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Die
Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von Gegenständen,
mit einem Antrieb zum Bewegen wenigstens einer Grundbacke zwischen
einer Greiflage und einer Nichtgreiflage.
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Bei
derartigen Greifvorrichtungen, wie sie beispielsweise aus der
DE 89 02 325 U1 oder
der
DE 196 04 649
C2 vorbekannt sind, ist es wünschenswert, den
Greifvorgang überwachen zu können. Dies ist nicht
nur dann wichtig, wenn derartige Greifvorrichtungen an Handhabungseinrichtungen,
wie beispielsweise Roboterarmen, vorgesehen sind, sondern auch dann,
wenn die Greifvorrichtungen stationär angeordnet sind und
diese automatisch, beispielsweise über entsprechende Handhabungseinrichtungen
oder Roboterarme, bestückt werden. Dabei ist zum einen
wünschenswert, den Greifbereich kurz vor und während
des Greifvorgangs zu überwachen, um sicherstellen zu können,
dass der gegriffene Gegenstand beim Greifen und während
des Greifens sicher von der Greifvorrichtung gegriffen wird. Regelmäßig
wird der zu greifende Gegenstand nicht von den Grundbacken der Greifvorrichtung,
sondern von auf die Grundbacken aufsetzbaren Aufsatzbacken oder
Greiffingern, die je nach Ausbildung des zu greifenden Gegenstandes
verschieden ausgeführt sein können, gegriffen.
Der Greifbereich ist dann der Bereich, in dem mit den Aufsatzbacken
oder Greiffingern der zu greifende Gegenstand gegriffen wird, beziehungsweise
der Bereich, der sich zwischen den den Gegenstand greifenden Aufsatzbacken
beziehungsweise Fingern befindet. Ferner soll auch ein Fernbereich überwachbar
sein, und zwar dann, wenn sich die Grundbacke in der Öffnungslage
bzw. der Nichtgreiflage befindet. Damit kann beispielsweise beim
Anfahren mit der Greifvorrichtung an einen zu greifenden Gegenstand
dieser zu greifende Gegenstand gesichtet werden, und zwar schon
bevor er sich im Nah- beziehungsweise Greifbereich befindet. Entsprechend
kann beim Öffnen, und damit beim Freigeben des gegriffenen
Gegenstandes, überwacht werden, ob der freigegebene Gegenstand
seine gewünschte Position einnimmt. Beim Übergeben des
Gegenstandes in eine weitere Vorrichtung kann überprüft
werden, ob der Gegenstand sicher und positionsgenau übergeben
wurde.
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Folglich
soll mit der Erfindung eine Greifvorrichtung bereitgestellt werden,
mit der auf einfache und kostengünstige Art und Weise zum
einen der Greifbereich und zum anderen ein ferner gelegener Fernbereich
sicher überwacht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Gegenstandes
des Anspruchs 1 gelöst. Eine solche Greifvorrichtung sieht folglich
eine Kamera mit einer Optik vor, die wenigstens ein verstellbares
Linsenelement umfasst. Das Linsenelement kann dabei so verstellt
werden, dass in der Greiflage der Backe der Greifbereich, indem die
Backe eine auf die Backe aufsetzbare Aufsatzbacke und/oder ein auf
die Backe aufsetzbarer Greiffinger beziehungsweise ein von der Greifvorrichtung gegriffener
Gegenstand fokussierbar ist. Zudem ist das Linsenelement so verstellbar,
dass in der Nichtgreiflage und insbesondere Öffnungslage
der Backe ein Fernbereich fokussierbar ist. Der Antrieb der Grundbacke
ist dabei derart mit der Linse gekoppelt, dass die Verstellung des
Linsenelements über den Antrieb der Grundbacke erfolgt.
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Eine
derartige Greifvorrichtung hat den Vorteil, dass zur Verstellung
des Linsenelements kein zweiter Antrieb erforderlich ist. Vielmehr
kann über die Verstellung des Antriebs, in dessen Abhängigkeit die
Grundbacke, und damit auch auf die Grundbacke aufsetzbare Aufsatzbacken
oder Greiffinger, verstellt wird, auch das Linsenelement in geeigneter
Weise verstellt werden.
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Die
Kamera kann insbesondere einen auf einer Platine angeordneten Optiksensor
aufweisen, wobei das Kameragehäuse beziehungsweise die Platine
starr mit einem Grundgehäuse der Greifvorrichtung verbunden
sein kann. Die Optik, die auch durch lediglich ein Linsenelement
realisiert sein kann, ist dann gegenüber dem Optiksensor
entlang dessen optischer Achse verstellbar.
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Vorzugsweise
ist das Linsenelement zwischen zwei Endlagen verstellbar angeordnet,
wobei in der einen Endlage der Greifbereich und in der anderen Endlage
der Fernbereich fokussiert wird. Aufgrund der definierten Endlagen
können definierte Bereiche über das Linsenelement überwacht
werden.
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Der
Antrieb kann insbesondere einen in einem Zylinder verschieblich
gelagerten, wenigstens einen Druckraum begrenzenden Kolben und/oder
ein Keilhakengetriebe umfassen. Das Keilhakengetriebe weist vorzugsweise
einen mit dem Kolben, beispielsweise über eine Kolbenstange,
gekoppelten Keilhaken auf. Der Keilhaken ist seinerseits über
insbesondere einen Schrägzug mit der Grundbacke derart
verbunden, dass beim axialen Bewegen des Kolbens beziehungsweise
des Keilhakens die Grundbacke quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens
beziehungsweise des Keilhakens bewegt wird. Je nach Winkel des Keilhakens
beziehungsweise des Schrägzugs kann eine entsprechende Übersetzung der
Kolbenbewegung zur Grundbackenbewegung erzielt werden.
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Zur
proportionalen Bewegungskopplung des Antriebs und des Linsenelements
kann vorgesehen sein, dass der Antrieb ein mit der Grundbacke bewegungsgekoppeltes
Stellglied umfasst, das mit dem Linsenelement bewegungsgekoppelt
ist. Beim Verfahren des Antriebs beziehungsweise des Stellglieds wird
folglich auch das Linsenelement bewegt.
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Dabei
kann vorgesehen sein, dass das Linsenelement über Verbindungsmittel
starr mit dem Stellglied verbunden ist. Je nach Lage des Stellglieds ändert
sich folglich dann auch die Lage des Fokusses der Kamera.
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Das
Stellglied kann dabei insbesondere als Keilhaken des Keilhakengetriebes,
sofern es Verwendung findet, ausgebildet sein. Aufgrund der vorzugsweisen
starren Verbindung des Stellglieds mit dem Linsenelement wird bei
einer Verstellung des Keilhakens das Linsenelement in die gleiche
Richtung verstellt.
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Gemäß der
Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass das Linsenelement derart
mit dem Antrieb bewegungsgekoppelt ist, dass in der Nichtgreiflage
der Fernbereich fokussiert wird und dass kurz nach dem Verlassen
oder beim Verlassen der Nichtgreiflage das Linsenelement derart
verstellt wird, dass der Greifbereich fokussiert wird. Da die Greifbacke
insbesondere nur dann die Nichtgreiflage verlässt, wenn
ein Greifvorgang eingeleitet wird, ist es von Vorteil, kurz nach
dem Verlassen oder unmittelbar beim Verlassen der Nichtgreiflage
nicht mehr den Fernbereich oder einen zwischen dem Fernbereich und
dem Greifbereich liegenden Zwischenbereich zu fokussieren, sondern
das Linsenelement direkt in die den Greifbereich fokussierende Endlage des
Linsenelements zu verstellen.
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Dazu
ist vorteilhaft, wenn das Linsenelement mittels wenigstens eines
Federelements in der den Greifbereich fokussierenden Endlage unter
Vorspannung gehalten wird. Dadurch wird gewährleistet, dass
dann, wenn keine, oder nur geringe Kräfte, auf das Linsenelement
wirken, dieses in der den Greifbereich fokussierenden Endlage verbleibt.
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Der
Antrieb kann dabei einen mit der Grundbacke bewegungsgekoppelten
Schieber umfassen, der kurz vor dem Erreichen oder erst beim Erreichen der
Nichtgreiflage gegen das Linsenelement wirkt und dieses in die den
Fernbereich fokussierende Endlage verschiebt. Hierdurch wird gewährleistet, dass
erst kurz vor dem Erreichen oder beim Erreichen der Nichtgreiflage
der Fernbereich fokussiert wird. Vorher wird zur Überwachung
des gegriffenen Gegenstandes der Greifbereich fokussiert.
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Entsprechend
kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass kurz nach dem Verlassen
oder beim Verlassen der Endlage der Schieber vom Linsenelement abhebt
und das Linsenelement in die den Greifbereich fokussierende Endlage
bewegt wird. Hierzu kann insbesondere, wie bereits erwähnt,
ein Federelement vorgesehen sein, dass das Linsenelement in die
den Greifbereich fokussierende Endlage drängt.
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Der
Schieber als solcher kann dabei starr an einem in Verstellrichtung
des Linsenelements verstellbaren Keilhaken des Keilhakengetriebes,
sofern ein solches Verwendung findet, angeordnet sein. Wird folglich
der Keilhaken in Axialrichtung verschoben, so wird auch der Schieber
in die entsprechende Richtung bewegt.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Antrieb
einen in einen Zylinder verlagerbaren, wenigstens einen Druckraum
begrenzenden Kolben umfasst, und dass das Linsenelement kolbenartig,
ebenfalls wenigstens einen Druckraum begrenzend, ausgebildet ist,
wobei der vom Kolben begrenzte und der vom Linsenelement begrenzte
Druckraum derart parallel geschalten sind, dass beim Druckbeaufschlagen
des den Kolben begrenzenden Druckraums auch der das Linsenelement
begrenzende Druckraum zur Verstellung des Linsenelements druckbeaufschlagt
wird. Je nach in den Druckräumen anliegenden Drücken
wird folglich nicht nur der Kolben, sondern auch das Linsenelement
in die vorgesehene Lage gebracht. Der Kolben und das Linsenelement
können dabei einseitig oder beidseitig druckbeaufschlagbar
sein. Bei einer beidseitigen Druckbeaufschlagung sind die entsprechenden
Druckräume parallel geschalten. Bei einer einseitigen Druckbeaufschlagung
kann vorgesehen sein, dass Federelemente zur Rückstellung
des Linsenelements und/oder des Kolbens vorgesehen sind.
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Um
ein geeignetes Ausleuchten des jeweils fokussierten Bereichs zu
gewährleisten, ist denkbar, dass eine verstellbare Beleuchtungseinrichtung
vorgesehen ist, wobei der Antrieb der Grundbacke derart mit der
Beleuchtungseinrichtung gekoppelt ist, dass deren Verstellung über
den Antrieb der Grundbacke erfolgt. Insofern ist auch für
die verstellbare Beleuchtungseinrichtung kein separater Antrieb
vorzusehen.
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Um
ein Kalibrieren der Kamera zu vereinfachen, kann vorgesehen sein,
dass an der Grundbacke und/oder an einer auf die Grundbacke aufsetzbaren
Aufsatzbacke an einer definierten Position wenigstens eine Kalibriermarke
als Referenzpunkt im Erfassungsbereich der Kamera vorgesehen ist.
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Selbstverständlich
kann es sich bei dem Antrieb auch um einen elektrischen oder sonstigen
Antrieb mit oder ohne einem zugehörigen Getriebe handeln.
Denkbar ist, dass der Antrieb ein Elektromotor ist und als Getriebe
eine Spindelstange mit Spindelmutter Verwendung findet. Bei einer
derartigen Vorrichtung kann dann das Stellglied die Spindelmutter sein.
Ebenso sind Kniehebelgelenke denkbar, bei denen dann das Stellglied
als Kniehebel oder damit verbundener Schwenkhebel ausgebildet sein
kann.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind
der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer die in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher
beschrieben und erläutert sind.
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Es
zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine erste erfindungsgemäße
Greifvorrichtung;
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2 einen
Längsschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße
Greifvorrichtung;
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3 einen
Teillängsschnitt durch eine dritte erfindungsgemäße
Greifvorrichtung in Öffnungslage; und
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4 die
Greifvorrichtung gemäß 3 in Greiflage.
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Die
in der 1 dargestellte Greifvorrichtung 10 umfasst
ein Grundgehäuse 12, in dem zwei Grundbacken 14, 16 aufeinander
zu und voneinander weg bewegbar angeordnet sind. Als Antrieb 17 für
die Grundbacken 14, 16 ist ein in einem im Grundgehäuse 12 vorgesehenen
Zylinders 18 verschiebbar angeordneter Kolben 20 vorgesehen,
der zwei Druckräume 22 und 24 begrenzt.
Der Antrieb 17 umfasst ferner ein Keilhakengetriebe 26,
dass ein starr am Kolben angeordnetes Stellglied 28 mit
zwei, jeweils den Grundbacken 14, 16 zugeordnete
Keilhaken 30 aufweist. Die Keilhaken 30 wirken
mit backenseitigen Schrägführungen 32 derart
zusammen, dass beim axialen Bewegen des Stellglieds 28 beziehungsweise
des Kolbens 20 die im Gehäuse 12 geführten
Grundbacken 14 und 16 aufeinander zu beziehungsweise
voneinander weg bewegt werden. Beim Beaufschlagen des Druckraums 24 werden
die Grundbacken 14, 16 voneinander weg bewegt,
bis die Greifvorrichtung ihre vollständig geöffnete Öffnungslage
bzw. der Nichtgreiflage, wie sie in 1 dargestellt
ist, erreicht. Beim Druckbeaufschlagen des Druckraums 22 wird
das Stellglied nach axial unten verfahren und über das
Keilhakengetriebe 26 werden die Grundbacken 14 und 16 aufeinander
zu in eine Greiflage der Greifvorrichtung bewegt.
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Auf
der dem Kolben 20 abgewandten Seite des Stellglieds 28 ist
am Grundgehäuse 12 eine Kamera 34 vorgesehen,
die ein Kameragehäuse 36 und eine fest am Kameragehäuse 36 angeordnete
Leiterplatte 38 mit einem optischen Sensor 40 sowie
einer Optik 42 vorsieht. Die Optik 42 umfasst
ein von einer Scheibe 44 abgedecktes Linsenelement 46,
das sich senkrecht über dem optischen Sensor 40 beziehungsweise
in dessen optischer Achse befindet. Das Linsenelement 46 ist über
Verbindungsmittel 48 starr mit dem Stellglied 28 bewegungsgekoppelt
angeordnet. Die Verbindungsmittel 48, die als entsprechend geformte
Drahtstifte ausgebildet sein können, durchgreifen die Leiterplatte 38.
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Die
an den Grundbacken 14 und 16 zur Verwendung kommenden
Aufsatzbacken oder Greiffinger sind derart ausgebildet, dass sie
in axialer Richtung die Kamera 34 so weit überragen,
dass mit der Kamera 34, zumindest in der Greiflage der
Greifvorrichtung, die freien Enden der Aufsatzbacken beziehungsweise
der Greiffinger, erkannt werden können.
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Beim
axialen Bewegen des Stellglieds 28, und damit beim Aufeinander
zu beziehungsweise Voneinander weg bewegen der beiden Grundbacken 14 und 16 erfolgt
also ebenfalls eine Bewegung des Linsenelements 46. Das
Linsenelement 46 ist direkt proportional zur Bewegung des
Stellglieds 28 mit dem Stellglied 28 bewegungsgekoppelt.
Das Linsenelement 46 ist dabei derart ausgebildet und zum
Optiksensor 40 derart beabstandet, dass in der in der 1 nicht
dargestellten Greiflage der Greifvorrichtung, also wenn die Greifvorrichtung 10 beispielsweise
einen Gegenstand greift, der Greifbereich der Greifvorrichtung von
der Kamera fokussiert wird. Der Greifbereich ist insbesondere der
Bereich, in dem sich die freien Greifflächen von auf die
Grundbacken 14 und 16 aufsetzbaren Greiffingern
befinden und/oder der Bereich, in dem sich der gegriffene Gegenstand
befindet. Folglich kann mit der in der 1 dargestellten
Greifvorrichtung 10 der Vorgang des Greifens und des Haltens
eines Gegenstandes sicher überwacht werden.
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Die
Greifvorrichtung ist ferner so ausgebildet, dass in der in der 1 dargestellten Öffnungslage
der Greifvorrichtung 10 aufgrund der mit Verstellung des
Stellglieds 28 einhergehenden Verstellung des Linsenelements 46 ein
Fernbereich, der auf der der Greifvorrichtung 10 abgewandten
Seite des Nahbereichs liegt, fokussiert wird. Dies hat den Vorteil, dass
beispielsweise beim Anfahren der Greifvorrichtung 10, die
an einem Roboterarm angeordnet sein kann, an den zu greifenden Gegenstand
dieser frühzeitig, also schon vor dem Verfahren der Grundbacken 14 und 12 in
die Greiflage, optisch erfasst werden kann.
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Die
in der 2 dargestellte Greifvorrichtung 10 entspricht
im Wesentlichen der Greifvorrichtung gemäß 1,
wobei entsprechende Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen
sind. Hauptunterschied ist, dass bei der 2 keine
direkte, mechanische Kopplung zwischen dem Linsenelement 46 und
dem Stellglied 28 gegeben ist. Das Linsenelement 46 ist
in 2 kolbenartig ausgebildet und begrenzt zwei Druckräume 60 und 62.
Der Druckraum 62 ist dabei parallel zum Druckraum 24 geschalten
und der Druckraum 60 parallel zum Druckraum 22.
Wird folglich der Kolben 20 aufgrund der Druckbeaufschlagung
des Druckraums 24 nach axial oben bewegt, so wird das Linsenelement 46 ebenfalls
in eine obere Endlage, in der der Fernbereich fokussiert wird, bewegt.
Beim Druckbeaufschlagen des Druckraums 22, und damit des
Druckraums 60, wird die Greifvorrichtung in die Greiflage
gebracht. Gleichzeitig wird das Linsenelement 46 in eine
axial untere Endlage bewegt, in der der Greifbereich fokussiert
wird. Die die jeweilige Endlage des Linsenelements 46 begrenzenden
Anschläge sind in der 2 nicht
dargestellt.
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Der
Grundaufbau der in den 3 und 4 dargestellten
Greifvorrichtung 10 entspricht im Wesentlichen dem Grundaufbau
der Greifvorrichtung gemäß 1. Entsprechende
Bauteile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die Greifvorrichtung
gemäß 3 und 4 ist allerdings
so ausgebildet, dass das Linsenelement 46 derart mit dem
Antrieb beziehungsweise dem Stellglied 28 bewegungsgekoppelt
ist, dass in der Öffnungslage der Fernbereich fokussiert
wird und dass beim Verlassen der Öffnungslage der Greifbereich
fokussiert wird.
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In
der 3, in der die Öffnungslage der Greifvorrichtung 10 dargestellt
ist, wird das Linsenelement 46 über einen am Stellglied 28 angeordneten Schieber 80 in
die den Fernbereich fokussierende Endlage gehalten. Das Linsenelement 46 wird
dabei über zwei Federelemente 82 gegen den Schieber 80 beaufschlagt.
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Wird
nun die Greifvorrichtung 10 gemäß 3 und 4 aus
der in der 3 dargestellten Öffnungslage
in die in der 4 dargestellte Greiflage betätigt,
so bewegt sich der Kolben 20 samt Stellelement 28 nach
axial unten. Aufgrund den Federelementen 82 folgt das Linsenelement 46 der
Bewegung des Schiebers nach axial unten, so weit, bis es eine untere
Endlage einnimmt, in der das Linsenelement 46 aufgrund
den Federelementen 82 gegen die Anschläge 84 gedrückt
wird. Das Stellglied 28 samt Schieber 80 wird
weiter nach axial unten bewegt, bis die Greifvorrichtung 10 ihre
endgültige, in 4 dargestellte Greiflage einnimmt.
Hierdurch wird erreicht, dass bereits kurz nach Verlassen der Öffnungslage und
vor Erreichen der Greiflage der Nahbereich fokussiert wird, so dass
der Vorgang des Greifens schon vor dem Berühren der Greiffinger
und des zu greifenden Gegenstandes überwacht werden kann. Entsprechend
wird beim Öffnen der Greifvorrichtung 10, wie
sie in 3 und 4 dargestellt ist, erst kurz
vor dem vollständigen Öffnen das Linsenelement 46 aus
seiner den Nahbereich fokussierenden Endlage in die in 3 dargestellte,
den Fernbereich fokussierende Endlage, vom Schieber 80 gegen
die Federkräfte der Federelemente 82 verschoben.
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Bei
der Greifvorrichtung 10 gemäß 3 und 4 ist
die Leiterplatte 38 mit dem Optiksensor 40 gestrichelt
dargestellt, wobei der Schieber 80 beziehungsweise dessen
Schenkel in der in 3 gezeigten Öffnungslage
die Leiterplatte 38 durchgreifen.
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Bei
sämtlichen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung befindet sich die optische Achse der Kamera in der
Mittellängsachse des Zylinders 18 beziehungsweise
des Kolbens 20.
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Obwohl
in den Figuren ausschließlich Zwei-Backen-Parallelgreifer
dargestellt sind, kann die Erfindung selbstverständlich
auch an Greifvorrichtungen mit lediglich einem Backen und/oder Zentrisch-Greifvorrichtungen
mit drei oder mehr Backen Verwendung finden.
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Um
ausreichend Licht für die Kamera zur Verfügung
zu stellen, kann eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, die
ebenfalls insbesondere mit dem Stellglied 28 bewegungsgekoppelt
ist. Eine derartige Beleuchtung ist in den Figuren allerdings nicht dargestellt.
Ferner können auf der Grundbacke aufsetzbare Aufsatzbacken
und/oder Greiffinger an definierten Positionen Kalibriermarken vorsehen,
mit denen eine Kalibrierung der Kamera, insbesondere zur Abstandsmessung
und/oder zur Abstandskontrolle von zu greifenden Gegenständen,
erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 8902325
U1 [0002]
- - DE 19604649 C2 [0002]