DE102017124713B3

DE102017124713B3 - Greif- oder Spanneinheit, insbesondere zur Verwendung in einer Mensch-Roboter-Kollaboration und Verfahren

Info

Publication number: DE102017124713B3
Application number: DE102017124713.0A
Authority: DE
Inventors: Bruno Fellhauer
Original assignee: Schunk GmbH and Co KG
Current assignee: Schunk GmbH and Co KG
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-10-24

Abstract

Greif- oder Spanneinheit (10), insbesondere zur Verwendung in einer Mensch-Roboter-Kollaboration, mit einem in einem Arbeitszylinder (15) verfahrbaren, einen Arbeitsdruckraum (50, 52) begrenzenden Arbeitskolben (14), wobei der Arbeitskolben (14) mit einer Grundbacke (16) derart bewegungsgekoppelt ist,
dass bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums (50, 52) an der Grundbacke (16) eine Greifkraft bereit gestellt wird, wobei ein Positionierantrieb (64) vorgesehen ist, mit dem die Grundbacke (16) zu einer Greifposition verfahrbar ist, wobei mit dem Positionierantrieb (42) an der Grundbacke (16) eine Positionierkraft bereitstellbar ist, die eine zulässige Grenzkraft nicht überschreitet, und
dass eine Festsetzeinheit (66) vorgesehen ist, mit der die Grundbacke (16) nach deren Positionierung und nach einer Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums (50, 52) festsetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greif- oder Spanneinheit, insbesondere in einer Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), mit einem in einem Arbeitszylinder verfahrbaren, einen Arbeitsdruckraum begrenzenden Arbeitskolben, wobei der Arbeitskolben mit wenigstens einer Grundbacke derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums an der Grundbacke eine Greifkraft bereitgestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Greif- oder Spanneinheit.
Derartige Greif- oder Spanneinheiten können einen oder mehrere Arbeitskolben aufweisen, der mit einer, mit zwei oder mit drei Grundbacken bewegungsgekoppelt ist. Der wenigstens eine Arbeitskolben kann dabei einseitig oder auch beidseitig druckbeaufschlagbar sein. Die Greif- oder Spanneinheiten können als Parallelgreifer ausgebildet sein, wobei dann zwei Grundbacken vorgesehen sind. Die Greif- oder Spanneinheiten können auch als Zentrischgreifer ausgebildet sein, wobei dann drei Grundbacken vorgesehen sind, die aufeinander zu und voneinander weg verfahrbar sind.
Greif- oder Spanneinheiten sind beispielsweise bekannt aus der DE 100 13 022 C2 oder DE 101 38 685 Cl.
Ferner ist aus der DE 2011 084 177 A1 bekannt, ein Dämpfungselement zwischen dem Antrieb der Grundbacke und der Grundbacke vorzusehen. Aus der DE 10 2013 211 528 A1 ist bekannt, ein elastisches Federelement zur Greifkrafterhaltung vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greif- oder Spanneinheit bereitzustellen, die insbesondere zur Verwendung in einer Mensch-Roboter-Kollaboration Verwendung finden kann. Solche Greif- oder Spanneinheiten müssen verschiedene Voraussetzungen erfüllen. Beispielsweise darf die Greifkraft eine zulässige Grenzkraft, die bzw. im Bereich von 140 Newton liegt, nicht überscheiten, um Verletzungen mit dauerhaften Folgen an Menschen zu verhindern. Größere Greifkräfte können nur dann eingesetzt werden, wenn sichergestellt ist, dass eine Bewegungsstrecke ein vorgegebenes, noch zulässiges Grenzmaß, das bzw. bei ca. 4 mm liegt nicht überschritten wird. Dadurch wird verhindert, dass es trotz Bereitstellung einer hohen Greifkraft zu folgenschweren Verletzungen, insbesondere von Quetschungen oder Knochenbrüchen kommen kann. Ferner ist erforderlich, dass bei Stromausfall oder Druckluftausfall die Greifkraft erhalten bleibt, so dass gegriffene Gegenstände nicht der Schwerkraft folgend herabfallen können. Ferner ist erforderlich, dass beim Herausnehmen von gegriffenen Gegenständen die Grundbacken nicht unter einer Vorspannung stehen, beispielsweise durch Vorsehen von Federelementen oder sonstiger Druckspeicher, um ein unkontrolliertes Zufahren der Grundbacken beim Herausnehmen des gegriffenen Gegenstandes zu vermeiden.
Gerade bei Verwendung von pneumatisch arbeitenden Greif- oder Spanneinheiten ist die Erfüllung der vorgegebenen Kriterien problematisch, da pneumatisch arbeitende Greif- oder Spanneinheiten einen mit einem Arbeitsdruck belüftete Druckräume aufweisen, die bei Druckbeaufschlagung als Federspeicher wirken. Zudem ist problematisch, dass bei Druckbeaufschlagung mit einem üblicherweise in einem Druckspeicher vorhandenen Arbeitsdruck von 5 bis 8 bar eine Greifkraft von 140 Newton regelmäßig überschritten wird.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Greif- oder Spanneinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine solche Greif- oder Spanneinheit sieht folglich vor, dass zusätzlich ein Positionierantrieb vorgesehen ist, mit dem die Grundbacke zu einer Greifposition verfahrbar ist, wobei mit dem Positionierantrieb an der Grundbacke eine Positionierkraft bereitstellbar ist, die eine zulässige Grenzkraft nicht überschreitet, und dass eine Festsetzeinheit vorgesehen ist, mit der die Grundbacke nach der Positionierung und nach einer Druckbeaufbeschlagung des Arbeitsdruckraums festsetzbar ist. Die zulässige Grenzkraft ist dabei vorzugsweise geringer als die eigentliche Greifkraft. Die zulässige Grenzkraft ist dabei so gewählt, dass sie im Rahmen dessen liegt, was die entsprechenden Normen der Mensch-Roboter-Kollaboration als zulässig ansehen. Die zulässige Grenzkraft kann insbesondere im Bereich von 140 Newton liegen. Durch eine erfindungsgemäße Greif- oder Spanneinheit wird es also ermöglicht, die Grundbacke zunächst über einen längeren Weg mittels des Positionierantriebs an die Greifposition zu verfahren. Das Verfahren erfolgt mit einer Kraft, die die zulässige Grenzkraft nicht überschreitet, so dass eine Kollaboration mit einem Mensch möglich ist. Erst dann, wenn die eigentliche Greifposition erreicht wird, wird der Arbeitsdruckraum mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt, so dass über den Arbeitskolben die eigentliche Greifkraft an der Grundbacke bereitgestellt wird. Dabei legt die Grundbacke im Idealfall keinen, oder nur einen minimalen Weg zurück. Unmittelbar nachdem die Greifkraft bereitgestellt wurde, kann durch die Festsetzeinheit die Grundbacke direkt, oder indirekt über mit ihr zusammenwirkende Bauteile, festsetzen. Damit bleibt die Greifkraft erhalten. Unmittelbar nach dem Festsetzen kann dann der Arbeitsdruckraum drucklos geschalten werden.
Die erfindungsgemäße Greif- oder Spanneinheit hat also den Vorteil, dass sie in einer Mensch-Roboter-Kollaboration Verwendung finden kann, wobei Gegenstände mit hohen Greifkräften gegriffen werden können, ohne dass beteiligte Menschen gefährdet sind.
Durch Drucklosschalten des Arbeitsdruckraums wird ferner bewirkt, dass die jeweilige Grundbacke nicht mit einer Vorspannkraft geladen wird, die dazu führt, dass beim Entnehmen des gegriffenen Gegenstandes die Backe schlagartig ihre Position verändert und einen mit der Maschine kollaborierenden Menschen gefährdet.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem Arbeitskolben und der Grundbacke ein elastisches Vorspannelement vorgesehen ist. Aufgrund des Vorsehens des elastischen Vorspannelements wird eine ausreichend große Greifkraft gewährleistet auch dann, wenn im Antrieb, oder in den zusammenwirkenden Bauteilen, ein gewisses Spiel vorhanden ist.
Der Positionierantrieb kann insbesondere als Elektromotor ausgebildet sein. Der Elektromotor kann dabei ein Getriebe aufweisen, welches die jeweilige Grundbacke mit dem Elektromotor bewegungskoppelt.
Als vorteilhaft hat sich allerdings herausgestellt, den Positionierantrieb als Zylinder-Kolben-Einheit auszubilden, die einen Positionierzylinder umfasst, in dem ein einen Positionierdruckraum begrenzender Positionierkolben verfahrbar angeordnet ist, wobei der Positionierkolben mit der Grundbacke derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Positionierdruckraums an der Grundbacke die Positionierkraft bereitgestellt wird, und dass der Positionierkolben über ein Koppelglied mit dem Arbeitskolben bewegungsgekoppelt ist. Das Vorsehen eines solchen Positionierantriebs hat den Vorteil, dass der Arbeitsdruck, der die Greifkraft bereitstellt, letztlich auch zur Bereitstellung der Positionierkraft Verwendung finden kann. Die Greif- oder Spanneinheit kann also zwei unterschiedliche Kolben vorsehen, zum einen Arbeitskolben und zum anderen Positionierkolben.
Vorteilhaft ist, wenn der Positionierkolben und der Arbeitskolben so ausgelegt und dimensioniert sind, dass bei Druckbeaufschlagung mit dem gleichen Arbeitsdruck mit dem Positionierkolben die Positionierkraft und dem Arbeitskolben die Greifkraft bereitgestellt wird. Zur Bereitstellung einer hohen Greifkraft weist folglich der Arbeitskolben eine größere druckwirksame Fläche auf als der Positionierkolben. Die druckwirksame Fläche des Positionierkolbens ist so gewählt, dass die zulässige Grenzkraft nicht überschritten wird.
Zur Bewegungskopplung des Arbeitskolbens mit dem Positionierkolben kann insbesondere ein Koppelglied vorgesehen sein, das als Drehglied ausgebildet ist. Das Koppelglied kann dabei einen ersten Drehabschnitt aufweisen, der mit dem Arbeitskolben drehgekoppelt ist und einen zweiten Drehabschnitt, der mit dem Positionierkolben drehgekoppelt ist. Die Drehkopplung kann beispielsweise als Reibkopplung ausgebildet sein. Vorteilhafterweise hat sich allerdings herausgestellt, wenn die Drehkopplung als formschlüssige Kopplung ausgebildet ist, insbesondere in Form von an dem Drehglied vorgesehen Ritzeln, die mit an den Kolben vorgesehenen Zahnabschnitten zusammenwirken. Beim Druckbeaufschlagen des Positionierdruckraums wird folglich über das Koppelglied der Arbeitskolben mitbewegt, ohne dass der Arbeitsdruckraum druckbeaufschlagt werden muss. Dann, wenn der Arbeitsdruck beaufschlagt wird, befindet sich der Arbeitskolben bereits in der vorgegebenen Position, so dass er bei Druckbeaufschlagung nicht oder nur geringfügig bewegt wird.
Vorteilhafterweise ist der Arbeitszylinder parallel zum Positionierzylinder angeordnet, wobei das Koppelglied um eine Drehachse drehbar gelagert ist, die senkrecht zu den Achsen der beiden Kolben verläuft.
Eine vorteilhafte und Bauraum sparende Ausführungsform ergibt sich dann, wenn die Festsetzeinheit mit dem Koppelglied zur Festsetzung der Grundbacke zusammenwirkt. Durch Festsetzen des Koppelglieds werden also der Positionierkolben und der Arbeitskolben festgesetzt, wodurch letztlich auch die jeweilige Grundbacke festgesetzt wird. Denkbar ist auch, dass eine selbsthemmende Kinemathek Verwendung finden kann, wodurch ein selbsttätiges Festsetzen des Koppelglieds erreicht werden kann.
Ferner ist vorteilhaft, wenn am Koppelglied ein Flanschabschnitt vorgesehen ist und wenn die Festsetzeinheit ein Klemmelement aufweist, wobei zur Festsetzung des Koppelglieds das Klemmelement gegen den Flanschabschnitt wirkt. Der Flanschabschnitt kann dabei scheibenartig ausgebildet sein und das Klemmelement kann dabei gegen die Scheiben bremsend bzw. festsetzend wirken.
Zudem hat sich als vorteilhaft hergestellt, wenn der Flanschabschnitt mit dem Koppelglied drehgekoppelt ist, und gleichzeitig am Koppelglied axial verlagerbar angeordnet ist. Der Flanschabschnitt kann dann in einem Festsetzzylinder verfahrbar sein und einen Festsetzdruckraum begrenzen. Zur Festsetzung des Flanschabschnitts wirkt dieser mit dem Klemmelement zusammen bzw. wird gegen das Klemmelement beaufschlagt.
Vorteilhaft ist, wenn auf der dem Festsetzdruckraum abgewandten Seite des Flanschabschnitts ein Federelement vorgesehen ist, welches den Flanschabschnitt bei Drucklosschaltung des Festsetzdruckraums gegen das Klemmelement drängt und damit das Koppelelement festsetzt. Durch Druckbeaufschlagung des Festsetzdruckraums mit insbesondere Arbeitsdruck wird die Festsetzeinheit gelöst. Dies hat den Vorteil, dass bei Druckverlust des Arbeitsdrucks dennoch ein sicheres Festsetzen des Koppelelements erfolgt.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Grundbacke die Greifposition erreicht, den Arbeitsdruckraum druckbeaufschlagt schaltet, und/oder dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Greifkraft auf die Grundbacke wirkt, die Festsetzeinheit zur Festsetzung der Grundbacke betätigt, und/oder dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Grundbacke festgesetzt ist, den Arbeitsdruckraum drucklos schaltet. Die eine Schalteinrichtung oder die mehreren Schalteinrichtungen können dabei mit geeigneten Sensoren zusammenarbeiten, bzw. von den Sensoren entsprechende Signale erhalten, aufgrund derer dann eine Schaltung erfolgt. Bei den Schalteinrichtungen handelt es sich insbesondere um magnetgesteuerte Schaltventile, die von einer übergeordneten Steuerung angesteuert werden. Die Schaltventile können insbesondere in die Greif- oder Spanneinheit integriert sein.
Gemäß der Erfindung ist zudem denkbar, dass der Arbeitskolben und die Grundbacken in einem Grundgehäuse angeordnet sind, und dass der Positionierantrieb und die Festsetzeinheit in einem Ansatzgehäuse angeordnet sind, wobei das Ansatzgehäuse lösbar am Grundgehäuse angeordnet ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Standardgreif- oder -spannvorrichtungen, die ggf. entsprechend modifiziert sind, Verwendung finden können, um mit einem geeigneten Positionierantrieb samt Festsetzeinheit in einer Mensch-Maschine-Kollaboration zur Anwendung zu kommen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Greif- oder Spanneinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Greif- oder Spanneinheit, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(a) Positionieren der Grundbacke durch Betätigen des Positionierantriebs, wobei die Festsetzeinheit hierbei die Grundbacke freigibt,
(b) Bereitstellen der Greifkraft an der Grundbacke durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums mit dem Arbeitsdruck,
(c) Festsetzen der Grundbacke durch Betätigen der Festsetzeinheit, und
(d) Drucklosschaltung des Arbeitsraums und Abschalten des Positionierantriebs.

Zur Bestimmung der jeweiligen Position der Grundbacke in insbesondere Schritt (a) können Sensoren Verwendung finden. In Schritt (b) kann die bereitgestellte Greifkraft vorzugsweise überwacht werden, beispielsweise direkt durch Messung der tatsächlich auftretenden Kraft oder indirekt, beispielsweise über eine Deformation von Bauteilen die in Richtung des Kraftflusses angeordnet sind.
Durch ein derartiges Verfahren kann eine sichere Zusammenarbeit der Greif- oder Spanneinheit mit einer menschlichen Person erfolgen, ohne dass von der Greif- oder Spanneinheit eine Gefahr für die Person ausgeht.
Findet eine Greif- oder Spanneinheit Verwendung, die einen in eine im Positionierzylinder vorgesehenen Positionierkolben aufweist, dann ist ein Verfahren vorteilhaft, das vorsieht,

- dass in Schritt (a) der Festsetzdruckraum und der Positionierdruckraum mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wodurch die Festsetzeinheit das Koppelelement freigibt und die Grundbacke positioniert wird,
- dass nach dem Positionieren der Grundbacke gemäß Schritt (b) der Arbeitsdruckraum mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird, wodurch an der Grundbacke die Greifkraft bereitgestellt wird,
- dass nach Bereitstellen der Greifkraft an der Grundbacke gemäß Schritt (c) der Festsetzdruckraum drucklos geschalten wird, wodurch das Koppelelement festgesetzt wird, und
- dass nach dem Festsetzen des Koppelelements gemäß Schritt (d) der Arbeitsdruckraum und auch der Positionierdruckraum drucklos geschalten werden.

Soll im Anschluss daran die Greifkraft aufgehoben werden, so wird der Festsetzdruckraum mit dem Arbeitsdruck druckbeaufschlagt, wodurch die Festsetzeinheit das Koppelelement freigibt.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer Greifvorrichtung;
2 eine Draufsicht auf die Greifvorrichtung gemäß 1;
3 einen Schnitt durch die Greifvorrichtung gemäß 2 entlang der Linie III;
4 einen Schnitt entlang der Linie IV in 3;
5 einen Schnitt entlang der Linie V in 2;
6 einen Schnitt entlang der Linie VI in 4; und
7 einen Längsschnitt durch einen Funktionsmechanismus mit einem Positionierantrieb und einer FestsetzEinheit für eine Greifvorrichtung gemäß den 1 bis 6 zur Bildung der erfindungsgemäßen Spanneinheit.

In den 1 bis 6 ist eine Greifvorrichtung 10 mit einem Grundgehäuse 12 gezeigt, in dem zwei Arbeitskolben 14 in jeweils einem Arbeitszylinder 15 verfahrbar angeordnet sind, wobei jeder Arbeitskolben 14 mit einer Grundbacke 16 bewegungsgekoppelt ist. Das Grundgehäuse 12 weist zur Führung der Grundbacken 16 Vielzahnführungen 18 auf. Im mittleren Bereich zwischen den Grundbacken 16 ist eine Abdeckplatte 20 am Grundgehäuse 12 befestigt.
Wie insbesondere aus dem Schnitt gemäß 4 hervorgeht, sind die beiden Arbeitskolben 14 entlang den Achsen 22 parallel zueinander verfahrbar. Die Arbeitskolben 14 umfassen ferner jeweils eine Arbeitskolbenstange 24, an der jeweils ein Koppelabschnitt 26 befestigt ist. Die Koppelabschnitte 26 weisen an den einander zugewandten Seiten jeweils einen Wirkabschnitt 28 in Form einer Linearverzahnung auf. Die beiden Koppelabschnitte 26 wirken über die Verzahnung 28 mit einem Koppelglied 30 zusammen, welches einen Wirkabschnitt 32 in Form eines Ritzels mit einer Außenverzahnung aufweist. Das Ritzel 32 kämmt dabei die Linearverzahnungen 28 der Koppelabschnitte 26.
Das Koppelglied 30 ist um eine Drehachse 34 drehbar angeordnet und synchronisiert die Bewegung der beiden Arbeitskolben 14 bzw. deren Arbeitskolbenstangen 24 und damit die Bewegung der Grundbacken 16.
Wie insbesondere aus den 3 und 5 deutlich wird, weist das Koppelglied 30 einen Anschlussabschnitt 36 auf, der bündig mit der Außenseite des Grundgehäuses 12 verläuft und von außerhalb des Grundgehäuses 12 zugänglich ist.
Der Anschlussabschnitt 36 kann beispielsweise einen Innensechskant oder Innensechsrund vorsehen, über den das Koppelglied 30 mit einem Funktionsmechanismus, wie er beispielsweise in 7 dargestellt ist, verbunden werden kann.
Zur geeigneten Drehlagerung des Koppelglieds 30 ist eine in den 3 und 5 deutlich zu erkennende Lagerbuchse 38 vorgesehen, die mittels Befestigungsschrauben 40 in einer Aufnahme 39 am Grundgehäuse 12 befestigt ist. Durch Lösen der Schrauben 40 kann die Lagerbuchse 38 sowie das Koppelglied 30 aus der Aufnahme 39 entfernt werden. Je nach vorzusehendem Funktionsmechanismus kann ein anders ausgebildetes Koppelglied 30 mit einem entsprechend ausgebildeten Anschlussabschnitt 36 Verwendung finden.
Wie insbesondere aus den 4, 5 und 6 deutlich wird, weisen die Arbeitskolbenstangen 24 eine Ausnehmung 42 auf, innerhalb welcher die Koppelabschnitte 26 angeordnet sind. 5 zeigt, dass der Wirkabschnitt 28 der Koppelabschnitte 26 in einem Bereich zwischen der jeweiligen Arbeitskolbenstange 24 und dem Ritzel 32 des Koppelglieds 30 liegt. In diesem Bereich weisen die Arbeitskolbenstangen 24 einen viertelkreisförmigen Querschnitt auf.
Wie insbesondere aus den 3 und 6 deutlich wird, ist an den Grundbacken 16 jeweils ein Mitnehmer 44 vorgesehen, der mit dem jeweiligen Koppelabschnitt 26 bewegungsgekoppelt ist. Die Mitnehmer 44 sind mittels der in 6 zu erkennenden Befestigungsschrauben mit den Grundbacken 16 starr verbunden. Zwischen dem jeweiligen Mitnehmer 44 und dem zugehörigen Koppelabschnitt 26 ist ein elastisches Element 46 vorgesehen, mit dem die Greifkraft aufrechterhalten werden kann bzw. welches eine Vorspannkraft beim Greifen eines Bauteils bereitstellt.
Im Betrieb werden die von den Arbeitskolben 14 begrenzten Arbeitsdruckräume 50, 52 wechselseitig mit Arbeitsdruck beaufschlagt, wodurch bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitsdruckräume 50 die Grundbacken 16 aufeinander zu bewegt werden und bei einer Druckbeaufschlagung der Arbeitsdruckräume 52 die Grundbacken 16 voneinander weg verfahren werden.
In der 7 ist ein Funktionsmechanismus 60 gezeigt, der in einem Ansatzgehäuse 62 untergebracht ist. Das Ansatzgehäuse 62 kann dabei an das in 7 gestrichelt gezeigte Grundgehäuse 12 der Greifvorrichtung 10 angeordnet werden. Bei dem Funktionsmechanismus 60 handelt es sich um einen Positionierantrieb 64 mit einer Festsetzeinheit 66. Durch Vorsehen eines solchen Funktionsmechanismus 60 kann eine sichere Zusammenarbeit der Greifvorrichtung 10, wie sie in den 1-6 gezeigt ist, mit einer menschlichen Person erfolgen, ohne dass von der Greifvorrichtung 10 eine Gefahr für die Person ausgeht.
Der Positionierantrieb 64 umfasst dabei einen Positionierzylinder 68 und einen darin verfahrbar angeordneten Positionierkolben 70. Der Positionierkolben 70 begrenzt einen Positionierdruckraum 72. Am Positionierkolben 70 ist eine Kolbenstange 74 vorgesehen, die einen Zahnabschnitt 76 aufweist. Die druckwirksame Fläche des Positionskolbens 70 ist dabei kleiner als die druckwirksamen Flächen der Arbeitskolben 14.
In der 7 ist ein Koppelglied 30 gezeigt, dass an seinem oberen, freien Ende ein Ritzel 32 aufweist, das dazu vorgesehen ist, mit den Koppelabschnitten 26 der Greifvorrichtung 10, wie sie in den 1 bis 6 gezeigt ist, zusammenzuwirken. Das Koppelglied 30 sieht zudem ein weites Ritzel 78 vor, das mit dem Zahnabschnitt 76 der Kolbenstange 74 zusammenwirkt.
Mit der Festsetzeinheit 66 können das Koppelglied 30 und damit auch die Grundbacken 16 festgesetzt werden. An dem dem Ritzel 78 abgewandten Ende des Koppelglieds 30 ist ein Flanschabschnitt 80 vorgesehen. Der Flanschabschnitt 80 ist in axialer Richtung auf dem Koppelglied 30, bzw. einem dafür vorgesehenen Zylinderabschnitt 82 axial verschiebbar. Der Flanschabschnitt 80 ist über eine am Zylinderabschnitt 82 vorgesehene Feder 84, die mit einer am Flanschabschnitt 80 vorgesehenen Aufnahmenut 86 zusammenwirkt, drehgekoppelt. Der Flanschabschnitt 80 ist in einem Festsetzzylinder 88 axial verlagerbar, wobei der Flanschabschnitt 80 einen Festsetzdruckraum 90 begrenzt. Auf der dem Festsetzdruckraum 90 abgewandten Seite ist ein Federelement 92 in Form einer Tellerfeder vorgesehen, welche den Flanschabschnitt 82 gegen ein Klemmelement 94 in Form einer Bremsscheibe drängt und bei Drucklosschaltung des Festsetzdruckraums 90 festsetzt. Auf der dem Flanschabschnitt 80 abgewandten Seite der Tellerfeder 92 ist ein Axiallager 96 vorgesehen.
Bei Druckbeaufschlagung des Festsetzdruckraums 90 wird der Flanschabschnitt 80 hin zur Tellerfeder 92 beaufschlagt, wodurch die Tellerfeder 92 komprimiert wird. Aufgrund des Vorsehens des Axiallagers 96 ist der Flanschabschnitt 80 auch bei komprimierter Tellerfeder 92 um die Achse 34 leicht drehbar; bei Druckbeaufschlagung des Festsetzdruckraums 90 wird folglich die Festsetzeinheit 66 gelöst und das Koppelglied 30 kann um seine Drehachse 34 verdreht werden.
Im Betrieb arbeitet die Greifvorrichtung 10 zusammen mit dem Funktionsmechanismus 60 wie folgt: Zunächst werden die Grundbacken 16 durch Druckbeaufschlagung des Positionierdruckraums 72 in die Greifposition bewegt, wobei die auf die Backe 16, bzw. auf an den Grundbacken 16 vorgesehene Aufsatzbacken wirkende Positionierkraft aufgrund der Wahl einer entsprechend großen druckwirksamen Fläche des Positionierkolbens 70 eine zulässige Grenzkraft nicht überschreitet. Die Grenzkraft kann beispielsweise bei 140 Newton liegen. Mit Erreichen der Greifposition werden die entsprechenden Arbeitsdruckräume 50 mit Arbeitsdruck beaufschlagt; aufgrund der größeren druckwirksamen Fläche der Kolben 14 wirkt an den Backen 16 die eigentliche Greifkraft, die um ein Vielfaches höher sein kann als die Positionierkraft.
Ein Umschaltung des Arbeitsdrucks vom Positionierdruckraum 72 hin zum Arbeitsdruckraum 50 bzw. 52 kann beispielsweise über eine Schalteinrichtung erfolgen, wobei Sensoren vorgesehen sein können, die dann ein Umschalten bewirken, wenn festgestellt wird, dass die Grundbacken 16 ihre Greifpositionen erreichen.
Nachdem die Grundbacken 24 mit der Greifkraft beaufschlagt sind, wird das Koppelglied 30 mit der Festsetzeinheit 66 festgesetzt; der Festsetzdruckraum 90 wird also drucklos geschalten, wodurch die Tellerfeder 92 den Flanschabschnitt 80, und damit das Koppelglied 30 gegen das Klemmelement 94 drängt und damit festsetzt. Nach dem Festsetzen des Koppelglieds 30 erfolgt ein Drucklosschalten des Arbeitsdruckraums 50 bzw. 52. Aufgrund des Vorsehens der Vorspannelemente 46 kann auch dann eine ausreichend hohe Greifkraft zur Verfügung gestellt werden, wenn zwischen dem Flanschabschnitt 80 und den Grundbacken 16 ein gewisses mechanisches Spiel vorhanden ist.
Zum Lösen der Greifkraft kann die Festsetzeinheit 66 die Grundbacken 16 freigeben, wobei dies durch Druckbeaufschlagung des Festsetzdruckraumes 90 mit Arbeitsdruck erfolgt. Das Rückfahren der Backen 16 kann durch Druckbeaufschlagung eines dem Positionierdruckraum 72 gegenüberliegenden Druckraums oder eines entsprechend vorzusehenden Federelements erfolgen.
Durch die Kombination der Greifvorrichtung 10 gemäß den 1 bis 6 und des im Ansatzgehäuse 62 vorgesehenen Positionierantriebs 64 mit der Festsetzeinheit 66 kann eine Greifeinheit bereitgestellt werden, die für eine Mensch-Maschine-Kollaboration geeignet ist.

Claims

Greif- oder Spanneinheit (10), insbesondere zur Verwendung in einer Mensch-Roboter-Kollaboration, mit wenigstens einem in einem Arbeitszylinder (15) verfahrbaren, einen Arbeitsdruckraum (50, 52) begrenzenden Arbeitskolben (14), wobei der Arbeitskolben (14) mit wenigstens einer Grundbacke (16) derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums (50, 52) an der Grundbacke (16) eine Greifkraft bereit gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Positionierantrieb (64) vorgesehen ist, mit dem die Grundbacke (16) zu einer Greifposition verfahrbar ist, wobei mit dem Positionierantrieb (64) an der Grundbacke (16) eine Positionierkraft bereitstellbar ist, die eine zulässige Grenzkraft nicht überschreitet, und dass eine Festsetzeinheit (66) vorgesehen ist, mit der die Grundbacke (16) nach deren Positionierung und nach einer Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums (50, 52) festsetzbar ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Arbeitskolben (14) und der Grundbacke (16) ein elastisches Vorspannelement (46) vorgesehen ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierantrieb (64) als Elektromotor ausgebildet ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierantrieb (64) als Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet ist, die einen Positionierzylinder (68) umfasst, in dem ein einen Positionierdruckraum (72) begrenzender Positionierkolben (70) verfahrbar angeordnet ist, wobei der Positionierkolben (70) mit der Grundbacke (16) derart bewegungsgekoppelt ist, dass bei Druckbeaufschlagung des Positionierdruckraums (72) an der Grundbacke (16) die Positionierkraft bereit gestellt wird, und dass der Positionierkolben (70) über ein Koppelglied (30) mit dem Arbeitskolben (14) bewegungsgekoppelt ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierkolben (70) und der Arbeitskolben (14) so ausgelegt sind, dass bei Druckbeaufschlagung mit dem gleichen Arbeitsdruck mit dem Positionierkolben (70) die Positionierkraft und mit dem Arbeitskolben (14) die Greifkraft bereit gestellt wird.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (30) um eine Drehachse (34) drehbar angeordnet ist und mit dem Arbeitskolben (14) und dem Positionierkolben (70) drehgekoppelt ausgebildet ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder (15) parallel zum Positionierzylinder (68) angeordnet ist und dass das Koppelglied (30) um eine Drehachse (34) drehbar gelagert ausgebildet ist, wobei die Drehachse (34) senkrecht zu den Achsen (22) der beiden Zylinder (15, 68) verläuft.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelglied (30) zwei auf einer Welle vorgesehene Ritzel (32, 78) aufweist, die jeweils einen am Arbeitskolben (14) und am Positionierkolben (70) vorgesehenen Zahnabschnitt (32) kämmen.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Festsetzeinheit (66) mit dem Koppelglied (30) zusammenwirkt.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Koppelglied (30) ein Flanschabschnitt (80) vorgesehen ist und dass die Festsetzeinheit (66) ein Klemmelement (94) aufweist, wobei zur Festsetzung des Koppelglieds (30) das Klemmelement (94) mit dem Flanschabschnitt (80) zusammenwirkt.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschabschnitt (80) mit dem Koppelglied (30) drehgekoppelt und gegenüber dem Koppelglied (30) axial verlagerbar angeordnet ist und dass der Flanschabschnitt (80) in einem Festsetzzylinder (88) verfahrbar und einen Festsetzdruckraum (90) begrenzend ausgebildet ist.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der dem Festsetzdruckraum (90) abgewandten Seite des Flanschabschnitts (80) ein Federelement (92) vorgesehen ist, das den Flanschabschnitt (80) bei Drucklosschaltung des Festsetzdruckraums (90) gegen das Klemmelement (94) drängt und damit das Koppelelement (30) festsetzt.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Grundbacke (16) die Greifposition erreicht den Arbeitsdruckraum (50, 52) durckbeaufschlagt schaltet, und/oder dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Greifkraft auf die Grundbacke (16) wirkt die Festsetzeinheit (66) zur Festsetzung der Grundbacke (16) betätigt, und/oder dass eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die dann, wenn die Grundbacke (16) festgesetzt ist den Arbeitsdruckraum (50, 52) drucklos schaltet.
Greif- oder Spanneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitskolben (14) und die Grundbacke (16) in einem Grundgehäuse (12) angeordnet sind und dass der Positionierantrieb (64) und die Festsetzeinheit (66) in einem Ansatzgehäuse (62) angeordnet sind, wobei das Ansatzgehäuse (62) lösbar am Grundgehäuse (12) angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Greif- oder Spanneinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: (a) Positionieren der Grundbacke (16) durch Betätigen des Positionierantriebs (64), (b) Bereitstellen der Greifkraft an der Grundbacke (16) durch Druckbeaufschlagung des Arbeitsdruckraums (50, 52) mit dem Arbeitsdruck, (c) Festsetzen der Grundbacke (16) durch Betätigen der Festsetzeinheit (66),und (d) Drucklosschaltung des Arbeitsraums (50, 52) und Abschalten des Positionierantriebs (64).