DE102005010380B4

DE102005010380B4 - Gripping tool with self-adaptive kinematics

Info

Publication number: DE102005010380B4
Application number: DE200510010380
Authority: DE
Inventors: Florian Dipl.-Ing. Simons; Kai Dipl.-Ing. Wegener; Ralf Dipl.-Ing. Becker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2025-03-08
Also published as: DE102005010380A1

Abstract

Greifwerkzeug, das zwei über Drehgelenke (4) an einem Träger (1) befestigte Greifflanken (2, 3) aufweist, die an einem dem Träger (1) gegenüber liegenden Ende zusammenlaufen und über ein Drehgelenk (4) miteinander verbunden sind, wobei die Greifflanken (2, 3) aus mehreren über Drehgelenke (4) miteinander verbundenen starren Verbindungselementen (5) gebildet sind und zwischen den Greifflanken (2, 3) ein oder mehrere starre Querstreben (6) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstreben jeweils zwei sich gegenüberliegende Verbindungselemente (5) der beiden Greifflanken (2, 3) über Drehgelenke (4) verbinden, und dass die Querstreben (6) mit einer zentralen Stelle der Verbindungselemente (5) verbunden sind.Gripping tool the two over Swivel joints (4) on a support (1) fixed gripping flanks (2, 3), which on a the carrier (1) across from converge lying end and a swivel joint (4) with each other are connected, wherein the gripping edges (2, 3) of a plurality of rotary joints (4) interconnected rigid connecting elements (5) formed are and between the gripping edges (2, 3) one or more rigid crossbars (6) are arranged, characterized in that the transverse struts two opposite each other Connecting elements (5) of the two gripping edges (2, 3) via hinges (4) connect, and that the cross struts (6) with a central Location of the connecting elements (5) are connected.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft ein fingerartiges Greifwerkzeug, das mehrere über Drehgelenke miteinander verbundene starre Verbindungselemente aufweist. Ein derartiges Greifwerkzeug lässt sich bspw. in der Robotertechnik zum formschlüssigen Greifen von Gegenständen unterschiedlicher Größen und Geometrien einsetzen.The The present invention relates to a finger-like gripper tool, the several over Having hinges interconnected rigid connecting elements. Such a gripping tool can be For example, in robotics for positive engagement of objects of different sizes and Insert geometries.

Stand der TechnikState of the art

Adaptive fingerartige Greifwerkzeuge sind in der Regel mit adaptiven Stellgliedern in den einzelnen Gelenken realisiert oder weisen Seilzüge für die Bewegung der Gelenke auf. Derartige Greifwerkzeuge erfordern jedoch einen hohen steuerungstechnischen Aufwand für die Durchführung der unterschiedlichen Greifaufgaben.Adaptive Finger-like gripping tools are usually with adaptive actuators realized in the individual joints or have cables for the movement of the joints. However, such gripper tools require one high technical control effort for the implementation of the different gripping tasks.

Die US 6260902 B1 beschreibt ein gattungsgemäßes Greifwerkzeug, bei dem die Drehgelenke zwischen den starren Verbindungselementen über Querstreben verbunden sind. Das Greifwerkzeug dieser Druckschrift erfordert einen Aktuator, mit dem Tangentialkräfte auf die äußere Reihe von Verbindungselementen aufgebracht werden müssen, um ein Greifen überhaupt zu ermöglichen, sowie Anschläge, die als Endpositionen das Öffnen der beiden Greifarme begrenzen.The US Pat. No. 6260902 B1 describes a generic gripping tool, wherein the hinges between the rigid connecting elements are connected by cross struts. The gripping tool of this document requires an actuator, with the tangential forces must be applied to the outer row of fasteners to allow gripping at all, as well as stops that limit the opening of the two gripping arms as end positions.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Greifwerkzeug bereitzustellen, das mit einem geringeren steuerungstechnischen Aufwand einsetzbar ist.The Object of the present invention is a gripping tool to provide that with a lower control technology Expenditure can be used.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem fingerartigen Greifwerkzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Greifwerkzeugs sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The Task is with the finger-like gripping tool according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the gripping tool are the subject the dependent claims or can be the following description and the embodiments remove.

Das vorliegende Greifwerkzeug weist zwei über Drehgelenke an einem Träger befestigte Greifflanken auf, die an einem dem Träger gegenüberliegenden Ende zusammenlaufen und über ein Drehgelenk miteinander verbunden sind. Die Greifflanken sind aus mehreren über Drehgelenke miteinander verbundenen starren Verbindungselementen gebildet, wobei zwischen den Greifflanken ein oder mehrere starre Querstreben angeordnet sind, die jeweils zwei sich gegenüberliegende Verbindungselemente der beiden Greifflanken über Drehgelenke verbinden. Die Querstreben sind hierbei mit einer zentralen Stelle der Verbindungselemente verbunden.The present gripping tool has two mounted on a carrier via hinges Gripping flanks, which converge at an end opposite the carrier and over a hinge connected together. The gripping edges are from several over Swivel joints interconnected rigid fasteners formed, wherein between the gripping edges one or more rigid Cross struts are arranged, each two opposite each other Connect connecting elements of the two gripping flanks via swivel joints. The Cross struts are here with a central point of the fasteners connected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Greifwerkzeugs sind an den Drehgelenken und/oder starren Verbindungselementen zumindest einer der Greifflanken Rückstellmittel angeordnet, die die Drehgelenke bei einer Auslenkung aus einer Ruhestellung mit einer Rückstellkraft beaufschlagen. Weiterhin weisen vorzugsweise alle Drehgelenke des Greiffingers zueinander parallele Drehachsen auf, die senkrecht zu einer durch die Greifflanken aufgespannten Ebene verlaufen.In an advantageous embodiment of the gripping tool are to the Swivel joints and / or rigid connecting elements of at least one the gripping edges return means arranged, which the hinges at a deflection from a rest position with a restoring force apply. Furthermore, preferably, all hinges of the gripper finger to each other parallel axes of rotation perpendicular to one through the gripping flanks stretched plane.

Diese Ausgestaltungen des Greifwerkzeugs bewirken, dass sich beim Greifen eines Objekts die um den Krafteinleitungspunkt befindlichen Elemente des Greifwerkzeugs ohne weiteres Zutun entgegen der Kraftrichtung auf das krafteinleitende Objekt zu bewegen. Das Greifwerkzeug ermöglicht somit formschlüssiges Greifen von Objekten unterschiedlicher Größen und Geometrien ohne einen zusätzlichen Antrieb für die Bewegung der einzelnen Fingerglieder, d. h. der starren Verbindungselemente über die Drehgelenke. Die einzelnen durch die starren Verbindungselemente gebildeten Fingerglieder des Greiffingers sind vielmehr beim vorliegenden Greifwerkzeug über passive Drehgelenke miteinander verbunden und haben keine eigenen Antriebe. Die vorzugsweise vorgesehenen Rückstellmittel, die bspw. als Federn realisiert sein können, sorgen für die Rückstellung der einzelnen Fingerglieder in eine Ausgangslage, sobald sich das Greifwerkzeug wieder vom Objekt entfernt.These Embodiments of the gripper tool cause when gripping of an object the elements of the force application point located around the object Gripping tool without further action against the direction of force on to move the force-introducing object. The gripping tool thus allows form-fitting Grab objects of different sizes and geometries without one additional drive for the Movement of the individual phalanges, d. H. the rigid connecting elements via the swivel joints. The individual phalanges formed by the rigid fasteners the gripper finger are rather passive in the present gripping tool Swivel joints connected to each other and have no own drives. The preferably provided return means, which, for example, can be realized as springs, provide for the provision the individual phalanges in a starting position, as soon as the Gripping tool removed from the object.

Das Greifwerkzeug ist ein autonomes Modul, das sich in jede Greiferaktorik integrieren lässt, die durch lineare oder rotatorische Bewegung Kraft auf das Greifobjekt ausüben kann. Je höher die (Gegen-)Kraft des Greifobjektes auf das Greifwerkzeug wird, desto stärker ist die Greifkraft der einzelnen Fingerglieder. Das vorliegende Greifwerkzeug ist in der Anzahl der Fingerglieder und damit der Freiheitsgrade beliebig variierbar. Aufgrund der automatischen Adaption des Greifwerkzeugs an das zu greifende Objekt ist der steuerungstechnische Aufwand beim Einsatz dieses Greifwerkzeugs in einer Greiferaktorik sehr gering. Das Greifwerkzeug muss lediglich in der richtigen Orientierung auf das Greifobjekt zu bewegt werden.The Gripper tool is an autonomous module that fits into any gripper actuator integrate, which by linear or rotary motion force on the gripping object exercise can. The higher the (counter) force of the gripping object becomes on the gripping tool, the stronger is the gripping force of the individual phalanges. The present Gripping tool is in the number of phalanges and thus the Degrees of freedom freely variable. Due to the automatic adaptation of the gripping tool to the object to be gripped is the control technology Expense when using this gripping tool in a gripper actuator very low. The gripping tool only has to be in the correct orientation be moved to the gripping object.

Die Verbindungselemente sind vorzugsweise stab- oder plattenförmig ausgebildet. Im Falle einer plattenförmigen Ausbildung können die Platten zentrale Öffnungen aufweisen, in denen die Drehgelenke für die Querstreben gelagert sind. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau des Greifwerkzeugs ohne seitlich hervorstehende Teile.The Connecting elements are preferably rod-shaped or plate-shaped. In the event of a plate-shaped Training can the plates central openings have, in which the hinges mounted for the cross braces are. this makes possible a compact design of the gripping tool without laterally projecting Parts.

Beim Einsatz des Greifwerkzeugs ist dieses vorzugsweise mit seinem Träger an einer linear verschiebbaren oder um eine Achse rotierbaren Aktorik befestigt, wobei im Falle der rotierbaren Aktorik die Drehachsen der Drehgelenke parallel zur Rotationsachse verlaufen.When using the gripping tool this is preferably attached with its support to a linearly displaceable or rotatable about an axis actuators, wherein in the case of rotatable actuators the Rotary axes of the hinges parallel to the axis of rotation.

Der in der nachfolgenden Beschreibung mit Begriffen wie "fingerartig" oder "Fingerglieder" hergestellte Bezug zu einem Finger ist lediglich aufgrund der vergleichbaren Kinematik gewählt, schränkt jedoch die möglichen Dimensionen des Greifwerkzeugs nicht ein. Das Greifwerkzeug kann vielmehr auch deutlich andere Dimensionen als beispielsweise ein menschlicher Finger aufweisen.Of the in the following description, terms made with terms such as "finger-like" or "phalanges" to a finger is only due to the comparable kinematics selected restricts however the possible ones Dimensions of the gripper tool not a. The gripping tool can rather also clearly other dimensions than, for example, a human finger have.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Das vorliegende Greifwerkzeug wird nachfolgend ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereichs anhand von Ausführungsbeispielen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:The present gripping tool is hereinafter without limitation by the claims predetermined protection range explained in more detail by means of embodiments. in this connection demonstrate:

1 ein Beispiel für den Aufbau des Greifwerkzeugs der vorliegenden Erfindung; 1 an example of the structure of the gripping tool of the present invention;

2 Beispiele für die Ausgestaltung des Greifwerkzeugs mit einer unterschiedlichen Anzahl von Freiheitsgraden; 2 Examples of the embodiment of the gripping tool with a different number of degrees of freedom;

3 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Greifvorgangs mit dem vorliegenden Greifwerkzeug; und 3 a representation for illustrating the gripping operation with the present gripping tool; and

4 ein Beispiel für die Realisierung eines Greifwerkzeugs mit plattenförmigen Verbindungselementen. 4 an example of the realization of a gripping tool with plate-shaped connecting elements.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

1 zeigt ein Beispiel für den Aufbau eines Greifwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung, im Folgenden auch als Greiffinger bezeichnet. Das Greifwerkzeug setzt sich aus n starren Verbindungselementen 5 und Querstreben 6 zusammen, im vorliegenden Beispiel 8 Stäben und 3 Querstreben. Jeweils 4 Stäbe bilden dabei eine Greifflanke 2 bzw. 3. Die beiden Greifflanken 2, 3 sind voneinander beabstandet an einem Träger 1 über jeweils ein Drehgelenk 4 befestigt und laufen an ihrem dem Träger 1 gegenüberliegenden Ende zusammen. An diesem Ende sind sie über ein Drehgelenk 4 miteinander verbunden. Zwischen den Greifflanken 2, 3 sind die Querstreben 6 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel ebenfalls als Stäbe ausgebildet sind und jeweils zwei sich gegenüberliegende Verbindungselemente 5 der Greifflanken 2, 3 über Drehgelenke 4 verbinden. Sämtliche in dieser und den nachfolgenden Figuren dargestellten Kreise stellen Drehgelenke 4 dar, die zueinander parallele Drehachsen aufweisen. Die Drehachsen verlaufen senkrecht zu der durch die Greifflanken 2, 3 aufgespannten Ebene, d.h. in der vorliegenden Figur senkrecht zur Blattebene. Alle Verbindungspunkte zwischen den Verbindungselementen 5 sowie zwischen den Verbindungselementen 5 und den Querstreben 6 sind als Drehgelenke 4 ausgebildet. 1 shows an example of the structure of a gripping tool according to the present invention, hereinafter also referred to as a gripping finger. The gripping tool consists of n rigid connecting elements 5 and cross struts 6 together, in this example 8th Bars and 3 Crossbars. Each 4 Bars form a gripping flank 2 respectively. 3 , The two gripping flanks 2 . 3 are spaced apart on a support 1 each with a swivel joint 4 attached and run on their the carrier 1 together at the opposite end. At this end they are about a swivel joint 4 connected with each other. Between the gripping edges 2 . 3 are the cross struts 6 arranged, which are also formed in the present example as rods and two opposing connecting elements 5 the gripping edges 2 . 3 over swivels 4 connect. All of the circles shown in this and the following figures make swivel joints 4 represent, which have mutually parallel axes of rotation. The axes of rotation are perpendicular to the through the gripping edges 2 . 3 spanned plane, ie in the present figure perpendicular to the leaf level. All connection points between the connection elements 5 as well as between the connecting elements 5 and the crossbars 6 are as swivels 4 educated.

Um die Rückstellung dieser Greifkinematik nach einer Krafteinwirkung sicher zu stellen, sind an den Drehgelenken 4 zwischen den Verbindungselementen 5, die die Flanken bilden, Federelemente angebracht. Diese Federelemente sind in den 1–3 nicht dargestellt. Für die Funktion des Greiffingers ist es ausreichend, eine der beiden Greifflanken 2, 3 an den entsprechenden Drehgelenken 4 mit Federelementen zu versehen.To ensure the provision of this gripping kinematics after a force, are at the swivel joints 4 between the connecting elements 5 forming the flanks, spring elements mounted. These spring elements are in the 1 - 3 not shown. It is sufficient for the function of the gripper finger, one of the two gripping flanks 2 . 3 at the corresponding hinges 4 to be provided with spring elements.

Die folgende 2 zeigt drei unterschiedliche Greiffinger mit einer unterschiedlichen Anzahl von Verbindungselementen 5 und Querstreben 6. Durch diese unterschiedliche Anzahl der durch die Verbindungselemente gebildeten Fingerglieder des Greiffingers wird eine unterschiedliche Anzahl von Freiheitsgraden für den Greifvorgang erreicht. So weist der linke Greiffinger der 2 8 starre Verbindungselemente 5 und 3 Querstreben auf, womit f = 3 Freiheitsgrade erreicht werden. Der mittlere Greiffinger mit 6 Verbindungselementen 5 und 2 Querstreben 6 hat 2 Freiheitsgrade, der rechte mit 4 Verbindungselementen und einer Querstrebe lediglich einen Freiheitsgrad. Auf diese Weise lassen sich durch geeignete Wahl der Anzahl der Verbindungselemente 5 und Querstreben 6 Greiffinger mit einer unterschiedlichen Anzahl von Freiheitsgraden zur Anpassung an die jeweilige Greifaufgabe bereitstellen.The following 2 shows three different gripping fingers with a different number of fasteners 5 and cross struts 6 , By this different number of the finger members of the gripper finger formed by the connecting elements, a different number of degrees of freedom for the gripping operation is achieved. Thus, the left gripper finger of the 2 8 rigid fasteners 5 and 3 Cross struts on, whereby f = 3 degrees of freedom are achieved. The middle gripper finger with 6 connecting elements 5 and 2 cross struts 6 has 2 degrees of freedom, the right with 4 fasteners and a cross strut only one degree of freedom. In this way, by a suitable choice of the number of connecting elements 5 and cross struts 6 Provide gripper fingers with a different number of degrees of freedom for adaptation to the respective gripping task.

Für den Greifvorgang wird der Greiffinger mit seinem Träger 1 an einer geeigneten Greifaktorik befestigt. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem eine lineare Greifaktorik 8 eingesetzt wird, mit der der Greiffinger zum Greifen eines Objektes 9 auf das Objekt zu bewegt werden kann. Der linke Teil der Figur zeigt den Greiffinger in einer Ausgangsstellung, in der die beiden Greifflanken 2, 3 geradlinig verlaufen. Wird dieser Greiffinger mit Hilfe der Linearaktorik 8 gegen das Objekt 9 bewegt, so verformt sich der Greiffinger beim Auftreffen auf das Objekt 9, wie dies im rechten Teil der 3 dargestellt ist. Der Greiffinger schmiegt sich dabei im entsprechenden Kontaktbereich mit dem Objekt an das Objekt 9 an. Die Krafteinwirkung auf das Objekt 9 ist hierbei mit den Pfeilen 10 gekennzeichnet. Auch die Bewegungsrichtung der Linearaktorik 8 ist im oberen Teil der Figur mit einem Pfeil angedeutet.For the gripping process, the gripper finger with his carrier 1 attached to a suitable Greifaktorik. 3 shows an example in which a linear gripping actuator 8th is used, with the gripper fingers to grasp an object 9 can be moved to the object. The left part of the figure shows the gripper finger in a starting position, in which the two gripping edges 2 . 3 run straight. This gripper finger is using the linear actuator 8th against the object 9 moved, so deforms the gripper fingers when hitting the object 9 as in the right part of the 3 is shown. The gripper finger clings to the object in the corresponding contact area with the object 9 at. The force on the object 9 is here with the arrows 10 characterized. Also the direction of movement of the linear actuator 8th is indicated in the upper part of the figure with an arrow.

4 zeigt schließlich ein Beispiel für eine Ausgestaltung des vorliegenden Greifwerkzeugs bzw. Greiffingers mit plattenförmigen Verbindungselementen 5. Im linken Teil der Figur ist wiederum schematisch der Aufbau dieses Greiffingers dargestellt, wobei diesmal die Federn 7 als Rückstellelemente an der rechten Greifflanke 2 angedeutet sind. 4 Finally, shows an example of an embodiment of the present gripping tool or gripper finger with plate-shaped connecting elements 5 , In the left part of the figure is again shown schematically the structure of this gripper finger, this time the springs 7 as return elements on the right gripping flank 2 are indicated.

Die Figur zeigt Darstellungen des Greiffingers in verschiedenen Bewegungsstadien beim Greifen eines hier nicht dargestellten Objekts. Die plattenförmigen Verbindungselemente 5 weisen zentrale Öffnungen 11 auf, in denen die Drehgelenke 4 für die Querstreben 6 gelagert sind. Auf diese Weise wird ein kompakter Aufbau des Greiffingers erreicht.The figure shows representations of the gripper finger in different stages of movement when gripping an object, not shown here. The plate-shaped connecting elements 5 have central openings 11 on where the swivel joints 4 for the cross struts 6 are stored. In this way, a compact design of the gripper finger is achieved.

Der vorliegende Greiffinger ermöglicht einen formschlüssigen und sicheren Griff um das Greifobjekt, wobei keine Aktoren in den Fingergelenken benötigt werden. Der Greiffinger ist somit für jegliche Handhabungsaufgaben geeignet, bei denen das Greifwerkzeug flexibel und schnell auf veränderte geometrische Eigenschaften des Greifobjektes reagieren muss.Of the present gripper finger allows a form-fitting and secure grip around the gripping object, with no actuators in the Finger joints needed become. The gripper finger is therefore for any handling tasks suitable, where the gripping tool flexible and fast on changing geometric Properties of the gripping object must respond.

11: Trägercarrier
22: rechte Greifflankeright gripping edge
33: linke Greifflankeleft gripping edge
44: Drehgelenkswivel
55: starres Verbindungselementrigid connecting element
66: starre Querstreberigid crossmember
77: Federfeather
88th: LinearaktorikLinearaktorik
99: Objektobject
1010: Krafteinleitungapplication of force
1111: zentrale Öffnungcentral opening

Claims

Gripping tool, the two above swivel joints ( 4 ) on a support ( 1 ) attached gripping edges ( 2 . 3 ) attached to a support ( 1 ) converge towards the opposite end and via a rotary joint ( 4 ), wherein the gripping flanks ( 2 . 3 ) from several over swivel joints ( 4 ) interconnected rigid fasteners ( 5 ) are formed and between the gripping edges ( 2 . 3 ) one or more rigid transverse struts ( 6 ) are arranged, characterized in that the transverse struts each have two opposing connecting elements ( 5 ) of the two gripping flanks ( 2 . 3 ) via swivel joints ( 4 ), and that the transverse struts ( 6 ) with a central location of the connecting elements ( 5 ) are connected.

Gripping tool according to claim 1, characterized in that at the swivel joints ( 4 ) and / or rigid connecting elements ( 5 ) at least one of the gripping flanks ( 2 . 3 ) Return means are arranged, which the swivel joints ( 4 ) act on a deflection from a rest position with a restoring force.

Gripping tool according to claim 2, characterized in that the return means spring elements ( 7 ) are.

Gripping tool according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connecting elements ( 5 ) are rod-shaped or plate-shaped.

Gripping tool according to one of claims 1 to 4, characterized in that the gripping edges ( 2 . 3 ) in each case 2, 3 or 4 connecting elements ( 5 ), wherein between the gripping edges ( 2 . 3 ) corresponding to 1, 2 or 3 cross struts ( 6 ) are arranged.

Gripping tool according to one of claims 4 or 5, characterized in that the connecting elements ( 5 ) in the case of a plate-shaped formation a central opening ( 11 ), in which the swivel joints ( 4 ), the connecting elements ( 5 ) with the transverse struts ( 6 ), are stored.

Gripping tool according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier ( 1 ) on a linear actuator ( 8th ) for a linear movement in a direction perpendicular to axes of rotation of the rotary joints ( 4 ) or on a rotary actuator for rotation about an axis of rotation parallel to the axes of rotation of the rotary joints ( 4 ), is attached.