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Dokumentenidentifikation DE3622923C2 16.06.1994
Titel Manipulator, insbesondere zur Handhabung von Blechen bei Abkantvorgängen
Anmelder Amada Co., Ltd., Isehara, Kanagawa, JP
Erfinder Sartorio, Franco, Turin/Torino, IT
Vertreter ter Meer, N., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Müller, F., Dipl.-Ing., 81679 München; Steinmeister, H., Dipl.-Ing.; Wiebusch, M., 33617 Bielefeld; Urner, P., Dipl.-Phys. Ing.(grad.), Pat.-Anwälte, 81679 München
DE-Anmeldedatum 08.07.1986
DE-Aktenzeichen 3622923
Offenlegungstag 15.01.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.06.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.06.1994
IPC-Hauptklasse B25J 11/00
IPC-Nebenklasse B21D 43/11   B21D 5/01   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Manipulator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP 115 602 A1 ist ein Manipulator zum Handhaben von Blechen bekannt, der zwei Greifer oder Klemmbacken aufweist, die längs der drei Achsen des kartesischen Koordinatensystems bewegbar sind. Dieser Manipulator weist darüber hinaus einen in der Symmetrie-Ebene zwischen den Greifern angeordneten, um eine senkrechte Achse drehbaren "Stempel" auf, der in senkrechter Richtung unabhängig von der senkrechten Bewegung der Greifer beweglich ist und eine Drehung eines Werkstücks um eine senkrechte Achse gestattet.

Ein weiterer Manipulator ist aus der US-PS 4 056 198 bekannt. Diese Druckschrift zeigt und beschreibt einen Manipulator mit zwei um eine gemeinsame Achse schwenkbaren Armen, die Greifer oder Klemmbacken zur Handhabung von insbesondere dünnen, flachen Werkstücken aufweisen.

Herkömmliche Manipulatoren sind nicht speziell für die Handhabung von empfindlichen Gegenständen, wie sehr dünnen Blechen, geeignet, da sich diese, sofern sie durch einen oder zwei Greifer erfaßt und angehoben werden, in unzulässiger Weise verbiegen, so daß es zu Verformungen kommen kann und/oder ein sicheres Einfädeln in die Pressenposition nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und kostengünstig herstellbaren Manipulator zu schaffen, der eine schnelle, genaue und rationelle Handhabung von Blechen, insbesondere von Blechen mit stark variierenden Abmessungen gestattet, ohne daß die Halter ausgetauscht werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Da der erfindungsgemäße Manipulator den Tisch unabhängig von dem auf diesem liegenden Blech erfassen kann, können Bleche unterschiedlicher Stärke und Größe gehandhabt werden, ohne daß der Manipulator neu eingestellt oder programmiert werden muß. Im übrigen gestattet es der Tisch, empfindliches, biegsames oder bruchgefährdetes Material zu handhaben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Frontansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators;

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 und 4 sind schematische Darstellungen möglicher Abwandlungen des Manipulators gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Vorrichtung zum automatischen Abkanten von Metallblechen 2 bezeichnet. Die Abkantvorrichtung umfaßt eine bekannte Abkantpresse 3, Förderer 4 für die Bleche 2 und einen zwischen den Förderern 4 und der Abkantpresse 3 angeordneten mechanischen Manipulator 5 zur Handhabung der Bleche 2. Die Arbeitsvorgänge des Manipulators 5 werden mit Hilfe einer nicht gezeigten zentralen Steuereinheit numerisch gesteuert. Der Manipulator 5 weist zwei Halter 6 für die Bleche 2, zwei voneinander unabhängige ausfahrbare Arme 7 und ein zwischen den Armen 7 verlaufendes waagerechtes Querstück 8 auf. Die Halter 6 sind längs der in Fig. 2 strichpunktiert dargestellten Bewegungsbahnen längs der drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems in mehrere unterschiedliche Positionen beweglich. Das Querstrück 8 ist um seine Längsachse drehbar und wird durch eine zentrale Stütze 9 abgestützt, die in einer querverlaufenden Symmetrieebene des Manipulators 5 im wesentlichen senkrecht und rechtwinklig zur Längsachse des Querstücks 8 angeordnet ist. Die Arme 7 sind parallel zueinander und zu der querverlaufenden Symmetrieebene des Manipulators 5 angeordnet und in der Länge ausfahrbar. Die Arme 7 sind gleitend verschiebbar an dem Querstück 8 gehalten und springen rechtwinklig zur Längsachse des Querstücks von entsprechenden Führungen 10 vor, die parallel zur Längsachse des Querstücks 8 verlaufen. Die Halter 6 sind jeweils am freien Ende eines der Arme 7 gehalten und sind um 360° um eine Achse 11 drehbar, die parallel zu der durch die Halter definierten Ebene und rechtwinklig zur Längsachse der Arme 7 verläuft.

Der Manipulator 5 ist mit Antriebseinrichtungen zum Verschieben der Arme 7 auf dem Querstück 8, zum Drehen der Halter 6 und zum Ausfahren der Arme 7 versehen. Die Antriebseinrichtungen sind derart miteinander verbunden, daß die beiden Arme 7 und die zugehörigen Halter 6 stets synchron und spiegelsymmetrisch in Bezug auf die querverlaufende Symmetrieebene des Manipulators 5 bewegt werden. An dem Querstück 8, das vorzugsweise an seinen entgegengesetzten Enden durch weitere Stützen 12 abgestützt ist, sind mit Hilfe von Halterungen 13 prismenförmige drehbare Wellen 14 und zwei Führungsspindeln 15 und 16 befestigt, die gegensinnige Gewinde und identische Ganghöhen aufweisen. Entsprechende Antriebsmotoren 18, 29, 20 bekannter Bauart für die Wellen 14 und die Führungsspindeln 15 und 16 sind zentral an der Stütze 9 angeordnet. Ein an der Stütze 9 montierter Motor 22 steuert die Drehung des Querstücks 8 und der drehfest mit dem Querstück verbundene Arme 7, beispielsweise mit Hilfe eines Zahnradgetriebes 23. Die Arme 7 weisen vorzugsweise jeweils zwei Glieder 25 und 26 auf, die durch ein Gelenk 27 schwenkbar miteinander verbunden sind und von denen eines dem Querstück 8 befestigt ist und das andere den Halter 6 trägt. Das Glied 26 nimmt einen Antriebszug 28, beispielsweise einen Kettenantrieb auf, der den betreffenden Halter 6 zur Drehung um die Achse 11 antreibt. Der Antriebszug 28 wird über das Gelenk 27 durch einen ähnlichen Antriebszug 28 angetrieben, der in einem Schenkel des vorzugsweise gabelförmig ausgebildeten Glieds 25 angeordnet ist. Die Gelenke 27 sind mit einem weiteren Antriebszug 30 verbunden, der beispielsweise ebenfalls als Kettenantrieb ausgebildet und in dem anderen Schenkel des Gliedes 25 untergebracht ist. Die Antriebszüge 29 und 30 werden in bekannter Weise über die Wellen 14 durch die Motoren 18 und 19 angetrieben und weisen jeweils ein nicht gezeigtes Kettenrad auf, das verschiebbar mit der zugehörigen Welle 14 in Eingriff steht. Die Glieder 25 der Arme 7 weisen jeweils einen hülsenförmigen Endabschnitt 31 auf, der die oben erwähnten Kettenräder aufnimmt und durch den der betreffende Arm 7 gleitend verschiebbar und drehfest an dem drehbaren Querstück 8 und den starr mit diesem verbundenen Wellen 14 gehalten wird. Die Endabschnitte 31 nehmen darüber hinaus jeweils eine Leitspindelmutter 32 bekannter Bauart auf, die mit der Leitspindel 15 bzw. 16 in Eingriff steht. Mit Hilfe der Leitspindeln 15 und 16, die durch den gemeinsamen Motor 20 angetrieben werden, werden somit die Glieder 25 der Arme in Längsrichtung des Querstücks 8 verschoben.

Die Antriebskraft der Motoren 18, 19, 20, die jeweils beiden Armen 7 gemeinsam sind und die über die durch die Wellen 14 und die Führungsspindeln 15 und 16 gebildeten Kraftübertragungselemente auf die kraftaufnehmenden Elemente der Arme 7, d. h., auf die Leitspindelmuttern 38 und die Antriebszüge 29 und 30 übertragen wird, führt zu einer symmetrischen und simultanen Betätigung der Arme 7. Die Arme 7 werden gestreckt und angewinkelt, indem durch Betätigung des gemeinsamen Motors 16, der über die zugordnete Welle 14 und die Antriebszüge 30 eine Drehbewegung der Gelenke 27 bewirkt, die Glieder 25 und 26 der Arme in koordinierter Weise simultan geschwenkt werden. In ähnlicher Weise werden die Halter 6 durch den gemeinsamen Motor 18 gedreht, der über die andere der Wellen 14 die Getriebezüge 29 antreibt. Zum Erfassen von Blechen 2 unterschiedlicher Breite ist es darüber hinaus möglich, den Abstand der Arme 7 zu variieren, indem mit Hilfe des Motors 20 die Leitspindeln 15 und 16 gedreht werden, so daß die Arme 7 symmetrisch und simultan in entgegengesetzte Richtungen in Längsrichtung des Querstücks 8 verschoben werden.

Um die Bleche 2 in der Blechebene zu drehen, ist der Manipulator 5 darüber hinaus mit einem drehbaren Sockel 35 ausgerüstet, der angrenzend an das Querstück 8 in der Symmetrieebene des Manipulators zwischen den Armen 7 angeordnet ist. Der Sockel 35 ist um eine senkrechte Achse drehbar und ist am oberen Ende der zentralen Stütze 9 montiert, die einen nicht gezeigten, für sich bekannten Antriebsmotor zum Drehen des Sockels enthält. Ein vorzugsweise lösbar auf dem Sockel 35 befestigter Tisch 36 ist so ausgelegt, daß er durch die Halter 6 erfaßt werden kann. Die Halter 6 werden vorzugsweise durch mechanische Greifer mit zwei einander gegenüberliegenden Backen 37 gebildet, deren greifende Ränder 38 so in benachbarten Positionen angeordnet sind, daß sie das Blech sowohl von der Seite als auch vom Rand her erfassen, und die derart geformt sind, daß sie den lösbaren Tisch 36 (Fig. 2) bei gegenseitiger Annäherung der Arme 7 zwischen sich einspannen und von dem Sockel 35 abheben können. Beispielsweise können die Backen 37 der Greifer mit vorspringenden Rippen 39 versehen sein, die so in eine am Umfang des Tisches 36 ausgebildete Nut eingreifen, daß der Tisch 36 unabhängig von dem auf dem Tisch aufliegenden Blech 2 erfaßt werden kann.

In Fig. 3 und 4 sind zwei mögliche Varianten 40 und 50 des Manipulators dargestellt. Der in Fig. 3 gezeigte Manipulator 40 unterscheidet sich von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß die auf dem Querstück 8 verschiebbaren Arme als Teleskoparme 41 ausgebildet sind, die an ihren freien Enden die Halter 6 tragen, und daß das Querstück 8 an zwei Stützen 42 oberhalb des Tisches 36 und des zugehörigen Sockels 35 montiert ist. Die Bewegung der Arme 41 wird in der zuvor beschriebenen Weise durch gemeinsame Motoren 20, 18 und 19 bewirkt, die mit geeigneten Kraftübertragungseinrichtungen bekannter Bauart verbunden sind, durch die Arme 41 so gekoppelt werden, daß sie sich simultan und symmetrisch zu der durch den Sockel 35 verlaufenden Symmetrieebene des Manipulators bewegen. Der Manipulator 50 gemäß Fig. 4 ist ebenfalls mit Teleskoparmen 51 ähnlich den Teleskoparmen 41 des Manipulators 40 versehen und unterscheidet sich von dem Manipulator 40 dadurch, daß anstelle des drehbaren Querstücks 8 ein verschiebbar auf zwei geradlinigen Führungen 53 montiertes Querstück 52 vorgesehen ist. Die simultane und symmetrische Verschiebung der Arme 51 und der Halter 6 wird durch gemeinsame Motoren 20 und 18 hervorgerufen, die mit geeigneten mechanischen Kraftübertragungen wie Leitspindeln 15, 16 und 54 versehen sind. Die symmetrische und simultane Verschiebung der beiden Enden des Querstücks 52 und das Ausfahren und Einziehen der beiden Teleskoparme 51 wird dagegen jeweils durch zwei unabhängig voneinander arbeitende Antriebsmotoren 55 bewirkt, die jedoch dadurch indirekt miteinander gekoppelt sind, daß sie jeweils durch eine gemeinsame Steuereinrichtung 56 gesteuert werden, die die Bewegungen der beiden zugeordneten Motoren synchronisiert. Jede der Steuereinrichtungen 56 weist beispielsweise eine elektronische Steuereinheit 57 für die zugeordneten Motoren 55 und Zähleinrichtungen oder Codierer 58 auf, die die Anzahl der Umdrehungen der beiden zugeordneten Motoren 55 zählen und die entsprechende Information an die Steuereinheit 57 übermitteln, die Unterschiede der Umdrehungszahlen dadurch ausgleicht, daß einer der Motoren 55 beschleunigt und der andere Motor gebremst wird. Auch in diesem Fall sind daher die Teleskoparme 51 im Ergebnis derart gekoppelt, daß sie sich simultan und symmetrisch zu der Mittelebene des Manipulators 50 bewegen.

Wie aus den obigen Ausführungsbeispielen hervorgeht, zeichnet sich der erfindungsgemäße Manipulator durch ein geringes Gewicht, einen geringen Raumbedarf und hohe Einsatzflexibilität aus, da die Halter auf getrennten Armen angeordnet sind und entsprechend den jeweiligen Anforderungen aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können. Eine Verringerung der Kosten ergibt sich ferner dadurch, daß die Arme entweder direkt durch mechanische Antriebszüge oder indirekt durch synchronisierende Steuereinrichtungen miteinander gekoppelt sind, so daß ihre Bewegungen mit einer einzigen numerischen Steuerung gesteuert werden können. Schließlich gestattet die spezielle Konstruktion des erfindungsgemäßen Manipulators die Verwendung ausschließlich mechanischer Halter oder Greifer, wobei zur Handhabung sehr dünner und damit hochflexibler Bleche die Möglichkeit besteht, die Bleche zusätzlich durch den lösbaren Tisch 36 abzustützen, der durch gegenseitige Annäherung der Halter erfaßt werden kann und ein Durchbiegen der Bleche während der Handhabung verhindert.


Anspruch[de]
  1. 1. Manipulator (5; 40; 50), insbesondere zur Handhabung von Blechen (2) bei Abkantvorgängen, mit zwei Haltern (6) für die Bleche, die durch zwei getrennte Arme (7) getragen und um eine gemeinsame Achse (11) schwenkbar sind, mit Antriebsmitteln (18, 19, 20; 14, 15, 16), durch die die Arme (7) derart miteinander gekoppelt sind, daß sie simultan und spiegelsymmetrisch in bezug auf eine zwischen den Armen (7) verlaufende Symmetrie- Ebene des Manipulators bewegbar sind und die Halter (6) in unterschiedliche Positionen längs der drei Achsen eines kartesischen Koordinatensystems bewegen, und mit einem in der Symmetrie-Ebene des Manipulators zwischen den Haltern (6) liegenden, um eine senkrechte Achse drehbaren Sockel (35), der drehfest und lösbar eine Blechstütze (36) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechstütze als Tisch (36) ausgebildet ist und daß die Halter (6) Backen (37) aufweisen, die derart geformt sind, daß sie den lösbaren Tisch (36) bei gegenseitiger Annäherung der Arme (7) zwischen sich unabhängig von dem auf dem Tisch liegenden Blech einspannen und vom Sockel (35) abheben können.
  2. 2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (37) vorspringende Rippen (39) zum Erfassen des Tisches (36) aufweisen und daß der Tisch (36) eine umlaufende Nut aufweist, in die die vorspringenden Rippen (39) beim Erfassen des Tisches eintreten können.
  3. 3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (7) gleitend verschiebbar auf einem rechtwinklig zu den Armen verlaufenden waagerechten Querstück (8) montiert sind.
  4. 4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (11) der Halter (6) rechtwinklig zur Längsachse der Arme (7) verläuft.
  5. 5. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querstück (8) an wenigstens einer festen Stütze (9, 42) drehbar abgestützt ist.
  6. 6. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Querstück (8) gleitend verschiebbar an zwei geradlinigen Führungen (53) montiert ist, die rechtwinklig zur Verschieberichtung der Arme (7) verlaufen.
  7. 7. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel wenigstens einen Motor (18, 19, 20), der beiden Armen (7) gemeinsam ist, und eine mechanische Kraftübertragungseinrichtung (14, 15, 16) aufweisen, die den oder die Motoren (18, 19, 20) mit jeweils zugeordneten kraftaufnehmenden Elementen (28, 29, 30) der Arme (7) verbindet.
  8. 8. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel wenigstens ein Paar getrennter Motoren (55, 59) aufweisen, die jeweils einen der Arme (7) antreiben und mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung (56) zur Synchronisation der Motoren verbunden sind.






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