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Dokumentenidentifikation DE10048673B4 29.12.2005
Titel Elektrischer Greifer
Anmelder SMC Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Takanashi, Seiji, Yawara, Ibaraki, JP;
Miyachi, Hiroshi, Yawara, Ibaraki, JP;
Kanda, Koichiro, Yawara, Ibaraki, JP
Vertreter Keil & Schaafhausen Patentanwälte, 60322 Frankfurt
DE-Anmeldedatum 30.09.2000
DE-Aktenzeichen 10048673
Offenlegungstag 23.05.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 29.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.12.2005
IPC-Hauptklasse B25J 15/00

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Greifer, der einen Elektromotor dazu verwendet, Öffnungs-/Schließbewegungen von Klauenelementen, die ein Werkstück halten, durchzuführen, und insbesondere auf einen elektrischen Greifer, der einen Schrittmotor verwendet.

Stand der Technik

Als Greifer zum Halten verschiedener Werkstücke zur Bearbeitung, Transport und dgl. sind elektrische Greifer bekannt, die einen Elektromotor zur Durchführung von Öffnungs- und Schließbewegungen der Klauenelemente verwenden. Der elektrische Greifer vollzieht eine Öffnungs-/Schließsteuerung Schritt für Schritt mit sehr geringen Bewegungen der Klauenelemente entsprechend einer Vielzahl von Antriebsimpulsen, so dass die Klauenelemente die Öffnungs-/Schließbewegung entsprechend der Größe eines zu haltenden Objektes durchführen können.

Wird ein Schrittmotor verwendet, muss die Anordnung so sein, dass die Öffnungsbreite der Klauenelemente, die entsprechend der Anzahl der Antriebsimpulse eingestellt wird, mit der Breite eines Abschnitts eines gehaltenen Werkstücks übereinstimmt. Alternativ kann eine Anordnung vorgesehen sein, bei der die Anzahl der Antriebspulse etwas erhöht wird, um die Haltebreite der Klauenelemente etwas kleiner zu machen als die Breite eines Werkstücks. Dann muss der elektrische Greifer die Haltebewegung so durchführen, dass die an den Klauenelementen vorgesehenen Werkstückhalteverlängerungen sich flexibel biegen können.

Die Größe der Werkstücke ist jedoch nicht konstant. Daher muss die Anzahl der Antriebsimpulse für den Motor entsprechend der Größe des Werkstücks eingestellt werden. In der Praxis ist eine solche Anpassung für unterschiedliche Werkstücke jedoch schwierig. Außerdem tritt dann, wenn die Objekthalteverlängerungen an den Klauenelementen sich nicht biegen oder dann, wenn die Klauenelemente die Haltebewegung über den Biegebereich der Verlängerungen hinaus durchführen, ein Asynchronphänomen auf, bei dem die Antriebsimpulse nicht mehr synchron mit dem Schrittmotor gehalten werden, so dass der elektrische Greifer eine Beschädigung bewirkt.

In der DE 36 06 874 C2 wird ein elektrisch betätigbarer Greifer vorgeschlagen, bei welchem eine Überdrehung des Motors federnd abgepuffert werden kann. Die hierzu erforderlichen Federmittel sind dem auf einem Schlitten beweglich angeordneten Motor unmittelbar zugeordnet.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll die oben beschriebenen Probleme lösen. Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektrischen Greifer mit Schrittmotor vorzuschlagen, bei dem eine Beschädigung aufgrund einer Pulsasynchronisation verhindert wird und bei dem eine Haltebreite von Klauenelementen, die der Breite eines Werkstücks entspricht, sichergestellt wird, so dass das Werkstück sicher gehalten werden kann.

Zur Lösung der oben beschriebenen Aufgabe weist ein erfindungsgemäßer elektrischer Greifer einen Puffermechanismus zur gepufferten Überdrehung eines Schrittmotors innerhalb eines festgelegten Pulszahlbereiches auf, wenn ein Werkstück durch ein Paar von Klauenelementen gehalten wird.

Der Puffermechanismus weist ein antriebsseitiges Element, das mit einer Ausgangswelle des Schrittmotors zusammenwirkt, ein abtriebsseitiges Element, das mit dem Paar von Klauenelementen zusammenwirkt, und Federelemente auf, die zwischen dem antriebsseitigen Element und dem abtriebsseitigen Element angeordnet sind. Das antriebsseitige Element steht direkt mit dem abtriebsseitigen Element in Eingriff, um eine direkte Übertragung einer Antriebskraft von der Ausgangswelle auf die Klauenelemente zu ermöglichen, wenn die Klauenelemente geöffnet sind. Das antriebsseitige Element steht mit dem abtriebsseitigen Element über die Federmittel in Eingriff, um die Antriebskraft über die Federmittel elastisch von der Ausgangswelle auf die Klauenelemente zu übertragen, wenn das Werkstück von den Klauenelementen gehalten wird.

Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten elektrischen Greifer kann die Ausgangswelle des Schrittmotors elastisch überdreht werden, auch nachdem die Klauenelemente das Werkstück ergriffen haben. Durch vorläufiges Einstellen der Anzahl an Antriebspulsen des Schrittmotors innerhalb eines Bereiches, der die oben beschriebene Überdrehung erlaubt, kann das Werkstück dadurch sicher gehalten werden, ohne eine Beschädigung durch eine Asynchronität zwischen dem Schrittmotor und den Antriebspulsen zu bewirken.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der oben beschriebene Umsetzmechanismus eine Drehwelle auf, die an der Ausgangswelle des Schrittmotors befestigt ist, sowie ein Antriebselement, das über eine Gewindeverbindung mit der Drehwelle verbunden ist und entsprechend der hin und her gehenden und drehenden Bewegung der Rotationswelle in Axialrichtung linear vorwärts und rückwärts bewegt wird, wobei ein in eine axiale Führungsnut eingreifender Rotationsverhinderungsstift eine Drehung des Antriebselements verhindert, sowie einen Öffnungs-/Schließmechanismus zum Umsetzen der Linearbewegung, die von dem Antriebselement übertragen wird, über ein Transmissionselement in die Öffnungs-/Schließbewegung des Paares von Klauenelementen. Der Puffermechanismus besteht aus dem Antriebselement, einem Puffergehäuse, dem Transmissionselement und Federmitteln.

Weiter weist das oben beschriebene Antriebselement ein hohles Puffergehäuse an einer Endseite auf, in dem ein innerer Endabschnitt des Transmissionselements so aufgenommen ist, dass er um eine bestimmte Strecke gleiten kann, wobei die oben genannten Federmittel zwischen einem Flanschabschnitt an dem Transmissionselement und dem Puffergehäuse angeordnet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der oben beschriebene Umsetzmechanismus ein Zahnrad, das an der Ausgangswelle des Schrittmotors befestigt ist, ein Paar von Antriebselementen mit Zahnstangen, die mit dem Zahnrad in Eingriff stehen, und ein Paar von Transmissionselementen auf, die jeweils zwischen einem Antriebselement und einem Klauenelement vorgesehen sind, um eine Bewegung der Antriebselemente auf die Klauenelemente zu übertragen und das Paar von Klauenelementen zu öffnen bzw. zu schließen. Bei dieser Ausgestaltung sind die oben genannten Federmittel zwischen dem Paar von Antriebselementen und dem Paar von Transmissionselementen angeordnet, so dass der oben genannte Puffermechanismus aus den Antriebselementen, den Transmissionselementen und den Federmitteln besteht.

Vorzugsweise sind die oben genannten Transmissionselemente in den Antriebselementen aufgenommen, die zylindrisch sind, so dass sie um eine bestimmte Strecke gleiten können, und sind mit den Klauenelementen über Antriebsstifte verbunden, die sich von den Transmissionselementen erstrecken. Die Federmittel sind zwischen den Transmissionselementen und den Antriebselementen angeordnet, so dass sie die Transmissionselemente elastisch in die Richtung zur Durchführung der Halteoperation vorspannen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der oben genannte Umsetzmechanismus ein Rotationselement, das an der Ausgangswelle des Schrittmotor befestigt ist, ein Nockenelement, das an dem Rotationselement befestigt ist, ein Paar von Nockennuten, die im Wesentlichen halbkreisförmig geformt und in dem Nockenelement ausgebildet sind, und Antriebsstifte auf, die jeweils an dem Paar von Klauenelementen angebracht und individuell in das Paar von Nockennuten eingesetzt sind und die in den Nockennuten entsprechend der Drehung des Nockenelementes gleiten, um die Klauenelemente zu öffnen bzw. zu schließen. Außerdem weist das oben beschriebene Rotationselement einen Basisabschnitt, der an der Ausgangswelle befestigt ist, und einen Befestigungsabschnitt auf, der so mit dem Basisabschnitt zusammengesetzt ist, dass er sich relativ zu dem Basisabschnitt um einen bestimmten Winkel drehen kann. Das Nockenelement ist an dem Befestigungsabschnitt angebracht. Die Federmittel sind zwischen dem Basisabschnitt und dem Befestigungsabschnitt vorgesehen, und der Puffermechanismus besteht aus dem Basisabschnitt, dem Befestigungsabschnitt und den Federmitteln.

Vorzugsweise weist der oben beschriebene Basisabschnitt des Rotationselements einen Hebel auf. Der Befestigungsabschnitt weist die Federmittel und eine Federaufnahme auf, wobei der Hebel direkt an dem Befestigungsabschnitt anliegt, um eine direkte Übertragung der Rotationskraft des Basisabschnitts auf den Befestigungsabschnitt zu erlauben, wenn sich der Basisabschnitt in einer Richtung dreht. Der Hebel liegt an dem Befestigungsabschnitt über die Federaufnahme auf, um eine elastische Übertragung der Rotationskraft des Basisabschnitts über die Federmittel auf den Befestigungsabschnitt zu erlauben, wenn sich der Basisabschnitt in der entgegengesetzten Richtung dreht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Schnitt, der einen elektrischen Greifer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

2 ist eine ausschnittweise Schnittdarstellung zur Erläuterung der Betriebsweise der ersten Ausführungsform.

3 ist ein Schnitt durch einen elektrischen Greifer gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

4 ist eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform.

5 ist ein Schnitt durch die zweite Ausführungsform in einem Zustand, in dem Klauenelemente entfernt sind.

6 ist eine Vorderansicht der zweiten Ausführungsform.

7 ist ein Schnitt durch einen elektrischen Greifer gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

8 ist ein Schnitt durch die dritte Ausführungsform.

9 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in 7.

10 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B in 7.

11 ist ein Schnitt entlang der Linie C-C in 9.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugen Ausführungsformen

Die 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein elektrischer Greifer (Hand) 1 der ersten Ausführungsform weist einen reversibel (hin und her) drehenden Schrittmotor 3 an einem Greifergrundkörper 2, ein Paar von Klauenelementen 4, die durch Antreiben des Schrittmotor geöffnet und geschlossen werden, und einen Umsetzmechanismus 5 auf, der die Antriebskraft des Schrittmotors 3 in die Öffnungs-/Schließbewegung der Klauenelemente 4, 4 umsetzt. Die Größe der Rotation des Schrittmotors 3 wird entsprechend der Anzahl von Antriebspulsen gesteuert. Das Paar von Klauenelementen 4, 4 ist an einem Ende des Greifergrundkörpers 2 über eine Führung gehalten und so zusammengesetzt, dass sie in einer Richtung senkrecht zu einer Axiallinie einer Ausgangswelle 3a des Schrittmotors 3 geöffnet bzw. geschlossen werden können.

Der in dem Greifergrundkörper aufgenommene Umsetzmechanismus 5 weist eine Rotationswelle, die an einem distalen Endabschnitt der Ausgangswelle 3a des Schrittmotors 3 angebracht ist, einen Gewindeabschnitt 6a, der an einem distalen Endabschnitt der Rotationswelle 6 vorgesehen ist, ein Antriebselement 7, das über eine an einer proximalen Endseite ausgebildete Gewindeöffnung 7a in Gewindeverbindung mit dem Gewindeabschnitt 6a steht, einen Öffnungs-/Schließmechanismus 8, der eine Bewegung des Antriebselements 7 in Axialrichtung in die Öffnungs-/Schließbewegung des Paares von Klauenelementen 4 umsetzt, und eine Transmissionswelle 9 auf, die zwischen dem Antriebselement 7 und dem Öffnungs-/Schließmechanismus 8 so vorgesehen ist, dass sie die Antriebskraft des Antriebselements 7 auf den Öffnungs-/Schließmechanismus 8 überträgt.

Das Antriebselement 7 weist eine gerade Führungsnut 7a auf, die sich in Axialrichtung an seiner Außenfläche erstreckt. Ein Rotationsverhinderungsstift 2a, der in dem Greifergrundkörper 2 vorgesehen ist, ist so in die gerade Führungsnut 7b eingesetzt, dass die Drehung des Antriebselements 7 verhindert wird. In dem so beschränkten Zustand bewegt sich das Antriebselement 7 linear vorwärts und rückwärts in Richtung der Rotationswelle 6, wenn sich die Rotationswelle 6 und der Gewindeabschnitt 6a drehen.

Außerdem weist der Öffnungs-/Schließmechanismus 8 ein Paar von Hebeln 11 auf, die zu einer im Wesentlichen L-förmigen Gestalt gebogen sind. Jeder der Hebel 11 wird von dem Greifergrundkörper 2 so gehalten, dass ein mittlerer gebogener Abschnitt des Hebels 11 durch einen Haltestift 12 drehbar ist. Außerdem weist der Hebel 11 einen proximalen Endabschnitt auf, der mit einem Antriebsstift 10 an einem distalen Ende der Transmissionswelle 9 in Eingriff steht, während das andere Ende des Hebels 11 mit einem entsprechenden Klauenelement 4 in Eingriff steht. Wenn sich die Transmissionswelle 9 in dem in 1 gezeigten Zustand nach rechts bewegt, drehen sich die Hebel 11 individuell um die Haltestifte 12 in einer solchen Richtung, dass sich ihre Enden einander annähern, so dass das Paar von Klauenelementen 4 ein Werkstück W halten kann.

Andererseits ist die Transmissionswelle 9 gleitend in einem Puffergehäuse 14 aufgenommen, das an einem distalen Endabschnitt des Antriebselements 7 angeschraubt ist. Das Gehäuse 14 ist in dem Greifergrundkörper 2 so aufgenommen, dass es gemeinsam mit dem Antriebselement 7 in Axialrichtung gleiten kann. In dem Puffergehäuse 14 wird die Transmissionswelle 9 über eine zwischen dem Puffergehäuse 14 und einem Flanschabschnitt 9a vorgesehene Feder 15 zu dem Antriebselement 7 hin vorgespannt, d.h. in der Richtung, in der das Paar von Klauenelementen 4 das Halten durchführt. Zusätzlich weist die Transmissionswelle 9 einen abgestuften Abschnitt 9b auf, der an seinem vorderen Ende mit dem Puffergehäuse 14 in Eingriff steht. Entsprechend dem abgestuften Abschnitt 9b kann sich die Transmissionswelle 9 innerhalb des Puffergehäuses 14 um eine durch das Antriebselement 7 festgelegte Strecke S in Axialrichtung bewegen.

Wenn die Transmissionswelle 9, das Antriebselement 7 und das Puffergehäuse 14 sich gemeinsam zu einer in 1 gezeigten vorderen Position bewegen, öffnet sich das Paar von Klauenelementen 4, um das Werkstück W freizugeben. Wenn sich umgekehrt die Transmissionswelle 9, das Antriebselement 7 und das Puffergehäuse 14 gemeinsam zurück bewegen, d.h. in 1 nach rechts, schließen sich die Klauenelemente 4 und halten zwischen sich das Werkstück W fest. Wenn das Antriebselement 7 und das Puffergehäuse 14 sich um eine kurze Strecke weiter rückwärts bewegen, wird die Feder 15 zusammengedrückt und eine elastische Kraft der Feder 15 erzeugt eine Haltekraft.

Somit wird ein Puffermechanismus, der den Schrittmotor 3 in gepufferter Weise innerhalb eines festgelegten Pulsbereiches überdreht, wenn das Werkstück W von den Klauenelementen 4 gehalten wird, durch das Antriebselement 7 und das Puffergehäuse 14, die antriebsseitige Elemente sind und gemeinsam mit der Ausgangswelle 3a des Schrittmotors 3 betrieben werden, die Transmissionswelle 9 (als abtriebsseitiges Element), die zusammen mit den Klauenelementen 4 betätigt wird, und die dazwischen angeordnete Feder 15 gebildet.

Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten ersten elektrischen Greifer wird der Schrittmotor angetrieben, um die Drehwelle 6 in einer normalen Richtung zu drehen, so dass sich die Klauenelemente 4 individuell in Öffnungsrichtung bewegen. Dadurch bewegen sich das Antriebselement 7, das mit dem Gewindeabschnitt 6a der Drehwelle 6 verschraubt ist, und das mit dem Antriebselement 7 verbundene Puffergehäuse 14 in Axialrichtung vorwärts bis zu der in 1 gezeigten Position. Dadurch bewegt sich die Transmissionswelle 9 vorwärts, um das Paar von Hebeln 11 in Richtungen zu drehen, in denen sich deren Kanten öffnen. 1 zeigt den Zustand, in dem die oben beschriebenen Operationen durchgeführt werden. In diesem Fall wird keine Asynchronisation von Pulsen bewirkt, da eine Antriebsbegrenzung des Schrittmotors 3 vorab eingestellt ist.

Um zu bewirken, dass sich die Klauenelemente individuell in Schließrichtung bewegen, wird der Schrittmotor 3 umgekehrt in der entgegengesetzten Richtung betrieben, um die Drehwelle 6 in der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Dadurch bewegen sich die Antriebswelle 7 und das Puffergehäuse 14, wie in 2 gezeigt, rückwärts. Dementsprechend bewegt sich die Transmissionswelle 9 nach hinten, um das Paar von Hebeln 11 in Richtungen zu drehen, in denen sich ihre Kanten schließen. Als Folge hiervon schließen die Klauenelemente 4 und das Werkstück W wird dazwischen gehalten. Auch nachdem das Werkstück W gehalten wird, werden das Antriebselement 7 und das Puffergehäuse 14 von dem Schrittmotor 3 um eine kurze Strecke weiter nach hinten bewegt. Die kurze Rückwärtsbewegung wird jedoch durch die Kompression der Feder 15 absorbiert, und eine Haltekraft der Klauenelemente 4 wird erzeugt.

Auf diese Weise erlaubt es die Feder 15 dem Antriebselement 7 und dem Puffergehäuse 14, sich um eine festgelegte Strecke S weiter zurückzubewegen, wenn die Klauenelemente 4 das Werkstück W halten, obwohl sich die Transmissionswelle 9 nicht weiter zurückbewegen kann. Dadurch kann in dem gegebenen Bereich der Schrittmotor 3 ohne das Problem einer Asynchronisation der Pulse laufen. Somit kann das Werkstück W durch die Vorabeinstellung der Pulszahl zum Antrieb des Schrittmotors 3 ohne Beschädigung sicher gehalten werden, die beim Stand der Technik aufgrund von asynchronen Pulsen erzeugt wurde. Die Feder 15 kann in dem Bereich der Strecke S zusammengedrückt werden.

Wenn die Zahl der Pulse zum Antreiben des Schrittmotors 3 den Bereich der Strecke S überschreitet, schlägt das Puffergehäuse 14 an dem abgestuften Abschnitt 9b der Übertragungswelle 9 an. Dadurch wird die Bewegung des Puffergehäuses 14 blockiert, so dass eine Beschädigung durch asynchrone Pulse auftreten kann.

Die 3 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform eines elektrischen Greifers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der elektrische Greifer 21 der zweiten Ausführungsform weist einen Schrittmotor 23, der an einem Greifergrundkörper 22 vorgesehen ist, ein Paar von Klauenelementen 24, die eine lineare Öffnungs-/Schließbewegung durchführen, und einen Umsetzmechanismus 25 mit einem Zahnrad und einer Zahnstange auf, der eine Rotationskraft einer Ausgangswelle 23a des Schrittmotors 23 in die Öffnungs-/Schließbewegung der Klauenelemente 24 umsetzt. Die Klauenelemente 24 sind jeweils beweglich von einem Paar von Führungen 24a gehalten, die parallel zueinander an dem Greifergrundkörper 22 angeordnet sind. Die Klauenelemente 24 bewegen sich entlang der Führungen 24a synchron in einander gegenüberliegenden Richtungen, wodurch eine Öffnungs-/Schließbewegung in senkrecht zu der Axiallinie der Ausgangswelle 23a liegenden Richtungen durchgeführt wird.

Bei dem Greifergrundkörper 22 weist der Umsetzmechanismus 25 ein Zahnrad 26, das an der Ausgangswelle 23a des Schrittmotors 23 angebracht ist, im Wesentlichen zylindrische Antriebselemente 27, die symmetrisch relativ zu dem Zahnrad 26 angeordnet sind, Zahnstangen 27a, die jeweils an Seitenflächen der Antriebselemente 27 ausgebildet sind und mit dem Zahnrad 26 in Eingriff stehen, und ein Paar von Transmissionselementen 29 auf, die die Antriebselemente 27 jeweils mit entsprechenden Klauenelementen 24 verbinden.

Wie deutlich aus 5 ersichtlich ist, ist jedes Transmissionselement 29 gleitend in dem entsprechenden Antriebselement 27 angeordnet und mit dem entsprechenden Klauenelement 24 verbunden, indem es an einem Antriebsstift 30 angreift, der mit den Klauenelementen 24 an den Transmissionselementen 29 angebracht ist. Das Transmissionselement 29 und das Antriebselement 27 weisen einen bestimmten Abstand zueinander auf, so dass das Transmissionselement 29 sich um eine bestimmte Strecke S in Richtungen bewegen kann, in denen die Klauenelemente 24 die Öffnungs-/Schließbewegung durchführen. Zusätzlich ist zwischen dem Transmissionselement 29 und dem Antriebselement 27 eine Feder 35 vorgesehen, die eine elastische Kraft erzeugt, um die Klauenelemente 24 in Schließrichtung vorzuspannen.

Somit wird bei der zweiten Ausführungsform ein Puffermechanismus durch die Antriebselemente 27, die antriebsseitige Elemente sind und zusammen mit der Ausgangswelle 23a betätigt werden, die Transmissionselemente 29, die abtriebsseitige Elemente sind und zusammen mit den Klauenelementen 24 betätigt werden, und die dazwischen angeordneten Federn 35 gebildet.

In den Fig. bezeichnet das Bezugszeichen 36 Positionsdetektiermagneten, die in dem Antriebselement 27 angeordnet sind. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet eine Befestigungsnut für einen Proximitätsschalter, der das Annähern des Magneten 36 feststellt.

Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten elektrischen Greifer gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Schrittmotor 23 angetrieben, um das Zahnrad 26 in einer Vorwärtsrichtung zu drehen und dadurch eine Öffnungsbewegung der Klauenelemente 24 zu bewirken. Dabei werden die Antriebselemente 27, deren Zahnstangen 27a mit dem Zahnrad 26 kämmen, voneinander weg in die in 5 gezeigten Positionen bewegt, so dass die Bewegung der Antriebselemente 27 über die Transmissionselemente 29 und die Antriebsstifte 30 auf die entsprechende Klauenelemente 24 übertragen wird. Dementsprechend öffnen sich die Klauenelemente 24. In diesem Fall wird keine Asynchronität von Pulsen bewirkt, da das Antriebslimit des Schrittmotors vorab eingestellt wurde.

Damit die Klauenelemente 24 die Schließbewegung durchführen, wird der Schrittmotor 23 angetrieben, um das Zahnrad 26 in der entgegengesetzten Richtung zu drehen. Dadurch werden die Antriebselemente 27 so bewegt, dass sie sich einander annähern. Da sich die Transmissionselemente 29 zusammen mit den Antriebselementen 27 bewegen, bewegen sich die Klauenelemente 24 jeweils in Richtungen, in denen sie sich einander annähern und das Werkstück W wird dazwischen gehalten. Auch nachdem das Werkstück W gehalten wird, werden die Antriebselemente 27 um eine kurze Strecke weiterbewegt. Die kurze Bewegung wird jedoch durch die Kompression der Feder 35 absorbiert, und durch die elastische Kraft der komprimierten Feder 35 wird eine Haltekraft der Klauenelemente 24 erzeugt.

Auch bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform erlaubt es die Feder 35 den Antriebselementen 27, sich um eine festgelegte Strecke S weiter zurückzubewegen, wenn die Klauenelemente 24 das Werkstück W halten, obwohl sich die Transmissionswelle 29 nicht weiter zurückbewegen kann. Daher kann der Schrittmotor 23 in dem gegebenen Bereich ohne Asynchronität der Pulse weiterlaufen. Dadurch kann das Werkstück W sicher gehalten werden, ohne eine Beschädigung durch eine Asynchronität der Pulse zu bewirken, indem die Anzahl der Pulse zum Antrieb des Schrittmotors 23 vorab eingestellt wird, so dass die Feder 35 in dem Bereich der Strecke S komprimiert werden kann.

Die 7 bis 11 zeigen eine dritte Ausführungsform eines elektrischen Greifers gemäß der vorliegenden Erfindung. Der elektrische Greifer 41 der dritten Ausführungsform weist einen Schrittmotor 43, der in dem Greifergrundkörper 42 vorgesehen ist, ein Paar von Klauenelementen 44, die durch den Schrittmotor 43 angetrieben werden und dadurch die lineare Öffnungs-/Schließbewegung durchführen, und einen Nocken-Umsetzmechanismus 45 auf, der eine Antriebskraft des Schrittmotors 43 in die Öffnungs-/Schließbewegung der Klauenelemente 44 umwandelt.

Das Paar von Klauenelementen 44 ist jeweils mit ihren proximalen Endabschnitten gleitend in an dem Greifergrundkörper 42 vorgesehene T-förmige Führungsnuten 42a eingesetzt. Die Klauenelemente 44 vollziehen die Öffnungs-/Schließbewegung entlang der individuellen Führungsnut 42a.

Der Umsetzmechanismus 45 weist ein Rotationselement 46, das an einer Ausgangswelle 43a des Schrittmotors 43 angebracht ist, ein scheibenartiges Nockenelement 49, das an einer oberen Fläche des Rotationselements 46 angebracht ist, Nockennuten 49a, die symmetrisch zu der Axiallinie an einer oberen Fläche des Nockenelements 49 ausgebildet sind, und Antriebsstifte 50 auf, die jeweils an unteren Flächen der einzelnen Klauenelemente 44 angebracht sind, um mit den Nockennuten 49a in Eingriff zu treten.

Die Nockennuten 49a sind, wie in 10 gezeigt ist, halbkreisförmig, wobei das Krümmungszentrum auf einer geraden Linie angeordnet ist, die durch den Drehmittelpunkt des Nockenelements 49 hindurchtritt. Außerdem nehmen die Nockennuten 49a Positionen ein, die voneinander in entgegengesetzter Richtung um denselben Abstand von dem Drehmittelpunkt beabstandet sind.

Wie aus den 7 und 8 ersichtlich ist, weist das Rotationselement 46 einen Basisabschnitt 47, der an der Ausgangswelle 43a befestigt ist, und einen Befestigungsabschnitt 48 auf, der mit dem Basisabschnitt so verbunden ist, dass er relativ zu diesem drehbar ist. An dem Befestigungsabschnitt 48 ist das oben beschriebene Nockenelement 49 angebracht. Hebel 51 sind an dem Basisabschnitt 47 vorgesehen. Wenn der Basisabschnitt 47 angetrieben wird, um sich im Uhrzeigersinn in den in 9 gezeigten Zustand zu drehen, liegen die oben genannten Hebel 41 direkt an dem Befestigungsabschnitt 48 an. Dadurch wird die Rotationskraft des Basisabschnitts 47 direkt auf den Befestigungsabschnitt 48 übertragen. Wenn der Basisabschnitt dagegen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, liegen die distalen Enden der Hebel 51 jeweils an einem Aufnahmeelement 53 an, das in einer Federführung 52 über eine an dem Befestigungsabschnitt 48 vorgesehene Feder 55 gehalten wird. Bei dieser Ausgestaltung werden die Federn 55 zusammengedrückt und die dadurch erzeugten Kräfte dazu verwendet, den Befestigungsabschnitt 48 zu drehen. Wenn jede der Federn 55 von dem distalen Ende der Hebel 51 über das Aufnahmeelement 53 zusammengedrückt wird, dient die Federführung 52 gleichzeitig als Stopper, der ein Limit für eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit der Hebel 51 festlegt.

Somit ist der Befestigungsabschnitt 48 so angebracht, dass er relativ zu dem Basisabschnitt 47 in Öffnungs-/Schließrichtung der Klauenelemente 44 um den festgelegten Winkel drehbar ist. Gleichzeitig wird er in einem Zustand angebracht, in dem er von der Feder 55 in einer solchen Richtung vorgespannt wird, dass die Klauenelemente 44 ihre Halteoperation durchführen. Wenn der Befestigungsabschnitt 48 in einer solchen Richtung angetrieben wird, dass die Klauenelemente 44 das Werkstück freigeben, wird er zusammen mit dem Basisabschnitt 47 angetrieben. Wenn das Werkstück gehalten wird, werden die Klauenelemente 44 über die Federn 55 angetrieben, und der Zustand, in dem das Werkstück gehalten wird, wird entsprechend der Vorspannkraft der Feder 55 aufrechterhalten.

Somit wird bei der dritten Ausführungsform ein Puffermechanismus durch den Basisabschnitt 47 und die Hebel 51, die antriebsseitige Elemente sind und zusammen mit der Ausgangswelle 43a betätigt werden, den Befestigungsabschnitt 48, der ein abtriebsseitiges Element ist und zusammen mit den Klauenelementen 44 betätigt wird, und die dazwischen angeordneten Federn 55 gebildet.

Zusätzlich weist, wie in 8 gezeigt ist, der elektrische Greifer ein Positionsdetektierelement 56 zur Feststellung der Position der Klauenelemente 44 auf. Das Positionsdetektierelement 56 ist an einem der Antriebsstifte 50 angebracht und in diesem Zustand senkrecht zu der Querschnittsfläche in 8 bewegbar. Ein Positionsdetektiermagnet 57 ist an dem Ende des Positionsdetektierelements 56 angebracht, so dass er von einem Positionsdetektiersensor, der in einer in dem Greifergrundkörper 42 vorgesehenen Sensorbefestigungsnut 58 angeordnet ist, festgestellt werden kann.

Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten elektrischen Greifer gemäß der dritten Ausführungsform wird, wenn ein Paar von Klauenelementen 44 zum Öffnen betätigt wird, der Schrittmotor 43 angetrieben, so dass sich der Basisabschnitt 48 des Rotationselements 46 im Uhrzeigersinn in den in 9 gezeigten Zustand dreht. Dabei dienen die Hebel 51 der Drehung des Befestigungsabschnitts 48 und des darauf immobilisierten Nockenelements 49 in derselben Richtung wie der Basisabschnitt 47. Die Antriebsstifte 50, die einzeln in die Nockennuten 49a eingreifen, bewegen sich zu den äußeren Enden der Nockennuten 49a. Dadurch werden die Klauenelemente 44 linear in einander gegenüberliegenden Richtungen angetrieben, so dass sie offen sind. In diesem Zustand wird durch vorzeitiges Einstellen des Antriebslimits des Schrittmotors kein Problem einer Asynchronität von Pulsen bewirkt.

Wenn umgekehrt die Klauenelemente 44 zum Schließen betätigt werden, wird der Schrittmotor 43 in entgegensetzter Richtung angetrieben. In diesem Fall wird die Rotationskraft des Basisabschnitts 47 von den Hebeln 41 über die Aufnahmeelemente 53 und die Federn 55 auf den Befestigungsabschnitt 48 übertragen. Die Drehung des Nockenelements 49 bewirkt, dass sich die Antriebsstifte 50 individuell in den Nockennuten 49a zu deren inneren Enden bewegen, so dass die Klauenelemente 44 die Schließbewegung durchführen. Auch dann, wenn die Klauenelemente 44 das Werkstück bereits halten, wird der Basisabschnitt 47 durch Antreiben des Schrittmotors 43 leicht in der Richtung gedreht, in der die Klauenelemente 44 die Schließbewegung durchführen. Die leichte Drehung wird jedoch durch die Feder 55 absorbiert und der Zustand, in dem die Klauenelemente 44 das Werkstück halten, wird dadurch aufrechterhalten. Wenn die Klauenelemente 44 das Werkstück halten, obwohl sich der Befestigungsabschnitt 48 nicht weiter drehen kann, erlaubt es die Feder 55 dem Basisabschnitt 47, sich um einen festgelegten Winkel weiter zu drehen, bis die Aufnahmeelemente 58 an den Kanten der Federführungen 52 anschlagen. Dadurch arbeitet der Schrittmotor 43 in dem gegebenen Bereich, ohne eine Asynchronität von Pulsen zu bewirken.

Dadurch wird durch Vorabeinstellung der Anzahl von Pulsen zum Antrieb des Schrittmotors 43 auf einen Bereich, in dem die Feder 55 zusammengedrückt wird, das Werkstück sicher gehalten, ohne das eine Beschädigung durch eine Asynchronität von Pulsen bewirkt würde.

Mit den oben beschriebenen elektrischen Greifern jeder der Ausführungsformen wird trotz der Verwendung eines Schrittmotors eine Beschädigung aufgrund einer Asynchronität von Pulsen vermieden. Die Haltebreite der Klauenelemente kann entsprechend dem Werkstück sichergestellt werden, und das Werkstück kann zuverlässig gehalten werden.


Anspruch[de]
  1. Elektrischer Greifer mit:

    einem Paar von Klauenelementen (4, 24, 44) zur Durchführung von Öffnungs-/Schließbewegungen zum Halten eines Werkstücks (W), einem Schrittmotor (3, 23, 43) mit einer Ausgangswelle (3a, 23a, 43a), deren Rotation entsprechend der Anzahl von Antriebsimpulsen gesteuert wird, einem Umsetzmechanismus (5, 25, 45) zur Umwandlung der hin und her drehenden Bewegung der Ausgangswelle (3a, 23a, 43a) des Schrittmotors (3, 23, 43) in eine Öffnungs-/Schließbewegung der Klauenelemente (4, 24, 44) und einem Puffermechanismus zum Abpuffern einer Überdrehung des Schrittmotors (3, 23, 43) innerhalb eines festgelegten Bereiches einer Anzahl von Impulsen beim Halten des Werkstücks (W) durch die Klauenelemente (4, 24, 44), wobei

    der Puffermechanismus ein antriebsseitiges Element (7, 14; 27; 47), das mit der Ausgangswelle (3a, 23a, 43a) zusammenwirkt, ein abtriebsseitiges Element (9, 29, 49), das mit den Klauenelementen (4, 24, 44) zusammenwirkt, und zwischen dem antriebsseitigen Element (7, 14; 27; 47) und dem abtriebsseitigen Element (9, 29, 49) angeordnete Federmittel (15, 35, 55) aufweist, und wobei das antriebsseitige Element (7, 14; 27; 47) direkt mit dem abtriebsseitigen Element (9, 29, 49) in Eingriff steht, um bei einer Öffnungsbewegung der Klauenelemente (4, 24, 44) eine direkte Übertragung einer Antriebskraft von der Ausgangswelle (3a, 23a, 43a) auf die Klauenelemente (4, 24, 44) zu erlauben, während das antriebsseitige Element (7, 14; 27; 47) beim Halten des Werkstücks (W) durch die Klauenelemente (4, 24, 44) über die Federmittel (15, 35, 55) mit dem abtriebsseitigen Element (9, 29, 49) in Eingriff steht, um eine elastische Übertragung der Antriebskraft von der Ausgangswelle (3a, 23a, 43a) über die Federmittel (15, 35, 55) auf die Klauenelemente (4, 24, 44) zu erlauben.
  2. Elektrischer Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzmechanismus (5) eine Drehwelle (6), die an der Ausgangswelle (3a) des Schrittmotors (3) angebracht ist und an einem Ende einen Gewindeabschnitt (6a) aufweist, ein Antriebselement (7), das mit dem Gewindeabschnitt der Drehwelle (6) verschraubt ist und entsprechend der hin und her drehenden Bewegung der Drehwelle (6) in Axialrichtung linear vorwärts und rückwärts bewegt wird, wobei ein in eine axiale Führungsnut (7a) eingreifender Rotationsverhinderungsstift (2a) eine Drehung des Antriebselements (7) verhindert, und einen Öffnungs-/Schließmechanismus (8) zum Umsetzen der von dem Antriebselement (7) übertragenen linearen Bewegung über ein Transmissionselement (9) in die Öffnungs-/Schließbewegung des Paares von Klauenelementen (4) aufweist, wobei das Antriebselement (7) an einer Endseite ein hohles Puffergehäuse (14) aufweist, in welchem ein innerer Endabschnitt des Transmissionselements (9) so aufgenommen ist, dass er um eine bestimmte Strecke gleiten kann, wobei die Federmittel (15) zwischen einem an dem Transmissionselement (9) ausgebildeten Flanschabschnitt (9a) und dem Puffergehäuse (14) angeordnet sind, so dass sie das Transmissionselement (9) elastisch in Rückwärtsrichtung vorspannen, und wobei der Puffermechanismus aus dem Antriebselement (7), dem Puffergehäuse (14), dem Transmissionselement (9) und den Federmitteln (15) besteht.
  3. Elektrischer Greifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs-/Schließmechanismus (8) ein Paar von im Wesentlichen L-förmigen Hebeln (11) aufweist, wobei die Hebel (11) so ausgebildet sind, dass mittlere Abschnitte drehbar von Stiften (12) gehalten werden, dass äußere Endabschnitte mit den Klauenelementen (4) in Eingriff stehen, dass innere Endabschnitte mit einem äußeren Endabschnitt des Transmissionselements (9) in Eingriff stehen, und dass das Paar von Hebeln (11) entsprechend der Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen des Transmissionselements (9) geschwenkt wird, um die Öffnungs-/Schließbewegung des Paares von Klauenelementen (4) zu bewirken.
  4. Elektrischer Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzmechanismus (25) ein Zahnrad (26), dass an der Ausgangswelle (23a) des Schrittmotors (23) angebracht ist, ein Paar von Antriebselementen (27), die symmetrisch angeordnet sind, so dass sie das Zahnrad (26) sandwichartig zwischen sich aufnehmen, und Zahnstangen (27a) aufweisen, die jeweils mit dem Zahnrad (26) in Eingriff stehen, und Transmissionselemente (29) aufweist, die jeweils zwischen den Antriebselementen (27) und den Klauenelementen (24) vorgesehen sind, um eine Bewegung der Antriebselemente (27) auf die Klauenelemente (24) zu übertragen, so dass das Paar von Klauenelementen (24) die Öffnungs-/Schließbewegungen durchführen kann, wobei die Federmittel (35) zwischen den Antriebselementen (27) und Transmissionselementen (29) angeordnet sind und wobei der Puffermechanismus aus den Antriebselementen (27), den Transmissionselementen (29) und den Federmitteln (35) besteht.
  5. Elektrischer Greifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionselemente (29) zylindrisch ausgebildet und individuell in den Antriebselementen (27) aufgenommen sind, so dass sie um eine bestimmte Strecke gleiten können, und die mit den Klauenelementen (24) über Antriebsstifte (30), die sich von den Transmissionselementen (29) erstrecken, verbunden sind, und dass die Federmittel (35) zwischen den Transmissionselementen (29) und den Antriebselementen (27) angeordnet sind, um die Transmissionselemente (29) elastisch in der Richtung zum Durchführen der Halteoperation vorzuspannen.
  6. Elektrischer Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umsetzmechanismus (45) ein Rotationselement (46), das an der Ausgangswelle (43a) des Schrittmotors (43) angebracht ist, ein an dem Rotationselement (46) angebrachtes Nockenelement (49), ein Paar von im Wesentlichen halbkreisförmigen Nockennuten (49a), die in dem Nockenelement (49) ausgebildet sind, und Antriebsstifte (50) aufweist, die an dem Paar von Klauenelementen (44) angebracht sind, individuell in das Paar von Nockennuten (49a) eingreifen und die in dem Paar von Nockennuten (49a) entsprechend der Rotation des Nockenelementes (49) gleiten, um die Öffnungs-/Schließbewegung der Klauenelemente (44) zu bewirken, dass das Rotationselement (46) einen an der Ausgangswelle (43a) angebrachten Basisabschnitt (47) und einen Befestigungsabschnitt (48) aufweist, der an dem Basisabschnitt (47) so angebracht ist, dass er sich um einen bestimmten Winkel relativ zu diesem drehen kann, dass das Nockenelement (49) an dem Befestigungsabschnitt (48) angebracht ist, dass die Federmittel (55) zwischen dem Basisabschnitt (47) und dem Befestigungsabschnitt (48) angeordnet sind, und dass der Puffermechanismus aus dem Basisabschnitt (47), dem Befestigungsabschnitt (48) und den Federmitteln (55) besteht.
  7. Elektrischer Greifer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Basisabschnitt (47) des Rotationselements (46) Hebel (51) aufweist, dass der Befestigungsabschnitt (48) die Federmittel (55) und Federaufnahmen (53) aufweist, dass die Hebel (51) direkt an dem Befestigungsabschnitt (48) anliegen, um die direkte Übertragung einer Rotationskraft des Basisabschnitts (47) auf den Befestigungsabschnitt (48) zu erlauben, wenn sich der Basisabschnitt (47) in einer Richtung dreht, und dass die Hebel (51) über die Federaufnahmen (53) an dem Befestigungsabschnitt (48) anliegen, um eine elastische Übertragung der Rotationskraft des Basisabschnitts (47) über die Federmittel (55) auf den Befestigungsabschnitt (48) zu erlauben, wenn sich der Basisabschnitt (47) in der entgegengesetzten Richtung dreht.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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