DE102010044926A1

DE102010044926A1 - Damped robot wrist for jerky process forces

Info

Publication number: DE102010044926A1
Application number: DE102010044926A
Authority: DE
Inventors: Karl Martin Dipl.-Ing. Weber; Maik Prof. Dr. Berger; Falk Dipl.-Ing. Ebert
Original assignee: WEBER SCHWEISMASCHINEN GmbH; Weber Schweissmaschinen GmbH
Current assignee: WEBER SCHWEISMASCHINEN GmbH; Weber Schweissmaschinen GmbH
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: WO2011047660A1; DE102010044926B4

Abstract

Ein gedämpftes Roboterhandgelenk für stoßartige Prozesskräfte mit einem Greiferwerkzeug (13) zum Aufnehmen eines Werkstücks (15), einer Werkzeuganschlussvorrichtung (1) zur Verbindung des Handgelenks mit dem Roboter und einer Ausgleichsvorrichtung (6) zur linearen Führung und Dämpfung des Greiferwerkzeugs (13) gegenüber stoßartigen Prozesskräften zeichnet sich dadurch aus, dass die Ausgleichsvorrichtung (6) aus mindestens drei Teilscheren (7, 8, 9) besteht, die parallel zueinander in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind, wobei jede Teilschere (7, 8, 9) aus mindestens drei zweiarmigen (10) und zwei einarmigen (11) an ihren Enden über Gelenke (12) miteinander verbundenen Scherenhebeln besteht, wobei die freien Enden der einarmigen Scherenhebel (11) jeweils am Greiferwerkzeug (13) und an der Werkzeuganschlussvorrichtung (1) angelenkt sind und die Drehachsen (16) der zweiarmigen Scherenhebel (10) am Umfang von senkrecht zur Verschieberichtung des Greiferwerkzeugs (13) stehenden Koppelplatten (17) befestigt sind.A damped robot wrist for impact process forces comprising a gripper tool (13) for receiving a workpiece (15), a tool connection device (1) for connecting the wrist to the robot, and an equalizer (6) for linearly guiding and damping the gripper tool (13) against jerky ones Process forces are characterized in that the compensating device (6) consists of at least three dividing shears (7, 8, 9) which are arranged parallel to each other in mutually inclined planes, each dividing shears (7, 8, 9) consisting of at least three two-armed ( 10) and two one-armed (11) at their ends via joints (12) interconnected scissor levers, wherein the free ends of the one-armed scissor levers (11) respectively on the gripper tool (13) and on the tool connection device (1) are articulated and the axes of rotation ( 16) of the two-armed scissors lever (10) on the circumference of perpendicular to the direction of displacement of the gripper tool (13) ste Henden coupling plates (17) are attached.

Description

Die Erfindung betrifft ein gedämpftes Roboterhandgelenk mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a damped robot wrist with the features of the preamble of claim 1.

Aus DE 10 2005 033 733 A1 ist ein Greifwerkzeug für Roboter bekannt, das zum Aufnehmen und Positionieren eines Werkstücks mittels einer Greifvorrichtung dient und im Sinne des Anmeldungsgegenstandes ein Roboterhandgelenk darstellt.Out DE 10 2005 033 733 A1 For example, a gripping tool for robots is known, which serves for picking up and positioning a workpiece by means of a gripping device and, in the sense of the subject of the application, represents a robot wrist.

Das Greifwerkzeug ist mit einem Gestell versehen, das in einem Werkzeuganschlußelement angeordnet ist, das mit einem Roboter verbindbar ist. In dem Gestell ist eine Ausgleichsvorrichtung enthalten, die im wesentlichen eine Schiene und einen Antrieb aufweist. Die Greifvorrichtung ist an einem ersten Ende der Schiene angeordnet und durch die Ausgleichsvorrichtung linear bewegbar. Die Ausgleichsvorrichtung kann mit einer Dämpfungsvorrichtung verbindbar sein, mit der Stöße in Richtung der geraden Verschiebelinie gedämpft werden.The gripping tool is provided with a frame which is arranged in a tool connection element which can be connected to a robot. In the frame, a compensation device is included, which has a rail and a drive substantially. The gripping device is disposed at a first end of the rail and linearly movable by the balancing device. The compensating device can be connectable to a damping device, are damped with the shocks in the direction of the straight displacement line.

Das bekannte Greifwerkzeug ist zum Beschicken einer Reckwalzanordnung mit Werkstücken vorgesehen. Nach dem Zuführen des Werkstückes in die Reckwalzanordnung wird das Werkstück vom Greifwerkzeug freigegeben. Mit der Dämpfungsvorrichtung können Stöße beim Zuführen in die Reckwalzanordnung gedämpft werden. Von der Reckwalzanordnung erzeugte Prozeßkräfte am Werkstück werden vom Greifwerkzeug nicht aufgenommen, da das Werkstück bei diesem Vorgang vom Greifwerkzeug gelöst ist. Die Länge des Greifwerkzeugs und damit die Dimensionierung des notwendigen Freiraums zwischen Roboter und Bearbeitungsmaschine wird durch die Länge der die Greifvorrichtung tragenden Schiene bestimmt. Für eine Drehung des Werkstücks um seine Längsachse muß der Roboter eine Drehung des Greifwerkzeugs durchführen. Das erfordert einen zusätzlichen Steuervorgang beim Einrichten des Roboters.The known gripping tool is provided for loading a stretching roll arrangement with workpieces. After feeding the workpiece into the stretching roll arrangement, the workpiece is released by the gripping tool. With the damping device shocks can be damped when feeding in the stretching roll. Process forces on the workpiece generated by the stretching roll arrangement are not picked up by the gripping tool, since the workpiece is detached from the gripping tool in this process. The length of the gripping tool and thus the dimensioning of the necessary clearance between the robot and the processing machine is determined by the length of the gripping device carrying rail. For a rotation of the workpiece about its longitudinal axis, the robot must perform a rotation of the gripping tool. This requires an additional control when setting up the robot.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Greifwerkzeug anzugeben, das das Werkstück auch bei der Bearbeitung durch eine Reckwalzanlage halten kann, das dabei erzeugte Prozeßkräfte auffängt, das einen geringen Einbauraum durch kompakte Bauweise erfordert und eine vereinfachte Steuerung des Roboters ermöglicht.The invention had the object of specifying a gripping tool that can hold the workpiece during processing by a stretching roll, which catches the process forces generated, which requires a small installation space due to compact design and allows simplified control of the robot.

Diese Aufgabe wird mit einem Roboterhandgelenk der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.This object is achieved with a robot wrist of the type mentioned in the present invention by the characterizing features of claim 1. Advantageous developments emerge from the features of the subclaims.

Das erfindungsgemäße Roboterhandgelenk stellt eine kostengünstige und universelle Automatisierungslösung für Umformprozesse, im speziellen das Reckwalzen dar, die auch unter extremen Umgebungsbedingungen, wie Schmutz und Hitze, sowie oftmals beengten Bauräumen, sicher und wartungsarm funktioniert.The robot wrist according to the invention represents a cost-effective and universal automation solution for forming processes, in particular stretching rolls, which operates safely and with low maintenance even under extreme environmental conditions, such as dirt and heat, and often confined spaces.

Offenbart wird die Konstruktion eines mechanisch nachgiebigen Handgelenks, welches funktional als Ausgleichseinheit zwischen Roboter und Prozess montiert wird, um so die Antriebselemente des Roboters vor den stoßartigen Prozesskräften zu schützen.Disclosed is the construction of a mechanically compliant wrist, which is functionally mounted as a balancing unit between robot and process, so as to protect the drive elements of the robot from the shock-like process forces.

In einem regulären Prozessablauf entnimmt der Roboter das glühende Walzgut aus einer Übergabestation und positioniert es für den ersten Stich vor der Walzengravur. Anschließend wird das Walzgut durch Ausfahren des Ausgleichsmechanismus zwischen den Walzen positioniert und der Walzvorgang ausgelöst. Dabei wird das Walzgut stoßartig beschleunigt und in Richtung des Handgelenks bewegt. Die Wegdifferenz zwischen dem Roboterflansch und der Greiferzange wird durch den Ausgleichsmechanismus aufgenommen. Nach diesem ersten Stich wird das Walzgut entlang seiner Längsachse um 90° gedreht und in kürzester Zeit durch den Ausgleichsmechanismus in die 2. Walzposition gebracht. Je nach Prozesscharakteristik wiederholt sich dieser Bewegungsablauf mehrfach. Im Normalfall werden beim Reckwalzen bis zu vier derartige Gravurstufen durchfahren. Abschließend legt der Roboter das Walzgut in einer Übergabestation ab.In a regular process, the robot removes the glowing stock from a transfer station and positions it for the first pass prior to roll engraving. Subsequently, the rolling stock is positioned by extending the compensation mechanism between the rollers and the rolling process triggered. The rolling stock is accelerated jerkily and moved in the direction of the wrist. The path difference between the robot flange and the gripper tongs is absorbed by the balancing mechanism. After this first pass, the rolling stock is rotated 90 ° along its longitudinal axis and brought in the shortest time by the balancing mechanism in the 2nd rolling position. Depending on the process characteristics, this sequence of movements is repeated several times. Normally, up to four such engraving stages are traversed during stretching. Finally, the robot places the rolling stock in a transfer station.

Gegenüber den bisherigen Automatisierungslösungen besticht die neue Einheit aus Roboter und nachgiebigem Handgelenk durch eine hohe Flexibilität und kompakte Bauweise bei gleichzeitig großem Ausgleichsweg. Dies reduziert die Anlagenkosten und das System wird damit zukünftig für Unternehmen mit kleineren Ausbringungsmengen interessant. Nicht zuletzt kann damit auch im Sonderfertigungsbereich auf die den Schmiedearbeiter physisch hoch beanspruchende Handbedienung der Reckwalze verzichtet werden.Compared to the previous automation solutions, the new unit made of robots and flexible wrist impresses with its high level of flexibility and compact design combined with a large compensation path. This reduces plant costs and will make the system interesting for companies with lower production volumes. Last but not least, the manual operation of the stretching roller, which is subject to a high level of physical demands on the forge worker, can therefore be dispensed with in the special production area.

Durch den mobilen Einsatz am Roboter ist für das neue Handgelenk generell ein kompakte Konstruktionsausführung in Leichtbauweise erforderlich. Das Rotoberhandgelenk muß die Grundfunktionen Stoßausgleich und -dämpfung, Schwenken und Greifen sicher erfüllen und dabei einen Ausgleichsweg von mindestens 300 mm zur Verfügung stellen, um eine ausreichende Entkopplung von den Prozesskräften zu gewährleisten. Die zum Antrieb erforderlichen aktiven Komponenten sind mit der in Schmieden generell verfügbaren Elektro- und Druckluftversorgung zu betreiben. Ferner müssen durch die im Schmieden vorherrschenden Umgebungsbedingungen konstruktive Schutzmaßnahmen zu Abweisen von Schmutz und Wärme getroffen werden.Due to the mobile application on the robot, a compact construction design in lightweight construction is generally required for the new wrist. The rotor wrist must be able to safely fulfill the basic functions of shock compensation and damping, pivoting and gripping while providing a compensation path of at least 300 mm in order to ensure sufficient decoupling from the process forces. The active components required for the drive must be operated with the electrical and compressed air supply generally available in forges. Furthermore, the environmental conditions prevailing in forging must be followed by constructive protective measures for the rejection of dirt and heat.

Der Ausgleichsmechanismus dient zum Ausgleich der Stoßvorgänge und ist somit das Kernstück des neuen Handgelenks. Basierend auf einem Variantenvergleich von klassischen Geradführungsprinzipien wurde derjenige Mechanismus in die engere Wahl gezogen, der die technologischen Anforderungen nach einer kompakten und leichten Bauweise bei möglichst großem Führungsweg erfüllt. Dabei sind die Getriebekomponenten nur durch staubgekapselte und wartungsarme Drehgelenke verbunden. The balancing mechanism balances the shocks and is thus the centerpiece of the new wrist. Based on a comparison of classical linear guidance principles, the shortlisted mechanism fulfilling the technological requirements for a compact and lightweight design with the largest possible guide path was shortlisted. The transmission components are only connected by dust-sealed and low-maintenance swivel joints.

Der Erfindungsgegenstand verwendet einen Geradführungsmechanismus, der auf dem Prinzip der „Nürnberger Schere” beruht. Dieses Funktionsprinzip wurde in eine für diesen Anwendungsfall neuartige innovative Struktur umgesetzt. Das neue Handgelenk arbeitet mit drei Teilscheren, welche parallel und in 120° versetzten Ebenen angeordnet sind. Der Antrieb erfolgt pneumatisch am mittleren Steg der drei Koppelstränge. Dadurch ergibt sich zwischen Greifer und Antriebszylinder eine Übersetzung von 2:1. Im Ergebnis entsteht eine sehr kompakte, leichte und zugleich steife Greiferführung, die hohe Flexibilität bei gleichzeitig nachhaltiger Kostensenkung gegenüber den bisherigen stationären Automatisierungslösungen gewährleistet.The subject invention uses a linear guiding mechanism based on the principle of "Nuremberg scissors". This functional principle has been translated into a novel innovative structure for this application. The new wrist works with three dividers, which are arranged parallel and in 120 ° offset planes. The drive takes place pneumatically at the middle web of the three coupling strands. This results in a ratio of 2: 1 between gripper and drive cylinder. The result is a very compact, lightweight and at the same time stiff gripper guide, which ensures high flexibility and at the same time sustainable cost reduction compared to the previous stationary automation solutions.

Aus Raum- und Stabilitätsgründen ist eine im Querschnitt um 120° drehsymmetrische Anordnung der Teilscheren vorteilhaft. Es können aber auch mehr als drei Teilscheren in drehsymmetrischer Anordnung vorgesehen sein. Bei vier Teilscheren ergibt sich dann eine Neigung der Ebenen um 90° zueinander. Andere Querschnittssymmetrien können bei Greiferanordnungen vorteilhaft sein, die nur einen linearen Vorschub und keine Drehung des Werkstücks erfordern.For reasons of space and stability, a cross-section of 120 ° rotationally symmetrical arrangement of the dividing shears is advantageous. However, it is also possible to provide more than three dividing shears in a rotationally symmetrical arrangement. In the case of four part shears, the planes are then inclined by 90 ° to one another. Other cross-sectional symmetries may be advantageous in gripper assemblies that require only linear feed and no rotation of the workpiece.

Für das Drehen des Walzgutes nach jedem Stich wurde ein im Roboterhandgelenk integrierter Schwenkmechanismus entwickelt. Dieser dreht alternierend das Walzgut um 90° bzw. 270° entlang der Längsachse, um eine gleichmäßige und achssymmetrische Ausformung der Schmiederohlinge während des Walzvorgangs sicherzustellen. Der Roboterarm selbst braucht keine Drehbewegung auszuführen, so dass auch einfachere Roboter mit dem Handgelenk ausgestattet werden können.For turning the rolling stock after each stitch, a swivel mechanism integrated in the robot wrist was developed. This alternately rotates the rolling stock by 90 ° or 270 ° along the longitudinal axis in order to ensure a uniform and axisymmetric shaping of the forging blanks during the rolling process. The robotic arm itself does not need to make any rotational movement, so even simpler robots can be equipped with the wrist.

Die Drehung erfolgt prozessgesteuert durch einen pneumatischen Drehantrieb, der über eine Zahnradstufe den Ausgleichsmechanismus mit Greifer schwenkt.The rotation is controlled by a pneumatic rotary actuator, which pivots the compensation mechanism with gripper via a gear stage.

Um die Winkellagepositionierung des Greifers sicherzustellen, wird der mit weitem Stützabstand gelagerte Ausgleichsmechanismus durch feste mechanische Drehanschläge begrenzt. Notwendig wird dies durch den innerhalb der Walzenleerlaufzeit von 0,3 s zu realisierende Schwenkvorgang. Gleichzeitig entlastet der Schwenkmechanismus den Roboter von der zwar einfachen aber hochdynamischen Drehbewegung. Dadurch wird nicht nur Prozesszeitablauf abgesichert, sondern es werden auch die Roboterantriebskomponenten nachhaltig geringer beansprucht, was letztlich einer längeren Lebensdauer zugute kommt.In order to ensure the angular position positioning of the gripper, the compensation mechanism mounted with a wide support distance is limited by fixed mechanical rotation stops. This is necessary due to the swiveling process to be implemented within the rolling idle time of 0.3 s. At the same time, the swivel mechanism relieves the robot of the simple but highly dynamic rotary motion. As a result, not only is the process time taken care of, but also the robot drive components are sustainably less stressed, which ultimately benefits a longer service life.

Die wesentliche Anforderung an den Greifer besteht darin, das bis zu 1.300°C heiße Walzgut sicher zu greifen, um es von der Aufnahmestation zu den einzelnen Walzstichen bis zur Ablagestation zu transportieren. Zudem sind die Zangenbauteile erheblichen Staub- und Schmutzbelastungen, vor allem durch ständig abplatzenden Zunder ausgesetzt. Deshalb wurde ein Greifer konstruiert, bei dem die bewegten Glieder vor groben Staub geschützt in einem gekapselten Gehäuse untergebracht sind. Um die geforderten großen Greifkräfte zu erzeugen, wurde die Greifermechanik als Kniehebelmechanismus ausgeführt. Der Antrieb erfolgt durch einen Pneumatikzylinder, der geschützt in einem zentral gelegenen Führungsrohr angeordnet ist.The essential requirement of the gripper is to grip the up to 1,300 ° C hot material safely to transport it from the receiving station to the individual rolling passes to the storage station. In addition, the pliers components are exposed to considerable dust and dirt, especially by constantly peeling tinder. Therefore, a gripper was constructed in which the moving members are housed protected from coarse dust in a sealed housing. In order to produce the required large gripping forces, the gripper mechanism was designed as a toggle mechanism. The drive is made by a pneumatic cylinder, which is protected in a centrally located guide tube.

Das Walzgut darf während des Einfahrvorganges in die Walzen nicht mit den Walzenkörpern in Kontakt geraten. Die maximale Durchsenkung der Ausgleichsmechanismusstruktur am vorderen Walzgutende unter Eigengewichtsbelastung ist daher eine wichtige Einflußgröße für die Betriebssicherheit der Anordnung. Neben der statischen Durchsenkung sind auch dynamische Belastungen zu berücksichtigen. Durch den Transferprozeß von Stich zu Stich wirken zum Ende des Vorgangs Beschleunigungsspitzen auf die Ausgleichsmechanismustruktur ein. Durch die Analyse des Ausschwingverhaltens konnte nachgewiesen werden, dass die Amplituden unterhalb der geforderten Maximalwertvorgaben liegen.The rolling stock must not come into contact with the roll bodies during the entry process into the rolls. The maximum lowering of the compensation mechanism structure at the front end of the rolling stock under its own weight load is therefore an important factor for the reliability of the arrangement. In addition to the static reduction, dynamic loads must also be considered. Through the transfer process from stitch to stitch, acceleration peaks affect the compensation mechanism structure at the end of the process. By analyzing the decay behavior it could be shown that the amplitudes are below the required maximum value specifications.

Zur Erweiterung des Belastungs- und Dynamikbereichs ist es jedoch vorteilhaft, bei schweren Werkstücken die Ausgleichsmechanismusstruktur über eine außerhalb der Vorrichtung liegende und an der Schwenkvorrichtung im Bereich der Werkzeuganschlußvorrichtung befestigten Stützschiene mit Stützschlitten zusätzlich abzustützen.However, in order to expand the loading and dynamic range, it is advantageous to additionally support the compensating mechanism structure in the case of heavy workpieces via a support rail with supporting slide lying outside the device and fastened to the pivoting device in the region of the tool connection device.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Roboterhandgelenks schematisch dargestellt. Dabei zeigenIn the drawings, embodiments of the robot wrist according to the invention are shown schematically. Show

1 eine Anordnung mit zusammengeschobener Ausgleichsvorrichtung, 1 an arrangement with collapsed compensation device,

2 die Anordnung mit ausgefahrener Ausgleichsvorrichtung, 2 the arrangement with the compensating device extended,

3 einen Querschnitt durch die Ausgleichsvorrichtung im Bereich einer Koppelplatte und 3 a cross section through the compensating device in the region of a coupling plate and

4 eine Anordnung mit zusätzlicher Stützschiene. 4 an arrangement with additional support rail.

Das in den 1, 2 dargestellte Roboterhandgelenk enthält eine Werkstückanschlußvorrichtung 1, die mit einer Montageplatte 2 zum Anschluß an einen nicht dargestellten Roboterarm versehen ist. In die Werkstückanschlußvorrichtung 1 integriert ist eine Schwenkvorrichtung 3, die über Zahnräder 4, 5 antreibbar ist.That in the 1 . 2 illustrated robot wrist includes a workpiece connection device 1 that with a mounting plate 2 is provided for connection to a robot arm, not shown. In the workpiece connection device 1 integrated is a swivel device 3 that have gears 4 . 5 is drivable.

An der Schwenkvorrichtung 3 befestigt ist eine Ausgleichsvorrichtung 6. Diese besteht aus drei Teilscheren 7, 8, 9, die parallel zueinander in 120° zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind. Jede der Teilscheren 7. 8, 9 besteht aus drei zweiarmigen Scherenhebeln 10 und zwei einarmigen Scherenhebeln 11. Die Scherenhebel 10, 11 sind an ihren Enden über Gelenke 12 miteinander verbunden, wobei ein Ende des Scherenhebels ein anderes Ende klauenförmig umgreift. Die zweiarmigen Scherenhebel 10 weisen zwei gleichlange Anne auf. Die Länge der einarmigen Scherenhebel 11 ist gleich der halben Länge der zweiarmigen Scherenhebel 10.At the swivel device 3 attached is a balancing device 6 , This consists of three dividers 7 . 8th . 9 which are arranged parallel to each other in 120 ° inclined planes. Each of the dividers 7 , 8th . 9 consists of three two-armed scissor levers 10 and two one-armed scissors levers 11 , The scissors levers 10 . 11 are at their ends over joints 12 connected to each other, wherein one end of the scissor lever claw-shaped around another end. The two-armed scissors levers 10 have two of the same length Anne. The length of the one-armed scissor lever 11 is equal to half the length of the two-armed scissor lever 10 ,

Die freien Enden der einarmigen Scherenhebel 11 sind zum einen an der Schwenkvorrichtung 3 der Werkzeuganschlußvorrichtung 1 angelenkt und zum anderen an einem Greifwerkzeug 13. Das Greifwerkzeug 13 ist mit einer nicht weiter dargestellten pneumatischen Klemmvorrichtung 14 zum Einspannen eines Werkstücks 15 ausgestattet.The free ends of the one-armed scissors levers 11 are on the one hand on the swivel device 3 the tool connection device 1 hinged and on the other hand on a gripping tool 13 , The gripping tool 13 is with a pneumatic clamping device, not shown 14 for clamping a workpiece 15 fitted.

Die Drehachsen 16 der zweiarmigen Scherenhebel 10 sind am Umfang von senkrecht zur Verschieberichtung der Ausgleichsvorrichtung 6 stehenden Koppelplatten 17 befestigt. Die Koppelplatten 17 sind rahmenförmig mit drei am Umfang um 120° versetzt angeordneten ebenen Lagerflächen ausgebildet. Dadurch entsteht im Zentrum der Ausgleichsvorrichtung 6 längs der Verschieberichtung eine Freiraum, in dem eine von der Werkzeuganschlußvorrichtung 1 ausgehende Hubvorrichtung eingesetzt werden kann. Die Hubvorrichtung ist nicht weiter dargestellt und greift als pneumatischer Vorschub vorzugsweise an der mittleren der Koppelplatten 17 an.The axes of rotation 16 the two-armed scissor lever 10 are on the circumference of perpendicular to the direction of the compensation device 6 standing coupling plates 17 attached. The coupling plates 17 are formed frame-shaped with three circumferentially offset by 120 ° arranged flat bearing surfaces. This results in the center of the balancing device 6 along the direction of displacement, a free space in which one of the tool connection device 1 outgoing lifting device can be used. The lifting device is not shown and engages as a pneumatic feed preferably at the middle of the coupling plates 17 at.

Die aus den drei Teilscheren 7, 8, 9 gebildete Ausgleichsvorrichtug 6 hat auch im gestreckten Zustand (2) eine große Steifigkeit mit vernachlässigbarer Absenkung des Werkstücks 15.The from the three dividers 7 . 8th . 9 formed Ausgleichsvorrichtug 6 also in stretched condition ( 2 ) a high rigidity with negligible lowering of the workpiece 15 ,

3 zeigt einen Querschnitt durch die Ausgleichsvorrichtung 6 im Bereich einer Koppelplatte 17. Die Koppelplatte 17 ist als gleichseitiges Dreieck mit abgeflachten Spitzen ausgebildet, die die Lagerflächen für die Teilscheren 7, 8, 9 bilden. In die Lagerflächen sind die Drehachsen 16 eingesetzt. Das Zentrum der Koppelplatte 17 ist kreisförmig offen, so dass eine Rahmen entsteht, in dem nicht weiter bezeichnete pneumatische Vorschubeinrichtungen in Längsrichtung durch die Ausgleichsvorrichtung 6 hindurchgeführt werden können. 3 shows a cross section through the compensating device 6 in the area of a coupling plate 17 , The coupling plate 17 is formed as an equilateral triangle with flattened tips, which are the bearing surfaces for the dividers 7 . 8th . 9 form. In the bearing surfaces are the axes of rotation 16 used. The center of the coupling plate 17 is circular open, so that a frame is formed in the not further designated pneumatic feed devices in the longitudinal direction by the compensating device 6 can be passed.

Eine gesteigerte Steifigkeit der Ausgleichsvorrichtung 6 gegen Absenkung des Werkstücks 15 im gestreckten Zustand kann durch eine sich dem Ausfahrzustand der Ausgleichsvorrichtung 6 anpassende Abstützung erreicht werden. Dazu ist in 4 eine Stützschiene 18 mit der Schwenkvorrichtung 3 im Bereich der Werkzeuganschlußvorrichtung 1 verbunden. Die Stützschiene 18 liegt außerhalb der Ausgleichsvorrichtung 6 und erstreckt sich parallel zur Streckrichtung der Ausgleichsvorrichtung 6. Auf der Stützschiene 18 ist ein Stützschlitten 19 verschiebbar gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die dem Greiferwerkzeug 13 nächstliegende der Koppelplatten 17 starr mit dem Stützschlitten 19 über ein Stützrohr 20 verbunden, das auch bei Drehung der Ausgleichsvorrichtung um 90° die Ausgleichsvorrichtung zusätzlich hält. In der Praxis wird die Abstützung vorzugsweise an der mittleren der Koppelplatten 17 vorgenommen, so dass sich eine geringere Ausladung der Stützschiene 18 ergibt. Die Verbindung des Stützrohres 20 mit der Koppelplatte 17 liegt zwischen den Lagerflächen der Scherenhebel 10 mit den Drehachsen 16. Die Ausgleichsbewegung der Teilscheren 7, 8, 9 wird dadurch bei geeigneter Dimensionierung der Koppelplatten 17 nicht behindert. Die Länge der Stützschiene 18 ist bei Unterstützung der mittleren Koppelplatte 17 an den halben Verschiebeweg der Ausgleichsvorrichtung 6 angepaßt. Die Kompaktheit des Handgelenks wird dadurch also nicht beeinflusst.An increased rigidity of the balancing device 6 against lowering of the workpiece 15 in the extended state can by a the extended state of the balancing device 6 appropriate support can be achieved. This is in 4 a support rail 18 with the swivel device 3 in the area of the tool connection device 1 connected. The support rail 18 is outside the equalizer 6 and extends parallel to the stretching direction of the compensating device 6 , On the support rail 18 is a support carriage 19 slidably mounted. In the illustrated embodiment, the gripper tool 13 nearest to the coupling plates 17 rigid with the support slide 19 via a support tube 20 connected, which also keeps the compensating device by 90 ° when the compensation device. In practice, the support is preferably at the middle of the coupling plates 17 made, so that a lower projection of the support rail 18 results. The connection of the support tube 20 with the coupling plate 17 lies between the bearing surfaces of the scissors levers 10 with the rotary axes 16 , The compensatory movement of the dividing shears 7 . 8th . 9 is characterized by suitable dimensioning of the coupling plates 17 not disabled. The length of the support rail 18 is with support of the middle coupling plate 17 at half the displacement of the compensating device 6 customized. The compactness of the wrist is thus not affected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: WerkstückanschlußvorrichtungWorkpiece connection device
22: Montageplattemounting plate
33: Schwenkvorrichtungswivel device
4, 54, 5: Zahnrädergears
66: Ausgleichsvorrichtungbalancer
7, 8, 97, 8, 9: Teilscherenshears
1010: zweiarmige Scherenhebeltwo-armed scissor lever
1111: einarmige Scherenhebelone-armed scissor lever
1212: Gelenkejoints
1313: Greiferwerkzeuggripper tool
1414: pneumatische Klemmvorrichtungpneumatic clamping device
1515: Werkstückworkpiece
1616: Drehachsenrotational axes
1717: Koppelplattencoupling plates
1818: Stützschienesupport rail
1919: Stützschlittensupport cradle
2020: Stützrohrsupport tube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005033733 A1 [0002] DE 102005033733 A1 [0002]

Claims

Gedämpftes Roboterhandgelenk für stoßartige Prozesskräfte mit einem Greiferwerkzeug (13) zum Aufnehmen eines Werkstücks (15), einer Werkzeuganschlussvorrichtung (1) zur Verbindung des Handgelenks mit dem Roboter und einer Ausgleichsvorrichtung (6) zur linearen Führung und Dämpfung des Greiferwerkzeugs (13) gegenüber stoßartigen Prozesskräften, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Ausgleichsvorrichtung (6) aus mindestens drei Teilscheren (7, 8, 9) besteht, die parallel zueinander in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind, wobei b) jede Teilschere (7, 8, 9) aus mindestens drei zweiarmigen (10) und zwei einarmigen (11) an ihren Enden über Gelenke (12) miteinander verbundenen Scherenhebeln besteht, wobei c) die freien Enden der einarmigen Scherenhebel (11) jeweils am Greiferwerkzeug (13) und an der Werkzeuganschlussvorrichtung (1) angelenkt sind und d) die Drehachsen (16) der zweiarmigen Scherenhebel (10) am Umfang von senkrecht zur Verschieberichtung des Greiferwerkzeugs (13) stehenden Koppelplatten (17) befestigt sind.Damped robot wrist for impulsive process forces with a gripper tool ( 13 ) for picking up a workpiece ( 15 ), a tool connection device ( 1 ) for connecting the wrist to the robot and a balancing device ( 6 ) for linear guidance and damping of the gripper tool ( 13 ) against jerky process forces, characterized in that a) the compensating device ( 6 ) of at least three shears ( 7 . 8th . 9 ), which are arranged parallel to each other in mutually inclined planes, b) each Teilschere ( 7 . 8th . 9 ) from at least three two-armed ( 10 ) and two-armed ( 11 ) at their ends via joints ( 12 ) interconnected scissor levers, wherein c) the free ends of the one-armed scissors levers ( 11 ) each on the gripper tool ( 13 ) and on the tool connection device ( 1 ) and d) the axes of rotation ( 16 ) of the two-armed scissor lever ( 10 ) at the periphery of perpendicular to the direction of displacement of the gripper tool ( 13 ) standing coupling plates ( 17 ) are attached.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiarmigen Scherenhebel (10) zwei gleichlange Arme aufweisen und die Länge der einarmigen Scherenhebel (11) gleich der halben Länge der zweiarmigen Scherenhebel (10) ist.Robot wrist according to claim 1, characterized in that the two-armed scissors levers ( 10 ) have two arms of equal length and the length of the one-armed scissors levers ( 11 ) equal to half the length of the two-armed scissors levers ( 10 ).

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelplatten (17) rahmenförmig mit drei am Umfang um 120° versetzt angeordneten ebenen Lagerflächen ausgebildet sind.Robot wrist according to claim 1, characterized in that the coupling plates ( 17 ) are formed frame-shaped with three circumferentially offset by 120 ° arranged flat bearing surfaces.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das Greiferwerkzeug (13) eine pneumatische Spannvorrichtung eingesetzt ist.Robot wrist according to claim 1, characterized in that in the gripper tool ( 13 ) A pneumatic tensioning device is used.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuganschlussvorrichtung (1) eine Schwenkvorrichtung (3) zur Drehung des Handgelenks um die Verschieberichtung des Greiferwerkzeugs (13) enthält.Robot wrist according to claim 1, characterized in that the tool connection device ( 1 ) a pivoting device ( 3 ) for rotating the wrist about the displacement direction of the gripper tool ( 13 ) contains.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeuganschlussvorrichtung (1) eine an der mittleren Koppelplatte (17) angreifende Hubvorrichtung zum Strecken der Ausgleichsvorrichtung (6) enthält.Robot wrist according to claim 1, characterized in that the tool connection device ( 1 ) one on the middle coupling plate ( 17 ) attacking lifting device for stretching the compensation device ( 6 ) contains.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine pneumatische Hubvorrichtung vorhanden ist.Robot wrist according to claim 6, characterized in that a pneumatic lifting device is present.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Streckrichtung der Ausgleichsvorrichtung (6) an der Schwenkvorrichtung (3) im Bereich der Werkzeuganschlussvorrichtung (1) eine außerhalb der Ausgleichsvorrichtung (6) liegende Stützschiene (18) mit Stützschlitten (19) angeordnet ist.Robot wrist according to claim 1, characterized in that parallel to the stretching direction of the compensating device ( 6 ) on the pivoting device ( 3 ) in the area of the tool connection device ( 1 ) one outside the balancing device ( 6 ) lying support rail ( 18 ) with support slide ( 19 ) is arranged.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützschiene (18) parallel zur Ebene einer Teilschere angeordnet ist.Robot wrist according to claim 8, characterized in that the support rail ( 18 ) is arranged parallel to the plane of a part scissors.

Roboterhandgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere der Koppelplatten (17) mit dem Stützschlitten (19) über ein Stützrohr (20) verbunden ist.Robot wrist according to claim 9, characterized in that the middle of the coupling plates ( 17 ) with the support carriage ( 19 ) via a support tube ( 20 ) connected is.