AT395124B - Mehrfingergreifer zur erfassung der greifkraft sowie raeumlicher reaktionskraefte und -momente - Google Patents

Description

AT 395 124 B

Die Erfindung betrifft einen Mehrfingergreifer mit Erfassung der Greifkraft sowie räumlicher Reaktionskräfte und -momente, bestehend aus einem Greifergehäuse, einer Trapezspindel, einem zwangsgefuhrten Kulissenstein mit Führungsnuten, in welchen die Kniehebel von Parallelogrammlenkem, an denen Greiffinger befestigt sind, geführt sind.

Dies ist ein Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft und die räumlichen Reaktionskräfte und •momente, die während der Greif-, Handhabungs- und Montageprozesse an den Greifelementen wirken, mißt.

Dieser sensorisierte Greifer wird für die . Teile- und Werkzeugentnahme aus Vorrichtungen und Magazinen . kraftadaptiven Fügevorgänge und . kraftadaptive Bahnnachführung verwendet. Der Einsatz derartiger Greifer läßt höhere Positionierungstoleranzen zwischen Objekt und Zielpunkt des Industrieroboters zu und ist vorzugsweise für die Montage geeignet

In der bekannten Literatur sind ausschließlich Greifer mit kraftsensorisierten Greifelementen hauptsächlich zur Messung der Greifkraft und mit beträchtlichen Funktionseinschränkungen für Reaktionskräfte beschrieben worden. Darüber hinaus werden variationsreiche Lösungen zur Erfassung der Reaktions- und Schnittkräfie mit Kraft-Moment-Sensoien beschrieben, die völlig vom Greifer getrennt und unmittelbar am Roboterhandflansch befestigt sind.

In der DE-PS 2 727 704 wird ein Verformkörper eines Kraft-Momentsensors beschrieben, der allgemein als Meßdose bekannt ist.

Mit im Greifelement befindlichen Kraftsensoren können zwar drei orthogonale Kraftkomponenten erfaßt werden, jedoch ist die Auswertung nur durch schwierig zu ermittelnde zusätzliche Informationen wie z. B. Fingerposition, Greifkraftanteil möglich. Solche Anordnungen sind in DE-OS 2 934 414, DD-PS 245 616, EP 147 082 beschrieben worden. Diese Lösungen haben die Nachteile, daß . sie die Baugröße/Abmessungen der Greifelemente ungünstig beeinflussen, . sie durch ihre ungünstigen Abmessungen den Zugriff zu enganeinanderliegenden Teilen unmöglich machen, . ihre Funktionen bei Kollisionen der Greifelemente nicht mehr gewährleistet sind.

Der Einsatz eines separaten Kraft-Moment-Sensors zwischen Greifer und Roboterflansch zur Bestimmung der Reaktionskräfte am Effektor (Greifer) US-PS 4 447 048 hat die Nachteile, daß . der Abstand zwischen Meßstelle und dem Krafitwirkungsort zwangsläufig sehr groß ist, . die gemessenen Kräfte sich aus den realen Reaktionskräften und der Greifermasse ergeben, die geometrischen Abmessungen des Greifers und der Abstand des Kraftwirkungsortes zum Sensor die Bestimmung der realen Reaktionskräfte erschweren.

In der DD-PS246072wird ein Greifer beschrieben, der einen festen Anschlag hat, keine steuerbare Positionierung der Greiffinger und keine Kraft-Moment-Messung sowie Greifkraftmessung besitzt Bei der im EP-85605 beschriebenen Lösung werden mittels Verschiebungssensor die Verschiebungen von jedem Finger gemessen, mit dessen Hilfe die Greifkraft a priori eingestellt werden kann. Eine Messung der Kräfte ist nicht möglich.

Ziel der Erfindung ist ein Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft, die Reaktionskräfte und -momente mißt Dieser Greifer soll einegeringe Baugröße und kleine Meß- und Übertragungsfehler aufweisen, wobei der Meßwertgeber vor Kollision geschützt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer mit integrierter Kraft-Moment-Sensorik zu schaffen, der außer seiner eigentlichen Funktion Greifen noch den vollständigen Kraftsensor nahe dem Kraftwirkungsort bei der Objektaufnahme, Objektablage, sowie während der Handhabung insbesondere beim Fügen von Teilen und die Greif kraft erfaßt, so daß mit diesen Meßdaten die Objekte kraftadaptiv gehandhabt werden können. Bei der Lösung dieser Aufgabe sollen die äußeren Abmessungen des Greifers und die Greifelemente nicht nachteilig beeinflußt werden. Der Meß- und Übertragungsfehler ist durch eine möglichst nahe Anordnung des Verformkörpers mit Meßwertgeber an die Greifelemente zu minimieren. Durch den Einbau des Sensors im Greifer wird dieser vor Zerstörung infolge einer Kollision geschützt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den genannten Metufingergreifer gelöst, wobei sich die Drehpunkte der Kniehebel der Parallelogrammlenker achssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring eines Verformkörpers eines an sich bekannten Kraft-Drehmoment-Fühlers, bestehend aus einem Innenring, einem -2-

Claims (3)

1. AT 395 124 B Außenring, beide miteinander verbindenden, elastischen Elementen und die Verformung der elastischen Elemente aufnehmenden Meßwertgebern, befinden und daß der Außenring am Greifergehäuse befestigt ist. Dieser Greif-mechanismus ist nach dem bekannten Prinzip des Zangengreifers aufgebaut, wobei die Greifelemente zueinander synchron parallele Bewegungen auf einer Kreisbahn, von einem Antrieb bewegt, ausführen. Die Verbindungen zwischen einem Greiferelement und dem als starr zu betrachtenden Innenring des Verformkörpers sind über Achsen der zwei Glieder eines Parallelogrammlenkers dadurch gegeben, daß sich die Drehpunkte der Kniehebel der Parallelogrammlenker achsenssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring des Verformkörpers befinden. Dieser Innenring des Verformkörpers ist über die elastischen Elemente mit dem ebenfalls stabilen Außenring des Verformkörpers verbunden. Dieser Außenring ist am Gieifergehäuse befestigt Die Verformungen der elastischen Elemente, die bei Vorhandensein von Greifkraft und Reaktionskräften beim Handhabungsprozeß gegeben sind, werden durch den Meßwertgeber ermittelt und als Maß für die Bestimmung der Kräfte verwendet Als Meßwertgeber können sowohlauf den elastischenElementen befestigte Dehnungsindikatoren als auch für indirekte Messungen Meßwertgeber zur Ermittlung der Abstandsänderungen zwischen Außen· und Innenring verwendet werden. Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen sind Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Dreifingerparallelgreifers einschließlich eines Koordinatensystems bezüglich der Sensormeßebene; Fig.
2. 2 der Kulissenstein zur Zwangsführung eines Kniehebels des Parallelogrammlenkers; Fig.
3. 3 der Verformkörper des Kraft-Moment-Sensors. Die synchronen Bewegungen der drei Greifelemente werden durch einen Schrittmotor (1) erzeugt. Der Schrittmotor (1) treibt über ein Schneckenradgetriebe (2) die Trapezspindel (3) an, auf der in ihrer Achsrichtung der zwangsgeführte Kulissenstein (4) entsprechend der Motordrehrichtung bewegt wird. In den Kulissenstein (4) werden in den drei gleichmäßig am Umfang verteiltangeordnetenFührungselemente (5) die Kniehebel (6) der drei Parallelogrammlehker zwangsgeführt. Die Drehpunkte (7) der Kniehebel (6) der Parallelogrammlenker sind achssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang auf den Innering (8) des Verformkörpers verteilt angeordnet. Durch die geradlinige Bewegung des Kulissensteins (4) werden in den geneigten Führungsnuten (5) die Kniehebel (6) um den Drehpunkt (7) im Innenring (8) auf einer Kreisbahn bewegt, die der Schließ- bzw. Öffnungsbewegung der Greifelemente entsprechen. Der Außenring (10) des Verformkörpers ist an dem Greifergehäuse (11) befestigt. Der Außenring (10) ist mit dem Innenring (8) des Verformköipers über elastische Elemente (9), auf denen Dehnungsstreifen (12) zur Messung der Verformung geklebt sind, verbunden. Bei einem achs-symmetrischen Greifprozeß werden über den Drehpunkt (7) des Kniehebels (6) nur Verformungen der elastischen Elemente (9) in positiver Z-Richtung erzeugt, die ein Maß für die wirkende Greifkraft ist. Bei unsymmetrischem Greifen entstehen noch zusätzlich Verformungen der elastischen Elemente (9) in den anderen Freiheitsgraden, die gemessen, verarbeitet und zur Korrektur der Asymmetrie genutzt werden können. Der nach dem Abschluß des Greifprozesses erfaßte Kraftzustand wird für die Messung der Reaktionskräfte am Effektor als Referenzvektor verwendet Die durch äußere Kraftwirkungen zusätzlich erzeugten Verformungen der elastischen Elemente (9) werden - wie bekannt - mit Dehnmeßstreifen gemessen, verarbeitet und die Daten von den Kräften und Momenten der Steuerung übergeben. PATENTANSPRUCH Mehrfingergreifer mit Erfassung der Greifkraft sowie räumlicher Reaktionskräfte und -momente, bestehend aus einem Greifergehäuse, einer Trapezspindel, einem zwangsgeführten Kulissenstein mit Führungsnuten, in welchen die Kniehebel von Parallelogrammlenkem, an denen Greiffinger befestigt sind, geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehpunkte (7) der Kniehebel (6) der Parallelogrammlenker achssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring (8) eines Verformkörpers (8,9,10) eines an sich bekannten Kraft-Drehmoment-Fühlers, bestehend aus einem Innenring (8), einem Außenring (10), beide miteinander verbindenden, elastischen Elementen (9) und die Verformung der elatischen Elemente (9) aufnehmenden Meßwertgebern (12), befinden und daß der Außenring (10) am Greifergehäuse (11) befestigt ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -3-