischer Anordnung um die vertikale Hauptachse der Vorrichtung
1 vorgesehen sind, ist die Aufbauplatte gegenüber der Anschluß
platte verschwenkbar, wenn die Betätigungszylinder 11 drucklos
geschaltet sind oder wenn diese vorzugsweise mit einem begrenz
ten pneumatischen Gegendruck auf Kontraktion beaufschlagt
werden, um die Masse der Aufbauplatte und der daran gelagerten
Bauteile der Vorrichtung 1 zumindest teilweise zu kompensieren.
Zum Aufbringen dieses Gegendrucks ist eine Druckregelung 13 für
alle Betätigungszylinder 11 vorgesehen, die in den Fig. 4 und
5 nicht wiedergegeben ist. An der Aufbauplatte 25 ist die
Kontaktplatte 5 über Gewindespindeln 14 gelagert. Die genaue
Anordnung ist den Fig. 8 und 9 entnehmbar. Es sind wieder
drei Gewindespindeln 14 in symmetrischer Anordnung um die
Hauptachse der Vorrichtung 1 vorgesehen. Die Gewindespindeln 14
sind über einen Motor 29 mit daran angeschlossenem Getriebe 28,
die in Fig. 10 separat dargestellt sind, wobei die Relativ
stellung der Kontaktplatte 5 zur Aufbauplatte 25 derjenigen
gemäß Fig. 8 entspricht, ein- und ausfahrbar. Der Drehmoment
übertrag zwischen dem Getriebe 28 und den einzelnen Gewinde
spindeln 14 erfolgt über Synchronscheiben 26 und Zahnriemen 27.
Durch das unterschiedlich weite Ausfahren der Spindeln 14 wird
die Kontaktplatte 5 relativ zu den Greiferfüßen 8 in vertikaler
Richtung positioniert. Hiermit wird unterschiedlichen hohen
Objekten 2 Rechnung getragen. Für sehr hohe Objekte 2 werden die
Spindeln 14 eingefahren. Für niedrige Objekte 2 werden die
Spindeln 14 ausgefahren, so daß die Kontaktplatte 5 näher an die
Greiferfüße 8 heranrückt. Die Fig. 8 und 9 unterscheiden sich
weiterhin dadurch, daß sich auch die Anschlußplatte 24 gegenüber
der Aufbauplatte 25 auf unterschiedlicher Höhe befindet. Dies
ist darauf zurückzuführen, daß bei Fig. 8 die Betätigungs
zylinder 11 gemäß Fig. 7 eingefahren sind, während sie bei
Fig. 9 ausgefahren sind. Eine definierte Relativlage der
Aufbauplatte 25 zur Anschlußplatte 24 ist sowohl dann gegeben,
wenn die Betätigungszylinder 11 vollständig eingefahren sind,
als auch, wenn diese vollständig ausgefahren sind. Letztlich ist
gemäß Fig. 8 die Lagerung für eine andere Spindel 14 darge
stellt als gemäß Fig. 9. Bei Fig. 8 ist zusätzlich eine
Synchronscheibe 26 für den von dem Getriebe 28 ankommenden
Zahnriemen 27 zu sehen, während gemäß Fig. 9 nur die Synchron
scheibe 26 für den das Drehmoment zwischen allen Gewindespindeln
14 vermittelnden Zahnriemen 27 vorhanden ist.
Für das Ein- und Ausfahren der Greiferfüße 8 sind Betätigungs
zylinder 15 vorgesehen, die wie die Betätigungszylinder 11
doppeltwirkend sind und über eine Druckregelung 16 angesteuert
werden. Die Druckregelung 16 ist nur in Fig. 11 angedeutet und
in den Fig. 4 und 5 nicht dargestellt. Kolbenstangen 18 der
Betätigungszylinder 15 sind mit Zahnstangen 19 starr verlängert,
die in Getriebe 31 einlaufen. Ein solches Getriebe 31 ist in
Fig. 12 im Querschnitt dargestellt. In dem Getriebe 31 treibt
die Zahnstange 18 ein kleines Zahnrad 20 an, das mit einem
großen Zahnrad 21 starr zu einem Doppelzahnrad 20, 21 gekoppelt
ist. Das große Zahnrad 21 überträgt seine Drehbewegung auf eine
weitere Zahnstange 17, die unter einem Winkel 22 zu der Zahn
stange 19 angeordnet ist. Das Getriebe 31 eröffnet damit große
Freiheiten bei der Anordnung der Hydraulikzylinder 15 relativ zu
den Greiferfüßen 8, die an den Zahnstangen 17 gelagert sind.
Darüber hinaus macht die Übersetzung der Getriebe 31 eine
kompakte Bauart der Betätigungszylinder 15 in Bezug auf den
maximalen Hub der Kolbenstangen 18 möglich. Gleichzeitig greifen
Drehwinkelimpulsgeber 23 die Drehbewegung des Doppelzahnrads 20,
21 ab, so daß der Verfahrweg jedes Greiferfußes 8 genau über
wacht wird. Die Drehwinkelimpulsgeber 23 bilden zusammen eine
Meßeinrichtung 9 für die Verfahrwege der einzelnen Greiferfüße
8, die in einer Auswerteeinheit 10, welche nur in Fig. 12
angedeutet ist, bezüglich der Relativlage des jeweiligen Objekts
2 zu der Kontaktplatte 5 ausgewertet werden.
Im Einsatz wird die Kontaktplatte 5 an die Stirnfläche 3 des
jeweiligen Objekts 2 herangefahren, wobei die Gewindespindeln 14
in Abstimmung auf die Höhe des jeweiligen Objekts 2 so ausge
fahren sind, daß die Greiferfüße 8 in einer parallelen Ebene mit
geeignetem Abstand zur Kontaktplatte 5 verfahren werden. Bei der
Anlage der Kontaktplatte 5 an die Stirnfläche 3 wird die Masse,
die mit der Kontaktplatte 5 verschwenkt wird, wobei es sich fast
um die gesamte Masse der Vorrichtung 1 gemäß den Fig. 4 bis
13 handelt, durch Aufbau eines Gegendrucks in den Betätigungs
zylindern 11 größtenteils kompensiert, so daß die Anlagekraft
der Kontaktplatte 5 an der Stirnfläche 3 klein bleibt, aber
ausreichend für das Abgreifen der genauen Orientierung der
Stirnfläche 3 ist. Dann werden durch Druckbeaufschlagung der
Betätigungszylinder 15 die Greiferfüße 5 an die Oberfläche 4 des
Objekts 2 herangefahren, bis eine gewünschte Anlagekraft
erreicht ist. Der dabei von den einzelnen Greiferfüßen 8
zurückgelegte Weg wird durch die Drehwinkelimpulsgeber 23
registriert und an die Auswerteeinrichtung 10 übermittelt.
Hieraus wird die Relativlage des Objekts 2 zu der Kontaktplatte
5 ermittelt, so daß das Objekt 2 eine definierte Relativlage zu
der Basis 6 aufweist, sobald die Kontaktplatte 5 nach dem
Anheben des Objekts 2 mit Hilfe der Betätigungszylinder 11
definiert zu der Anschlußplatte 24 ausgerichtet wurde.
Anschließend kann dann durch Verfahren der Basis 6 das Objekt 2
präzise an einen anderen Ort verbracht werden, wobei bei der
Festlegung des Verfahrweges der Basis 6 ein etwaiger horizon
taler Versatz des Objekts 2 zu der Kontaktplatte 5 kompensiert
wird.
1
Vorrichtung
2
Objekt
3
Stirnfläche
4
Oberfläche
5
Kontaktplatte
6
Basis
7
Anschlußeinrichtung
8
Greißerfuß
9
Meßeinrichtung
10
Auswerteinrichtung
11
Betätigungszylinder
12
Kupplung
13
Druckregelung
14
Gewindespindel
15
Betätigungszylinder
16
Druckregelung
17
Zahnstange
18
Kolbenstangen
19
Zahnstange
20
Zahnrad
21
Zahnrad
22
Winkel
23
Drehwinkelimpulsgeber
24
Anschlußplatte
25
Aufbauplatte
26
Synchronscheibe
27
Zahnriemen
28
Getriebe
29
Motor
30
Aufstandfläche
31
Getriebe
Claims (12)
1. Verfahren zum definierten Ergreifen von Objekten (1) mit
einer nach innen oder außen gewandten Oberfläche (4) von
kreisförmigem Querschnitt und mit einer ebenen Stirnfläche (3),
wobei eine gegenüber einer im Raum verfahrbaren Basis (6) frei verschwenkbare Kontaktplatte (5) zur Anlage an der Stirnfläche (3) des jeweiligen Objekts (2) gebracht wird,
wobei eine Mehrzahl von mindestens drei Greiferfüßen (8) parallel zu der Kontaktplatte (5) auseinander oder zusammen gefahren wird, um sich an die Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) anzulegen,
wobei die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) durch ihre Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) begrenzt werden,
wobei die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) bis zu ihrer Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) erfaßt werden, um die Relativlage des Objekts (2) zu der Kontaktplatte (5) zu ermitteln.
wobei eine gegenüber einer im Raum verfahrbaren Basis (6) frei verschwenkbare Kontaktplatte (5) zur Anlage an der Stirnfläche (3) des jeweiligen Objekts (2) gebracht wird,
wobei eine Mehrzahl von mindestens drei Greiferfüßen (8) parallel zu der Kontaktplatte (5) auseinander oder zusammen gefahren wird, um sich an die Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) anzulegen,
wobei die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) durch ihre Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) begrenzt werden,
wobei die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) bis zu ihrer Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) erfaßt werden, um die Relativlage des Objekts (2) zu der Kontaktplatte (5) zu ermitteln.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Masse der Kontaktplatte (5) bei ihrer Anlage an der Stirnfläche
(3) des jeweiligen Objekts (2) teilweise kompensiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das von den Greiferfüßen (8) erfaßte Objekt (2) angehoben
wird und daß dann die Kontaktplatte (5) gegenüber der Basis (6)
definiert ausgerichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Objekt (2) unter Berücksichtigung seiner Relativlage zu der
Kontaktplatte (5) an einen Zielort verfahren und dann durch
Zusammen- bzw. Auseinanderfahren der Greiferfüße (8) freigegeben
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß vor dem Auseinander- bzw. Zusammenfahren der
Greiferfüße (8) zur Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen
Objekts (2) der Abstand der Greiferfüße (8) senkrecht zu der
Kontaktplatte (5) auf den Abstand der Oberfläche (4) des
jeweiligen Objekts (2) von dessen Stirnfläche (3) eingestellt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Greiferfüße (8) jeweils bis zum Aufbringen
einer vorgegebenen Anlagekraft gegen die Oberfläche (4) des
jeweiligen Objekts (2) verfahren werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum definierten
Erfassen von Objekten (2) mit einer nach innen oder außen
gewandten Oberfläche (4) von kreisförmigem Querschnitt und mit
einer ebenen Stirnfläche (3), nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei eine Kontaktplatte (5) für die Anlage an der Stirnfläche (3) des jeweiligen Objekts (2) über eine Anschluß einrichtung (7) an einer im Raum verfahrbaren Basis (6) gelagert ist, die in einer Funktionsstellung eine freie Verschwenkung der Kontaktplatte (5) gegenüber der Basis (6) erlaubt,
wobei eine Mehrzahl von mindestens drei Greiferfüßen (8) parallel zu der Kontaktplatte (5) auseinander und zusammen fahrbar gelagert ist, um sich an die Oberfläche (4) des jewei ligen Objekts (2) anzulegen und um diese wieder freizugeben,
wobei Mittel vorgesehen sind, um die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) durch ihre Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) zu begrenzen,
wobei eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, die die Verfahr wege der einzelne Greiferfüße (8) bis zu ihrer Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) erfaßt, und
wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die aus den von der Meßeinrichtung gemessenen Verfahrwegen bis zur Anlage der Greiferfüße (8) an dem jeweiligen Objekt (2) die Relativlage des Objekts (2) zu der Kontaktplatte (5) ermittelt.
wobei eine Kontaktplatte (5) für die Anlage an der Stirnfläche (3) des jeweiligen Objekts (2) über eine Anschluß einrichtung (7) an einer im Raum verfahrbaren Basis (6) gelagert ist, die in einer Funktionsstellung eine freie Verschwenkung der Kontaktplatte (5) gegenüber der Basis (6) erlaubt,
wobei eine Mehrzahl von mindestens drei Greiferfüßen (8) parallel zu der Kontaktplatte (5) auseinander und zusammen fahrbar gelagert ist, um sich an die Oberfläche (4) des jewei ligen Objekts (2) anzulegen und um diese wieder freizugeben,
wobei Mittel vorgesehen sind, um die Verfahrwege der einzelne Greiferfüße (8) durch ihre Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) zu begrenzen,
wobei eine Meßeinrichtung vorgesehen ist, die die Verfahr wege der einzelne Greiferfüße (8) bis zu ihrer Anlage an der Oberfläche (4) des jeweiligen Objekts (2) erfaßt, und
wobei eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, die aus den von der Meßeinrichtung gemessenen Verfahrwegen bis zur Anlage der Greiferfüße (8) an dem jeweiligen Objekt (2) die Relativlage des Objekts (2) zu der Kontaktplatte (5) ermittelt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anschlußeinrichtung (7) mindestens drei parallel zueinander
angeordnete Reihenschaltungen von jeweils einem doppelt
wirkenden pneumatischen Betätigungzylinder (11) und einer
flexiblen Kupplung (12) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinrichtung beim Verfahren der Basis (6) zum
Verfahren des Objekts (2) an einen Zielort dessen Relativlage zu
der Kontaktplatte (5) berücksichtigt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Abstand der Greiferfüße (8) senkrecht zu
der Kontaktplatte (5) durch Einstellen des Abstands der Kontakt
platte (5) zu der Basis (6) über parallel zueinander angeordnete
und getrieblich miteinander verbundene Gewindespindeln (14)
einstellbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß zum Verfahren jedes Greiferfußes (8) ein
separater doppelt wirkender pneumatischer Betätigungszylinder
(15) vorgesehen ist, wobei für die Betätigungszylinder (15) eine
Druckregelung (16) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Greiferfüße (8) an längsverschieblich gelagerten Zahnstangen
(17) vorgesehen sind, wobei die Betätigungszylinder (15) in
einer Querrichtung zu den Zahnstangen (17) angeordnet sind,
wobei die Kolben der Betätigungszylinder (15) jeweils mit einer
weiteren Zahnstange (19) verbunden sind und wobei in die
Zahnstange (17) eines Greiferfußes (8) und die Zahnstange (19)
des zugehörigen Betätigungszylinders (15) jeweils ein Zahnrad
(20, 21) eines die Bewegung des Betätigungszylinders (15)
übersetzenden, drehbar gelagerten Doppelzahnrads eingreift.
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DE2000150428 DE10050428C1 (de) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Verfahren und Vorrichtung zum definierten Ergreifen von Objekten mit einer Oberfläche von kreisförmigem Querschnitt |
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DE2000150428 DE10050428C1 (de) | 2000-10-12 | 2000-10-12 | Verfahren und Vorrichtung zum definierten Ergreifen von Objekten mit einer Oberfläche von kreisförmigem Querschnitt |
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DE (1) | DE10050428C1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020142158A1 (en) * | 2019-01-04 | 2020-07-09 | Corning Incorporated | Fluid-operated gripping apparatus and method for holding a workpiece in a working orientation |
CN116495405A (zh) * | 2023-06-28 | 2023-07-28 | 四川英创力电子科技股份有限公司 | 电路板输送夹持装置及其使用方法 |
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US4815781A (en) * | 1986-09-16 | 1989-03-28 | Kabushiki Kaisha Yakult Honsha | Industrial robot hand |
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2000
- 2000-10-12 DE DE2000150428 patent/DE10050428C1/de not_active Expired - Fee Related
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