DD220820A1 - Einrichtung zum erfassen der greiferbackenstellung einer greifeinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Greiferbacken einer Greifeinrichtung, insbesondere fuer Industrieroboter, wobei ein Greiferbackenantriebssystem eingesetzt ist, bestehend aus jedem Greiferbacken zugeordneten, druckmittelgetriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten sowie an jedem Greiferbacken befestigten Zahnstangen, welche mit einem Ritzel in Eingriff stehen, unter Verwendung eines mit einem Greiferbacken verstellbaren Messsystems. Ziel ist, eine Greifeinrichtung so auszubilden, dass Unsicherheiten bei der Werkstueckhandhabung mit Verletzungs- und Beschaedigungsgefahren ausgeschlossen sind. Aufgabe ist es, eine Greifeinrichtung zu schaffen, wobei der Werkstueckgreifprozess hinsichtlich der wirksamen Greifkraft zwischen Greiferbacken und Werkstueckoberflaeche ueberwacht wird. Erfindungsgemaess ist die das Ritzel tragende Welle mit einem an sich bekannten optoelektronischen Impulsgeber, bestehend aus mit der Welle rotierender Abtastscheibe und Abtastsystem, drehfest verbunden und der Ausgang des Abtastsystems ist auf eine Auswerteschaltung in der Steuerung des Industrieroboters gefuehrt. Bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Handhabung von Werkstuecken zur bzw. von einer Werkzeugmaschine fuer die spanende Bearbeitung. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zum Erfassen der Greiferbackenstellung einer Greifeinrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Greiferbacken einer Greifeinrichtung» insbesondere für Industrieroboter, wobei ein Greiferbackenantrlebssystem eingesetzt 1st, bestehend aus jedem Greiferbacken zugeordneten, druckmittelgetriebenen Kolben-Zyllnder-Einheiten sowie an jedem Greiferbacken befestigten Zahnstangen, welche mit einem Ritzel in Eingriff stehen, unter Verwendung eines mit einem Greiferbacken verstellbaren MeSsystems. Bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Handhabung von Werkstücken zur bzw. von einer Werkzeugmaschine für die spanende Bearbeitung. Dabei 1st es erforderlich, daß das Werkstück in der Greifeinrichtung z. B. eines Industrieroboters sicher festgehalten wird und beim Ergreifen bzw. Lösen des Werkstückes Hilfszeiten verringert werden·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

GemSß DE-OS 2 916 312 und DE-PS 2 946 469 sind Greifeinrichtungen für Handhabegeräte bekannt, welche jeweils zwei schwenkbare Greiferbacken aufweisen, die über ein Koppel-

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glied mittels einer linear verschiebbaren Betätigungsstange geöffnet bzw. geschlossen werden· Die Betätigungsstange erhält ihren Antrieb von einer druckmittelgetriebenen KoI-ben-Zylinder-Einheit»

Im Bereich der Betätigungsstange sind Endschalter bzw. Endlagensensoren angeordnet, welche durch ein an der Betätigungsstange befestigtes oder mit dieser verbundenes Teil betätigt werden können·

Mit beiden bekannten Greifeinrichtungen ist es möglich, ein Schaltsignal auszulösen, wenn die Greiferbacken die geöffnete oder geschlossene Stellung erreicht haben· Die bekannten Einrichtungen erlauben jedoch nicht die Erfassung der Greiferbackenstellungen außerhalb deren Endlagen« Damit ist ζ« B. auch kein Schaltsignal bei unsicher gegriffenen Werkstücken, wenn also nicht die volle Greifkraft von den Greiferbacken aufdas Werkstück Übertragen wird, auslösbar· Weiterhin sind beim Werkstückwechsel die Greiferbacken immer vollständig zu öffnen, bis das entsprechende Schaltsignal weitere Vorgänge auslöst· Auch in den Fällen, in denen kein zu ergreifendes Werkstück z. B. im Werkstückspeicher vorliegt, müssen die Greiferbacken bis zu deren vollständigem Schließen bewegt werden, bis ein entsprechendes Schaltsignal ausgelöst wird (DE-GS 2 916 312)·

Die bekannten Einrichtungen verursachen somit in Abhängigkeit vom Greifbereich der Greifeinrichtung und den konkreten Dimensionen des zu ergreifenden Werkstückes zum Teil erhebliche Greiferbackenbewegungszeiten, die durch die Oberhübe bis zur Auslösung des jeweiligen Schaltsignales in den Endstellungen der Greiferbacken bedingt sind« Es ist weiterhin aus DE-OS 2 903 189 die Kombination einer Werkzeugmaschine mit einem Industrieroboter bekannt, dessen Greifeinrichtung mit einem Sensor versehen 1st· Der Sensor löst ein Nothaltsignal aus, wenn die Greifeinrichtung nicht mehr funktionsfähig ist. Genauere Angaben über Art des Sensors* Anbau an der Greif-

einrichtung sowie Funktion und Art der angezeigten fehlerhaften Funktion sind der,Offenbarung nicht zu entnehmen· Insbesondere sind in der Schrift keine Angaben enthalten, daß die Greiferbackenstellungen oder die am Werkstück wirksame Greifkraft erfaßt werden.

Aus DE-OS 3 112 043 ist weiterhin eine Greifeinrichtung, insbesondere Handprothese bekannt. Diese besteht aus einem Elektromotor mit einer Gewindewelle_e welche eine Mutter trägt. In an dieser angeordneten Lagerzapfen ist ein die Greiferbacken bildendes Hebelsystem gelagert» Zwecks definierter Bewegung der Greiferbacken mit verschiedenen Geschwindigkeiten 1st der Elektromotor mit einem Regelkreis versehen. Dieser enthält zwei Übertragungsglieder, Ze B« verstellbare Induktionsspulen oder Potentiometer» von denen eins (als Sollwertgeber) manuell entsprechend der gewünschten Greiferbackenstellung einstellbar ist» Das zweite Übertragungsglied ist mit einem Greiferbacken, insbesondere von diesem, verstellbar, d. h. es signalisiert die Istwerte der Greiferbackenstellung·

Beide Übertragungsglieder sind über einen Oszillatorkreis sowie Demodulator, Gleichstromverstärker,, Vollweggleichrichter, Impulsbreitenmodulator,Und-Glieder und Antriebseinheit so mit dem Elektromotor verschaltet, daß bei einer Differenz in der Einstellung beider Übertragungsglieder der Motor mit einer dieser Differenz proportionalen Geschwindigkeit angetrieben wird, bis die Differenz verschwindet» In diesem Fall haben die Greiferbacken die vorgewählte Position erreicht, und der Elektromotor steht still» Diese bekannte Greifeinrichtung gestattet die Erfassung der jeweiligen Stellung der Greiferbacken durch Nutzung eines einem Greiferbacken zugeordneten analogen Meßsystems· Die vorgesehene Geschwindigkeits- und Lageregelung auf der Grundlage der Verwendung analoger Bausteine ist jedoch recht aufwendig und kostenungünstig.

Trotz dieses Aufwandes 1st es nicht möglich, den Werkstückgreifprozeß hinsichtlich der tatsächlich aufgebrachten bzw»

übertragenen Greifkraft zwischen Greiferbacken und Werkstück zu überwachen« Dieses ist dadurch bedingt, weil die bekannte Einrichtung zwar die Vorgabe und Einstellung eines bestimmten Greiferbackenabstandes erlaubt, aber in Abhängigkeit der konkreten (toleranzbehafteten) Werkstückdimensionen - infolge des abgeschalteten Motors und der mehr oder weniger "großen Verspannung in Getriebezug bis zu den Greiferbacken - sich unterschiedliche Greifkräfte zwischen Greiferbacken und Werkstückoberfläche einstellen· Diese Greifkräfte können in einem Extremfall (Werkstückdimension unter oder im Bereich der unteren Toleranzgrenze) gleich oder nahe Null sein« so daß das ergriffene Werkstück bei Beschleunigung/Verzögerung der Greifeinrichtung aus dieser herausgeschleudert wird und zu Verletzungen bzw. Beschädigungen fühtr ren kann· Im anderen Extremfall (Werkstück zu groß) können zu große Greifkräfte eine Beschädigung der Greifeinrichtung und/oder der Werkstückoberfläche verursachen·

Ziel der Erfindung ^v

Es ist Ziel der Erfindung, eine Greifeinrichtung für die Werkstückhandhabung so auszubilden, daß Unsicherheiten bei der Handhabung der Werkstücke und damit verbundene Verletzungen und Beschädigungsgefahren durch herausgeschleuderte Werkstükke ausgeschlossen sind·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Greiferbacken einer Greifeinrichtung, insbesondere für Industrieroboter, wobei ein Greiferbackenantriebssystem eingesetzt ist, bestehend aus jedem Greiferbacken zugeordneten, druckmittelgetriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten sowie an jedem Greiferbacken befestigten Zahnstangen, welche mit einem Ritzel in Eingriff stehen, unter Verwendung eines mit einem Greiferbacken verstellbaren Meßsystems»

zu schaffen, wobei der Werkstückgreifprozeß hinsichtlich der tatsächlich wirksamen Greifkraft zwischen Greiferbacken und Werkstückoberfläche überwacht wird·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst« daß die das Ritzel tragende Welle mit einem an sich bekannten optoelektronischen Impulsgeber, bestehend aus mit der Welle rotierender Abtastscheibe und Abtastsystem, drehfest verbunden ist und der Ausgang des Abtast systems''auf eine Auswerteschaltung in der Steuerung des Industrieroboters geführt ist· In einer vorteilhaften Ausführungsform ist zwischen der das Ritzel tragenden Welle und der Abtastscheibe des Impulsgebers eine Zahnradgetriebestufe angeordnet»

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. Is die Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Greif-, einrichtung für rotationssymmetrische Werkstücke, Fig· 2: den Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1·

Die erfindungsgemäße Greifeinrichtung für das Handhaben von rotationssymmetrischen Werkstücken weist zwei entsprechend gestaltete Greiferbacken 1, 2 auf, welche jeweils auf zwei zylindrischen Führungen 3, 4 gelagert sind und mittels eines Greiferbackenantriebssystems aufeinander zu oder voneinander weg bewegbar sind.

Die zylindrischen Führungen 3, 4 sind endseitig in einem Greifergehäuse 5 befestigt. '

Das Grelferbackenantriebssystem besitzt im wesentlichen den in der DO-PS 154 432 beschriebenen Aufbau: Die im Greifergehäuse 5 geführten Teile der Greiferbacken 1, 2 sind mit Zylinderbohrungen 6, 7 versehen, welche parallel zu den zylindrischen Führungen 3, 4 verlaufen und unterschiedliche Durchmesser haben· In diesen Zylinderbohrungen 6, 7 sitzen Plungerkolben 8, 9, welche zwecke Durckmittelzuführung mit einer Axialbohrung versehen sind und kolbehstangenseitig

im Greifergehäuse 5 befestigt sind· Die Axialbohrungen der Plungerkolben 8, 9 sind über Steuereinrichtungen an eine Druckmittelquelle (nicht gezeichnet) angeschlossen·

Die im Grelferhäuse 5 geführten Teile der Greiferbacken 1, sind des weiteren mit einander zugewandten Zahnstangenverzahnungen 10» 11 versehen, zwischen denen ein Ritzel 12 angeordnet ist«, Dieses 1st als Bestandteil einer Welle 13 im Greifergehäuse 5 mittels Wälzlager 14, 15 drehbar gelagert. Auf der Welle 13 ist weiterhin ein Zahnrad 16' befestigt, welches mit einem parallel zur Welle 13ira Greifergehäuse 5 und in einem Lager 17 gelagerten Ritzel 18 in Eingriff steht. Die Welle des Ritzels 18 ist mit dem Antriebszapfen eines optoelektronischen Impulsgebers 19 drehfest verbunden, dessen Gehäuse am Lager 17 befestigt 1st·

Der optoelektronische Impulsgeber 19 besteht - wie bekannt aus einer mit dem Antriebszapfen verbundenen Abtastscheibe (nicht dargestellt), welche zwischen einer Infrerotemitterdiode und einem Fototransistor rotieren kann, so daß eine dem Drehwinkel der Abtastscheibe proportionale Anzahl von Impulsen durch das aus den genannten elektronischen Bauteilen bestehende Abtastsystem abgebbar ist.

Der Ausgang des Abt a st syst em s ist auf eine'Auswerteschaltung in der Steuerung des Industrieroboters geführt (nicht gezeichnet) ·

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Die Greifeinrichtung wird durch den Arm eines Industrieroboters so in einen neben einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkstuckspeicher für rotationssymmetrische Werkstücke positioniert, daß die Greiferbacken 1, 2 mit ihren V-förmig zueinander stehenden Zentrierflächen (s. Flg. 1) die äußere zylindrische Mantelfläche eines Werkstückes ergreifen können» Dazu wird durch die Axialbohrungen der Plungerkolben 8_e 9 den Zylinderbohrungen 6, 7 Druckluft zugeführt, so daß sich die Greiferbacken 1, 2 aufeinander zu bewegen, bis sie an der Werkstückfliehe anliegen. _v '

Die Schließbewegung der Greiferbacken 1, 2 erfolgt durch die Wirkung des im Durchmesser größeren Plungerkolbens 8 in der Zylinderbohrung 6 - gegen die Wirkung des Plungerkolbens 9 in der Zylinderbohrung 7» wobei die Zahnstangenverzahnungen 10, 11 und das Ritzel 12 die synchrone Bewegung beider Greiferbacken 1, 2 gestatten. Die entsprechende Verdrehung der Welle 13 dee Ritzels 12 wird über Zahnrad 16 und Ritzel 18 auf den Antriebszapfen des optoelektronischen Impulsgebers 19 übertragen, dessen Abtastsystem eine dem Drehwinkel des Ritzels 18 proportionale Anzahl von Impulsen an die Auswerteschaltung abgibt. Entsprechend des konkret vorliegenden Obersetzungsverhältnisses zwischen Zahnrad 16 und Ritzel 18 ist die abgegebene Impulsanzahl gemäß der Obersetzung größer« jedoch proportional dem Drehwinkel des Ritzels 12, so daß eine hohe Drehwinkelauflösung erzielbar ist· Mit Hilfe der an die Auswerteschaltung abgegebenen Impulse bis zum Ergreifen des Werkstückes kann der Werkstückdurchmesser ermittelt werden. Das entsprechende Signal kann z. B. für die Programmvorwahl der Werkzeugmaschine verwendet werden·' ' ' ·' ' . ,.. ' ' Nach dem Ergreifen des Werkstückes wird durch Erhöhung des Druckes des den Zylinderbohrungen 6, 7 zugeführten Druckmittels eine definierte Greifkraft durch die Greiferbacken 1, 2 auf das Werkstück aufgebracht. Die dadurch bedingte elastische Verspannung und Verformung insbesondere der Greiferbecken 1, 2 bewirkt eine weitere Verdrehung des Ritzels 12 um einen bestimmten (geringen) Drehwinkel, der über Zahnrad 16 und Ritzel 18 vergrößert auf den Antriebszapfen des optoelektronischen Impulsgebers 19 übertragen wird. Die dabei an die Auswerteschaltung abgegebene Impulsanzahl ist ein direktes Maß für die Verspannung, d. h. direkt der wirksamen Greifkraft proportional. Durch Zählung der Impulse und entsprechendem Vergleich ist somit die unmittelbar von den Greiferbacken 1, 2 auf das Werkstück ausgeübte Greifkraft erfaßbar. Nur bei Erreichen einer Sollimpulszahl - was dem Erreichen der Sollgreifkraft entspricht - werden die weiteren Bewegungen des Industrieroboters ausgelöst, so

daß Unsicherheiten bei der Handhabung der Werkstücke durch zu geringe Greifkräfte, und damit verbundene Verletzungs- und Beschädigungsgefahren durch aus der Greifeinrichtung herausgeschleuderte Werkstücke, verhindert werden· Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet auch die programmierte Vorgabe und Erfassung von unterschiedlich großen, den konkreten Werkstückmassen und Beschleunigungen angepaßten Greifkräften·

Des weiteren ist die erfindungsgemäße Einrichtung in der Lage« ein Signal auszulösen, wenn das letzte Werkstück in Werkstückspeicher gehandhabt worden ist· Im nachfolgenden Bewegungszyklus greift die Greifeinrichtung kein Werkstück; die Greiferbacken 1, 2 bewegen sich auf einender zu. Sofern dabei ein kleinster programmierter Werkstuckdurchmesser unterschritten wird* wird das entsprechende Signal abgegeben.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht darüber hinaus die werkstückdurchmesserabhängige Begrenzung des Öffnungshubes der Greiferbacken 1, 2 vor dem Ergreifen des Werkstückes durch entsprechende Programmierung und Istdurchmessermessung· Dadurch kann sowohl Speicherplatz im Werkstückspeicher durch Erhöhung der Packungsdichte als auch Greiferbackenbewegung szeit eingespart werden·

Claims (2)

Erfindungsanspruch

1. Einrichtung zum Erfassen der Stellung der Greiferbacken einer Greifeinrichtung« insbesondere für Industrieroboter« wobei ein Greiferbackenantriebssystem eingesetzt let, bestehend aus jedem Greiferbacken zugeordneten« durckmittelgetriebenen Kolben-Zylinder-Einheiten sowie an jedem Greiferbacken befestigten Zahnstangen, welche mit einem Ritzel in Eingriff stehen, unter Verwendung eines mit einem Greiferbacken verstellbaren Meßsystems, dadurch gekennzeichnet« ,

daß die das Ritzel (12) tragende Welle (13) mit einem an sich bekannten optoelektronischen Impulsgeber (19), bestehend aus mit der Welle (13) rotierender Abtastscheibe und Abtastsystem, drehfest verbunden ist und der Ausgang des Abtastsystems auf eine Auewerteschaltung in der Steuerung des Industrieroboters geführt 1st·

2· Einrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der das Ritzel (12) tragenden Welle (13) und der Abtastschetbe des Impulsgebers (19) eine Zahnradgetriebestufe (16; 18) angeordnet ist.

- Hierzu eine Seite Zeichnung -