DE3807726A1 - Greifvorrichtung - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung mit zwei im wesentlichen parallelgeführten, gegensinnig beweglichen Fingerhalter, bei welchen

• (a) die Fingerhalter durch je ein Lenkergetriebe parallel­ geführt sind,
• (b) die Lenkergetriebe durch je einen daran angreifenden Schwenkhebel verstellbar sind und
• (c) die Schwenkhebel von einem zentralen Stellmotor über ein Kegelradgetriebe gegensinnig verschwenkbar sind.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Greifvorrichtung (Roboterhand) für Industrieroboter oder Roboter zur Verwendung in Laboratorien.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Durch die DE-OS 22 57 609 ist eine Greifvorrichtung für den Arbeitsarm eines fernsteuerbaren Manipulators bekannt, bei welcher zwei Finger oder Backen relativ zu einem Träger parallelgeführt aufeinander zu oder auseinander bewegt werden können. Jeder Finger ist dabei durch ein Lenkergetriebe geführt. Die Lenkergetriebe der beiden Finger sind durch einen daran angreifenden Schwenkhebel verstellbar. Die beiden Schwenkhebel für die beiden Finger sind durch einen zentralen Stellmotor über ein Kegelradgetriebe gegensinnig verschwenkbar.

Bei der bekannten Greifvorrichtung ist ein Kegelrad, das auf der Welle eines zentralen Stellmotors sitzt, mit zwei gleichachsig zueinander in einem Gehäuse gelagerten Kegelrädern in Eingriff. Bei einer Drehbewegung des Stellmotors werden die beiden gleichachsigen Kegelräder gegensinnig verdreht. Mit jedem dieser Kegelräder ist ein Schwenkhebel verbunden. Jeder dieser Schwenkhebel ist an einer abgewinkelten Nase des Fingers angelenkt. Außerdem ist der Finger durch einen Lenker geführt. Der Lenker ist an dem Finger im Abstand von dem Anlenkpunkt des Schwenkhebels angelenkt und an dem Gehäuse exzentrisch zu den Kegelrädern schwenkbar gelagert. Durch geeignete Wahl der Hebelarmlängen kann erreicht werden, daß die Finger im wesentlichen parallelgeführt werden, wenn sie durch die Schwenkhebel gegensinnig auseinander- oder zusammenbewegt werden. Die Finger bewegen sich dabei aber nicht geradlinig sondern beschreiben einen Bogen um den Lagerpunkt des Lenkers am Gehäuse.

Durch das DE-GM 79 26 019 ist eine Greifvorrichtung für einen Industrieroboter bekannt, bei welcher die Finger durch je zwei Parallellenkergetriebe geführt sind. Der Koppel des einen Parallellenkergetriebes ist dabei an dem Finger oder der Greifbacke der Greifvorrichtung angebracht. Die Lenker dieses Parallellenkergetriebes sind jeweils an der Koppel des zweiten Parallellenkergetriebes angelenkt. Dadurch sind die Finger mit zwei Freiheits­ graden beweglich parallelgeführt. Die gegensinnige Bewegung der Finger wird durch zwei Schubstangen erzwungen, die an je einem Lenker der beiden ersteren Parallellenkergetriebe angebracht und durch ein Gelenk miteinander verbunden sind, dessen Gelenkbolzen in einem Schlitz einer Grundplatte geführt ist. Die Steuerung der Parallellenkergetriebe zum Öffnen und Schließen der Greifvorrichtung erfolgt über eine Kulissensteuerung.

Bei dieser Greifvorrichtung ist eine Kulissensteuerung erforderlich, und zwar sowohl für die Synchronisation der Öffnungs- und Schließbewegung der Finger oder Backen als auch zum Einleiten einer solchen Öffnungs- oder Schließbewegung.

Es sind Greifvorrichtungen bekannt, bei denen das Öffnen und Schließen durch eine Schwenkbewegung der Finger bewirkt wird (DE-OS 24 43 962). Das bringt Probleme mit sich, wenn nacheinander verschiedene Teile mit stark unterschiedlichem Durchmesser ergriffen werden sollen.

Es sind weiterhin Greifvorrichtungen bekannt, bei denen die Finger durch Gleitführungen geradgeführt und parallel­ geführt werden (DE-GM 84 23 316, DE-OS 33 22 142). Bei einer anderen Greifvorrichtung erfolgt die Geradführung und gegensinnige Verstellung der Finger über Gewinde­ spindeln, die von einem Stellmotor über ein Kegelrad­ getriebe angetrieben werden (DE-OS 34 10 601) .

Durch das Buch von P. Lohse "Getriebesynthese - Bewegungsabläufe ebener Koppelmechanismen" 4. Aufl. Springer Verlag 1986 ist weiterhin ein Lenkergetriebe zur annähernden Parallelschiebung bekannt, das nur Drehgelenke aufweist. Dieses Lenkergetriebe weist einen Ausgleichs­ hebel auf, der an einem Ende gestellfest gelagert ist und sich näherungsweise in der Richtung der gewünschten Parallelschiebung erstreckt. An dem Ausgleichshebel ist ein erster, kürzerer Führungshebel angelenkt. Dieser erste Führungshebel ist am anderen Ende an dem parallelzu­ schiebenden Element angelenkt. An dem Ausgleichshebel ist weiterhin ein zweiter, längerer Führungshebel an einem kürzeren Hebelarm als der erste Führungshebel angelenkt. Dieser zweite Führungshebel ist ebenfalls an dem parallelzuschiebenden Element im Abstand von dem ersten Führungshebel angelenkt. Die Anlenkpunkte bilden dabei ein unregelmäßiges Viereck. Ein Schwenkhebel ist um eine gestellfeste Achse schwenkbar. Dieser Schwenkhebel ist an dem längeren Führungshebel zwischen dessen Anlenkpunkten an dem Ausgleichshebel und an dem parallelzuschiebenden Element angelenkt, und zwar unter einem spitzen Winkel zur Längsachse des längeren Führungshebels. Die Längen der Hebelarme und die Anlenkpunkte der Hebel sind dabei so gewählt, daß das parallelzuschiebende Element eine im wesentlichen geradlinige, zu sich selbst parallele Bewegung ausführt.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß

• - der die Parallelführung nur durch Lenker und Drehgelenke erfolgt,
• - die Finger im wesentlichen geradgeführt werden, also keine Bogen gegenüber dem Gehäuse oder Gestell der Greifvorrichtung beschreiben, und
• - die Verstellung über drehbewegliche Antriebsglieder ohne Gleitbewegungen erfolgt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

• (e) jedes Lenkergetriebe
  • - einen Ausgleichshebel aufweist, der an einem Ende gestellfest schwenkbar gelagert ist und sich näherungsweise parallel zur Bewegungsrichtung der Finger erstreckt, sowie
  • - einen ersten, kürzeren Führungshebel, der einerseits an dem Ausgleichshebel und andererseits an dem Fingerhalter angelenkt ist, und
  • - einen zweiten, längeren Führungshebel, der einerseits ebenfalls an den Ausgleichshebel an einem kürzeren Hebelarm als der erste Führungshebel und andererseits ebenfalls an dem Fingerhalter angelenkt ist,
• (f) der Schwenkhebel um eine gestellfeste Achse schwenkbar ist und an dem längeren Führungshebel zwischen dessen Anlenkpunkten an Fingerhalter und Ausgleichshebel unter einem spitzen Winkel zur Längsachse dieses Führungshebels angelenkt ist
• (g) wobei die Längen der Hebelarme und die Anlenkpunkte der Hebel so gewählt sind, daß bei einer Verschwenkung des Schwenkhebels eine im wesentlichen geradlinige, parallele Verschiebung der Finger erfolgt.

Nach der Erfindung werden also zwei Getriebe verwandt, wie sie aus der vorerwähnten Literaturstelle "Getriebe­ synthese" bekannt sind. Dadurch wird eine geradlinige und parallele Öffnungs- und Schließbewegung der Finger mit einem Getriebe erreicht, das nur Lenker und Drehgelenke verwendet. Es treten also keine linearen Gleitbewegungen auf. Der gegensinnige Antrieb dieser beiden Getriebe wird dadurch erreicht, daß die Schwenkhebel, die an den längeren Führungshebeln angreifen, ähnlich wie bei der DE-OS 22 57 609 von einem Stellmotor über ein Kegelrad­ getriebe gegensinnig verschwenkt werden.

Eine unmittelbare Verbindung des Schwenkhebels mit einem Kegelrad des Kegelradgetriebes bietet u.U. konstruktive Schwierigkeiten. Um diese zu vermeiden kann in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgesehen werden, daß

• (a) jeder der an dem längeren Führungshebel angelenkten Schwenkhebel von einem ersten Arm eines Winkelhebels gebildet ist, der um eine gestellfeste Achse schwenkbar ist
• (b) ein zweiter Schwenkhebel mit einem Kegelrad fest verbunden ist, das mit einem auf der Welle des Stellmotors sitzenden Kegelrad in Eingriff ist, und
• (c) der zweite Schwenkhebel und der zweite Arm des Winkelhebels durch einen Lenker verbunden sind.

Auf diese Weise kann das Kegelradgetriebe in hinreichendem Abstand von den Lenkergetrieben angeordnet werden, so daß die drei Getriebe sich gegenseitig nicht stören. Es wird nicht der Schwenkhebel des Lenkergetriebes selbst unmittelbar mit dem Kegelrad verbunden sondern ein zweiter Schwenkhebel, dessen Bewegung über einen Lenker auf den als Winkelhebel ausgebildeten lenkergetriebeseitigen Schwenkhebel übertragen wird.

Um die jeweilige Stellung der Finger der Greifvorrichtung zu erfassen, ist vorteilhafterweise das von dem Stellmotor angetriebene Kegelrad mit wenigstens einem weiteren Kegelrad in Eingriff, das auf der Welle eines Winkelgebers sitzt. Es können zwei solche Winkelgeber vorgesehen sein, die diametral gegenüber angeordnet sind und deren Wellen fluchtend und unter einem rechten Winkel zu den Achsen der die Lenkergetriebe treibenden Kegelräder angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Greifvorrichtung quer zur Bewegungsrichtung der Finger gesehen und teilweise im Schnitt.

Fig. 2 ist eine Endansicht der Greifvorrichtung von Fig. 1, teilweise im Schnitt.

Fig. 3 ist eine Ansicht der Greifvorrichtung von unten in Fig. 1 gesehen.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Die Greifvorrichtung weist ein rohrförmiges Gehäuse 10 auf. An dem rohrförmigen Gehäuse 10 sitzt eine Grundplatte 12 mit einem zentralen Durchbruch 14. Mit der Grundplatte 12 und dem Gehäuse 10 ist ein Blechwinkelstück 16 durch Schrauben 18 verbunden. Das Blechwinkelstück 16 hat kreuzförmige Grundform. Zwei gegenüberliegende Lappen 20 und 22 sind L-förmig nach unten und dann wieder nach außen abgebogen. Zwei weitere gegenüberliegende Lappen 24 und 26 sind ebenfalls nach unten abgebogen und bilden Seitenwangen für die Lagerung von zwei Kegelrädern 28 und 30, wie noch beschrieben werden wird. An den nach außen abgewinkelten Teilen 32 und 34 der Lappen 20 und 22 sitzt ein Rahmen 36. Der Rahmen 36 ist aus einem Blechzuschnitt gebogen und weist zwei Blechstreifen 38 und 40 auf, die durch Schrauben 42 mit den Teilen 32 bzw. 34 der Lappen 20 bzw. 22 verbunden sind, und zwei v-förmige Seitenteile 44 und 46, welche die Blechstreifen 38 und 40 an beiden Enden verbinden und welche rechtwinklig nach unten abgebogen sind. Die Spitzen der v-förmigen Seitenteile 44 und 46 sind durch einen Bolzen 48 mit einer Abstandshülse 50 verbunden. Zwei weitere Bolzen 52 und 54 mit darauf drehbar gelagerten Abstandshülsen 56 bzw. 58 verbinden die Seitenteile 44 und 46 längs und in der Nähe der Blechstreifen 38 und 40.

An den vertikalen Teilen 60 und 62 der Lappen 20 bzw. 22 sind auf der Innenseite z-förmig gebogene Blechteile 64 bzw. 66 durch Schrauben 68 befestigt. Zwischen den Blechteilen 64 und 66 erstrecken sich zwei parallele Führungsstangen 70 und 72.

Die bisher beschriebenen Teile bilden ein "Gestell", das als Ganzes beispielsweise durch einen Roboterarm beweglich ist und gegenüber welchem wiederum die übrigen Teile des noch zu beschreibenden Mechanismus beweglich sind.

In dem Gehäuse 10 sitzt ein zentraler elektrischer Stellmotor 74 mit einem Getriebe 76. Auf der Abtriebswelle des Getriebes 76 sitzt ein Kegelrad 78. Das Kegelrad 78 ist in Eingriff mit den zwei diametral einander gegenüber­ liegenden Kegelrädern 28 und 30. Die Kegelräder 28 und 30 sind auf einer Lagerachse 80 drehbar gelagert, die sich zwischen den abgebogenen Lappen 24 und 26 erstreckt. Mit den Naben der Kegelräder 28 und 30 sind Hülsen 82 bzw. 84 verschraubt, an denen Schwenkhebel 86 bzw. 88 sitzen. Bei einer Drehung des Stellmotors 74 und damit des Kegelrades 78 werden die beiden Kegelräder 28 und 30 gegensinnig verdreht. Dementsprechend werden auch die beiden Schwenk­ hebel 86 und 88 gegensinnig verschwenkt. Die Schwenkhebel 86 und 88 treiben je einen Mechanismus zur Verstellung eines Fingers oder Fingerhalters 90 bzw. 92. In Fig. 1 ist im wesentlichen nur der Mechanismus zur Verstellung des Fingerhalters 90 dargestellt. Der Mechanismus zur Verstellung des Fingerhalters 92 liegt seitenverkehrt dahinter und wird von dem Hebel 86 gegensinnig dazu betätigt.

Der Mechanismus zur Verstellung des Fingerhalters 90 enthält einen Ausgleichshebel 94. Der Ausgleichshebel 94 ist vorn in Fig. 1 schwenkbar auf der Abstandshülse 58 gelagert und erstreckt sich nach links in Fig. 1 etwa in der gewünschten Bewegungsrichtung des Fingerhalters 90. An dem freien, linken Ende des Ausgleichshebels 94 ist ein kürzerer Führungshebel 96 in einem durch einen Lagerzapfen gebildeten Anlenkpunkt 97 schwenkbar gelagert. Der Führungshebel 96 ist in einem durch einen Lagerzapfen gebildeten Anlenkpunkt 98 an dem Fingerhalter 90 angelenkt. Der Anlenkpunkt 98 sitzt an einer nach links in Fig. 1 vorstehenden Nase 100 des Fingerhalters 90. An dem Ausgleichshebel 94 ist weiterhin an einem kürzeren Hebelarm in einem durch einen Lagerzapfen gebildeten Anlenkpunkt 102 ein längerer Führungshebel 104 schwenkbar gelagert. Der längere Führungshebel 104 ist in einem durch einen Lagerzapfen gebildeten Anlenkpunkt 106 im Abstand von dem Anlenkpunkt 98 an dem Fingerhalter 90 gelagert. Die Anlenkpunkte 97, 98, 106 und 102 bilden ein unregelmäßiges Viereck.

Etwa in der Mitte zwischen den Anlenkpunkten 102 und 106 greift an dem längeren Führungshebel 104 ein Schwenkhebel 108 an. Der Schwenkhebel 108 ist auf der gestellfesten Abstandshülse 50 schwenkbar gelagert und in einem durch einen Lagerzapfen gebildeten Anlenkpunkt 110 an dem Führungshebel 104 angelenkt. Der Schwenkhebel 108 bildet mit dem Führungshebel 104 einen spitzen Winkel. Der Schwenkhebel 108 bildet einen Arm eines Winkelhebels 112. Der zweite Arm 114 des Winkelhebels 112 ist über einen Lenker 116 mit dem Schwenkhebel 88 verbunden, der durch das Kegelrad 30 verschwenkbar ist.

Wenn der Stellmotor das Kegelrad 30 über das Kegelrad 78 im Uhrzeigersinn von Fig. 1 verdreht, erfolgt eine entsprechende Verschwenkung des Schwenkhebels 88. Damit wird der Lenker 116 nach unten in Fig. 1 bewegt. Der Lenker 116 verschwenkt über den Arm 114 den Winkelhebel 112 im Uhrzeigersinn, so daß auch der Schwenkhebel 108 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Damit wird der Führungshebel 104 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt und der Fingerhalter 90 nach rechts in Fig. 1 bewegt. Der Ausgleichshebel führt dabei eine Ausgleichsbewegung im Uhrzeigersinn aus. Der kürzere Führungshebel 96 hält die Orientierung des Fingerhalters 90 im wesentlichen unverändert.

Die Längen der Hebelarme und die Lage der Anlenkpunkte ist so gewählt, daß der Fingerhalter eine im wesentlichen geradlinige Bewegung waagerecht von links nach rechts in Fig. 1 unter Beibehaltung seiner Orientierung im Raum ausführt.

Der Fingerhalter 92 wird von einem entsprechenden Mechanismus gegensinnig dazu, also waagerecht von rechts nach links in Fig. 1 bewegt. Von diesem Mechanismus ist in Fig. 1 der Ausgleichshebel 118 erkennbar, der auf der Abstandshülse 56 gelagert ist, und der längere Führungshebel 120.

Die Fingerhalter 90 und 92 sind zur Aufnahme und Halterung verschiedenen Arten von "Fingern" eingerichtet, die je nach dem Anwendungsfall ausgetauscht werden können.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind mit dem Kegelrad 78 in einer zur Achse der Lagerachse 80 und der Kegelräder 28 und 30 senkrechten Ebene zwei weitere Kegelräder 122 und 124 in Eingriff. Die Kegelräder 122 und 124 sitzen auf Eingangswellen 126 von Winkelgebern 128 und 130. Die Winkelgeber 128 und 130 sind von Potentiometern gebildet. Diese Winkelgeber 128 und 130 können so justiert werden, daß sie die Position der Fingerhalter 90 bzw. 92 wiedergeben. Es kann so eine Stellungsrückführung erfolgen. Die Leistungsaufnahme des elektrischen Stellmotors 74 liefert ein Maß für die von den Fingern auf ein zu haltendes Objekt ausgeübten Kraft.

Wie aus Fig. 2 am besten erkennbar ist, weisen die Fingerhalter 90 und 92 Schlitze 132 auf, mit denen die Fingerhalter 90 und 92 auf den Führungsstangen 70 und 72 geführt sind. Diese Führung nimmt Kräfte auf, die quer zur Öffnungs- und Schließrichtung der Greifvorrichtung, also z.B von vorn nach hinten in Fig. 1 wirksam werden. Diese Führung hat nichts mit der Gerad- und Parallelführung der Finger zu tun.

Claims (4)

1. Greifvorrichtung mit zwei im wesentlichen parallel­ geführten, gegensinnig beweglichen Fingerhalter, bei welchem

• (a) die Fingerhalter durch je ein Lenkergetriebe parallelgeführt sind,
• (b) die Lenkergetriebe durch je einen daran angreifenden Schwenkhebel verstellbar sind und
• (c) die Schwenkhebel von einem zentralen Stellmotor über ein Kegelradgetriebe gegensinnig verschwenkbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

• (e) jedes Lenkergetriebe
  • - einen Ausgleichshebel (94) aufweist, der an einem Ende gestellfest schwenkbar gelagert ist und sich näherungsweise parallel zur Bewegungs­ richtung der Fingerhalter erstreckt, sowie
  • - einen ersten, kürzeren Führungshebel (96), der einerseits an dem Ausgleichshebel (94) und andererseits an dem Fingerhalter angelenkt ist, und
  • - einen zweiten, längeren Führungshebel (104), der einerseits ebenfalls an den Ausgleichshebel (94) an einem kürzeren Hebelarm als der erste Führungshebel (96) und andererseits ebenfalls an dem Fingerhalter angelenkt ist,
• (f) der Schwenkhebel (108) um eine gestellfeste Achse (48, 50) schwenkbar ist und an dem längeren Führungshebel (104) zwischen dessen Anlenkpunkten (102, 106) an Fingerhalter und Ausgleichshebel (94) unter einem spitzen Winkel zur Längsachse dieses Führungshebels (104) angelenkt ist,
• (g) wobei die Längen der Hebelarme und die Anlenk­ punkte der Hebel so gewählt sind, daß bei einer Verschwenkung des Schwenkhebels (108) eine im wesentlichen geradlinige, parallele Verschiebung der Fingerhalter erfolgt.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) jeder der an dem längeren Führungshebel (104) angelenkten Schwenkhebel (108) von einem ersten Arm eines Winkelhebels (112) gebildet ist, der um eine gestellfeste Achse (48, 50) schwenkbar ist,
• (b) ein zweiter Schwenkhebel (88) mit einem Kegelrad (30) fest verbunden ist, das mit einem von dem Stellmotor (74) angetriebenen Kegelrad (78) in Eingriff ist, und
• (c) der zweite Schwenkhebel (88) und der zweite Arm (114) des Winkelhebels (112) durch einen Lenker (116) verbunden sind.

3. Greifvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Stellmotor (74) angetriebene Kegelrad (78) mit wenigstens einem weiteren Kegelrad (122, 124) in Eingriff ist, das auf der Welle (126) eines Winkelgebers (128, 130) sitzt.