DE4002225A1 - Vorrichtung zum ausgleichen von positionierungenauigkeiten fuer einen handhabungsautomaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum passiven Aus­ gleichen von Positionierungenauigkeiten für einen Handhabungs­ automaten mit einer an einem Handhabungsarm anbringbaren Grundplatte und mit einer ein Werkzeug oder ein Werkstück tragenden, im wesentlichen parallel zur ersten Grundplatte angeordneten und relativ zu dieser beweglichen zweiten Grund­ platte, die mittels federnden Elementen zueinander ausgerichtet sind.

Handhabungsautomaten werden vielfach dazu eingesetzt, Einzel­ teile zusammenzufügen und miteinander zu verbinden, oder aber auch um Elemente in größere Geräte einzusetzen. Ebenso werden Handhabungsautomaten dazu benutzt, Elemente aus Vorrichtungen zu entnehmen oder miteinander verbundene Elemente auseinander­ zunehmen. Bei derartigen Arbeiten führen Positionierunge­ nauigkeiten, d. h. Versatz oder Winkelabweichungen, bezüglich der zusammenzufügenden oder auseinanderzunehmenden Teile zu Verspannungen und Klemmungen. Dadurch können Störungen des Handhabungsablaufs und langfristig auch Zerstörungen und über­ mäßige Abnutzungen von Bauteilen verursacht werden.

Um die Auswirkungen derartiger Fehler zu vermeiden, ist es be­ kannt, mit Hilfe von komplexen, mehrdimensionalen Sensor­ systemen, die Entfernungen und/oder Kräfte messen, Versatz und Winkelabweichungen zu bestimmen und aktiv durch Rückkopplung über die Steuerung des Handhabungsautomaten auszugleichen.

Des weiteren gibt es sogenannte passive Vorrichtungen zum Aus­ gleichen von Positionierungenauigkeiten. Diese passiven Ein­ richtungen, wie sie beispielsweise durch die DE-A 37 36 064 bekannt sind, enthalten eine an einem Handhabungsarm des Hand­ habungsautomaten anbringbare Grundplatte und eine hierzu im wesentlichen parallel angeordnete weitere Grundplatte, die mit der ersten Grundplatte über ein System aus nachgiebigen Elementen verbunden ist. Bei dieser bekannten Bauart ist zusätzlich zwischen den beiden Grundplatten eine einen Pneumatikzylinder enthaltende Arretiereinrichtung vorgesehen, die während der Zustellbewegungen des Handhabungsarms aktiviert ist und die das Auftreten von Schwingungen verhindert. Derartige passive Vorrichtungen zum Ausgleichen von Positionierungenauigkeiten sind konstruktiv viel einfacher aufgebaut und daher wesentlich kostengünstiger herzustellen als die mit Sensorsystemen ausgestatteten aktiven Einrichtungen. Die Einsatzmöglichkeiten dieser passiven Vorrichtungen sind jedoch bisher begrenzt, da bei Auftreten von hohen Fügekräften und/oder Torsionsmomenten die elastischen Elemente dazu neigen, sich zu verdrehen und einzuknicken. Dies birgt die Gefahr, daß der Fügevorgang nicht abgeschlossen werden kann, oder daß das oder die elastischen Elemente einknicken und zerstört werden. Es führt auch nicht zu einer befriedigenden Lösung, wenn härtere oder eine größere Anzahl von elastischen Elementen eingesetzt werden. Damit wird nämlich der Ausgleich von Positionierungenauigkeiten erschwert, da dabei gerade keine zu starken Kräfte auftreten sollten. Ebenso ist es nicht befriedigend, mittels Anschlägen o. dgl. eine Verdrehungsbegrenzung zwischen den beiden Grundplatten vor­ zusehen. Dies ist allenfalls dazu geeignet, die elastischen Elemente vor einer Überlastung zu schützen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum passiven Ausgleichen von Positionierungenauigkeiten der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die einerseits ein weiches Ausgleichen ermöglicht und die andererseits eine Übertragung hoher Fügekräfte und Torsionsmomente gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen den beiden Grundplatten eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, die ein Zwischenelement enthält, das über ein ein Parallelogramm bildendes erstes Zwischenhebelpaar mit der ersten Grundplatte und ein ein Parallelogramm bildendes zweites Zwischenhebelpaar mit der zweiten Grundplatte verbunden ist, wobei die Zwischen­ hebelpaare bezüglich der Mitten der Grundplatten um 90° zu­ einander versetzt angeordnet sind.

Aufgrund dieser Ausbildung kann das Zwischenelement relativ zu der ersten, an einem Handhabungsarm anbringbaren Grundplatte in einer Radialebene eine Bewegung in einer ersten Richtung aus­ führen, während die zweite Grundplatte aufgrund des zweiten Parallelogramms gegenüber dem Zwischenelement eine Bewegung in einer zweiten Radialebene ausführen kann, die im wesentlichen um 90° versetzt zu der ersten Bewegungsrichtung ist. Insgesamt kann somit die zweite, mit dem Werkzeug oder dem Werkstück ver­ bindbare Grundplatte aufgrund der Überlagerung der beiden Be­ wegungen eine allseitige Bewegung in einer Radialebene aus­ führen. Eine Verdrehung der beiden Grundplatten relativ zu­ einander ist jedoch ausgeschlossen, so daß Torsionsmomente ausschließlich über die Verdrehsicherung und nicht über die elastischen Elemente übertragen werden. Dadurch ist es möglich, Positionierungenauigkeiten gegen relativ weiche Federkräfte auszugleichen und dennoch hohe Fügekräfte und/oder Torsionsmomente zu übertragen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer in den Zeichnungen dar­ gestellten Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht in axialer Richtung in Richtung des Pfeiles I in Fig. 2 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Lagerung eines Hebels an einem Zwischenelement in vergrößertem Maßstab.

Die dargestellte Vorrichtung enthält eine erste Grundplatte (10), die an einem nicht dargestellten Handhabungsarm eines Handhabungsautomaten befestigbar und mit einem Zentrierbund (11) zentrierbar ist. Des weiteren enthält die Vorrichtung eine zweite Grundplatte (12), an der ein nicht dargestelltes Werk­ stück oder ein Werkzeug o. dgl. gegebenenfalls unter Zwischen­ schalten eines Halters anbringbar ist. Die beiden Grundplatten (10 und 12) sind über vier elastische Elemente (13) miteinander verbunden, die nur in Fig. 1 dargestellt sind. Die elastischen Elemente (13), die in gleichmäßiger Verteilung in Umfangsrichtung im Bereich der äußeren Ränder der Grundplatten (10, 12) angeordnet sind, sind leicht schräg zur Mittelachse (14) angestellt. Sie bestehen in bekannter Weise aus einzelnen Stahlplatten, die über ein Elastomer miteinander verbunden sind, so daß eine im wesentlichen bezüglich Scherkräften wirksame Nachgiebigkeit erhalten wird. Die beiden Grundplatten (10 und 12) liegen in der Grundstellung parallel zueinander und sind konzentrisch zueinander ausgerichtet.

Zwischen den beiden Grundplatten (10, 12) ist ein im wesent­ lichen ringförmiges Zwischenelement (15) angeordnet. Das Zwischenelement (15) ist mit der Grundplatte (10) über ein erstes Zwischenhebelpaar (16, 17) verbunden. Dieses Zwischen­ hebelpaar enthält zwei parallel zueinander ausgerichtete Zwischenhebel (16, 17), die mit Lagerzapfen (18, 19) an dem Zwischenelement (15) und an der ersten Grundplatte (10) be­ festigt sind. Die Lagerzapfen (18), die jeweils das Zwischen­ element (15) mit einem Zwischenhebel (16, 17) verbinden, liegen bezüglich der Mittelachse (14) einander diametral gegenüber. Ebenso liegen die Lagerzapfen (19), die die Zwischenhebel (16, 17) mit der Grundplatte (10) verbinden, einander diametral gegenüber.

Das Zwischenelement (15) ist in entsprechender Weise über ein Zwischenhebelpaar (20, 21) mit der zweiten Grundplatte (12) verbunden. Dieses Zwischenhebelpaar enthält zwei parallel zu­ einander verlaufende Zwischenhebel (20, 21), die um 90° ver­ setzt zu den Zwischenhebeln (16, 17) angeordnet sind. Die Zwischenhebel (20, 21) sind jeweils mit einem Lagerzapfen (22) mit der Grundplatte (12) und mit einem Lagerzapfen (23) mit dem Zwischenelement (15) verbunden. Die Achsmitten der Lagerzapfen (18, 19, 22, 23) liegen auf einem gemeinsamen Kreis um die Mittelachse (14) der gesamten Vorrichtung.

Um eine möglichst geringe Bauhöhe, d. h. einen möglichst ge­ ringen Abstand zwischen der Grundplatte (10) und der Grund­ platte (12) zu ermöglichen, ist das ringförmige Zwischenelement (15) im Bereich der Zwischenhebel (16, 17 und 20, 21) mit im wesentlichen in radialer Richtung abstehenden, laschenartigen Ansätzen (24, 25) versehen, die in axialer Richtung zueinander versetzt sind. Dadurch wird erreicht, daß die Zwischenhebel (16, 17 und 20, 21) wenigstens annähernd in einer gemeinsamen Ebene liegen.

Das Zwischenhebelpaar (16, 17) gestattet eine Bewegung des Zwischenelementes (15) in vorgegebener Richtung relativ zu der Grundplatte (10). Das Zwischenhebelpaar (20, 21) gestattet eine Relativbewegung der Grundplatte (12) zu dem Zwischenelement (15) in einer Bewegungsrichtung, die etwa lotrecht zu der Bewegungsrichtung zwischen der Grundplatte (10) und dem Zwischenelement (15) verläuft. Dadurch wird eine Art Kreuz­ gelenk geschaffen, die durch Überlagerung der beiden Bewegungen eine freie Relativbewegung in radialer Richtung zwischen den Grundplatten (10 und 12) gewährleistet. Für die Praxis reicht es aus, wenn die Größe der Relativbewegung zwischen den Grund­ platten (10, 20) relativ zu der Mittelachse (14) in der Größen­ ordnung von 2 mm liegt. Diese Überlagerte Radialbewegung er­ folgt gegen die elastische Wirkung der Elemente (13). Das Zwischenelement (15) mit den Zwischenhebelpaaren (16, 17 und 20, 21) bildet dagegen eine Verdrehsicherung zwischen den Grundplatten (10 und 12), so daß ein zwischen diesen beiden Grundplatten (10, 12) zu übertragendes Torsionsmoment, bei­ spielsweise beim Herstellen oder Lösen einer Schraubverbindung, unabhängig von den elastischen Elementen (13) übertragen wird. Das übertragbare Drehmoment wird somit nicht von den elastischen Elementen (13) beeinflußt. Diese können deshalb so weich gestaltet werden, wie dies für das Ausgleichen von Positionierungenauigkeiten gewünscht ist.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist und wie an dem Beispiel eines Lagerzapfens (18) erläutert wird, sind alle Lagerzapfen (18, 19, 22, 23) jeweils in die Grundplatten (10 oder 12) oder in das Zwischenelement (15) eingepreßt, während die Zwischenhebel (16, 17, 20, 21) mittels eines Lagers (26) auf diesen Lager­ zapfen (18, 19, 22, 23) gelagert sind. Bei dem in Fig. 3 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel dient als Lager (26) ein Nadel­ lager. Ein derartiges Nadellager hat den Vorteil, daß ein ge­ wisses Winkelspiel in diesem Lager (26) zulässig ist. Dadurch ist es auch möglich, mit der Vorrichtung Winkelabweichungen in der Größenordnung bis zu etwa 2° auszugleichen. Ein derartiges Nadellager besitzt auch ein gewisses axiales Spiel, so daß bei einer derartigen Vorrichtung in Verbindung mit den federnden Elementen (13) eine Axialbewegung in der Größenordnung von 0,1 bis 0,2 mm möglich ist.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform werden anstelle von Nadellagern für das Lager (26) gummielastische Hülsen vorge­ sehen. Diese gummielastischen Hülsen können insbesondere dann, wenn sie sowohl mit den Lagerzapfen (18, 19, 22, 23) als auch mit den Zwischenhebeln (16, 17, 20, 21) drehfest verbunden sind, auch dazu ausgenützt werden, daß über ihre elastischen Kräfte eine Ausgangs-Zentrierung zwischen den Grundplatten (10, 12) herbeigeführt wird. Unter Umständen ist es dann auch mög­ lich, bei einer vereinfachten Ausführungsform auf die elastischen Elemente (13) zu verzichten, da dann die Hülsen deren Wirkung mit übernehmen können.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist weiter vorgesehen, daß an der Grundplatte (10) konzentrisch zur Mittelachse (14) ein Pneumatikzylinder (27) angebracht ist, dessen Kolben mit einem Konus (28) versehen ist. Dieser Konus (28) ist einer konischen Gegenfläche (29) der Grundplatte (12) zugeordnet. Während der Zustellbewegungen des nicht dargestellten Hand­ habungsarms des Handhabungsautomaten wird der Pneumatikzylinder (27) derart betätigt, daß der Konus (28) an die Gegenfläche (29) herangezogen wird, so daß die Grundplatte (12) gegenüber der Grundplatte (10) arretiert ist. Damit wird ein Schwingen während der Zustellbewegung ausgeschlossen. Diese Arretierung wird erst durch Ausfahren des Kolbens mit dem Konus (28) auf­ gelöst, wenn das Werkzeug oder das Werkstück, das von der Grundplatte (12) getragen wird, einem Einführkonus zugestellt wird, der dann einen Ausgleich der Positionierungenauigkeiten durch eine entsprechende Relativbewegung zwischen den Grund­ platten (10 und 12) bewirkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann selbstverständlich auch mit Vorteil in Verbindung mit einem Sensorsystem, d. h. mit einer aktiven Einrichtung verwendet werden. Diese aktive Einrichtung braucht dann nur so ausgelegt werden, daß relativ große Abweichungen ausgeglichen werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum passiven Ausgleichen von Positionier­ ungenauigkeiten für einen Handhabungsautomaten mit einer an einem Handhabungsarm anbringbaren Grundplatte und mit einer ein Werkzeug oder ein Werkstück tragenden, im wesentlich parallel zur ersten Grundplatte angeordneten und relativ zu dieser be­ weglichen zweiten Grundplatte, die mittels elastischen Elemen­ ten zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Grundplatten (10, 12) eine Verdrehsicherung vorgesehen ist, die ein Zwischenelement (15) enthält, das über ein ein Parallelogramm bildendes erstes Zwischenhebelpaar (16, 17) mit der ersten Grundplatte (10) und über ein ein Parallelo­ gramm bildendes zweites Zwischenhebelpaar (20, 21) mit der zweiten Grundplatte (12) verbunden ist, wobei die Zwischen­ hebelpaare (16, 17; 20, 21) bezüglich der Mitten (14) der Grundplatten (10, 12) um 90° versetzt zueinander angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenhebelpaare (16, 17; 20, 21) über ein Winkel­ spiel zulassende Lager (26) auf Lagerzapfen (18, 19, 22, 23) der Grundplatten (10, 12) und des Zwischenelementes (15) ge­ lagert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (26) Nadellager vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (16) elastisch defomierbare, die Lagerzapfen (18, 19; 22, 23) umgebende Hülsen vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Grundplatten (10, 12) ein System elastischer Elemente (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Grundplatten (10, 12) ein Pneumatikzylinder (27) angeordnet ist, dessen Kolben mit einem Konus (28) verbunden ist, dem eine konische Gegenfläche (29) der zugehörigen Grundplatte (12) zugeordnet ist.