DE3821548A1 - Vorrichtung zum ausgleichen von lage- und positionstoleranzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich von Lage- und Positionstoleranzen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die DE-OS 30 04 014 bekannt und für Industrieroboter oder ähnliche Handhabungsgeräte vorgesehen. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist die seitliche Auslenkung begrenzt und beim Auslenken muß die Kraft von Federn überwunden werden, die stets versuchen, den beweglichen Teil der Vorrichtung in die O-Lage zu drücken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der vorgenannten Art so zu gestalten, daß mit sehr kleinen Kraftaufwendungen auch größere Lageabweichungen in einer horizontalen Ebene ausgeglichen werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen der Losscheibe und dem dem Greifer oder dergleichen abgekehrten Zentrierelementhalter ein an ein Druckmittelsystem angeschlossener Druckmittel-Balgzylinder angeordnet ist. Die für eine Zentrierung und Fixierung benötigte Rückstell- bzw. Haltekraft ist je nach Bedarf zu- oder ausschaltbar. Dieses ermöglicht der Vorrichtung auch erst ein Verharren in ausgelenktem Zustand, ohne äußere Krafteinwirkung.

Beim Entleeren bzw. teilweise Evakuieren des Druckmittel-Balgzylinders kann die Losscheibe mit sehr kleinen Kraftaufwendungen in jede beliebige Lage gelangen, die nur durch das vorgegebene seitliche Bewegungsspiel begrenzt ist. Dieses Spiel kann z. B. 12 mm betragen und gleicht damit einen großen Teil aller möglichen Unterschiede aus, die durch ungenaues Übergeben bzw. unpräzise Lagerung von Werkstücken auf Paletten entstehen können. Nach dem Erfassen des Werkstückes wird dem Druckmittel-Balgzylinder beim Abheben des vom Greifer erfaßten Werkstückes-Druckmittel zugeführt und die Losscheibe über die kegelförmigen Zentrierungen in die exakt vorgegebene Lage bewegt, so daß das anschließende Übergeben des Werkstückes z. B. an das Spannfutter einer Bearbeitungsmaschine mit der erforderlichen Präzision erfolgt. Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und im folgenden erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung entsprechend der Linie II aus Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt III-III durch die Fig. 2.

Am Ende eines Roboterarmes ist ein als Winkelprofil ausgebildeter Tragring 2 mittels sechs Schrauben 3 an einer Roboterarm-Endplatte 1 befestigt. Ein Schenkel dieses Tragringes bildet ein ringförmiges Gehäuse 2 a, der andere Schenkel ist eine Festscheibe 2 b mit einer Mittelbohrung 2 c, die um zweimal den maximalen Verschiebeweg x größer ist als das hindurchragende Tragrohr 4 mit der Losscheibe 4 a. Weiterhin weist die Festscheibe 2 b vier Zentrierbohrungen 2 d auf, deren Lage in Fig. 2 zu erkennen ist. Der Durchmesser der Zentrierbohrungen 2 d ist ebenfalls um zweimal das Verschiebemaß x größer als der Durchmesser der der Zentrierung dienenden Stifte 9. Die Zentrierbohrungen 2 d haben kegelige Erweiterungen 2 e für Zentrierkegel 10, die auf Zapfen 9 b der Stifte 9 mittels Muttern 16 verstellbar befestigt sind. Die gedachte Kegelspitze zeigt zum Roboterarm 1; der Kegelwinkel kann vorzugsweise 60 Grad betragen und die Kegellänge kann der Bohrungstiefe entsprechen. Anstelle der kegeligen Erweiterung 2 e ist auch eine Bohrung mit balligem Profil denkbar.

Die Losscheibe 4 a ist auf einem bestimmten Teilkreis mit abgestuften Bohrungen 4 b für Kugelrollen 5 versehen und hat vier Zentrierbohrungen 4 c, deren Lage sich genau mit den Zentrierbohrungen 2 d der Festscheibe 2 b deckt. Die Zentrierbohrungen 4 c sind entsprechend der Kegelverjüngung kleiner als die Zentrierbohrung 2 d der Festscheibe und haben kegelige Einsenkungen 4 d für kegelige Erweiterungen 9 a der Stifte 9, die mit Ansätzen 9 c in Passbohrungen 8 a des Zentrierelementhalters 8 hineinragen und mit Muttern 17 angespannt sind.

Die Losscheibe 4 a befindet sich oberhalb der Festscheibe 2 b, auf der sie mit den kßKugelrollen 5 aufliegt. Diese bestimmen über die abgestuften Bohrungen 4 b der Losscheibe 4 a den Abstand zwischen dieser und der Festscheibe 2 b.

Am unteren Ende des Tragrohrs 4 ist zentriert und verdrehgesichert ein Flansch 6 für die Aufnahme eines Greifers oder Werkzeuges montiert. Dabei verbleibt zwischen dem Flansch 6 und der Festscheibe 2 b ein Abstand h. Auf dem Flansch 6 ist mittels einer Schraube 15 ein Druckmittel-Balgzylinder 7 befestigt, dessen oberes Ende mit einem unter dem Zentrierelementhalter 8 angeordneten Anschlußstück 13 verbunden ist. Dieses hat einen durch eine Zentralbohrung 8 b führenden Anschlußzapfen 13 a und eine Druckmittelbohrung 13 b, die durch eine Druckmittelverschraubung 14 zu einer Druckmittelleitung 12 führt und damit an ein nicht gezeichnetes Druckmittelsystem angeschlossen ist.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß der Zentrierelementhalter 8 nur durch den Balgzylinder 7 getragen wird und daß vier Arme des Zentrierelementhalters 8 die Zentrierbohrungen 4 c und 2 d der Losscheibe 4 a und Festscheibe 2 b überdecken. Dabei verbleibt zwischen Zentrierelementhalter 8 und Losscheibe 4 a auch der bereits erwähnte Abstand h. An jedem Arm des Zentrierelementhalters 8 ist in seiner Paßbohrung 8 a einer der bereits erwähnten Stifte 9 aufgenommen, die durch die erwähnten Zentrierbohrungen 4 c und 2 d der Los- und Festscheibe ragt.

Der auf dem Zapfen 9 b des Stiftes 9 angeordnete Zentrierkegel 10 ist mittels der Mutter 16 so eingestellt, daß bei dem Druck beaufschlagtem Balgzylinder gleichzeitig die kegelige Erweiterung 9 a des Stiftes 9 in der Zentrierbohrung 4 c der Losscheibe 4 a und der Zentrierkegel 10 in der Zentrierbohrung 2 d der Festscheibe 2 b anliegt. Damit eine genaue Zentrierung und Fixierung der Losscheibe 4 a gegenüber der Festscheibe 2 b möglich ist, müssen mindestes je zwei dieser Zentrierelemente 9 a und 10 vorhanden sein. Die Vorrichtung hat für die Lagekontrolle in der Losscheibe 4 a drei auf die Festscheibe 2 b gerichtete Näherungsschalter 11, die in den Fig. 2 und 3 eingezeichnet sind. Die Näherungsschalter 11 sind genau auf der Verbindungslinie zweier benachbarter Kugelrollen 5 angeordnet. Der Abstand der Näherungsschalter 11 von der Festscheibe 2 b ist kleiner als der Schaltabstand. Wenn jetzt durch äußere Krafteinwirkung auf die Losscheibe 4 a der Abstand s zwischen Los- und Festscheibe vergrößert wird, so wird dies durch einen oder mehrere Näherungsschalter 11 signalisiert. Bei weiteren Ausführungsvarianten der Vorrichtung können die Näherungsschalter 11 aber auch auf kleineren bzw. größeren Teilkreisen der Losscheibe positioniert werden. Wird z. B. der Teilkreis so klein gewählt, daß er sich dem Rand der zentralen Mittelbohrung der Festscheibe 2 b nähert, dann können auch kleine seitliche Auslenkungen erfaßt werden.

Die Betriebslage der Festscheibe 2 b ist waagerecht. In dieser Lage kann sich die Losscheibe 4 a mit dem am Flansch 6 montierten Greifwerkzeug mit sehr kleinem Kraftaufwand parallel zur Festscheibe 2 b nach jeder Seite um 12 mm (Bewegungsspalt x) in der Ebene verschieben. Dazu muß im Druckmittel-Balgzylinder 7 ein Unterdruck erzeugt werden, so daß sich dieser ganz zusammenzieht. Dabei wird der Abstand h zwischen Losscheibe 4 a und Zentrierelementhalter 8 bis zum Abstand O reduziert, wobei auch die Stifte 9 nach unten zu dem Flansch 6 hin verschoben werden. Dann befindet sich der Durchmesser des Stiftes 9 oberhalb der kegeligen Erweiterung 9 a in Höhe der Zentrierbohrung 2 d der Festscheibe 2 b. Damit entsteht auch zwischen der Zentrierbohrung 2 d und dem Stift 9 der Bewegungsspalt x. Somit kann die Losscheibe 4 a im Bereich des Bewegungsspaltes x über die Kugelrollen 5 gegenüber der Festscheibe 2 b verschoben werden. Nach Beendigung des Greifvorganges muß die Vorrichtung durch Beaufschlagung des Druckmittel-Balgzylinders 7 wieder zentriert und fixiert werden.

Eine weitere Funktion dieser Vorrichtung besteht in der Kollisionserkennung auch im fixierten Zustand. Wenn das an den Flansch 6 montierte Greifwerkzeug senkrecht auf ein Hindernis stößt, wird der Flansch 6 mit dem Tragrohr 4 gegen den Druck im Druckmittel-Balgzylinder 7 angehoben. Dabei vergrößert sich der Abstand s maximal um das Maß h, d. h. bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel um 25 mm. Diese Lageänderung wird durch die Näherungsschalter 11 erkannt. Auch eine Kollision des Greifwerkzeuges in der Waagerechten wird anhand der dabei eintretenden Schräglage des Tragrohres erkannt, wobei nur ein Teil der Kugelrollen 5 und Näherungsschalter 11 von der Festscheibe 2 b abgehoben werden.

Claims (14)

1. Vorrichtung zum Ausgleichen von Lage- und Positionstoleranzen zum Beispiel für einen Greifer eines Industrieroboters am Ende seines Arbeitsarmes, mit auf Abstand zueinander gehaltene Scheiben für eine dazwischen angeordnete Losscheibe, die mit einem Ansatz für einen Flansch des Greifers oder dergleichen mit seitlichem Bewegungsspiel durch eine Öffnung einer dem Greifer zugewandten Festscheibe ragt, wobei die Losscheibe über kegelförmige Zentrierungen in der Festpunkt-Lage geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Losscheibe (4 a) und dem dem Greifer abgekehrten Zentrierelementhalter (8) ein an ein Druckmittelsystem angeschlossener Druckmittel-Balgzylinder (7) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittel-Balgzylinder (7) mit einem Ende an einem Flansch (6) für den Greifer oder dergleichen und mit dem anderen Ende an einem mit dem Zentrierelementhalter (8) verbundenen Anschlußstück (13) befestigt ist, an dem eine zu dem Druckmittelsystem führende Druckmittelleitung (12) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittel-Balgzylinder (7) in einem Tragrohr (4) der Losscheibe (4 a) angeordnet ist, das diese mit dem Flansch (6) verbindet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlußzapfen (13 a) des Druckmittel-Balgzylinders- Anschlußstückes (7) durch eine Zentralbohrung (8 b) des Zentrierelementhalters (8) reicht und über eine Druckmittelverschraubung (14) an die Druckmittelleitung (12) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Paßbohrungen (8 a) des Zentrierelementhalters (8) mehrere mit seitlichem Bewegungsspiel durch die Losscheibe (4 a) und die Festscheibe (2 b) geführte, mit Zentrierkegeln (9 a, 10) versehene Stifte (9) mit ihren Ansätzen (9 c) befestigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Losscheibe (4 a) kegelförmige Einsenkungen (4 d) mit Zentrierbohrungen (4 c) hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkegel (10) für eine Zentrierbohrung (2 d) mit kegelförmiger Erweiterung (2 e) der Festscheibe (2 b) auf einem Zapfen (9 b) im Anschluß an die kegelige Erweiterung (9 a) des Stiftes (9) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierkegel (10) mittels einer Mutter (16) axialverstellbar auf dem Zapfen (9 b) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Losscheibe (4 a) über Kugelrollen (5) auf der Festscheibe (2 b) abgestützt ist.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Tragrohr (4) der Losscheibe (4 a) und der dafür vorhandenen Mittelbohrung (2 c) der Festscheibe (2) sowie zwischen den Zentrierbohrungen (2 d) der Festscheibe (2 b) und den Stiften (9) je ein Luftspalt von der Breite des Verschiebeweges (x) vorhanden ist.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Zentrierelement (8) und dem ringförmigen Gehäuse (2 a) der Festscheibe (2) größer ist als der Verschiebeweg (x).

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Kugelrollen (5) und der zentralen Mittelbohrung (2 c) größer ist als der Verschiebeweg (x).

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Gehäuse (2 a) des Tragringes (2) mittels Schrauben (3) an einer Roboterarm-Endplatte (1) befestigt ist.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der zueinander beweglichen Teile auf den benachbarten Teil gerichtete Näherungsinitiatoren (11) angeordnet sind.