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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Handhabungselement nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Ein
derartiges bekanntes Handhabungselement ist aus der Montage- bzw.
Fertigungstechnik bekannt und Bestandteil einer Handhabungseinrichtung,
insbesondere einer Montage- bzw. einer Fertigungseinrichtung. Das
bekannte Handhabungselement ist dabei als Greifelement ausgebildet,
das mehrteilige Finger aufweist. Die mehrteiligen Finger passen
sich dabei beim Greifen eines Objekts der jeweiligen Form des Objekts
an, um dieses definiert und fest halten zu können. Die Finger bilden somit eine
dem jeweiligen Objekt speziell ausgebildete Wirkfläche aus.
Das bekannte Handhabungselement ist steuerungstechnisch sehr aufwendig
ausgebildet und weist bei unterschiedlichen Objekten ein undefiniertes
Verhalten und eine undefinierte Objektlage beim Greifvorgang auf.
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Ferner
sind als Wechselgreifer ausgebildete Handhabungselemente bekannt,
bei denen Greiferbacken oder ganze Greifer manuell oder automatisch gewechselt
werden. Diese Wechselgreifer können somit
ein beliebig großes
Objektspektrum aus unterschiedlichen Objektklassen abdecken. Durch
den jeweils erforderlichen Weg zu einer die unterschiedlichen Greifbacken
bzw. Greifer aufnehmenden Wechselstation sind die bekannten Wechselgreifer
jedoch relativ langsam.
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Zuletzt
sind so genannte Revolvergreifer bekannt, die mehrere verschiedene
Greifer zur Handhabung für
verschiedene Objekte aufweisen. Diese Greifer sind dreh- bzw. schwenkbar
am Greifarm angeordnet, so dass der jeweils erforderliche Greifer während der
Annäherungsphase
zu dem Objekt, ohne zeitaufwendigem Umweg zu einer Wechselstation
wie beim Wechselgreifer, ausgewählt
und in Position gebracht werden kann. Die bekannten Revolvergreifer
weisen jedoch durch ihre mehreren Greifer sehr viele Störkonturen
auf und sind gleichzeitig relativ schwer, wodurch die erforderlichen
Lagerungen und die Antriebstechnik relativ aufwendig ausgebildet werden
müssen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Handhabungselement anzugeben,
das zur Handhabung verschiedenster Objekte aus unterschiedlichen Objektklassen
geeignet ist, wobei das Handhabungselement einen kompakten Aufbau
sowie ein geringes Gewicht aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Handhabungselement mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest
zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Wirkflächen des Handhabungselementes
an unterschiedlichen Seiten anzuordnen und das Handhabungselement
am Träger
einer Handhabungseinrichtung beweglich anzuordnen. Somit kann jede
einzelne Wirkfläche
ganz speziell dem zu handhabenden Objekt optimal angepasst werden,
wobei die jeweils erforderliche Wirkfläche an der Handhabungseinrichtung
durch eine entsprechende Bewegung des Handhabungselements am Träger anwählbar ist.
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Eine
besonders universelle Einsetzbarkeit bzw. Anpassung an unterschiedlichste
Objekte ergibt sich, wenn die einzelnen Wirkflächen des Handhabungselements
sich in ihrer Form und/oder Oberfläche und/oder ihren Wirkprinzipien
unterscheiden. Dadurch lässt
sich ein erfindungsgemäßes Handhabungselement
insbesondere gleichzeitig als Innen- oder Außengreifer, als Sauggreifer
oder als magnetischer Greifer einsetzen. Gerade die Verwendung als Saug-
oder magnetischer Greifer lässt
die Verwendung für unterschiedliche
Formen aufweisende Objekte ohne Änderung
der Wirkfläche
zu, so dass mit einer begrenzten Anzahl von unterschiedlichen Wirkflächen das
Handhabungselement für
unterschiedlichste Objekte verwendet werden kann.
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Die
Verwendung von insbesondere vier unterschiedlichen Wirkflächen ermöglicht bei
kompakt gestaltetem Handhabungselement eine Verwendung für zumindest
vier unterschiedliche Objektklassen und somit eine vielseitige Einsetzbarkeit,
insbesondere auch in Kombination mit unterschiedlichen Wirkprinzipien.
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Eine
Handhabungseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Handhabungselement ermöglicht den
Einsatz für
verschiedenste Handhabungsaufgaben mit relativ geringem Investitionsaufwand
bei gleichzeitig relativ geringem Raumbedarf.
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Ein
am Träger
der Handhabungseinrichtung manuell bewegliches Handhabungselement
wird vorteilhafter Weise eingesetzt, wenn eine große Anzahl gleichartiger
Objekte nacheinander zu handhaben sind. Dadurch wird insbesondere
ein kostengünstiger Aufbau
der Handhabungseinrichtung durch den fehlenden Antrieb zum Wechseln
der Wirkfläche
am Handhabungselement ermöglicht.
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Wenn
jedoch unterschiedliche Objekte in relativ häufig wechselnder Reihenfolge
zu handhaben sind, ist es besonders vorteilhaft, das Handhabungselement
am Träger
der Handhabungseinrichtung motorisch zu betreiben, um die jeweils
erforderliche Wirkfläche
anzusteuern. Dadurch lässt
sich die Leistung der Handhabungseinrichtung erhöhen, insbesondere wenn das
Anwählen
der Wirkungsfläche
bereits beim Annähern
an das jeweils zu handhabende Objekt, d. h. während der Annäherungsbewegung
an das Objekt erfolgt.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand
der Zeichnungen.
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Diese
zeigen in:
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1 eine
Handhabungseinrichtung in Form eines Greifroboters in vereinfachter
Seitenansicht
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2 bis 5 verschiedene
Ausführungsbeispiele
eines erfindungsgemäßen Handhabungselements
in Form einer Greifbacke in verschiedenen Stellungen in jeweils
perspektivischer Ansicht,
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6 und 7 Teile
eines Zangengreifer in perspektivischer Ansicht und
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8 und 9 den
Zangengreifer gemäß der 6 und 7 während verschiedener
Phasen der Handhabung eines Objektes in Seitenansicht.
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In
den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen
Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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In
der 1 ist eine Handhabungseinrichtung in Form eines
Greifroboters 10 stark vereinfacht dargestellt. Der Greifroboter 10 weist
einen Sockel 11 auf, aus dem eine Säule 12 herausragt,
die in einer vertikal angeordneten ersten Achse 13 drehbar
gelagert ist. An der dem Sockel 11 gegenüberliegenden Seite
ist an der Säule 12 ein
erster Arm 14 in einer horizontal verlaufenden zweiten
Achse 15 schwenkbar gelagert. An dem der Säule 12 gegenüberliegenden
Ende des ersten Arms 14 ist wiederum ein zweiter Arm 16 in
einer dritten, ebenfalls horizontal verlaufenden Achse 17 schwenkbar
gelagert. An der dem ersten Arm 14 gegenüberliegenden
Seite sind an dem zweiten Arm 16 zwei erfindungsgemäße Handhabungselemente
in Form von Greifbacken 20 angeordnet. Dabei sind die Greifbacken 20 jeweils
in einer horizontalen Achse 21, 22 schwenkbar
gelagert.
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Mittels
des soweit beschriebenen Greifroboters 10 lässt sich
beispielhaft ein Objekt 1 von einer Fördereinrichtung 4,
beispielsweise einem Förderband,
entnehmen und an einen anderen Ort, insbesondere einem Montage-
oder Bearbeitungsplatz, überführen.
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Mit
Bezug auf die 2 bis 5 ist erkennbar,
dass eine Greifbacke 20 einen ersten starren Abschnitt 25 aufweist.
Der Abschnitt 25 weist ein Lagerauge 26 auf, mittels
dem die Greifbacke 20 in dem zweiten Arm 16 schwenkbar
gelagert ist. Ferner ist eine längliche Öffnung 27 erkennbar,
in der ein nicht dargestelltes, der Schwenkbewegung der Greifbacke 20 dienendes
Antriebselement geführt
ist. Der Abschnitt 25 weist im Ausführungsbeispiel eine geknickte
Form mit einem in etwa quadratischen Querschnitt auf. Sowohl Form
als auch Querschnitt des Abschnitts 25 können jedoch
auch anders ausgebildet sein. Auf der dem zweiten Arm 16 abgewandten
Seite ist in der Greifbacke 20 ein Greifende 30 in
einer Drehachse 31 drehbar gelagert.
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Erfindungswesentlich
ist, dass das Greifende 30 mehrere, unterschiedlich ausgebildete
Wirkflächen 32 bis 35 aufweist,
die im Ausführungsbeispiel über eine
Drehbewegung des Greifendes 30 in der Drehachse 31 anwählbar sind.
Hierbei wird unter einer Wirkfläche 32 bis 35 eine
speziell dem Objekt 1 bzw. der Objektklasse oder der Handhabungsaufgabe
angepasste Gestaltung der mit dem Objekt 1 in Wirkverbindung
gelangenden Seite des Greifendes 30 verstanden. Ferner
wird unter einer Objektklasse unterschiedliche Objekte verstanden,
die sich aud dieselbe Art handhaben lassen.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß den 2 bis 5 weist
das Greifende 30 vier verschiedene, jeweils in Bezug auf
die Drehachse 31 um 90 Grad versetzt zueinander angeordnete
Wirkflächen 32 bis 35 auf.
So weist die erste Wirkfläche 32 gemäß der 2 Querrillen 37, 38 auf,
die ein formschlüssiges
Greifen eines zylindrischen Objektes ermöglichen. Die zweite Wirkfläche 33 gemäß der 3 weist
demgegenüber
einen Diamantschliff 39 auf, das heißt, dass die Oberfläche der
zweiten Wirkfläche 33 auf
besondere Art der Oberfläche
bzw. dem Material einer zu handhabenden Objektklasse angepasst ist.
Die in der 4 dargestellte dritte Wirkfläche 34 weist
hingegen eine der Form der zu handhabenden Objektklasse angepasste
Längsrille 40 auf. Zuletzt
ist die Oberfläche
der vierten Wirkfläche 35 gemäß der 5 mit
Gumminoppen 41 ausgestattet, um beispielsweise besonders
(druck-)empfindliche Objekte ohne Beschädigungen handhaben zu können.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
der 2 bis 5 verjüngt sich das Greifende 30 auf
der dem Abschnitt 25 abgewandten Seite stetig, so dass
sich eine sich verjüngende
bzw. spitz auslaufende Gestalt des Greifendes 30 ergibt.
Die Gestalt bzw. Form des Greifendes 30 kann jedoch auch
anders sein, je nach zu handhabenden Objekten. Ferner wird ergänzt, dass
das Greifende 30 im Ausführungsbeispiel vier Wirkflächen 32 bis 35 aufweist.
Auch die Anzahl an Wirkflächen
je Greifende 30 kann jedoch unterschiedlich sein. Sinnvollerweise
beträgt
die Anzahl zwischen zwei und vier Wirkflächen. Es sind aber auch mehr
als vier Wirkflächen
je Greifende 30 denkbar, wenn dies aufgrund der Art (Form,
Größe und ggf.
Gewicht) der zu handhabenden Objekte möglich ist. Je mehr unterschiedliche
Wirkflächen
an dem Greifende 30 realisiert werden können, für desto mehr unterschiedliche
Objekte kann der Greifroboter 10, ohne aufwändige Umrüstarbeiten,
eingesetzt werden.
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Das
Anwählen
der jeweils erforderlichen Wirkfläche 32 bis 35 für die jeweilige
Objektklasse erfolgt entweder manuell durch Verdrehen in der Drehachse 31 oder
durch einen separaten Antrieb motorisch.
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Bei
dem in den 6 bis 9 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung sind Teile eines so genannten Zangengreifers 50 dargestellt. Der
Zangengreifer 50 besitzt zwei Backen 51, 52 mit Parallelführung und
verstellbaren Greifflächen
bzw. Greifenden 54, 55. Die Greifenden 54, 55 haben
jeweils die Form einer 4-seitigen Pyramide, bei der jede der Seiten
bzw. Seitenflächen
beliebig gestaltet werden kann. Zusätzlich zu ihrer gegebenenfalls
unterschiedlichen Form weisen die Greifenden 54, 55 bzw.
deren Wirkflächen
unterschiedliche Wirkprinzipien zur Handhabung von Objekten auf.
So wirken die einen Wirkflächen 56 als
mechanischer Außengreifer,
die anderen Wirkflächen 57 als
mechanischer Innengreifer mit einem Objekthalter 58 sowie
die Wirkflächen 59 als
Sauggreifer, wobei in den Wirkflächen 59 mit
einem pneumatischen System gekoppelte Saugnäpfe 60 angeordnet
sind.
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Bei
dem Zangengreifer 50 sind somit gleichzeitig ein mechanisches
Wirkprinzip (Wirkflächen 56, 57 als
Außen-
bzw. Innengreifer), als auch ein fluidisches Wirkprinzip (Wirkfläche 59 mit
Saugnäpfen 60) zur
Handhabung von Objekten realisiert. Zusätzlich wird erwähnt, dass
an den Greifenden 54, 55 auch magnetische Wirkprinzipien
realisiert werden können,
indem beispielsweise eine der Wirkflächen mit einem oder mehreren
Permanent- oder Elektromagneten ausgestattet wird, um ein Objekt
zu halten.
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In
den 6 und 7 sind auch Antriebe 61, 62 zum
Drehen bzw. Ansteuern der Greifenden 54, 55 erkennbar,
wobei die Greifenden 54, 55 in Drehachsen 63, 64 gelagert
sind.
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Ein
spezieller Betrieb des Zangengreifers 50 wird anhand der 8 und 9 beispielhaft
erläutert,
die eine Handhabung eines Objektes 5 zeigen: Hierbei werden
an beiden Greiferenden 54, 55 die Wirkflächen 59 mit
den Saugnäpfen 60 angesteuert. Zunächst wird
die eine Backe 51 in Wirkverbindung mir dem Objekt 5 gebracht,
um ein Halten bzw. Anheben des Objektes 5 zu ermöglichen
(8). Anschließend,
nach dem Anheben des Objekts 5, wird das Greiferende 54 in
der Drehachse 63 gedreht. Dadurch ist es möglich, das
zunächst
flach liegende Objekt 5 aufzurichten und mittels des anderen
Greiferendes 55 ebenfalls anzusaugen bzw. zu halten. Falls erforderlich,
kann zum Ablegen des Objektes 5 an seiner Zielposition
das Objekt 5 mittels eines der beiden Greiferenden 54, 55 (ohne
Wirkverbindung mit dem jeweils anderen Greiferende 54, 55)
wieder in eine andere, beispielsweise seine flache ursprüngliche
Lage gebracht werden.
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Ergänzend wird
erwähnt,
dass die unterschiedlichen Wirkprinzipien (mechanisch, fluidisch, magnetisch),
die anhand der Greiferenden 54, 55 am Zangengreifer 50 erläutert wurden,
auch auf den Greifroboter 10 bzw. dessen Greifende 30 übertragen
werden können.
Das heißt,
es können
speziell der Form der zu handhabenden Objektklassen angepasste Wirkflächen mit
speziell angepassten Wirkprinzipien kombiniert werden. Weiterhin
können
die jeweils erforderlichen Wirkflächen zur Erhöhung der Leistung
des Greifroboters 10 bzw. des Zangengreifers 50 bei
einem motorischen Antrieb bereits beim Anfahren des jeweiligen Objekts 1, 5 angewählt bzw. angesteuert
werden.