DE9104207U1 - Gripper - Google Patents
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Description
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DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIERDR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER
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GreiferGripper
Beschreibung: Description :
Die Erfindung befaßt sich mit Greifern, welche insbesondere pneumatisch betätigt werden.The invention relates to grippers which are in particular pneumatically operated.
Ein solcher Greifer ist in dem DE-GM 90 14 218 beschrieben. Die bekannten Greifer haben üblicherweise Backen, deren Greiffläche eben oder in ihrer Gestalt an die konkrete Form der zu ergreifenden Gegenstände angepaßt ist; in jedem Fall sind die Backen starre Körper, die allenfalls auf ihrer Vorderseite etwas abgepolstert, z.B. mit Gummi belegt sind.Such a gripper is described in DE-GM 90 14 218. The known grippers usually have jaws whose gripping surface is flat or whose shape is adapted to the specific shape of the objects to be gripped; in any case the jaws are rigid bodies that are at most slightly padded on their front side, e.g. covered with rubber.
Die bekannten Greifer sind nicht besonders gut geeignet, um Gegenstände von wechselnder äusserer Gestalt oder um eine Reihe von Gegenständen gleichzeitig zu ergreifen, insbesondere wenn diese nicht in exakt gleichen Abständen angeordnet sind.The known grippers are not particularly well suited to grasping objects with varying external shapes or to grasping a number of objects simultaneously, especially if they are not arranged at exactly the same distances.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer zu schaffen, der besser geeignet ist, unterschiedliche Gegenstände oder Reihen von Gegenständen zu ergreifen.The present invention is based on the object of creating a gripper that is better suited to gripping different objects or rows of objects.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Greifer mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemässen Greifers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a gripper with the features specified in claim 1. Advantageous further developments of the gripper according to the invention are the subject of the dependent claims.
Der neue Greifer hat von einer Basis, die starr sein kann, ausgehende Finger, die nebeneinander mit Abstand in Reihe angeordnet sind und entweder gegen Federkraft ausgelenkt werden können und selbsttätig zurückfedern oder - mindestens an ihren Spitzen - durch mindestens ein Band elastisch nachgebend miteinander in Reihe verbunden sind. Die elastische Nachgiebigkeit kann dadurch erreicht werden, dass entweder das die Finger verbindende Band elastisch nachgebend, insbesondere ein Gummiband ist, oder dadurch, dass die Finger elastisch nachgebend ausgebildet sind. In beiden Fällen erreicht man, dass sich das Band, welches die Finger verbindet, dem zu ergreifenden Gegenstand oder Teilbereichen des Gegenstandes leicht anpassen kann, und zwar in ungleich größerem Ausmaß als im Falle bekannter Greiferbacken, die durchgehend starr ausgebildet und auf ihrer Vorderseite lediglich mit Gummi belegt sind. Durch die Flexibilität des Greifers ist es darüberhinaus möglich, eine Reihe von Gegenständen, z.B. eine Reihe von Flaschen oder Bechern, zu ergreifen, wobei sich diese insbesondere im Bereich zwischen je zwei Fingern in das Band bzw. in die Bänder einschmiegen können. Aber auch dann, wenn die Finger des Greifers nicht durch ein Band verbunden, sondern nur selbst rückfedernd sind, erreicht man bereits ein hohes Maß von Flexibilität undThe new gripper has fingers extending from a base, which can be rigid, which are arranged next to one another in a row at a distance and can either be deflected against spring force and spring back automatically or - at least at their tips - are connected to one another in a row by at least one elastically yielding band. The elastic flexibility can be achieved by either the band connecting the fingers being elastically yielding, in particular a rubber band, or by the fingers being designed to be elastically yielding. In both cases, the band connecting the fingers can easily adapt to the object to be gripped or to parts of the object, and to a much greater extent than in the case of known gripper jaws, which are completely rigid and only have rubber on their front. The flexibility of the gripper also makes it possible to grasp a number of objects, e.g. a number of bottles or cups, whereby these can nestle into the band or bands, particularly in the area between two fingers. But even if the fingers of the gripper are not connected by a band, but only spring back, a high degree of flexibility and
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Anpassungsvermögen des Greifers an unterschiedliche Greifaufgaben. Die Auslenkung gegen Federkraft kann dadurch verwirklicht werden, dass man die Finger selbst starr ausbildet, verschwenkbar am Basisteil lagert und der Einwirkung einer gesonderten Feder aussetzt. Besonders bevorzugt ist es jedoch, die Finger selbst nicht starr, sondern als Feder auszubilden. Um die Sicherheit ihres Griffs zu erhöhen, wird bevorzugt, die Finger wenigstens in der Nähe ihrer Spitzen rutschhemmend auszurüsten, z. B. durch eine rutschhemmende Beschichtung oder durch das Aufschieben von Gummihüllen.Adaptability of the gripper to different gripping tasks. The deflection against spring force can be achieved by making the fingers themselves rigid, pivoting on the base part and subjecting them to the effect of a separate spring. However, it is particularly preferred not to make the fingers themselves rigid, but rather as a spring. To increase the safety of their grip, it is preferable to equip the fingers with anti-slip properties at least near their tips, e.g. by means of an anti-slip coating or by sliding rubber covers on them.
Bei einem Greifer, dessen Finger durch ein Band verbunden sind, erreicht man eine hohe Flexibilität, wenn nicht nur das jeweilige die Finger verbindende Band elastomer ist, sondern die Finger selbst elastisch nachgebend als Federn ausgebildet sind, z.B. als Blattfedern. Blattfedern haben naturgemäss die Eigenart, sich nur in einer Ebene auslenken zu lassen. Eine noch höhere Flexibilität erreicht man, wenn man die Finger als Wendelfedern ausbildet, weil diese in alle Richtungen ausgelenkt werden können.In a gripper whose fingers are connected by a band, a high level of flexibility is achieved if not only the band connecting the fingers is elastomeric, but the fingers themselves are designed as elastically yielding springs, e.g. as leaf springs. Leaf springs naturally have the peculiarity of only being able to be deflected in one plane. Even greater flexibility is achieved if the fingers are designed as spiral springs, because these can be deflected in all directions.
Die Steifigkeit der Wendelfedern und damit die Kraft, die sie beim Greifen übertragen können, kann man erhöhen, indem man sie mit einem biegsamen Kern und/oder mit einer biegsamen Hülle versieht, welche vornehmlich aus elastomerem Werkstoff bestehen. Wendelfedern mit einem solchen Kern können dadurch hergestellt werden, dass man zunächst einen zylindrischen Kern aus einem thermoplastischen Werkstoff, z.B. aus Polyvinylchlorid oder aus Polyäthylen, herstellt und diesen zur Bildung der Wendelfeder mit Federdraht fest umwickelt. Der soweit fertiggestellte Finger kann dann in einem Ofen einer kontrollierten Wärmebehandlung unterzogen werden. Dabei wird die Temperatur so hoch gewählt, dass der thermoplastische Kern weich wird und sich ausdehnt, wodurch erThe stiffness of the coil springs and thus the force they can transmit when gripping can be increased by providing them with a flexible core and/or a flexible shell, which are primarily made of elastomeric material. Coil springs with such a core can be manufactured by first producing a cylindrical core from a thermoplastic material, e.g. polyvinyl chloride or polyethylene, and then tightly wrapping spring wire around it to form the coil spring. The finished finger can then be subjected to a controlled heat treatment in an oven. The temperature is chosen to be high enough that the thermoplastic core softens and expands, causing it to
in den Bereich zwischen den Windungen eindringt. Anschließend wird der Finger abgekühlt, wobei der Kern in seiner ausgedehnten Gestalt erstarrt und stabilisiert wird. Eine Ummantelung der Wendelfeder ist durch Umspritzen mit thermoplastischem Werkstoff möglich.penetrates into the area between the turns. The finger is then cooled, whereby the core solidifies and stabilizes in its expanded shape. The coil spring can be coated by overmolding with thermoplastic material.
Um einen festen Verbund zwischen den Fingern und den Bändern herzustellen, werden die Finger vorzugsweise in das jeweilige Band eingebettet, z.B. dadurch, dass die Finger zwischen zwei Bänder gelegt und diese beiden Bänder dann miteinander verklebt oder verschweißt werden.In order to create a firm bond between the fingers and the bands, the fingers are preferably embedded in the respective band, e.g. by placing the fingers between two bands and then gluing or welding these two bands together.
Eine weitere Möglichkeit zur Anpassung an unterschiedliche Greifaufgaben kann dadurch eröffnet werden, dass als Basisteil, von welchem die Finger ausgehen, eine Leiste aus Weichmessing oder einem ähnlich bildsamen Metallwerkstoff verwendet wird. Eine solche Leiste kann vom Benutzer zur Anpassung an grobe Konturen leicht vorgebogen werden; die Anpassung an die feineren Konturen übernehmen dann die Finger und/oder Bänder.Another possibility for adaptation to different gripping tasks can be opened up by using a strip made of soft brass or a similarly malleable metal material as the base part from which the fingers extend. Such a strip can be slightly pre-bent by the user to adapt to coarse contours; the adaptation to the finer contours is then carried out by the fingers and/or straps.
Einen flexiblen Greifer erhält man bereits dann, wenn nur einer der beiden Backen des Greifers erfindungsgemäss ausgebildet wird. Naturgemäss ist die Flexibilität größer, wenn beide Backen erfindungsgemäss ausgebildet sind, in diesem Fall wird bevorzugt, dass die Finger einander paarweise gegenüberliegen, so dass zum Beispiel beim Ergreifen von Reihen von Flaschen oder Bechern die Finger stets zwischen zwei Flaschen zu liegen kommen.A flexible gripper can be obtained if only one of the two jaws of the gripper is designed according to the invention. Naturally, the flexibility is greater if both jaws are designed according to the invention; in this case it is preferred that the fingers are positioned opposite each other in pairs, so that, for example, when gripping rows of bottles or cups, the fingers always end up between two bottles.
Will man mit einem erfindungsgemässen Greifer Reihen von Gegenständen ergreifen, bedingt das eine entsprechend längliche Bauform des Greifers. Je mehr Gegenstände ergriffen werden, desto größer ist der Kraftbedarf des Greifers. Bei einem pneumatisch betätigten Greifer wird die Kraft bei vorgegebenem LuftdruckIf you want to grip rows of objects with a gripper according to the invention, the gripper must be of a correspondingly elongated design. The more objects you grip, the greater the force required by the gripper. With a pneumatically operated gripper, the force is generated at a given air pressure.
maßgeblich von der wirksamen Kolbenfläche im Druckluftzylinder bestimmt. Durch Vergrößerung der Kolbenfläche kann deshalb die Kraft des Greifers gesteigert werden. Damit wird aber zugleich die Breite des Gehäuses des Greifers gesteigert. Es gibt jedoch Bedarf für Greifer, in denen sowohl eine große Kraft, als auch eine schmale Bauform verlangt werden. Dem kann man durch eine Weiterbildung der Erfindung gerecht werden, die darin besteht, dass zur Betätigung des Greifers zwei oder mehr als zwei parallal angeordnete Druckluftzylinder vorgesehen sind, die vorzugsweise ein gemeinsames Gehäuse haben. Ein solcher Greifer bezieht seine größere Kraft nicht aus einer Vergrößerung der Kolbenfläche, sondern aus der Anordnung von zwei oder mehr als zwei zueinander parallelen Zylindern, welche sämtlich mit den Backen in Wirkverbindung stehen.is largely determined by the effective piston area in the pneumatic cylinder. By increasing the piston area, the force of the gripper can therefore be increased. However, this also increases the width of the gripper housing. However, there is a need for grippers that require both a high force and a narrow design. This can be met by a further development of the invention, which consists in providing two or more than two pneumatic cylinders arranged in parallel to actuate the gripper, which preferably have a common housing. Such a gripper does not derive its greater force from an increase in the piston area, but from the arrangement of two or more than two cylinders parallel to one another, all of which are operatively connected to the jaws.
Die Kräfte der einzelnen Zylinder addieren sich zur Gesamtkraft des Greifers. Die zwei oder mehr als zwei Zylinder können in ihrem Durchmesser deshalb kleiner als ein einzelner Zylinder sein, der dieselbe Kraft aufbringt wie die Summe der Zylinder. Daraus ergibt sich eine zwar längere, aber schmalere Bauform als im Falle eines Greifers mit nur einem Zylinder, was seiner Verwendung für das Ergreifen einer Reihe von Gegenständen entgegenkommt. Ein solcher Greifer kann mit besonderem Vorteil überall dort eingesetzt werden, wo es eng zugeht, insbesondere in der Lebensmittelindustrie und in der Non-Food-Industrie, z.B. beim Einpacken oder Auspacken von Reihen von Flaschen, Bechern, Gläsern, Schachteln und dergleichen in bzw. aus Kartons oder Kisten oder beim Be- und Entladen von Paletten mit Reihen von Gegenständen oder Packungen, die eng nebeneinander stehen.The forces of the individual cylinders add up to the total force of the gripper. The two or more than two cylinders can therefore be smaller in diameter than a single cylinder, which exerts the same force as the sum of the cylinders. This results in a longer but narrower design than in the case of a gripper with only one cylinder, which makes it suitable for gripping a series of objects. Such a gripper can be used with particular advantage wherever space is tight, particularly in the food and non-food industries, e.g. when packing or unpacking rows of bottles, cups, glasses, boxes and the like in or out of cartons or boxes or when loading and unloading pallets with rows of objects or packages that are close together.
Bei dem Greifer müssen nicht beide Backen durch einen Druckmittelzylinder beweglich sein; es genügt vielmehr, in an sichIn the gripper, both jaws do not have to be movable by a pressure cylinder; it is sufficient to
bekannter Weise nur einen Backen beweglich auszubilden und den zweiten Backen feststehend am Gehäuse vorzusehen. In den meisten Fällen werden jedoch beide Backen beweglich ausgebildet sein, und zwar entweder als parallel zueinander verschiebliche Backen zur Ausbildung eines Parallelgreifers, oder als Backen, die um zueinander parallele Achsen verschwenkbar am Gehäuse gelagert sind, wobei die letztere Version einer schmalen Bauweise besonders entgegenkommt, da keine Mittel für eine parallele Führung benötigt werden.As is known, only one jaw is designed to be movable and the second jaw is to be fixed to the housing. In most cases, however, both jaws are designed to be movable, either as jaws that can be moved parallel to one another to form a parallel gripper, or as jaws that are mounted on the housing so that they can pivot about axes that are parallel to one another, with the latter version being particularly suitable for a narrow design, since no means for parallel guidance are required.
Die Backen des Greifers werden, um die bevorzugte schmale Bauform zu erreichen, an den Breitseiten des vorzugsweise quaderförmigen Gehäuses angebracht. Die Zylinder können in einer gemeinsamen Flucht hintereinander oder parallel nebeneinander angeordnet sein. Die erste Version ermöglicht eine Bauform mit geringer Bauhöhe, aber mit größerer Länge, die zweite Version ermöglicht eine kürzere Bauform, aber mit größerer Bauhöhe. Was die erzielbare geringe Breite des Greifers anbelangt, sind beide Versionen gleichwertig.In order to achieve the preferred narrow design, the jaws of the gripper are attached to the broad sides of the preferably cuboid-shaped housing. The cylinders can be arranged in a common line one behind the other or parallel to one another. The first version enables a design with a low construction height but with a greater length, the second version enables a shorter construction height but with a greater construction height. As far as the achievable narrow width of the gripper is concerned, both versions are equivalent.
Natürlich müssen die beiden Druckluftzylinder synchron arbeiten. Sie sind deshalb gleichzeitig anzusteuern. Am einfachsten erreicht man das dadurch, dass die zu den Zylindern führenden Versorgungsleitungen untereinander verbunden sind, insbesondere in dem gemeinsamen Gehäuse miteinander verbunden sind. Bei einem Greifer, in dem die beiden Zylinder in einer gemeinsamen Flucht liegen, kann man zu diesem Zweck die beiden Zylinder einfach durch eine koaxiale Bohrung miteinander verbinden und diese Verbindungsbohrung quer anbohren, um sie mitOf course, the two pneumatic cylinders must work synchronously. They must therefore be controlled simultaneously. The easiest way to achieve this is to connect the supply lines leading to the cylinders to one another, in particular in the common housing. In a gripper in which the two cylinders are aligned, the two cylinders can simply be connected to one another using a coaxial hole and this connecting hole can be drilled transversely in order to connect it with
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Druckluft speisen zu können. Zur Synchronbewegung trägt auch bei, dass die Zylinder mit beiden Backen verbunden sind.to be able to supply compressed air. The fact that the cylinders are connected to both jaws also contributes to the synchronous movement.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the accompanying drawings.
Figur 1 zeigt einen Greifer von aussen in einer Schrägansicht mit geöffneten Backen,Figure 1 shows a gripper from the outside in an oblique view with open jaws,
Figur 2 zeigt den Schnitt II-II durch den Greifer ausFigure 2 shows the section II-II through the gripper from
Figur 1, aber ohne die flexiblen Backenteile,Figure 1, but without the flexible jaw parts,
Figur 3 zeigt den Schnitt III-III gemäß Figur 2, undFigure 3 shows the section III-III according to Figure 2, and
Figur 4 zeigt den Greifer in einer Ansicht wie inFigure 4 shows the gripper in a view as in
Figur 1 aber in geschlossenem Zustand.Figure 1 but in closed position.
Die Figuren zeigen einen Greifer mit einem schmalen, länglichen, im wesentlichen quaderförmigen Gehäuse 1, welches ein von seiner langen, schmalen Oberseite ausgehendes und bis zur Unterseite durchgehendes Loch 2 hat, welches mittig angeordnet und auf der Oberseite von vier Montagebohrungen 3 umgeben ist, welche zum Befestigen des Greifers an einer Handhabungsvorrichtung, z.B. an einem Roboter dienen. Beidseits des Loches 2 befindet sich im Gehäuse 1 je ein von oben nach unten verlaufender Druckluftzylinder 10 und 11 zur Betätigung von zwei Backen 4 und 5, welche um längsverlaufende, zueinander parallele Achsen 6 und 7 schwenkbar an den Breitseiten des Gehäuses 1 angebracht sind.The figures show a gripper with a narrow, elongated, essentially cuboid-shaped housing 1, which has a hole 2 extending from its long, narrow top side and extending to the bottom side, which is arranged in the middle and is surrounded on the top side by four mounting holes 3, which are used to attach the gripper to a handling device, e.g. to a robot. On both sides of the hole 2 in the housing 1 there is a pneumatic cylinder 10 and 11 running from top to bottom for actuating two jaws 4 and 5, which are attached to the broad sides of the housing 1 so as to be pivotable about longitudinal, parallel axes 6 and 7.
Die Druckluftzylinder 10 und 11 enthalten einen Kolben 12, dessen Kolbenstange 13 nach unten aus dem Zylinder herausführt und jeweils in einem Einschnitt 14 des Gehäuses endet. Der Kopf 15 der Kolbenstange 13 ist über Lenker 16 und 17 mit den Backen 4 und 5 verbunden. Die Kolbenstange 13 und die Lenker 16 und 17 bilden zusammen einen Kniehebelmechanismus.The pneumatic cylinders 10 and 11 contain a piston 12, the piston rod 13 of which extends downwards out of the cylinder and ends in a recess 14 in the housing. The head 15 of the piston rod 13 is connected to the jaws 4 and 5 via links 16 and 17. The piston rod 13 and the links 16 and 17 together form a toggle lever mechanism.
Bohrungen 18, 19, 20 und 21, die von der Vorderseite bzw. von der Rückseite des jeweiligen Kolbens 12 zur Gehäuseoberseite führen, dienen zur Drucklufteinspeisung.Bores 18, 19, 20 and 21, which lead from the front or rear of the respective piston 12 to the top of the housing, are used for the supply of compressed air.
Das zentrale Loch 2 dient einerseits zur Gewichtseinsparung und bietet andererseits Raum für einen Sensor, der auf die zu ergreifenden Gegenstände anspricht und ein Signal zum Steuern des Greifers abgeben kann.The central hole 2 serves on the one hand to save weight and on the other hand provides space for a sensor that responds to the objects to be gripped and can emit a signal to control the gripper.
An den Backen 4 und 5 ist jeweils eine längsverlaufende Leiste 22 befestigt, von welcher eine Reihe von Fingern 23 ausgeht, deren Spitzen in ein elastomeres Band 24 eingebettet sind. Bei den Fingern handelt es sich um Wendelfedern, die durch einen biegsamen Kern versteift sind.A longitudinal strip 22 is attached to each of the jaws 4 and 5, from which a row of fingers 23 extends, the tips of which are embedded in an elastomer band 24. The fingers are coil springs which are stiffened by a flexible core.
Der so gebildete Greifer ist hochflexibel. Er passt sich leicht unterschiedlich geformten Gegenständen an und kann auch leicht Reihen von Gegenständen 25 ergreifen, denen er sich anpasst.The gripper thus formed is highly flexible. It easily adapts to objects of different shapes and can also easily grasp rows of objects 25 to which it adapts.
Claims (16)
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