DE3719337A1 - Greifer fuer einen roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Greifer für einen Roboter. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auf­ nehmen und zum positionsgenauen Ablegen eines Werkstücks mit Hilfe eines von einem Roboter bewegten Greifer.

Bei automatisierten Fertigungs- und Montageanlagen werden Roboter eingesetzt, die u.a. die Aufgabe haben, von Paletten Bauelemente abzunehmen und sie an einer be­ stimmten Stelle abzusetzen. Hierzu sind an dem Roboter auf die jeweiligen Bauteile abgestimmte Greifer be­ festigt. Für jedes Bauteil auf einer Palette ist eine bestimmte Soll-Lage vorgegeben, so daß bei genauer Positionseinhaltung des Bauteils auf der Palette der entsprechend programmierte Roboter mit dem passenden Greifer das Bauteil exakt ergreifen kann.

In der Praxis stellt sich jedoch häufig das Problem, daß die Bauteile nicht exakt in ihrer Soll-Lage auf der Palette angeordnet sind, sondern eine gewisse Lagerab­ weichung von beispielsweise ±10 mm aufweisen. Trifft man in dieser Situation keine vorbeugenden Maßnahmen, so wird das aufzunehmende Werkstück u.U. nicht korrekt oder überhaupt nicht ergriffen und/oder nicht an der exakten Stelle abgelegt.

Um diesem durch die ungenaue Lage der Bauteile auf einer Palette verursachten Problem zu begegnen, kann man mit speziellen Sensoren und/oder einem Bildverarbeitungs­ system arbeiten, um die Ist-Lage der Bauteile auf einer Palette zu erkennen und den Greifer entsprechend zu steuern. Allerdings haben diese Maßnahmen den Nachteil, daß sie sehr kostenintensiv sind. Eine einfache mechanische Lösung wäre, falls möglich, vorzuziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer für einen Roboter zu schaffen, der in der Lage ist, auch solche Bauteile von Anlieferungspaletten abzunehmen, die - in gewissen Grenzen - abweichend von ihrer Soll-Lage positioniert sind. Außerdem soll der Greifer in der Lage sein, das ergriffene Werkstück exakt an der vorge­ gebenen Stelle abzusetzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Beim Greifen eines Werk­ stücks werden die Greifbacken oder Greiffinger (der Be­ griff "Greifbacke" steht hier stellvertretend für die üblichen Greifmechanismen) entsprechend der die Soll- Lage der Bauteile auf den Paletten berücksichtigenden Programmierung eingestellt. Befindet sich das zu er­ greifende Bauteil nicht genau in der vorgesehenen Soll- Lage, so ermöglicht die schwimmende Lagerung ein Aus­ weichen des Greifers dahingehend, daß die Greifbacken das Werkstück sicher fassen können. Naturgemäß setzt dies eine in Bezug auf die Trägheit des Greifers große Trägheit des Werkstücks voraus, damit die grundsätzlich mögliche Auslenkung des Greifers auch tatsächlich erfolgt.

Wenn nun das Werkstück von dem Greifer erfaßt worden ist, muß der Greifer bei der weiteren Handhabung des Werk­ stücks festgesetzt werden, damit er keine unkontrollier­ ten Bewegungen ausführen kann. Hierzu dient die er­ findungsgemäße Arretiervorrichtung. Diese ermöglicht, daß der gegebenenfalls ausgelenkte (d.h. in seiner Lage veränderte) oder auch nicht-ausgelenkte, d.h. durch exakte Übereinstimmung von Ist-Lage und Soll-Lage des Bauteils unbewegte, Greifer gegenüber dem Roboter fest­ gesetzt wird. Bei der Handhabung des Greifers wird das Bauteil oder Werkstück in der jeweiligen Lage unverän­ dert gehalten.

Vor dem Absetzen des Werkstücks durch den Greifer muß dafür Sorge getragen werden, daß der Greifer in Bezug auf den Roboter wieder seine definierte Lage einnimmt, damit das Werkstück exakt in der Soll-Position abgelegt wird. Um dies zu erreichen, ist die erfindungsgemäße Zentrier­ einrichtung vorgesehen, mit deren Hilfe der Greifbacken­ träger in seine definierte Lage bezüglich des Roboters zurückgestellt wird.

Eine Kreuzschlittenführung ermöglicht die Lageanpassung des Greifers in zwei Richtungen, d.h. in einer Ebene. Gleichzeitig wird eine Drehung des Greifers verhindert.

Besonders gut geeignet ist die erfindungsgemäße Lagerung bei einem Parallelbackengreifer.

Eine besonders einfache und mechanisch leicht zu reali­ sierende Arretiervorrichtung besitzt einen mit dem Ankoppelteil starr verbundenen Vakuumsauger, der mit einem Sauggummi an dem Greifbackenträger angreift. Nach­ dem die Greifbacken das Werkstück ergriffen haben, wobei der Greifbackenträger gegebenenfalls gegenüber seiner Soll-Lage ausgelenkt wurde, wird der Greifbacken­ träger durch den Vakuumsauger starr mit dem Ankoppel­ teil verbunden. In diesem Zustand läßt sich das Werkstück von dem Roboter mit dem daran befestigten Greifer hand­ haben.

Kurz vor dem Absetzen oder beim Absetzen wird die Arre­ tiervorrichtung gelöst und die Zentriereinrichtung akti­ viert. Dadurch wird der Greifbackenträger in seine Soll-Lage gegenüber dem Ankoppelteil, d.h. dem Roboter gebracht. Das in diesem Zustand abgesetzte Teil nimmt exakt seine Soll-Lage ein.

Vorzugsweise besteht die Zentriervorrichtung aus einem Zentrierzapfen, an welchem zwei Zentrierbacken an drei Punkten angreifen. Dadurch läßt sich eine leichte Zen­ trierung in einer Ebene erreichen.

Das Verfahren zum Aufnehmen eines Werkstücks von einer Palette ist im Anspruch 7 angegeben. Die einzelnen Verfahrensschritte wurden oben bereits skizziert.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Skizze eines Parallel­ backengreifers mit schwimmender Lagerung,

Fig. 2 eine perspektivische Prinzip-Skizze, die die Arbeitsweise der Lagerung nach Fig. 1 veranschaulicht,

Fig. 3 eine Teil-Schnittansicht der Zentrierein­ richtung und Arretiervorrichtung des Greifers nach Fig. 1, und

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3.

Fig. 1 zeigt einen Parallelbackengreifer 1, der mit einem Ankoppelteil an einen in der Zeichnung nicht darge­ stellten Roboterarm angekoppelt wird. Daß Ankoppelteil umfaßt einen Ankoppelflansch 2 mit einer Greiferwechsel- Kupplung 3 und einer Lagerplatte 4.

An der Lagerplatte 4 sind Rollen 5 drehbar gelagert, die mit Rollenführungen 11 eines Zwischenteils zusammen­ wirken.

Wie in der unteren Hälfte von Fig. 1 dargestellt ist, sind auf der Unterseite eines Greifbackenträgers 10 zwei in Richtung der Pfeile P 1, P 2 verschiebliche Greifbacken 9 a und 9 b gelagert. Der Mechanismus zum Verschieben der Greifbacken 9 a und 9 b ist hier nicht näher dargestellt, da er nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Auf der Oberseite des Greifbackenträgers 10 sind Lauf­ rollen 6 gelagert, die auf Laufschienen 12 des Zwischen­ teils abrollen.

Aufgrund der Lagerung durch die Laufrollen 5 und 6 und die Laufschienen 11 und 12 vermag sich der Greifbacken­ träger 10 in einer X-Y-Ebene zu bewegen.

Der Bewegungsablauf ist in Fig. 2 prinzipiell darge­ stellt. Die Rollen 5 ermöglichen eine Bewegung des Greifbackenträgers 10 in Y-Richtung, die Laufrollen 6 ermöglichen dessen Bewegung in X-Richtung.

Man erkennt, daß der Greifbackenträger 10 dann, wenn die Greifbacken 9 a und 9 b ein zwischen ihnen befindliches Werkstück ergreifen wollen, gegebenenfalls in einer senkrecht auf der Zeichnungsebene stehenden Ebene aus­ weichen kann, falls das Werkstück sich nicht in einer definierten Soll-Lage befindet. Nachdem das in Fig. 1 durch gestrichelte Linien abgedeutete Werkstück W er­ griffen ist, wird es von dem Roboter zu einer Ablage­ stelle bewegt. Damit der Greifbackenträger 10 mit dem von ihm gehaltenen Werkstück W keine unkontrollierten Bewegungen vollziehen kann, muß er in Bezug auf den Roboter, d.h. in Bezug auf das den Ankoppelflansch 2, die Kupplung 3 und die Lagerplatte 4 umfassende An­ koppelteil fixiert werden. Dies geschieht mit Hilfe einer Arretiervorrichtung 7, die im folgenden noch näher erläutert wird. Bevor dann das Werkstück an einer vor­ bestimmten Stelle abgelegt wird, muß der Greifbacken­ träger 10 mit dem Werkstück W wieder in seine vorde­ finierte Position gegenüber dem Ankoppelteil 2, 3, 4 gebracht werden. Dazu dient die in Fig. 1 schematisch angedeutete Zentriervorrichtung 8, die im folgenden ebenfalls näher erläutert wird.

Gemäß Fig. 3 umfaßt die Arretiervorrichtung 7 eine starr an der Lagerplatte 4 gekoppelte Hohlwelle 71, an deren Oberseite ein sogenannter Vakuuminjektor 72 an­ gebracht ist, und die von einer Axialbohrung 73 durch­ setzt ist. Am unteren Ende der Hohlwelle 71 ist ein Gummi-Saugnapf 74 befestigt.

Um die Lagerplatte 4 und mithin das Ankoppelteil 2, 3, 4 starr mit dem Greifbackenträger 10 zu koppeln, erzeugt der Vakuuminjektor im Inneren des Gummi-Saugnapfs 74 ein Vakuum, während sich der Rand des Saugnapfs 74 gegen die Oberseite des Greifbackenträgers 10 legt. Dadurch erfolgt eine starre Kopplung zwischen den Platten 4 und 10. Nun kann sich der Greifbackenträger 10 nicht mehr gegenüber dem Ankopplungsteil 2, 3, 4 bewegen.

Vor oder während dem Absetzen des Werkstücks an der dafür vorgesehenen Stelle wird die Arretiervorrichtung gelöst, und mit Hilfe der Zentriervorrichtung 8 wird der Greifbackenträger in die vordefinierte Position gegenüber dem Ankoppelteil und somit gegenüber dem Ro­ boter gebracht.

Die Zentriervorrichtung 8 umfaßt einen die Hohlwelle 71 der Arretiervorrichtung lagernden Zentrierzapfen 81 und zwei Zentrierbacken 82 und 83.

Fig. 4 zeigt die Zentriervorrichtung im einzelnen. Von zwei Aktuatoren 85 und 86 betätigt, vermögen sich die in Führungsschienen 84 a und 84 b geführten Zentrier­ backen 82 und 83 seitlich an die Außenwand des Zentrier­ zapfens 81 anzulegen, wie durch die Doppelpfeile in Fig. 4 angedeutet ist. Die Anlage erfolgt dabei an drei Punkten 82 p, 82 s und 83 p. Da die Lage der Zentrier­ backen in dem in Fig. 4 dargestellten Zustand in Bezug auf den Greifbackenträger 10 definiert ist und außerdem der Zentrierzapfen 81 starr mit dem Ankoppelteil 2, 3, 4 gekoppelt ist, stellt sich eine exakt definierte Lage­ beziehung zwischen dem Ankoppelteil, d.h. dem Roboter, und dem Parallelbackengreifer ein. In dieser Lage ist es möglich, das Werkstück exakt an der dafür vorge­ sehenen Stelle abzusetzen. Abwandlungen von der oben beschriebenen speziellen Ausführungsform sind möglich.

Anstelle der Vakuum-Arretiervorrichtung kann auch eine andere Arretiervorrichtung vorgesehen werden, z.B. eine mechanische Arretiervorrichtung oder eine elektromagne­ tisch arbeitende Arretiervorrichtung.

Claims (7)

1. Greifer für einen Roboter, gekennzeichnet durch:

• - ein Ankoppelteil (2, 3, 4), mit dem der Greifer an einen Roboter ankoppelbar ist,
• - einen Greifbackenträger (10) mit Greifbacken (9 a, 9 b),
• - eine Lageranordnung (5, 6, 11, 12) für den Greif­ backenträger (10), welche diesen mit mindestens einem Freiheitsgrad schwimmend lagert,
• - eine Arretiervorrichtung (7) zum Festsetzen des Greif­ backenträgers (10) in Bezug auf das Ankoppelteil (2, 3, 4) und
• - eine Zentriereinrichtung (8), mit der der Greifbacken­ träger (10) in eine bezüglich des Ankoppelteils de­ finierte Lage rückstellbar ist.

2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageran­ ordnung als Kreuzschlittenführung (5, 6, 11, 12) ausge­ bildet ist, so daß der Greifbackenträger (10) in einer Ebene translatorisch bewegbar ist.

3. Greifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Parallelbackengreifer (1) ausgebildet ist.

4. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretier­ vorrichtung (7) einen mit dem Ankoppelteil (2, 3, 4) starr gekoppelten Vakuumsauger (71, 72, 73) aufweist, der mit einer Saugvorrichtung, z.B. einem Sauggummi (74), an dem Greifbackenträger (10) oder an einem damit starr verbundenen Bauteil angreift.

5. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier­ einrichtung (8) einen starr mit dem Ankoppelteil (2, 3, 4) verbundenen Zentrierzapfen (81) und mindestens eine verschieblich am Greifbackenträger (10) gelagerte und an den Zentrierzapfen anlegbare Zentrierbacke (82, 83) aufweist.

6. Greifer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Zentrier­ backen (82, 83) etwa in einer Ebene verschieblich am Greifbackenträger (10) angeordnet sind, die mit dem Zentrierzapfen (81) an mindestens drei Punkten (82 p, 82 s, 83 p) in Berührung bringbar sind.

7. Verfahren zum Aufnehmen eines Werkstücks von einer Palette und zum positionsgenauen Ablegen des Werk­ stücks mit Hilfe eines von einem Roboter bewegten Greifers, der insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) Ergreifen des Werkstücks durch den Greifer, der in Bezug auf den Roboter schwimmend, d.h. mit mindestens einem Freiheitsgrad, gelagert ist,
• b) Festsetzen der schwimmenden Lagerung, nachdem das Werkstück ergriffen wurde,
• c) Bewegen des Greifers zu der Ablagestelle,
• d) Zentrieren des Greifers, indem dieser in eine de­ finierte Soll-Lage bezüglich des Roboters gebracht wird, und
• e) Absetzen des Werkstücks.