DE102007013492A1

DE102007013492A1 - Expansions-Fingergreifer

Info

Publication number: DE102007013492A1
Application number: DE102007013492A
Authority: DE
Inventors: Guiseppe Maffeis
Original assignee: Gimatic SpA
Current assignee: Gimatic It Srl
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP2007290116A; US20070222245A1; DE102007013492B4; ITBS20060071A1; US7475927B2

Abstract

Es ist ein pneumatisch gesteuerter Fingergreifer angegeben, welcher umfasst:
ein Gehäuse (11) mit einem proximalen Ende (11') und einem distalen Ende (11''),
einen pneumatisch gesteuerten Steuerkolben (12), welcher innerhalb des Gehäuses (11) geführt und darin hin- und herbewegbar ist,
einen Druckteller (13), welcher mit dem Steuerkolben (12) verbunden ist und sich mit diesem zusammen in axialer Richtung relativ gegenüber dem distalen Ende (11'') des Gehäuses (11) bewegt,
und
ein elastisches Halteelement (14), welches zwischen dem Druckteller (13) und dem distalen Ende (11'') des Gehäuses (11) angeordnet ist und sich abhängig von der Hubbewegung des Steuerkolbens (12) und des Drucktellers (13), welche zwischen einer inaktiven und einer aktiven Position stattfindet, zwischen einer kontrahierten und einer expandierten Stellung bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft im Wesentlichen Vorrichtungen zum Halten von Gegenständen, Objekten oder Behältern, insbesondere einen pneumatisch gesteuerten Expansions-Fingergreifer.
Zu bekannten Vorrichtungen, die dazu dienen, Gegenstände zu halten und handzuhaben, während diese hergestellt und/oder benutzt werden, zählt beispielsweise ein aufblasbarer Fingergreifer. Dieser umfasst ein weitgehend röhrenförmiges Halteelement aus einem Elastomer-Material wie Silikon, welches derart gebogen ist, dass es zwei konzentrische Wände bildet. Deren Ränder sind durch Stabilisierungsringe an einem Tragkörper derart befestigt, dass die Wände eine ringförmige Kammer begrenzen. Das Halteelement nimmt üblicherweise eine kontrahierte Stellung ein, in welcher es in einen Hohlraum in dem zu haltenden Gegenstand eingeführt werden kann. Anschließend wird Luft unter Überdruck durch einen Kanal im Tragkörper in die ringförmige Kammer eingeblasen, um das Halteelement aufzublasen und derart auszudehnen, dass der Gegenstand gehalten wird.
Ein derartiger Fingergreifer weist jedoch einige Nachteile auf, die dem Fachmann auf diesem Gebiet gut bekannt sind. Zum Beispiel arbeitet dieser Fingergreifer bei einem relativ geringen Arbeitsdruck, so dass seine Greif- und Haltekraft eine bestimmte Grenze nicht überschreiten kann. Der Arbeitsdruck muss im richtigen Verhältnis an die Dicke der Wände des aufblasbaren Elements angepasst sein. Wenn der Arbeitsdruck nicht auf einen Maximalwert begrenzt wird, kann dies dazu führen, dass das aufblasbare Halteelement platzt und der Fingergreifer als Folge davon zerstört wird. Um dies zu verhindern, muss jeder aufblasbare Fingergreifer mit der Möglichkeit einer Druckeinstellung ausgestattet sein. Dadurch erhöht sich das Gewicht des Werkzeugs noch zusätzlich, was nachteilig ist, da dieses bereits aufgrund des festen und schweren Tragkörpers unhandlich ist. Darüber hinaus kann das aufblasbare Halteelement nicht ausgetauscht werden, wenn es abgenutzt oder zerstört ist, weshalb in diesem Fall der gesamte Fingergreifer ausrangiert werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen pneumatisch gesteuerten Fingergreifer zu schaffen, welcher jedoch ausgehend von einer kontrahierten Stellung mittels mechanischer Einrichtungen expandierbar ist und bei welchem wenigstens einige Nachteile des bekannten aufblasbaren Fingergreifers der eingangs genannten Art weitgehend vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Fingergreifer, welcher umfasst:
ein Gehäuse mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende,
einen pneumatisch gesteuerten Steuerkolben, welcher innerhalb des Gehäuses geführt und darin hin- und herbewegbar ist,
einen Druckteller, welcher mit dem Steuerkolben verbunden ist und sich mit diesem zusammen in axialer Richtung relativ gegenüber dem distalen Ende des Gehäuses bewegt,
und
ein elastisches Halteelement, welches zwischen dem Druckteller und dem distalen Ende des Gehäuses angeordnet ist und sich abhängig von der Hubbewegung des Steuerkolbens zusammen mit dem Druckteller, welche zwischen einer inaktiven und einer aktiven Position stattfindet, zwischen einer kontrahierten und einer expandierten Stellung bewegt.
Der Fingergreifer ist auf Grund dieser Konfiguration und auf Grund der Tatsache, dass er ein elastisches und expandierbares und kein aufblasbares Halteelement hat, in vorteilhafter Weise baulich einfacher, gewichtsmäßig leichter und kostengünstiger. Das Halteelement kann nunmehr dicker ausgebildet und infolge dessen robuster sein; es kann eine höhere Strapazierfähigkeit und eine längere Lebensdauer haben und dadurch effizienter genutzt werden. Vor allen Dingen kann es auf einfache Weise ausgetauscht werden, ohne dass dazu andere Bauteile des Werkzeugs ausgetauscht oder entfernt werden müssen. In Fällen, wo es erforderlich ist, kann das elastische Halteelement des Fingergreifers auch mit einer profilierten Oberfläche, zum Beispiel mit einer gewellten Oberfläche, versehen sein, so dass es nicht nur einen, sondern verschiedene Haltebereiche zur Verfügung stellt.
Außerdem kann der Fingergreifer mit sehr hohen Drücken betrieben werden, die in keinem Fall begrenzt sind, wodurch er auch höhere Kräfte ausüben kann. Dadurch, dass das elastische Halteelement weder mit Luft gefüllt, noch direkt einem Luftstoß mit hohem Druck ausgesetzt wird, besteht keine Gefahr, dass das elastische Halteelement platzt. Dies bedeutet darüber hinaus, dass bei dem Fingergreifer keine kostenintensive Einrichtung zur Druckeinstellung notwendig ist, wie sie bei dem bekannten Fingergreifer der eingangs genannten Art erforderlich ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Halteelement wird mittels mechanischer Komponenten kontrahiert und expandiert, deren Position zu jedem Zeitpunkt sehr genau erfassbar ist, zum Beispiel elektronisch mit Hilfe von Positionssensoren. Daher kann der Hub des Steuerkolbens zu jeder Zeit gesteuert werden, wodurch das Ausmaß der Expansion des Halteelements derart eingestellt werden kann, dass die auf den zu haltenden Gegenstand ausgeübte Haltekraft abhängig von dessen Empfindlichkeit, Gewicht, etc. verändert oder beibehalten werden kann.
Der erfindungsgemäße Fingergreifer kann darüber hinaus nicht nur zum Halten von Gegenständen verwendet werden, sondern auch als Mittel zum Prüfen der Druckbelastbarkeit von Hohlkörpern oder Behältern dienen. In diesem Fall kann das Werkzeug wie eine Art Stopfen verwendet werden, um einen Hohlraum hermetisch dicht abzuriegeln. Dabei ist eine Druckleitung vorgesehen, durch welche Luft unter Überdruck in den Hohlraum eingeblasen werden kann, um diesen auf mögliche Leckagen zu überprüfen, oder durch welche im Gegensatz dazu Luft aus dem Hohlraum abgesaugt werden kann, so dass ein Unterdruck erzeugt wird, um mögliche Risse oder Bruchstellen des Gegenstands zu ermitteln.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert: In diesen zeigen:
1 einen Explosionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Fingergreifers,
2 eine Seitenansicht des zusammengebauten Fingergreifers, wobei ein Halteelement in einer kontrahierten Stellung gezeigt ist;
3 eine der 2 entsprechende Ansicht, wobei das Halteelement in einer expandierten Stellung gezeigt ist;
4 einen Längsschnitt durch den Fingergreifer mit dem Halteelement in seiner in 2 gezeigten Stellung;
5 einen Längsschnitt durch den Fingergreifer mit dem Halteelement in seiner in 3 gezeigten Stellung;
6 ein anderes Ausführungsbeispiel des Fingergreifers, bei welchem ein Steuerfluid durch einen axialen Kanal in einem Steuerkolben geführt wird;
7 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fingergreifers, wobei das Halteelement in einer kontrahierten Stellung gezeigt ist und ein Hubanschlag und ein modifizierter Druckteller vorgesehen sind;
8 einen Längsschnitt des Fingergreifers nach 7, wobei das Halteelement in einer expandierten Stellung gezeigt ist;
9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fingergreifers, bei welchem Positionssensoren für den Steuerkolben vorgesehen sind;
10 einen Längsschnitt des Fingergreifers nach 9; und
11 einen Längsschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Fingergreifers, bei welchem ein axialer Durchgangskanal vorgesehen ist, der dazu dient, einen Hohlraum unter Überdruck zu setzen oder darin einen Unterdruck zu erzeugen.
Der in 1 gezeigte Fingergreifer umfasst ein Gehäuse 11, einen pneumatischen Steuerkolben 12, einen Druckteller 13 sowie ein expandierbares Halteelement 14.
Das beispielsweise zylindrische Gehäuse 11 hat ein proximales Ende 11' sowie ein distales Ende 11'' und begrenzt eine innere Kammer 15. Es weist an seinem distalen Ende 11'' eine Durchgangsbohrung 17 auf und ist an seinem proximalen Ende 11' durch einen Stopfen 16 verschlossen. Außerdem weist das Gehäuse 11 an seinem proximalen Ende 11' einen in den 6 und 11 zu erkennenden Ansatz oder Anschluss 18 auf, über welchen der Fingergreifer mit einem nicht dargestellten Manipulator verbunden werden kann. Der Ansatz oder der Anschluss 18 kann auch an dem Stopfen 16 vorgesehen sein.
Der Steuerkolben 12 ist mittels einer Dichtung 12' dichtend eingefasst und bewegt sich in der Kammer 15. Der Steuerkolben 12 umfasst eine Stange 19, welche sich vom proximalen Ende 11' des Gehäuses 11 her durch dessen End-Durchgangsbohrung 17 hindurch erstreckt und nach außen über das distale Ende 11'' des Gehäuses 11 übersteht. Zur Abdichtung ist dort eine Dichtung 20 vorgesehen. Der Druckteller 13 weist einen mit einem Gewinde versehenen Schaft 13' auf, über welchen er mit dem freien Ende der Stange 19 des Steuerkolbens 12 verbunden ist.
Das expandierbare Halteelement 14 ist im Wesentlichen röhrenförmig und aus einem elastischen Material gefertigt, wie beispielsweise Gummi, Polyurethan, Silikon oder dergleichen. In seiner Grundform entspricht es einem Fass mit einer nach außen gewölbten Wand, die eine Expansion nach außen ermöglicht. Die äußere Oberfläche des Halteelements 14 kann durchgehend und gleichmäßig sein oder eine Struktur aufweisen oder gewellt sein. Das Halteelement 14 ist zwischen dem Druckteller 13 und dem distalen Ende 11'' des Gehäuses 11 angeordnet und umschließt den Bereich, in welchem sich die Verbindungsstelle der Stange 19 des Steuerkolbens 12 mit dem Druckteller 13 befindet.
Der Steuerkolben 12 ist zusammen mit dem Druckteller 13 zwischen einer inaktiven Position, in welcher die Stange 19 des Steuerkolbens 12 aus dem Gehäuse 11 ausgefahren ist, und einer aktiven Position, in welcher die Stange 19 des Steuerkolbens 12 in das Gehäuse 11 eingefahren ist, bewegbar. In der ausgefahrenen inaktiven Position ist der Steuerkolben 12 in der Kammer 15 in Richtung auf das distale Ende 11'' des Gehäuses 11 verschoben und das elastische Halteelement 14 ist entspannt und kontrahiert. In der eingefahrenen aktiven Position ist der Steuerkolben 12 in der Kammer 15 in Richtung auf den proximalen Stopfen 16 verschoben und das elastische Halteelement 14 ist expandiert und von dem Druckteller 13 und dem Gehäuse 11 flankiert (vgl. 4, 5, 7 und 8).
Auf Grund der dem Halteelement 14 innewohnenden Elastizität und/oder mit Hilfe einer möglichen, nicht dargestellten Rückstellfeder, welche zwischen dem Steuerkolben 12 und dem proximalen Stopfen 16 angeordnet sein kann, nimmt der Steuerkolben 12 seine inaktive Position ein und verbleibt normalerweise in dieser.
Der Steuerkolben 12 wird in seine aktive Position überführt, indem der Kammer 15 ein unter Druck stehendes Fluid, üblicherweise Luft, über entweder eine radial außen am Gehäuse 11 vorgesehene Zuführöffnung 21 oder einen longitudinalen Kanal 22 zugeführt wird, welcher in dem proximalen Stopfen 16 und dem Steuerkolben 12 selbst vorgesehen ist (vgl. 6). Wenn es notwendig ist, kann die Kammer 15 außerdem mit einer Entlüftungsöffnung 21' versehen sein.
Es ist ersichtlich, dass das Halteelement 14 in einen Hohlraum eines Gegenstandes oder eines Behälters eingeführt werden kann, wenn es kontrahiert ist. Unter Hohlraum ist hier auch eine Öffnung eines Gegenstandes zu verstehen, wobei das Haltelement 14 so innerhalb der betreffenden Öffnung plaziert wird, dass es von der Innenmantelfläche der Öffnung umgeben ist. Dann wird der Steuerkolben 12 zusammen mit dem Druckteller 13 zurückbewegt, indem der Kammer 15 ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird. Dadurch expandiert das Halteelement 14, so dass es dichtend an der Innenmantelfläche des Hohlraums anliegt, in welchen es eingeführt worden ist, und der fragliche Gegenstand oder Behälter zuverlässig gehandhabt werden kann. Der Hub in rückwärtige Richtung des Steuerkolbens 12 innerhalb der Kammer 15 kann begrenzt und eingestellt werden, indem ein mechanischer Anschlag 23 an dem proximalen Stopfen 16 vorgesehen ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Ausmaß der Expansion des elastischen Halteelements 14 jeweils so einzustellen, wie es erforderlich ist.
Alternativ dazu kann der Hub des Steuerkolbens 12 in der Kammer 15 und dadurch das Ausmaß der Expansion des elastischen Greifelements 14 mit Hilfe von elektronischen Sensoren 24 gesteuert und überwacht werden. Diese sind mit dem Gehäuse 11 verbunden und arbeiten mit einem magnetischen Element 25 zusammen, das an dem Steuerkolben 12 oder an einem daran vorgesehenen Schaft 26 angebracht ist (vgl. 9 und 10).
Der Druckteller 13 kann flach oder konisch ausgebildet sein, wobei im letzteren Fall (vgl. 7 und 8) das Einführen in einen Hohlraum eines handzuhabenden Gegenstandes oder Behälters erleichtert ist.
Der Fingergreifer kann außerdem einen axialen Durchgangskanal 27 aufweisen, welcher sich durch den proximalen Stopfen 16, den Steuerkolben 12 und dessen Stange 19 sowie den Druckteller 13 hindurch erstreckt, was in Figur 11 gezeigt ist. Abhängig von bestimmten Anforderungen kann mit diesem axialen Durchgangskanal 27 eine Druckluft-Zuführleitung oder eine Absaugleitung verbunden werden. Dadurch kann der Innenraum eines Gegenstandes oder Behälters unter Überdruck gesetzt oder darin ein Unterdruck erzeugt werden, um seine Dichtigkeit oder eine Leckage zu überprüfen, nachdem der Fingergreifer verklemmt wurde, indem das elastische Halteelement 14 innerhalb des Hohlraums des Gegenstandes oder des Behälters expandiert wurde.
Neben seiner Anwendung zum Halten und zum Handhaben von Gegenständen oder Behältern über die Innenmantelfläche eines Hohlraums kann der erfindungsgemäße Fingergreifer auch in Verbindung mit wenigstens einem weiteren baugleichen Fingergreifer oder einer komplementären Halte- oder Greifvorrichtung dazu verwendet werden, Gegenstände und Körper von außen zu greifen und handzuhaben.

Claims

Pneumatisch gesteuerter Fingergreifer, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (11) mit einem proximalen Ende (11') und einem distalen Ende (11''), einen pneumatisch gesteuerten Steuerkolben (12), welcher innerhalb des Gehäuses (11) geführt und darin hin- und herbewegbar ist, einen Druckteller (13), welcher mit dem Steuerkolben (12) verbunden ist und sich mit diesem zusammen in axialer Richtung relativ gegenüber dem distalen Ende (11'') des Gehäuses (11) bewegt, und ein elastisches Halteelement (14), welches zwischen dem Druckteller (13) und dem distalen Ende (11'') des Gehäuses (11) angeordnet ist und sich abhängig von einer Hubbewegung des Steuerkolbens (12) und des Drucktellers (13), welche zwischen einer inaktiven und einer aktiven Position stattfindet, zwischen einer kontrahierten und einer expandierten Stellung bewegt.
Fingergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) eine Kammer (15) begrenzt, die an dem proximalen Ende (11') mittels eines Stopfens (16) verschlossen ist, und der Steuerkolben (12) wenigstens eine Stange (19) aufweist.
Fingergreifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) an dem distalen Ende (11'') eine End-Durchgangsbohrung (17) aufweist, wobei der Steuerkolben (12) sich innerhalb der Kammer (15) bewegt und die Stange (19) des Steuerkolbens (12) sich durch die End-Durchgangsbohrung (17) hindurch erstreckt und mit dem Druckteller (13) verbunden ist, wobei das elastische Halteelement (14) um den Verbindungsbereich zwischen dem Druckteller (13) und der Stange (19) des Steuerkolbens (12) herum verläuft, wobei der Kammer (15) ein unter Druck stehendes Fluid zuführbar ist, um den Steuerkolben (12) aus der inaktiven Position, in welcher das Halteelement (14) kontrahiert ist, und der aktiven Position, in welcher das Halteelement (14) expandiert ist, zu bewegen.
Fingergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Halteelement (14) im Wesentlichen röhrenförmig und aus Gummi oder Silikon gefertigt ist und eine konvexe Wand aufweist, aufgrund welcher lediglich eine nach außen gerichtete Expansion möglich ist.
Fingergreifer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Halteelement (14) eine Oberfläche hat, die entweder durchgehend und gleichmäßig ist oder eine Struktur aufweist oder profiliert ist.
Fingergreifer nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammer (15) für die Hubbewegung des Steuerkolbens (12) von seiner inaktiven Position hin zu seiner aktiven Position ein unter Druck stehendes Fluid zuführbar ist, wobei die inaktive Position normalerweise durch das elastische Halteelement (14) und/oder eine Rückstellfeder aufrecht erhalten wird, welche zwischen dem Steuerkolben (12) und dem proximalen Stopfen (16) angeordnet ist.
Fingergreifer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) eine radiale Durchgangsbohrung (21) aufweist, durch welche der Kammer (15) das unter Druck stehende Fluid zuführbar ist, um den Steuerkolben (12) von seiner inaktiven hin zu seiner aktiven Stellung zu bewegen.
Fingergreifer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (12) einen longitudinalen Kanal (22) aufweist, der einen in Richtung auf den proximalen Stopfen (16) weisenden Einlass und einen Auslass hat, welcher koaxial zur Stange (19) des Steuerkolbens (12) verläuft, so dass der Kammer (15) unter Druck stehendes Fluid zuführbar ist, um den Steuerkolben (12) von seiner inaktiven hin zu seiner aktiven Stellung zu bewegen.
Fingergreifer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den proximalen Stopfen (16), den Steuerkolben (12), dessen Stange (19) und den Druckteller (13) hindurch ein Durchgangskanal (27) vorgesehen ist, der mit einer Druckluft-Zuführleitung oder einer Absaugleitung verbindbar ist, so dass der Fingergreifer dazu verwendet werden kann, in einem Behälter einen Überdruck oder einen Unterdruck zu erzeugen.
Fingergreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Expansion des Halteelements (14) in dem Gehäuse (11) Mittel zur Erfassung und Begrenzung des Hubes des Steuerkolbens (12) von seiner inaktiven hin zu seiner aktiven Stellung angeordnet sind.
Fingergreifer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erfassung und Begrenzung des Hubes des Steuerkolbens (12) als mechanischer Anschlag ausgebildet sind, welcher an dem proximalen Stopfen (16) des Gehäuses (11) angebracht ist, um die Hubbewegung des Steuerkolbens (12) zu begrenzen.
Fingergreifer nach Anspruch 10, bei welchem die Mittel zur Erfassung und Begrenzung des Hubes des Steuerkolbens (12) wenigstens einen elektronischen Anwesenheitssensor umfassen, welcher von dem Gehäuse (11) getragen ist und mit einem magnetischen Element zusammenarbeitet, welches unmittelbar oder mittelbar mit dem Steuerkolben (12) verbunden ist.
Fingergreifer nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das proximale Ende (11') des Gehäuses (11) oder der proximale Stopfen (16) einen Ansatz oder Anschluss zur Verbindung mit einem Manipulator aufweist.
Fingergreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckteller (13) flach oder in longitudinaler Richtung von dem Halteelement (14) weg gekrümmt ausgebildet ist.