DE3836439C2 - Greifvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Es ist eine Greifvorrichtung dieser Art bekannt (US-45 79 380), bei der auf jeder Spindel ein Schlitten mit einem Greifer daran angeordnet ist. Die beiden Spindeln sind jeweils im Gehäuse drehbar gelagert. Sie werden über ein Kegelradgetriebe von einem beiden gemeinsamen elektrischen Antriebsmotor ange­ trieben. Auf jeder Spindel ist eine Spindelmutter angeordnet, die drehfest am Schlitten gehalten ist. Greifvorrichtungen ähnlicher Art sind auch aus US 47 65 668, DE 36 32 192 A1 und DE 30 10 934 A1 bekannt. All diesen bekannten Greifvor­ richtungen ist gemeinsam, daß die Spindelmuttern im jeweiligen Schlitten fest angeordnet sind und die im Gehäuse drehbar gelagerten Spindeln von einem im Gehäuse angeordneten Antriebs­ motor angetrieben werden. So gestaltete Linearantriebe haben den Nachteil, daß an der Bewegung große Massen be­ teiligt sind, nämlich der Rotor des Motors, das Getriebe und die einzelnen Spindeln. Die Spindeln müssen hinreichend bemessen sein. Es müssen somit große Massen beschleunigt und abgebremst werden, was derartige Linearantriebe träge macht und die Lager belastet. Von Nachteil ist auch, daß man relativ kurze Spindeln verwenden muß und daher der Ver­ fahrweg der jeweiligen Schlitten kurz bleiben muß. Die drehend angetriebenen Spindeln erzeugen bei der Rotation Schwingungen, welche die Lager belasten und die Präzision mindern. Es sind deshalb auch schon elektrisch angetrie­ bene Lineareinheiten mit Zentralspindel vorgeschlagen worden, bei denen der Antriebsmotor fest angebracht ist und die jeweilige undrehbar gehaltene Spindel transla­ torisch verschiebbar ist ( Volmer, Johannes: Industrie­ roboter, VEB Verlag Technik, Berlin, 1981, S. 46-49 ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels der zu erfassende Gegenstände sehr feinfühlig gehalten und geklemmt werden können, wobei die Greifvorrichtung hohe Präzision ermöglicht.

Die Aufgabe ist bei einer Greifvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung durch die Merkmale im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen er­ geben sich aus den Ansprüchen 2-8.

Die Greifvorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht ein sehr feinfühliges Erfassen und Festklemmen eines erfaßten Gegenstandes mit steuerbarer Klemmkraft. Dabei ist die Greifvorrichtung einfach, leicht, platzsparend und kosten­ günstig. Es lassen sich hohe Wirkungsgrade erreichen. Aufgrund der Erfindung ist eine elektromotorisch ange­ triebene Spannzange geschaffen, die mittels eines bezüg­ lich Drehzahl und Drehmoment stufenlos regelbaren Elektro­ motors angetrieben wird. Für die Drehzahl-, Drehmoment- und Wegmessung kann ein Meßwertgeber, z. B. Winkelschritt­ geber, verwendet werden, wobei bedarfsweise die ent­ sprechenden Werte über einen Mikroprozessor einer Steuer­ einheit eingestellt werden können. Bei einfachem Aufbau, wenig Einzelteilen und kostengünstiger Gestaltung können viele einzelne Spindeln vorgesehen werden, auf denen über Spindelmuttern Schlitten mit Greifern translatorisch ver­ schiebbar sind. Besonders eignet sich die Greifvorrich­ tung gemäß der Erfindung als Roboterspannzange und zum Manipulieren von Gegenständen im Zusammenhang mit Werk­ zeugmaschinen. Auch sehr empfindliche Gegenstände lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung fassen und klemmen, da diese ein sehr feinfühliges Festhalten mit steuerbarer Klemmkraft ermöglicht. Die Steuerung des An­ triebsmotors mit Drehzahlregelung und Drehmomentregelung macht neben dem feinfühligen Erfassen mit der jeweils er­ forderlichen Klemmkraft ein gleichzeitiges Messen des zwischen zwei Greifern gefaßten Gegenstandes möglich. Wird z. B. zwischen zwei Greifern eine Welle gefaßt, so läßt sich über die Wegmessung zugleich auch das Durchmesser­ maß der Welle messen.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich­ nungen gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt mit teil­ weiser Seitenansicht einer Greifvor­ richtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit der Greifvorrichtung.

In Fig. 1 ist eine im wesentliche bekannte Greifvorrichtung 10 gezeigt, die z. B. für Manipulatoren, Werkzeugmaschinen od. dgl. geeignet ist und generell zum Aufnehmen und Er­ fassen von Gegenständen dient. Diese Greifvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 11 auf, in dem ein einziges Greiferpaar 12 angeordnet ist. Es könnte auch noch ein zweites, drittes oder weiteres Greiferpaar gleicher Art vorgesehen sein. Das Greiferpaar 12 weist zwei einander zugeordnete einzelne Greifer 13 und 14 auf, die in Richtung der Pfeile 13a, 14a aufeinanderzu bzw. gegensinnig dazu voneinanderweg beweglich sind. In der Greifstellung können beide Greifer 13, 14 dazwischen einen nicht weiter gezeigten Gegenstand, Z. B. ein rundes Teil, wie eine Welle, oder auch kantige Teile aufnehmen und halten, selbst dann, wenn die gesamte Greif­ vorrichtung 10 mitsamt dem zwischen den Greifern 13, 14 gehaltenen Gegenstand im Raum bewegt wird, z. B. vom Arbeitsraum einer Werkzeugmaschine zu irgendeinem benach­ bartem Raum bewegt wird. Die Greifvorrichtung 10 weist ferner eine Antriebseinrichtung 15 auf, mittels der beide Greifer 13, 14 gemeinsam betätigbar sind. Der untere Teil des Gehäuses 11 ist als etwa stehender Zylinder ausge­ bildet, während der obere Gehäuseteil 16 z. B. etwa rohr­ förmig und somit als liegender Zylinder gestaltet sein kann.

Jeder Greifer 13 und 14 des Greiferpaares 12 ist an einem zugeordneten Schlitten 17 bzw. 18 für Auswechselzwecke mittels angedeuteter Schrauben 19 bzw. 20 lösbar be­ festigt. Je nach zu handhabenden Gegenständen ist die Form des Greifers 13 bzw. 14 gewählt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel haben beide Greifer 13, 14 eine etwa prismatische Greiföffnung 21 bzw. 22, die sich z. B. be­ sonders gut zum Greifen von im Querschnitt runden Gegen­ ständen, z. B. Wellen, eignet. Dabei ist bei diesem darge­ stellten Ausführungsbeispiel jeder Greifer 13, 14 so ausgerichtet, daß der zwischen den Greiföffnungen 21, 22 zu fassende Gegenstand etwa rechtwinklig zur Zeichenebene verläuft. Bei anderen Handlingaufgaben können die Greifer 13, 14 z. B. derart am jeweils zugeordneten Schlitten 17, 18 angeordnet sein, daß der dazwischen aufzunehmende Gegenstand etwa vertikal und somit mit seiner Mittelachse innerhalb der Zeichenebene verläuft. Weisen die zu fassenden Gegen­ stände eine andere Außenform, Querschnittskontur oder sonstige Gestalt auf, so kommen entsprechend daran angepaßte andere Greifer zum Einsatz, die dann statt der gezeigten Greifer 13, 14 am jeweils zugeordneten Schlitten 17, 18 lösbar befestigt werden.

Jeder Schlitten 17 und 18 ist im Gehäuse 11, und zwar im oberen Gehäuseteil 16, längs einer geradlinigen Führungs­ bahn 23 bzw. 24 translatorisch verschiebbar gehalten. Hierzu weist z. B. der obere Gehäuseteil 16 einen oberen Schlitz, ein Langloch od. dgl. auf, in dem der jeweilige Schlitten 17 bzw. 18 längs der Führungsbahn 23 bzw. 24 hin und her verschiebbar ist, wobei jeder Schlitten 17, 18 an einer Drehung gehindert ist.

Die geradlinige Führungsbahn 23 des einen Schlittens 17 verläuft in einer Flucht mit der anderen Führungsbahn 24 des anderen Schlittens 18. Jeder Schlitten 17 und 18 mit Greifer 13 bzw. 14 daran weist einen Linearantrieb 25 bzw. 26 auf, der jeweils als Spindelantrieb ausgebildet ist und eine mit Außengewinde versehene Spindel 27 bzw. 28 sowie eine zugeordnete, mit Innengewinde versehene Spindelmutter 29 bzw. 30 aufweist.

In Fig. 1 ist jede Spindel 27, 28 im Gehäuse 11, und zwar im oberen Gehäuseteil 16, mittels beidendiger Lager 31, 32 bzw. 33, 34 drehbar und axial verschiebesicher gelagert. Hierbei ist die jeweilige Spindelmutter 29 bzw. 30, die von der Spindel 27 bzw. 28 durchsetzt ist, undrehbar am Schlitten 17 bzw. 18 gehalten. Zum Antrieb jedes Linear­ antriebs 25 und 26 sind im Gehäuse 11 ein elektrischer Antriebsmotor 35 und ein Winkelgetriebe 37 angeordnet, das als Kegelradgetriebe ausgebildet ist. Der Antriebsmotor 35 ist allen Greiferpaaren 12 gemeinsam. Sein Stator 38 ist im Gehäuse 11 befestigt, während sein Rotor 39 eine Rotor­ welle 40 aufweist, die an beiden Enden mittels Lagern 41, 42 im Gehäuse 11 drehbar gelagert ist. Die Achse der Rotor­ welle 30 verläuft dabei quer zur Achse beider Spindeln 27, 28. Das Winkelgetriebe 37 weist an den einander zuge­ wandten Enden der beiden Spindeln 27, 28 Kegelräder 43 bzw. 44 auf, die gemeinsam in Eingriff mit einem quer dazu angeordneten Kegelrad 45 stehen, das am zugewandten Ende der Rotorwelle 40 drehfest angebracht ist. Die beiden Spindeln 27, 28 werden gegensinnig zueinander angetrieben.

Der Umlauf der Spindel 27 in Pfeilrichtung 47 hat über die Spindelmutter 29 eine translatorische Verschiebung des Greifers 13 in Fig. 1 nach rechts und in Richtung des Pfei­ les 13a zur Folge. Die gegensinnige Antriebsbewegung der anderen Spindel 28 in Pfeilrichtung 48 hat über die Spin­ delmutter 30 des Schlittens 18 eine translatorische Ver­ schiebebewegung dieses Schlittens gegensinnig dazu in Fig. 1 nach links in Pfeilrichtung 14a zur Folge. Bei dieser Antriebseinrichtung gemäß Pfeil 46 der Rotorwelle 40 werden somit beide Greifer 13, 14 somit in ihre Greifstellung bewegt. Eine Drehrichtungsumkehr des Antriebsmotors 35 hat eine dazu gegensinnige Öffnungsbewegung der Greifer 13, 14 zur Folge. Der elektrische Antriebsmotor 35 ist in seiner Drehrichtung umsteuerbar, um sowohl diese Schließbewegung als auch diese Öffnungsbewegung zu ermöglichen.

Eine abgewandelte Ausführungsform, die nicht gezeigt ist, ist besonders vorteilhaft. Hierbei ist jeder Schlitten 17 und 18 mit Greifer 13 bzw. 14 daran mit einem eigenen elektrischen Antriebsmotor für seinen Linearantrieb 25 bzw. 26 in Form des Spindelantriebs versehen. In dieser Version kann jeder Schlitten 17, 18 unabhängig voneinander in der einen oder anderen Richtung betätigt und ent­ sprechend gesteuert werden. Jede Spindel ist undrehbar im Gehäuse gehalten, wobei der elektrische Antriebsmotor im jeweiligen Schlitten 17 bzw. 18 integriert ist, und zwar derart, daß der Rotor im Inneren die drehfest damit verbundene Spindelmutter trägt, die direkt vom Rotor angetrieben wird, so daß bei der Antriebsbetätigung der Schlitten 17 bzw. 18 längs der stillstehenden und auch nicht umlaufenden Spindel 27 bzw. 28 bewegbar ist.

Auf der Spindel 27 ist zusätzlich zum gezeigten Schlitten 17 mit Greifer 13 mindestens ein weiterer Schlitten mit daran gehaltenem Greifer angeordnet. In analoger Weise ist auch auf der anderen Spindel 28 zusätzlich zum dortigen Schlitten 18 mindestens ein weiterer Schlitten mit Greifer daran angeordnet. Auf diese Weise können mittels eines Spindelpaares 27, 28 zwei verschiedene Greifvorgänge verwirklicht werden. Ferner können zusätzlich zu den beiden koaxialen Spindeln 27, 28 mit Schlitten darauf weitere Spindeln für weitere Greifer nach analogem Prinzip an­ geordnet werden. Die einzelnen Spindeln können mit ihren Achsen z. B. sternförmig angeordnet werden.

Der elektrische Antriebsmotor 35 ist z. B. als Induktions­ motor, z. B. Drehstrommotor und hierbei insbesondere als Asynchronmotor, ausgebildet. Er wird z. B. von einem in Fig. 2 nur schematisch angedeuteten Transistorpulswechsel- Frequenzumrichter 49 gespeist, der von einer einen nicht weiter gezeigten Mikroprozessor enthaltenden Steuerinheit 50 steuerbar ist. Einzelheiten der Steuerung, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist, sind bekannt. Die Steuereinheit 50 ist über eine Sammelleitung 51 mit dem Frequenzumrichter 49 verbunden. Der Frequenzumrichter 49 speist den Antriebs­ motor 35 über die Sammelleitung 52 und erhält über diese Rückmeldesignale vom Antriebsmotor 35. Die Steuereinheit 50 ist z. B. mit zehn verschiedenen Eingängen und Ausgängen dargestellt, auf deren Funktion hier nicht besonders einge­ gangen werden muß. Der Antriebsmotor 35 ist als bezüglich Drehzahl und Drehmoment stufenlos regelbarer Motor ausge­ bildet. Er kann eine Positioniersteuerung aufweisen und ferner eine Drehzahlregelung sowie eine Drehmomentregelung. Hierzu ist der Antriebsmotor 35 auf der dem Antriebsrad 45 gegenüberliegenden Seite mit einem nur schematisch ange­ deuteten Meßwertaufnehmer 53 z. B. in Form eines Winkel­ schrittgebers versehen, der mit der Steuereinheit 50 verknüpft sein kann und die jeweiligen Ist-Werte des An­ triebsmotors 35 der Steuereinheit 50 zuleitet. Ferner kann der Antriebsmotor 35 z. B. im Bereich der Steuereinrichtung 50 mit einer selbsttätigen Umschaltung der Steuerung von Drehzahlregelung auf Drehmomentregelung versehen sein, wobei diese Umschaltung von Drehzahlregelung auf Dreh­ momentregelung spätestens bei Erreichen einer vorgegebenen Position auf dem Weg der Schlitten 17 und 18 vor Beginn des eigentlichen Erfassens des Gegenstandes geschieht. Die für das Erfassen und das sonstige Handlung jeweils notwendigen Bewegungsabläufe können in einer Steuereinreichtung als Programm abgespeichert werden, gemäß dem der Antriebsmotor 35 gesteuert werden kann, so daß die einzelnen Schritte automatisch ablaufen. Zum Erfassen eines Gegenstandes wird zunächst der Antriebsmotor 35 eingeschaltet und dabei zunächst im drehzahlgeregelten Betrieb gefahren, bis bei der Aufeinanderzubewegung der Schlitten 17, 18 mit Greifern 13, 14 das Greiferpaar 12 die für das Erfassen vorgegebene Position vor dem eigentlichen Angreifen mit Krafteinwirkung erreicht hat. Sodann kann die selbsttätige Umschaltung des Antriebsmotors 35 von Drehzahlregelung und Eilgang auf Drehmomentregelung erfolgen, so daß nun durch weitere Antriebsbewegung in Pfeilrichtung 46 genau die erforderliche Klemmkraft von den beiden Greifern 13, 14 auf den zu fassenden Gegenstand aufgebracht und aufgrund der steuerungstechnischen Wegbegrenzung der erforderliche Weg durchlaufen wird. Dabei kann das Drehmoment in allen Positionen selbsttätig angepaßt werden. Irgendwelche be­ sondere Anschläge für die Begrenzung der Klemmkraft oder sonstige Hilfsmittel sind entbehrlich. Vielmehr ist ein sehr feinfühliges Erfassen und Festklemmen mit steuerbarer Klemmkraft erreichbar. Von Vorteil ist zugleich, daß über eine Wegmessung auch Maße des vom Greiferpaar 12 erfaßten Gegenstandes gemessen werden können. Wird z. B. zwischen den Greifern 13, 14 ein Rundkörper, z. B. eine Welle, gefaßt, so läßt sich gleichzeitig mit dem Erfassen auch das Durchmessermaß messen. Die Greifvorrichtung 10 ist einfach, leicht, platzsparend und kostengünstig. Sie ermöglicht einen außerordentlich hohen Wirkungsgrad, der bis hin zu beispielsweise 97% reichen kann.

Claims (8)

1. Greifvorrichtung, insbesondere für Manipulatoren, Werk­ zeugmaschinen od. dgl., mit mehreren Linearantrieben (25, 26) jeweils mit Spindel (27, 28) und Spindelmutter (29, 30) und mit mehreren mittels der Linearantriebe (25, 26) betätigbaren, im Gehäuse (11, 16) der Greif­ vorrichtung (10) längs einer geradlinigen Führungsbahn (23, 24) translatorisch verschiebbaren Schlitten (17, 18) mit über die Schlitten (17, 18) relativ zueinander be­ weglichen Greifern (13, 14), zwischen denen in der Greifstellung ein Gegenstand aufnehmbar und spannbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindeln (27, 28) jeweils undrehbar im Gehäuse (11, 16) gehalten sind, daß die Spindelmuttern (29, 30) im jeweiligen Schlitten (17, 18) drehbar gelagert sind, daß jeder Schlitten (17, 18) einen eigenen elektrischen Antriebsmotor aufweist, der mit seinem Rotor die Spindel­ mutter (29, 30) antreibt, und daß auf jeder Spindel (27, 28) mindestens zwei Schlitten (17, 18) mit Greifern (13, 14) angeordnet sind.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindelmutter (29, 30) im Inneren des koaxial dazu angeordneten Rotors ihres zugehörigen Antriebs­ motors angeordnet ist.

3. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Greiferpaare (12) vorgesehen sind.

4. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest drei Spindeln (27, 28) und zugeordnete Linearantriebe vorgesehen sind.

5. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige elektrische Antriebsmotor (35) aus einem Induktionsmotor, insbesondere Asynchronmotor, gebildet ist.

6. Greifvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Induktionsmotor als bezüglich Drehzahl und Drehmoment stufenlos regelbarer Motor ausgebildet ist.

7. Greifvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsmotor von einem Frequenzumrichter (49) gespeist ist, der von einer einen Mikroprozessor enthaltenden Steuereinheit (50) steuerbar ist.

8. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antriebsmotor (35) einen z. B. mit der Steuer­ einheit (50) verknüpften Meßwertgeber (53), z. B. Winkel­ schrittgeber, aufweist.