DE202005019060U1

DE202005019060U1 - Greifvorrichtung

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Publication number: DE202005019060U1
Application number: DE200520019060
Authority: DE
Original assignee: H & F Maschb GmbH; H+F MASCHINENBAU GmbH
Current assignee: H & F Maschb GmbH; H+F MASCHINENBAU GmbH
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2005-12-06
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2015-12-07

Abstract

Greifvorrichtung für eine Produktionslinie und/oder einen Industrieroboter, die Folgendes umfasst:
– wenigstens eine Gewindespindel (12) mit zwei gegenläufigen Gewinden (14, 16),
– wenigstens einen regelbaren Elektromotor (10) zum Antreiben der Gewindespindel (12),
– eine elektronische Regelschaltung zum Regeln des Elektromotors (10) und
– wenigstens zwei Greifelemente (18, 20), die jeweils einem Gewinde (14, 16) zugeordnet sind, wobei
– die Greifelemente (18, 20) durch die Drehbewegung der Gewindespindel (12) in zueinander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Drehachse der Gewindespindel (12) bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Drehachsen des Elektromotors (10) und der Gewindespindel (12) parallel zueinander angeordnet sind und der Elektromotor (10) mittels eines Zahnriemens (22) mit der Gewindespindel (12) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.
Für die Automatisierung von Produktions- und Montagelinien werden Greifvorrichtungen benötigt, um ein zu bearbeitendes Werkstück oder ein Zwischenprodukt zu transportieren oder in eine bestimmte Position zu bringen und für eine bestimmte Zeit dort zu halten.
Bei herkömmlichen Greifvorrichtungen werden zwei oder mehr Greifelemente angetrieben. Der Antrieb erfolgt beispielsweise pneumatisch, hydraulisch oder durch einen Elektromotor. Dem Elektromotor kann ein Getriebe nachgeschaltet sein.
Um die Greifobjekte exakt zentrisch erfassen zu können, werden Parallelgreifer verwendet.
Bei den bekannten Greifvorrichtungen mit vergleichbaren Eigenschaften sind der konstruktive Aufwand und damit auch die Herstellungskosten entsprechend hoch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung bereit zu stellen, die mit hinreichender Genauigkeit arbeitet und deren konstruktiver Aufwand im Vergleich zum Stand der Technik verringert ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß dem Schutzanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Drehachsen des Elektromotors und der Gewindespindel parallel zueinander angeordnet sind und der Elektromotor mittels eines Zahnriemens mit der Gewindespindel gekoppelt ist.
Der Kern der Erfindung liegt darin, dass insbesondere die Kombination von Zahnriemen und elektronischer Regelschaltung einen geringen konstruktiven Aufwand mit hinreichend genauer Positionierung ermöglicht. Außerdem ermöglicht die elektronische Regelschaltung eine programmierbare Anpassung, beispielsweise über eine externe SPS-Steuerung, so dass keine mechanische Umrüstung der Greifvorrichtung erforderlich ist. Die elektronische Regelschaltung verwendet elektrische Wegmessgrößen, bei denen der messtechnische Aufwand verhältnismäßig gering ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Greifelemente im wesentlichen parallel zur Drehachse der Spindel bewegbar sind. Dadurch können Gegenstände aus jeder Lage, beispielsweise von einem Förderband, auf einfache Weise aufgenommen werden. Bei Verwendung von mehrachsigen Robotern sind jedoch alle Abnahmeebenen im Raum möglich.
Vorzugsweise ist zwischen dem Elektromotor und der Gewindespindel eine Untersetzung vorgesehen. Durch die Untersetzung wird das auf der Spindel wirksame Drehmoment erhöht. Deshalb kann ein verhältnismäßig kleiner Motor verwendet werden und die Baugröße der Greifvorrichtung ist relativ klein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Greifvorrichtung eine Stromerfassungseinrichtung zum Messen des Motorstroms auf. Da zwischen dem Strom durch den Elektromotor und der Kraft zwischen den Greifelementen ein Zusammenhang besteht, ist vorzugsweise der erfasste Strom durch den Elektromotor zum Bestimmen der Kraft zwischen den Greifelementen vorgesehen. Auf diese Weise lässt sich eine mechanische Größe, beispielsweise die Kraft oder das Drehmoment, durch die Messung einer elektrischen Größe, wie zum Beispiel der Motorstrom, unter Berücksichtigung der Reibungsverhältnisse bestimmen. Die Messung des elektrischen Stroms ist wesentlich weniger aufwändig als die direkte Messung der mechanischen Kraft.
Wenn die zu greifenden Gegenstände besonders empfindlich sind, kann die Kraft zwischen den Greifelementen entsprechend niedrig eingestellt werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Greifvorrichtung eine Winkelerfassungseinrichtung zum Erfassen des Drehwinkels des Elektromotors aufweist. Zwischen dem Drehwinkel des Elektromotors mit der mechanisch gekoppelten Gewindespindel und der Position der Greifelemente besteht ein Zusammenhang. Daher ist der erfasste Drehwinkel zum Bestimmen der Position der Greifelemente und auch des Abstands zwischen den Greifelementen vorgesehen. Dadurch können mit elektronischen Mitteln mechanische Größen eingestellt werden. Dies trägt wesentlich zum geringen konstruktiven Aufwand bei.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist den Greifelementen jeweils ein Innengewindeteil, beispielsweise eine Gewindemutter, zugeordnet. Das Innengewindeteil befindet sich mit dem Gewinde der Gewindespindel in Eingriff. Vorzugsweise ist das Innengewindeteil lösbar mit dem zugeordneten Greifelement verbunden. Der Abstand zwischen dem Innengewindeteil und dem zugeordneten Greifelement kann variiert werden. Alternativ dazu kann das Greifelement mit dem zugeordneten Innengewindeteil einstückig ausgebildet sein.
Insbesondere kann die Greifvorrichtung wenigstens eine Führungsschiene aufweisen, in der die Greifelemente verschiebbar sind. Dies ermöglicht eine stabile Position der Greifelemente.
Außerdem können die Greifelemente in der Führungsschiene verschiebbar gelagert sein. Dazu können beispielsweise Rollenlager vorgesehen sein. Dadurch sind die Greifelemente mit geringem Kraftaufwand verschiebbar.
Weiterhin kann die Greifvorrichtung wenigstens eine Bremseinrichtung aufweisen, die mit der Gewindespindel gekoppelt und zum Blockieren der Drehbewegung der Gewindespindel vorgesehen ist. Die Bremseinrichtung trägt dazu bei, dass nach Abschaltung des Elektromotors eine relative große Kraft zwischen den Greifelementen erhalten wird. Bei einem Stromausfall bleiben die Greifelemente in ihrer Position und halten das zugreifende Objekt weiter fest.
Alternativ können die Gewinde eine Selbsthemmung aufweisen, die zum Hemmen der Drehbewegung der Gewindespindel und damit zum Hemmen der Verschiebung der Greifelemente vorgesehen ist. Die Selbsthemmung wird durch eine besondere geometrische Ausgestaltung der Gewinde und Innengewindeteile realisiert.
Weiterhin können die Greifkraft und/oder die Position der Greifelemente durch ein EDV-Programm einstellbar, steuerbar oder regelbar sein. Dazu weist die Greifvorrichtung vorzugsweise eine EDV-Schnittstelle auf, über die die Greifvorrichtung durch eine externe EDV-Vorrichtung und/oder ein externes EDV-Programm ansteuerbar ist.
Schließlich kann die Greifvorrichtung durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ansteuerbar sein. Die speicherprogrammierbare Steuerung ermöglicht eine programmierbare Anpassung an unterschiedliche Anwendungen der Greifvorrichtung, so dass eine mechanische Umrüstung der Greifvorrichtung nicht erforderlich ist.
Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung mit einer Bremse, und
2 eine schematische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform mit einer selbsthemmenden Gewindespindel der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung mit einer selbsthemmenden Gewindespindel.
Eine schematische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung ist in 1 dargestellt. Die Greifvorrichtung umfasst einen Elektromotor 10 und eine Gewindespindel 12. Der Elektromotor 10 ist oberhalb der Gewindespindel 12 angeordnet. Die Drehachsen des Elektromotors 10 und der Gewindespindel 12 sind zueinander parallel angeordnet.
Weiterhin umfasst die Greifvorrichtung einen Zahnriemen 22, der den Elektromotor 10 mit der Gewindespindel 12 koppelt. Dazu ist dem Elektromotor 10 ein Motorriemenrad 24 und der Gewindespindel 12 ein Spindelriemenrad 26 zugeordnet. Der Elektromotor 10 ist zum Antreiben der Gewindespindel 12 vorgesehen. Der Durchmesser des Spindelriemenrads 26 ist bei dieser konkreten Ausführungsform etwa zweimal so groß wie der Durchmesser des Motorriemenrads 24, so dass eine Untersetzung vorliegt. Bei alternativen Ausführungsformen können auch andere Verhältnisse zwischen den Durchmessern vorgesehen sein.
Die Gewindespindel 12 weist ein erstes Gewinde 14 und ein zweites Gewinde 16 auf. Das erste Gewinde 14 und das zweite Gewinde 16 sind hintereinander auf der Gewindespindel 12 angeordnet. Das erste Gewinde 14 und das zweite Gewinde 16 sind zueinander gegenläufig ausgebildet.
Weiterhin umfasst die Greifvorrichtung ein erstes Greifelement 18 und ein zweites Greifelement 20. Dem ersten Greifelement 18 ist ein erstes Innengewindeteil 28 zugeordnet. Dem zweiten Greifelement 20 ist ein zweites Innengewindeteil 30 zugeordnet. Ein Innengewinde des ersten Innengewindeteils 28 befindet sich mit dem ersten Gewinde 14 in Eingriff. Ein Innengewinde des zweiten Innengewindeteils 30 befindet sich mit dem zweiten Gewinde 16 in Eingriff. Die Greifelemente 18 und 20 sind mit den zugeordneten Innengewindeteilen 28 bzw. 30 lösbar zusammengesetzt. Die Position der Greifelemente 18 und 20 bezüglich der zugeordneten Innengewindeteile 28 bzw. 30 ist manuell veränderbar. Alternativ dazu können die Greifelemente 18 und 20 einstückig mit den zugeordneten Innengewindeteilen 28 bzw. 30 ausgebildet sein.
Schließlich umfasst die Greifvorrichtung eine vordere Führungsschiene 32, eine hintere Führungsschiene, eine Bremseinrichtung 34, ein erstes Seitenteil 36 und ein zweites Seitenteil 38. Die Gewindespindel 12 ist drehbar zwischen dem zweiten Seitenteil 38 und der Bremseinrichtung 34 angeordnet. Die Bremseinrichtung 34 ist an dem ersten Seitenteil 36 angebracht. Die Bremseinrichtung 34 ist elektrisch beschaltet und blockiert im stromlosen Zustand. Weiterhin bewirkt die Bremseinrichtung 34, dass die Kraft zwischen den Greifelementen 18 und 20 auch dann aufrechterhalten wird, wenn der Elektromotor 10 abgeschaltet wird oder ausfällt. Solange die Bremse nicht gezielt mit Strom beaufschlagt wird, ist die Drehung der Gewindespindel 12 durch die Bremseinrichtung 34 blockiert. Die Bremseinrichtung 34 hat auch eine Schutzfunktion, so dass bei einem Stromausfall das zu greifende Objekt nicht hinunterfallen kann.
Die Innengewindeteile 28 und 30 sind zwischen der vorderen Führungsschiene 32 und der in 1 nicht sichtbaren hinteren Führungsschiene verschiebbar gelagert. In dieser konkreten Ausführungsform sind die vordere Führungsschiene 32 und die hintere Führungsschiene als Rollen- oder Kugellager mit Käfigen ausgebildet. Dies ermöglicht einen geringen Reibungswiderstand für die Greifelemente 18 und 20.
In 2 ist eine schematische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung dargestellt. In 2 haben gleiche oder vergleichbare Teile die gleichen Bezugszeichen wie in 1. Die Funktion und die Arbeitsweise der beiden Ausführungsformen sind im wesentlichen gleich. Die beiden Ausführungsformen unterscheiden sich lediglich dadurch, dass die zweite Ausführungsform keine Bremseinrichtung 34 aufweist. Statt dessen umfasst die zweite Ausführungsform eine Spindel mit Selbsthemmung. Die Selbsthemmung ist dadurch realisiert, dass die Gewinde 14 und 16 sowie die Innengewindeteile 28 und 30 geometrisch so ausgebildet sind, um bei einer zuvor beim Greifen erreichten Vorspannung einen hinreichend großen Reibungswiderstand zu erhalten.
In der zweiten Ausführungsform ist die Gewindespindel 12 zwischen dem ersten Seitenteil 36 und dem zweiten Seitenteil 38 drehbar angeordnet. Aufgrund der Selbsthemmung ist keine Bremseinrichtung erforderlich. Sobald vom Elektromotor 10 kein Drehmoment ausgeht, sind aufgrund der Selbsthemmung der Drehwinkel der Gewindespindel 12 und die Position der Greifelemente 18 und 20 stabil.
Bei beiden Ausführungsformen weist die Greifvorrichtung eine elektronische Regelschaltung auf, die in 1 und 2 nicht dargestellt ist. Weiterhin sind bei den beiden Ausführungsformen eine Motorstromerfassungseinrichtung und eine Drehwinkelerfassungseinrichtung vorgesehen. Der Strom durch den Elektromotor 10 steht mit der Kraft zwischen den Greifelementen 18 und 20 im Zusammenhang. Der Drehwinkel des Elektromotors 10 steht mit der Position der Greifelemente 18 und 20 im Zusammenhang. Auf diese Weise werden mechanische Größen elektrisch erfasst und beeinflusst.
Für die Greifvorrichtung sind zwei verschiedene Betriebsarten vorgesehen, um den Elektromotor 10 zu regeln. Über eine Stromregelung wird der Elektromotor 10 vorzugsweise für den eigentlichen Greifvorgang geregelt. Über eine Drehwinkelregelung wird der Elektromotor 10 geregelt, um insbesondere die Greifelemente 18 und 20 in eine für den Greifvorgang geeignete Position vor dem eigentlichen Greifen zu bringen. Dies hat den Vorteil, dass die Öffnungs- und Schließzeiten der Greifelemente 18 und 20 besonders niedrig sind.
Die Greifelemente 18 und 20 sind so ausgebildet, dass der aufzunehmende Gegenstand, je nach Struktur, von Innen oder von Außen gegriffen werden kann.
Die Greifkraft und/oder die Position der Greifelemente können durch ein EDV-Programm einstellbar, steuerbar oder regelbar sein. Die Greifvorrichtung kann eine EDV-Schnittstelle aufweisen, über die die Greifvorrichtung durch eine externe EDV-Vorrichtung und/oder ein externes EDV-Programm ansteuerbar ist. Der Elektromotor 10 kann von einem Personalcomputer oder von einer speziell konfigurierten Mikroprozessor-Steuerung angesteuert und betrieben werden. Ebenso kann der Elektromotor 10 von einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), beispielsweise einem Feldbussystem, angesteuert und betrieben werden.
Bei der Regelung der Greifkraft und/oder der Position der Greifelemente wird vorzugsweise die zu regelnde Größe kontinuierlich überwacht, so dass stets der aktuelle Wert der Greifkraft bzw. der Position der Greifelemente überprüft wird. Bei einer Abweichung zwischen dem Sollwert, d.h. vom Bediener vorgegebenen Wert, und dem Istwert, d.h. dem aktuellen Wert der Greifkraft bzw. der Position der Greifelemente, wird diese Differenz durch die Regelung minimiert. Dabei wird die Greifkraft bzw. die Position der Greifelemente korrigiert und erneut überprüft. Dies ist insbesondere dann relevant, wenn äußere Einflüsse die Greifkraft oder die Position der Greifelemente beeinflussen. Wenn also eine bestimmte Greifkraft oder Position der Greifelemente vorgegeben ist, wird die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert kontinuierlich überprüft und minimiert. Im Idealfall wird die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert gegen Null geregelt.

10: Elektromotor
12: Gewindespindel
14: erstes Gewinde
16: zweites Gewinde
18: erstes Greifelement
20: zweites Greifelement
22: Zahnriemen
24: Motorriemenrad
26: Spindelriemenrad
28: erstes Innengewindeteil
30: zweites Innengewindeteil
32: Führungsschiene
34: Bremseinrichtung
36: erstes Seitenteil
38: zweites Seitenteil

Claims

Greifvorrichtung für eine Produktionslinie und/oder einen Industrieroboter, die Folgendes umfasst: – wenigstens eine Gewindespindel (12) mit zwei gegenläufigen Gewinden (14, 16), – wenigstens einen regelbaren Elektromotor (10) zum Antreiben der Gewindespindel (12), – eine elektronische Regelschaltung zum Regeln des Elektromotors (10) und – wenigstens zwei Greifelemente (18, 20), die jeweils einem Gewinde (14, 16) zugeordnet sind, wobei – die Greifelemente (18, 20) durch die Drehbewegung der Gewindespindel (12) in zueinander entgegengesetzten Richtungen parallel zur Drehachse der Gewindespindel (12) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen des Elektromotors (10) und der Gewindespindel (12) parallel zueinander angeordnet sind und der Elektromotor (10) mittels eines Zahnriemens (22) mit der Gewindespindel (12) gekoppelt ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (18, 20) im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Spindel (12) bewegbar sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung zwischen dem Elektromotor (10) und der Gewindespindel (12) eine Untersetzung (24, 26) aufweist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen des Stroms durch den Elektromotor (10) aufweist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Strom durch den Elektromotor (10) zum Vorgeben der Greifkraft zwischen den Greifelementen (18, 20) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Strom durch den Elektromotor (10) zum Regeln des Elektromotors (10) und der Kraft zwischen den Greifelementen (18, 20) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine Winkelerfassungseinrichtung zum Erfassen des Drehwinkels des Elektromotors (10) aufweist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Drehwinkel zum Bestimmen der Position der Greifelemente (18, 20) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Drehwinkel zum Regeln des Elektromotors (10) und der Position der Greifelemente (18, 20) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Greifelementen (18, 20) jeweils ein Innengewindeteil (28, 30) zugeordnet ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung wenigstens eine Führungsschiene (32) aufweist, in der die Greifelemente (18, 20) und/oder die Innengewindeteile (28, 30) verschiebbar sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (18, 20) und/oder die Innengewindeteile (28, 30) in der Führungsschiene (32) verschiebbar gelagert sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung wenigstens eine Bremseinrichtung (34) aufweist, die mit der Gewindespindel (12) gekoppelt ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (34) zum Hemmen der Drehbewegung der Gewindespindel (12) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde (14, 16) und/oder die Innengewindeteile (28, 30) eine Selbsthemmung aufweisen.
Greifvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsthemmung zum Hemmen der Drehbewegung der Gewindespindel (12) vorgesehen ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifkraft der Greifelemente (18, 20) durch ein EDV-Programm einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Greifelemente (18, 20) durch ein EDV-Programm einstellbar, steuerbar und/oder regelbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine EDV-Schnittstelle aufweist, so dass die Greifvorrichtung durch eine externe EDV-Vorrichtung und/oder ein externes EDV-Programm ansteuerbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung durch eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ansteuerbar ist.