DE3921055A1 - Greifwerkzeug - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug zur Ver
wendung an Robotermaschinen zum exakten und gesteuerten Grei
fen, Transportieren und/oder Positionieren von Maschinentei
len.
Die Erfindung betrifft Greifwerkzeuge wie sie in der US-PS 45
93 948 offenbart und in der US-PS 47 41 568 beschrieben sind;
sie betrifft Verbesserungen an einem Greifwerkzeug, wie in
der verfallenen US-Anmeldung 06/8 52 614 vom 16. Aprilil 1986
bezüglich eines parallel beweglichen Greifers offenbart. Zu
sätzlich sind weitere Bemühungen bezüglich Greifern bekannt,
wie sie beispielsweise in den US-PS 45 44 193, 10 89 362,
9 00 856, 7 46 707 und der DE-PS 22 54 784 offenbart sind. Bis
her wurden die Greifer gleitbar auf einer geeigneten Schiene
zur Bewegung zwischen einer Betriebs- und einer Nichtbe
triebsposition befestigt. Derartige gleitbar befestigte Grei
fer unterliegen Gleitreibung, welche in einer vergleichsweise
kurzen Zeit einen beträchtlichen Verschleiß der relativ be
weglichen Teile bewirkt, welcher nach und nach ein übermäßi
ges Spiel zwischen den komplementären Teilen produziert. Wenn
sich das Spiel vergrößert, wird die Exaktheit des Greifwerk
zeugs ungünstig beeinflußt. Weiterhin läßt die Greifkraft des
Greifwerkzeugs bei Abnutzung der Teile infolge der Gleitrei
bung, welcher die Teile unterliegen, nach.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Robo
tergreifer bereitzustellen, der parallel bewegliche Greifer
aufweist, die auf einer Roboterhand derart befestigt sind,
daß die Reibung zwischen den relativ beweglichen Teilen auf
ein Minimum reduziert wird. Ferner soll bei einem Greiferauf
bau die Reibung minimiert werden, so daß auch die Abnutzung
zwischen den komplementär beweglichen Teilen minimiert wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa
tentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü
chen.
Nach Maßgabe der Erfindung wir ein Greiferaufbau bereitge
stellt, der in der Lage ist, seine Betriebsexaktheit und
Greifkraft über eine angemessene Zeitdauer beizubehalten.
Insbesondere weist der Greiferaufbau für eine Roboterhand
eine erweiterte Betriebsdauer im Vergleich mit herkömmlichen
Greifern gleicher Größe und Kraft auf.
Es wird ein Robotergreiferaufbau vorgeschlagen, welcher ein
Gehäuse umfaßt, das einen fluidgesteuerten Kolben zum Betäti
gen eines mit der Kolbenstange verbundenen Doppel
kantenzahnstangenelementes enthält. Im Zahneingriff sind an
den entgegengesetzten Zahnstangenenden ein Paar von Stirnrä
dern angeordnet, um relativ zueinander gegenläufig zu drehen,
wenn das Doppelkantenzahnstangenelement aufgrund der Betäti
gung durch den Kolben hin- und herbewegt wird. Jedes der
Stirnräder ist im Zahneingriff mit einem Zahnstangenschlitten
angeordnet, um die Bewegung der entsprechenden
Zahnstangenschlitten zueinander und voneinanderweg zu bewir
ken, wenn die Stirnräder in der einen oder der anderen Rich
tung gedreht werden. Mit den jeweiligen Zahnstangenschlitten
ist jeweils ein Greiffinger zur parallelen Bewegung befe
stigt, um dazwischen ein Werkstück zu greifen. Im Sinne der
vorliegenden Erfindung sind die jeweiligen Zahnstangenschlit
ten auf Rollenlagern beweglich angeordnet, die zwischen den
Zahnstangenschlitten und der dazugehörigen am Gehäuse gela
gerten Führungseinrichtung angeordnet sind. Dies wird er
reicht, indem die Führungseinrichtung aus einem Paar gegen
überliegender Schienen gebildet wird, wobei die benachbarten
Kanten der Schienen und dazwischen angeordneten Zahn
stangenschlitten komplementäre Oberflächen aufweisen, um da
zwischen einen Rollenlagerkäfig mit Rollenlagern aufzunehmen,
so daß der Zahnstangenschlitten in rollender Verbindung mit
den gegenüberliegenden Führungsschienen angeordnet ist.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereit
stellung eines Rollenlageraufbaus, der zwischen den Führungs
schienen und den Zahnstangenschlitten angeordnet ist, um eine
Rollreibungsbeziehung zwischen den Zahnstangenschlitten und
den dazugehörigen Führungsschienen zu bewirken. Ein weiterer
Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in einem vergleichs
weise einfachen Aufbau, welcher sehr positiv im Betrieb ist
und einfach in der Montage.
Nach der Erfindung wird ein Greifwerkzeug bereitgestellt, das
einem Minimum von Reibung unterliegt, um den Verlust jegli
cher Greifkraft infolge von Abnutzung zu minimieren.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine teilgeschnittene Seitenansicht eines Ausfüh
rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 gemäß Fig.
1,
Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Explosionsansicht
von Konstruktionsdetails des erfindungsgemäßen Ausfüh
rungsbeispiels, und
Fig. 4 eine Ansicht des in Fig. 1 Ausführungsbeispiels von
unten.
In den Fig. 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßes Greifwerk
zeug 10 gezeigt. Das Greifwerkzeug umfaßt ein Gehäuse 10 A,
welches einen oberen Gehäusebereich 10 B und einem mit diesem
verbundenen unteren Gehäusebereich 10 C aufweist. Geeignete
Schrauben oder Bolzen 27, 28 sichern den oberen Gehäu
sebereich an dem unteren Gehäusebereich. In dem oberen Gehäu
sebereich ist eine Kammer ausgebildet, welche einen Zylinder
11 darstellt, in welcher ein Kolben 12 zu Hin- und Herbe
wegung eingesetzt ist. Vorrichtungen zur Einleitung eines
Fluiddruckes in den Zylinder 11 sind angeordnet, um die Ver
schiebung des Kolbens zum Betrieb der Vorrichtung zu be
wirken. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird Fluiddruck
an einem Punkt oberhalb A und unterhalb B des Kolbens einge
leitet, je nachdem in welche Richtung der Kolben 12 ver
schoben werden soll. Durch alternierenden Fluß des Fluiddruk
kes zu dem Zylinder 11 wird der Kolben 12 innerhalb des Zy
linders 11 hin- und herverschoben.
Mit dem Kolben ist eine Kolbenstange 13 verbunden, an deren
freiem Ende eine Doppelkantenzahnstange 14 befestigt ist. Wie
gezeigt, weisen die entgegengesetzten Kanten 14 A und 14 B eine
Reihe beabstandeter Zähne auf, welche so angeordnet sind, um
in Eingriff mit einem entsprechenden Stirnrad 15 A und 15 B zu
sein, welche auf beiden Seiten der Zweikantenzahnstange 14 in
dem unteren Gehäusebereich 10 C angeordnet sind.
Der Boden des unteren Gehäusebereichs ist mit einer längli
chen Öffnung 29 versehen.
Mit der Bodenkante des unteren Gehäusebereiches ist eine Füh
rungsvorrichtung 16 verbunden, welche ein Paar gegenüber
liegend angeordneter Schienenelemente 16 A, 16 B umfaßt. Wie am
besten in Fig. 2 und 3 gesehen werden kann, ist jedes der
Schienenelemente 16 A, 16 B in Form eines länglichen Elementes,
das in geeigneter Weise an der unteren Kante des unteren Ge
häusebereiches 10 C befestigt ist, ausgebildet, wobei die in
neren Kanten der Schienenelemente voneinander zur Bildung ei
nes Führungsweges zur Aufnahme eines Paares von Zahnstangen
schlitten 17 und 18 angeordnet sind. Wie gezeigt, weist jeder
Zahnstangenschlitten 17 und 18 entlang seiner Oberkante einen
Zahnstangenbereich 17 A und 18 A auf, welcher in Zahneingriff
mit den entsprechenden Stirnrädern 15 A und 15 B angeordnet
ist. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, weisen die jewei
ligen inneren voneinander beabstandeten Kanten der jeweiligen
Schienenelemente winkelig ausgebildetete Oberflächen 31 und
32 auf. In vorteilhafter Weise sind die winkelig ausgebilde
ten Oberflächen 31 und 32 in einem 90°-Winkel relativ zuein
ander ausgebildet. Andere Winkel, z.B. 30°, sind selbstver
ständlich möglich.
Die gegenüberliegenden Seitenflächen 33 und 34 der ent
sprechenden Zahnstangenschlitten 17 und 18 sind jeweils mit
einer winkelig komplementär ausgebildeten Oberfläche 35 und
36 versehen, die komplementär zu den winkeligen Oberflächen
der gegenüberliegenden Kanten 31, 32 der entsprechenden
Schienenelemente 16 A und 16 B sind.
Gemäß Fig. 3 ist eine Rollenlagervorrichtung 20 zwischen den
komplemetären Oberflächen der Zahnstangenschlitten und dazu
gehörigen Schienenelementen angeordnet, so daß die entspre
chenden Zahnstangenschlitten 17, 18 in rollender Befestigung
mit und zwischen den entsprechenden Schienenelementen 16 A,
16 B angeordnet sind. Die Rollenlagervorrichtung umfaßt einen
Rollenkäfig 21 mit winkelig angordneten Seitenbereichen 20 A
und 20 B, welche jeder eine oder mehrere längliche voneinander
beabstandete Öffnungen zur Aufnahme eines Rollenlagers 22
aufweisen. Die Anordnung ist derart, daß der Rollenlagerkäfig
21 mit Lagern 22 auf jeder Seite des entsprechenden Zahnstan
genschlittens zwischen dem Schlitten und dem benachbarten
Schienenelement angeordnet ist, so daß jeder Schlitten roll
bar auf den Schienenelementen aufgenommen ist. Gemäß Fig. 3
weisen die gegenüberliegenden Enden der Schlitten 17 und 18
Endkappen 37 auf, um die Rollenlagervorrichtung 20 dazwischen
zu halten.
Mit dem jedem der beiden Schlitten 17 und 18 sind die ent
sprechenden Greiferfinger 38 und 39 verbunden. Die Finger
funktionieren zum Greifen, Transport und Positionieren eines
Werkstücks während des Betriebs der Vorrichtung 10.
Im Betrieb wird der Kolben 12 innerhalb des Zylinders durch
die Einleitung eines Fluiddrucks, beispielsweise Luft- oder
Flüssigkeitsdrucks in den Zylinder 11 verschoben. Wird der
Kolben 12 nach unten gefahren, wird auch die Zweikanten
zahnstange gesenkt, was bewirkt, daß die Stirnräder 15 A und
15 B entgegengesetzt gedreht werden, so daß die Zahnstangen
schlitten und die von ihnen getragenen Finger zu einer Bewe
gung voneinanderweg angetrieben werden. Wird der Kolben 12
nach oben gefahren, bewegen sich die Zahnstangenschlitten
aufeinanderzu, was ein Schließen oder Greifen eines Werkstük
kes der Finger 38, 39 bewirkt.
Die Schlitten 17 und 18 in rollender Verbindung relativ zu
den Schienenelementen 16 A und 16 B. Somit ist der Verschleiß
zwischen Schlitten und den Schienenelementen minimiert, wo
durch der Betrag eines sich ansonsten entwickelnden Spiels
reduziert wird. Indem das Spiel infolge von Abnutzung redu
ziert wird, wird die Exaktheit und Verwendungsdauer des
Greifwerkzeugs erheblich verlängert. Weiterhin wird die
Greifkraft der entsprechenden Finger auf ihrem optimalen Ni
veau über die Lebensdauer der Vorrichtung 10 beibehalten. Da
durch, daß Greifkräfte des Greifwerkzeugs beibehalten werden,
kann der Greifer eine höhere Nutzlast aufnehmen, beispiels
weise schwerere oder größere Teile als herkömmliche gleitbar
befestigte Greifer gleicher Größe und Kraft. Durch das Weg
fallen der Gleitreibung zwischen den beweglichen Teilen kann
die Erhöhung der Nutzungsdauer der Greifer mit der 20- bis
50fachen Zeit gegenüber vergleichbaren Greifwerkzeugen, die
Gleitreibungsanordnungen unterliegen, angenommen werden. Mit
der beschriebenen Konstruktion wird die Beibehaltung der op
timalen Effektivität und Exaktheit der Vorrichtung über die
erweiterte Lebensdauer gewährleistet.
Claims (5)
1. Robotergreifwerkzeug mit einem Gehäuse (10 A), welches
eine Zylinderkammer (11) umfaßt, einen Kolben (12), der
in der Zylinderkammer (11) angeordnet ist, eine Kolben
stange (13), die mit dem Kolben (12) verbunden ist,
eine Zweikantenzahnstange (14), die mit dem Kolben (12)
verbunden ist und Stirnräder (15 A) und (15 B), die im
Zahneingriff mit den Kanten der Zahnstange angeordnet
sind, wobei die Stirnräder (15 A) und (15 B) gleichförmig
angetrieben werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Führungsvorrichtung (16) mit dem Gehäuse (10 A)
verbunden ist und eine Führungsbahn bildet, daß ein
Paar von Zahnstangenschlitten (17, 18) an der Führungs
bahn angeordnet ist, wobei jeder der Zahnschlitten in
Zahneingriff mit einem der Stirnräder (15 A, 15 B) ist
und daß eine Lagervorrichtung (20) zwischen der Füh
rungsvorrichtung (16) und den Zahnstangenschlitten (17,
18) innerhalb der Führungsbahn angeordnet ist.
2. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß Greiffinger (38, 39) jeweils mit einem der Zahn
stangenschlitten (17, 18) derart verbunden sind, daß
sie bei Betätigung des Kolbens (12) aufeinander zu und
voneinanderweg beweglich sind, wobei die Greiffinger
(38, 39) koaxial ausgerichtet sind.
3. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsvorrichtung ein Paar gegenüberliegender
Schienenelemente (16 A, 16 B) umfaßt, wobei das Paar von
Schienenelementen (16 A, 16 B) voneinander beabstandete
und eine Führungsbahn bildende Kantenbereiche aufweist
und wobei jeder der Kantenbereiche mit winkelig ausge
bildeten Oberflächen (31, 32) gebildet ist, wobei jeder
der Zahnstangenschlitten (17, 18) gegenüberliegende
Endbereiche und längliche Seitenbereiche (33, 34) auf
weist, wobei die Seitenbereiche (33, 34) winkelig aus
gebildetete Oberflächen, die komplementär zu den winke
ligen Oberflächen (31, 32) der Schienenelemente (16 A,
16 B) und an diese angrenzend angeordnet sind und daß
die Lagervorrichtung (20) zwischen den komplementären
winkeligen Obeflächen (31, 32) der Schienenelemente
(16 A, 16 B) und den dazu komplemetären winkeligen Ober
flächen der Zahnstangenschlitten (17, 18) angeordnet
sind, wobei die Zahnstangenschlitten (17, 18) in rol
lender Verbindung mit den Schienenelementen angeordnet
sind.
4. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß Endanschläge (37) mit den gegenüberliegenden
Endbereichen der Zahnstangenschlitten (17, 18) verbun
den sind, wobei die Endanschläge (37) sich seitlich der
winkeligen Oberflächen der Zahnstangenschlitten (17,
18) erstrecken und zwischen den Endkappen (37) die
Lagervorrichtung (20) angeordnet ist, wobei die Lager
vorrichtung (20) sich gleichförmig mit den Zahnstangen
schlitten (17, 18) bewegt.
5. Robotergreifwerkzeug nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lagervorrichtung (20) einen länglichen Käfig
(21) mit winkelig ausgebildeten Seiten (20, 20 B) auf
weist, wobei eine Mehrzahl von Rollenlagern (22) in
länglichem Abstand auf jeder Seite des Käfigs (21) auf
genommen ist, wobei die Rollenlager (22) in rollender
Verbindung den entsprechenden winkeligen Oberflächen
(31, 32) der Schienenelemente (16 A, 16 B) und den kom
plementären winkeligen Oberflächen der Zahnstangen
schlitten (17, 18) angeordnet sind.
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