DE4005334A1 - Greifeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes antreibt, das eine Linearverschie­ beeinheit betätigt, an der Greiferbacken befestigt sind, und mit einer Federeinrichtung, die eine verschiebeweg­ abhängige Greifkraft erzeugt.

Eine derartige Greifeinrichtung ist beispielsweise aus der DE 36 06 874 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Greifeinrich­ tung ist der Motor in Schneckenlängsrichtung gegen die Kraft der Federeinrichtung verschiebbar gelagert. Durch diese Anordnung wird dann, wenn die Greiferbacken an dem zu greifenden Objekt anliegen und somit das Schneckenrad des Schneckengetriebes "blockiert" ist, der Motor aufgrund der Drehung der Schnecke gegen die Vorspannungskraft ver­ schoben, so daß sich eine einstellbare Greifkraft ergibt.

Insbesondere für feinwerktechnische Aufgaben, bei denen sehr geringe Greifkräfte, die nur geringfügig größer als 0 N sind, vorgebbar sein sollen, ist die bekannte Greif­ einrichtung jedoch nicht geeignet. Beispielsweise aufgrund des Eigengewichts des Motors ergibt sich eine "minimale" Greifkraft, die für manche feinwerktechnische Aufgaben bereits zu groß sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifein­ richtung anzugeben, bei der mit einer hohen Auflösung auch sehr geringe Greifkräfte, die sich nur unwesentlich vom Wert 0 N unterscheiden, vorgebbar sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung geht zum einen von dem Grundgedanken aus, die Erzeugung des Vorschubs von der Erzeugung der Greif­ kraft zu trennen, und zum anderen, mit einer hohen Über­ setzung zu arbeiten, so daß die vorgegebenen Greifkräfte mit einer großen Auflösung eingestellt werden können.

Überraschenderweise läßt sich dieser erfindungsgemäße Grundgedanke dadurch realisieren, daß von einer Greifein­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen und diese gattungsgemäße Greifeinrichtung durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale weitergebildet wird:

Erfindungsgemäß weist das Schneckengetriebe zwei Schnek­ kenräder auf, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen. Hierdurch ist es möglich, auch sehr große Schneckenräder in einer ver­ gleichsweise kompakten Greifeinrichtung, wie sie typi­ scherweise für feinwerktechnische Anwendungen benötigt wird, unterzubringen. Diese großen Schneckenräder erlauben in einfacher Weise die Realisierung der erfindungsgemäß vorgesehenen hohen Übersetzung.

Des weiteren weist die Linearverschiebeeinheit für jeden Greiferbacken eine Vorschubeinheit und eine davon getrenn­ te Führungseinheit auf, an derem verschiebbaren Element die jeweilige Greiferbacke gegen die Kraft der Federein­ richtung beweglich angebracht ist.

Durch diese Trennung von Vorschub und Führung wird zum einen die Genauigkeit bei der Positionierung der Greifer­ backen erhöht, zum anderen ist es möglich, die Greiferbak­ ke mit einer "geführten Nachgiebigkeit gegen Federkraft" zu versehen. Hierdurch ist es möglich, die Greifkraft in Abhängigkeit von der Verschiebung des jeweils die Greifer­ backe haltenden Elements gegen die an dem zu greifenden Objekt anliegende Greiferbacke sehr feinfühlig einzustel­ len. Bei einer typischen Realisierung einer erfindungsge­ mäßen Greifeinrichtung kann beispielsweise die Greifkraft mit einer Genauigkeit von 0,001 N programmiert werden.

Eine Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes an­ treibt, das zwei Schneckenräder aufweist, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen, ist zwar bereits aus der "Zeitschrift für wirtschaftliche Fertigung und Automation", Jahrgang 77, 1982, Seiten 75 bis 81 und insbesondere Bild 2 bekannt. Bei dieser bekannten Greifeinrichtung ist aber weder eine Federeinrichtung vorgesehen noch eine Trennung von Vor­ schub und Führung angesprochen. Auch findet sich kein Hinweis auf eine feinfühlige Einstellung der Greifkraft.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im Prinzip können für die Vorschubeinheit beliebige Linear- Vorschubeinheiten, wie beispielsweise Gewindespindel/Mutter- Systeme verwendet werden. Die im Anspruch 2 angegebene Realisierung, bei der die Vorschubeinheit eine Zahnstangen/ Zahnrad-Einheit ist, ist jedoch aus einer Reihe von Grün­ den bevorzugt:

Zum einen kann das Zahnrad, das die Zahnstange antreibt, auf der gleichen Achse mit dem zugehörigen Schneckenrad und damit sehr platzsparend angeordnet werden. Zum anderen sind Zahnstangen/Zahnrad-Einheiten weniger aufwendig als Spindel/ Mutter-Systeme, da beispielsweise die Notwendig­ keit entfällt, die Zahnstange in Lagern zu lagern.

In jedem Falle ist es bevorzugt, wenn die Führungseinheit eine verdrehgesicherte Längsführung aufweist (Anspruch 3), da hierdurch die bereits angesprochene hohe Positionier­ genauigkeit bei feinwerktechnischen Handhabungsproblemen gewährleistet wird. Im Anspruch 4 ist eine bevorzugte Aus­ führung für die verdrehgesicherte Längsführung als Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung angegeben.

Im Anspruch 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Federeinrichtung angegeben, die nach dem Anliegen der Greiferbacken an das handzuhabende Werkstück durch weitere Verschiebung des Schlittens bzw. des verschiebbaren Ele­ ments der Linear-Vorschubeinheit die gewünschte vorgegebe­ ne Greifkraft erzeugen. Die im Anspruch 5 gekennzeichnete Verwendung von Druckfedern hat den Vorteil, daß ihre Integration auch in kompakt eingelegte Greifeinrichtungen problemlos möglich ist.

Durch die im Anspruch 6 angegebene zusätzliche Federein­ richtung wird sichergestellt, daß die Linear-Vorschub­ einheit kein Spiel aufweist.

Die im Anspruch 7 angegebene Weiterbildung, gemäß der das Schneckenrad auf einer von der Motor-Abtriebswelle ge­ trennten Welle angeordnet ist, die in Achsrichtung ver­ spannt und mit der Motor-Abtriebswelle über eine in Achs­ richtung elastische Kupplung verbunden ist, ist die Spiel­ freiheit für das System Schnecke/Schneckenrad gewährlei­ stet, ohne daß der Motor unnötig belastet würde.

Im Anspruch 8 ist eine einfache Realisierung der Verspan­ nung der Schneckenrad-Welle angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann beispielsweise ein Verschiebeweg der Linear-Vorschubeinheit von ca. 0,1 mm pro Umdrehung des Motors realisiert werden.

Hierdurch ist es möglich, die gewünschte hohe Auflösung der programmierbaren Greifkraft nicht nur durch einen lage­ geregelten Gleichstrommotor (Anspruch 11), sondern auch gemäß Anspruch 10 durch einen einfachen Schrittmotor zu erzielen.

Durch die im Anspruch 12 angegebene Einstelleinrichtung für das Gegenlager der Druckfeder läßt sich die Greifkraft dem jeweiligen Problem noch genauer anpassen.

Da bei kleinen maximalen Greiferwegbereichen nicht der gesamte Umfang der Schneckenräder genutzt wird, können anstelle von "Schnecken-Vollräder" gemäß Anspruch 13 auch Schneckenradsegmente verwendet werden, so daß sich eine beträchtliche Gewichts- und Platzersparnis ergibt.

Zur Wahrung der Positioniergenauigkeit ist bei großen Greifkraftbereichen ferner die Versteifung eines Backens mittels einer Hülse anstelle einer Druckfeder möglich (Anspruch 14).

In jedem Falle wird durch die erfindungsgemäße Ausbildung eine Greifeinrichtung geschaffen, bei der auch ohne Ver­ wendung von Kraftsensoren bei vorgegebenen Werkstückab­ messungen durch eine entsprechende Programmierung des Antriebsmotors mit hoher Auflösung eine bestimmte Greif­ kraft einstellbar ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Greifereinrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht von der Rückseite, und

Fig. 3 eine Seitenansicht der Greifereinrichtung.

Die erfindungsgemäße Greifereinrichtung weist in bekannter Weise einen Flansch (1) auf, mit dem diese an einem Gegen­ flansch (1′, siehe Fig. 2 bzw. 3) angebracht werden kann, der beispielsweise wiederum an der letzten Handachse eines - nicht dargestellten - Industrieroboters angebracht ist, der die Greifereinrichtung wahlfrei positioniert. Die Aus­ bildung des Flansches (1) und des Gegenflansches (1′) ist für die erfindungsgemäße Funktion ohne weiteren Belang, so daß sie im folgenden nicht näher beschrieben werden soll. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung lediglich eine exemplarische Ausgestaltung angegeben ist.

An dem Flansch (1) ist eine Motorhalterung (2) angebracht, an der ein Motor (3), der beispielsweise ein lagegeregel­ ter Gleichstrommotor oder ein Schrittmotor mit hoher Schrittzahl - typischerweise 2000 Schritte - pro Umdrehung sein kann, befestigt ist.

Die Abtriebswelle (4) des Motors ist über eine Kupplung (5), die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Fal­ tenbalgkupplung ist, mit einer Antriebswelle (6) für eine Schnecke (7) eines weiter unten noch erläuterten Schnek­ kengetriebes verbunden. Die Antriebswelle (6) ist in zwei Wälzlagern (8) bzw. (8′) gelagert, von denen das Lager (8) durch einen Sicherungsring (9) gegen Verschiebungen in Richtung der Achse gesichert ist. Das Lager (8′) ist dagegen durch eine Tellerfeder (10), die an einer fest eingespannten Lagerscheibe (11) anliegt, in Achsrichtung vorgespannt.

Die Schnecke (7) treibt zwei Schneckenräder (12 bzw. 12′) an, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greifer­ backen aufgespannten Ebene stehen.

Hierdurch ist es möglich, einen großen Durchmesser der Schneckenräder (12) bzw. (12′) zu wählen, so daß ein Großteil der Untersetzung durch das Schneckengetriebe bereitgestellt wird.

Die Verwendung einer in Achsrichtung flexiblen Kupplung (5) hat eine Reihe von Vorteilen:

Zum einen ermöglicht es die Verwendung einer Kupplung, die großen Schneckenräder (12) mit der von der kurzen Motor­ welle (4) angetriebenen Schnecke (7) in Eingriff zu bringen.

Zum anderen wird durch die verspannte Lagerung der Schnek­ kenwelle (6) das Axialspiel dieser Welle beseitigt. Ferner erlaubt die Kupplung (5) den Ausgleich eines fertigungs­ technisch bedingten Ersatzes zwischen Motor- und Schnecken­ antriebswelle.

Anders ausgedrückt ermöglicht die Kupplung (5) bei Spiel­ freiheit in Umfangsrichtung einen Ausgleich von axialem, lateralem und angularem Wellenversatz.

Die Lagerung der Schnecken-Antriebswelle (6) in Wälzlagern (8) bzw. (8′) ist durch die hohen Drehzahlen des Motors (3) bedingt, die sich durch die hohe Untersetzung einer­ seits und die Forderung nach kurzen Greiferöffnungs- und Schließzeiten andererseits ergeben.

Die durch die Tellerfeder (10) erreichte axiale Verspan­ nung beseitigt das bei Lagern dieser Form übliche Spiel.

Die Schneckenräder (12) bzw. (12′) sind mittels Spann­ stiften (13) auf jeweils einer Schneckenrad-Welle (14) befestigt, die in einer Gleitlagerbuchse (15) drehbar gelagert ist. Auf der Welle (14) ist ferner mittels eines Spannstifts (16) ein schrägverzahntes Stirnzahnrad (17) be­ festigt, das mit einer Zahnstange (18) kämmt. Die Zahn­ stangen (18) sind jeweils am Schlitten (19) befestigt, die in einer Doppelprisma-Längsführung (20) mittels Kugelkäfig- Führungen (21) verschiebbar gelagert sind. An dem Schlit­ ten (19) ist mittels Führungsbolzen (23) bzw. (23′) ein Fingerhalter (24, 24′) für die Greiferbacken (25 bzw. 25′) befestigt. Die Fingerhalter (24) sind dabei auf dem Füh­ rungsbolzen (23) gegen die Kraft von Druckfedern (26 bzw. 26′) verschiebbar. Die einerseits an dem Fingerhalter und andererseits an einem Element des Schlittens (19) anliegen.

Ferner sind an den beiden Schlitten die Enden einer Zugfe­ der (26) eingehängt.

Die beschriebene Greifeinrichtung arbeitet wie folgt: Zum Greifen eines Werkstücks werden zunächst die Greiferbacken 25 bzw. 25′ soweit geschlossen, daß diese an dem (nicht dargestellten) Werkstück anliegen.

Durch eine weitere definierte Umdrehung des Motors wird der Schlitten 19 gegen die Greiferbacken 25 um eine be­ stimmte Strecke verschoben, der über die Druckfeder ein­ deutig eine bestimmte Greifkraft zugeordnet ist.

Da durch den gesamten Aufbau der erfindungsgemäßen Greif­ einrichtung Spielfreiheit gewährleistet ist, kann einer bestimmten Stellung der Greiferbacken immer eine bestimmte Greifkraft eindeutig zugeordnet werden.

Damit ist es möglich auf Sensoren etc., die gegebenenfalls die Greifkraft erfassen würden, zu verzichten. Selbstver­ ständlich ist es aber auch möglich, derartige Sensoren vorzusehen.

Die Erfindung ist vorstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan­ kens näher beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver­ ständlich die verschiedensten Modifikationen möglich sind:

So kann selbstverständlich die Ausbildung der Greiferfin­ ger beliebig sein. Insbesondere können an dem Schlitten wechselbare Greiferfinger angebracht sein, die die An­ passung an die unterschiedlichen Handhabungsaufgaben er­ lauben.

Ferner können auch bei kleinen maximalen Greiferwegbe­ reichen anstelle von "Schnecken-Vollräder" Schneckenrad­ segmente verwendet werden, so daß sich eine beträchtliche Gewichts- und Platzersparnis ergibt.

Claims (14)

1. Greifeinrichtung mit einem steuerbaren Motor, dessen Abtriebswelle die Schnecke eines Schneckengetriebes an­ treibt, das eine Linearverschiebeeinheit betätigt, an der Greiferbacken befestigt sind, und mit einer Federeinrich­ tung, die eine bestimmte Greifkraft erzeugt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - das Scheckengetriebe weist zwei Schneckenräder auf, deren Drehachsen senkrecht auf der von den Greiferbacken aufgespannten Ebene stehen,
• - die Linearverschiebeeinheit weist für jeden Greiferbak­ ken eine Vorschubeinheit und eine davon getrennte Füh­ rungseinheit auf, an derem verschiebbaren Element die jeweilige Greiferbacke gegen die Kraft der Federeinrich­ tung beweglich angebracht ist.

2. Greifeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinheit eine Zahn­ stangen/Zahnrad-Einheit ist, deren Zahnstange mit dem verschiebbaren Element mit dem verschiebbaren Element der Führungseinheit verbunden ist, und deren Zahnrad auf der Welle des jeweiligen Schneckenrades angeordnet ist.

3. Greifeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinheit eine ver­ drehgesicherte Längsführung aufweist.

4. Greifeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrehgesicherte Längs­ führung eine Doppelprisma-Kugelkäfig-Längsführung ist.

5. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung zwei Druckfedern aufweist, von denen jede einen Greiferbacken in Richtung auf die Schließstellung beaufschlagt.

6. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung eine Zugfeder aufweist, deren Enden an den Greiferbacken befe­ stigt sind.

7. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad auf einer von der Motor-Abtriebswelle getrennten Welle angeordnet ist, die in Achsrichtung verspannt und mit der Motor-Abtriebs­ welle über eine in Achsrichtung elastische Kupplung ver­ bunden ist.

8. Greifeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenrad-Welle in Wälzlagern gelagert ist, von denen eines mittels einer Tellerfeder vorgespannt ist.

9. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebeweg der Zahn­ stange ca. 0,1 mm pro Umdrehung des Motors beträgt.

10. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Schrittmotor ist.

11. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein lagegeregelter Gleichstrommotor ist.

12. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung für das Gegenlager der Druckfedern vorgesehen ist.

13. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Schneckenradsegmente als Schneckenräder dienen.

14. Greifeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Versteifung eines Backens die Federeinrichtung eine Hülse aufweist.