DE102011011942A1

DE102011011942A1 - Roboter-Greifer

Info

Publication number: DE102011011942A1
Application number: DE102011011942A
Authority: DE
Inventors: Ralf Becker; Alexander Kranz
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-08-23
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: DE102011011942B4

Abstract

Beschrieben werden drei Varianten eines Roboter-Greifers mit einem Befestigungsflansch für eine lösbare Anbringung an einen Robotermanipulatorarm, mit wenigstens einem, sich in einem Rahmen als mechanisches Gegenlager einseitig abstützenden Aktorelement, das wenigstens zwei Greiferbacken jeweils über einen Hebelarm betätigt, wobei zumindest der Befestigungsflansch, der Rahmen sowie das Aktorelement einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt sind. Das Aktorelement ist faltenbalgartig ausgebildet und schließt ein inneres, über wenigstens eine Öffnung mit einem Medium befüllbares Volumen ein. Das Aktorelement ist jeweils einseitig mit zwei Hebelarmen verbunden, an denen andererseits endseitig jeweils eine Greiferbacke angeordnet ist. Zur Parallelführung beider Greiferbacken ist in einer Ausführungsvariante jede Greiferbacke mit einem der Hebelarme sowie mit wenigstens einer separaten Verbindungsstrebe getrennt über jeweils ein erstes Filmgelenk verbunden, und ferner ist die wenigstens eine Verbindungsstrebe, die jeweils ein der Greiferbacke (2, 2') abgewandtes Verbindungsstrebenende aufweist, mit diesem ein zweites Filmgelenk mit dem Rahmen verbunden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Roboter-Greifer mit einem Befestigungsflansch für eine lösbare Anbringung an einen Robotermanipulatorarm, mit wenigstens einem, sich in einem Rahmen als mechanisches Gegenlager einseitig abstützenden Aktorelement, das wenigstens zwei Greiferbacken jeweils über einen Hebelarm betätigt, wobei zumindest der Befestigungsflansch, der Rahmen sowie das Aktorelement einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sind. Das Aktorelement ist faltenbalgartig ausgebildet und schließt ein inneres, über wenigstens eine Öffnung mit einem Medium befüllbares Volumen ein.
Das Aktorelement ist jeweils einseitig mit zwei Hebelarmen verbunden, an denen andererseits endseitig jeweils eine Greiferbacke angeordnet ist.
Stand der Technik
Robotergreifer der vorstehend genannten Gattung sind beispielsweise aus der DE 10 2005 046 160 C5 entnehmbar. Die mittels generativem Herstellungsverfahren in einstückiger Bauform herstellbaren Roboter-Greifer verfügen über zwei Greiferbacken, die jeweils über einen Gelenkmechanismus schwenkbar am Rahmen angelenkt sind und somit bei entsprechender Betätigung des Aktorelementes zum Schließen oder Öffnen der Greiferbacken längs einer um eine virtuelle Drehachse orientierte kreisförmige Bewegungstrajektorie auslenkbar sind. Gleichwohl die kreisförmige Greiferbackenbewegung aufgrund der zumeist nur geringen Wegauslenkung eine für viele Anwendungsfälle nicht störende Bewegungsform der Greiferbacken darstellt, sind Anwendungsfälle bekannt, in denen die zu greifenden Objekte mit einem streng linearem kinematischen Greifmuster handzuhaben sind. Dies betrifft beispielsweise große, aufrecht stehende Objekte, die beim Ergreifen mit einem gängigen Winkelgreifer, wie vorstehend beschrieben, lediglich punktförmig von den Greiferbacken kontaktiert werden, wünschenswert wäre zumindest eine linienhafte Berührungsform. Für derartige speziell linear ausgeprägte Greiferfordernisse sind jedoch die Robotergreifer gemäß der in der DE 10 2005 046 160 C5 beschriebenen Bauart nicht geeignet.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Roboter-Greifer der vorstehend genannten Gattung derart auszubilden, so dass die durch das wenigstens eine Aktorelement betätigbaren Greiferbacken zur Ausführung jeweiliger Greiferaufgaben längs einer linearen Trajektorie ausgelenkt werden sollen, d. h. die Greiferbacken sollen sich längs einer gemeinsamen Linearachse aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegen.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 7 und 10 angegeben. Die, die lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifer in vorteilhafter Weise weiter ausbildenden Merkmale sind in den Unteransprüchen sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Allen drei im Weiteren beschriebenen Roboter-Greifer, die allesamt über einen Befestigungsflansch für eine lösbare Anbringung an einen Roboter-Manipulatorarm verfügen, der einstückig mit einem Rahmen verbunden oder Teil eines solchen ist, ist gemeinsam, dass ein faltenbalgartig ausgebildetes Aktorelement einseitig am Rahmen abstützend insgesamt zwei Hebelarme um eine virtuelle Schwenkachse auszulenken vermag, wobei die durch den Schwenkmechanismus hervorgerufene kreisbahnförmig ausgebildete Bewegungstrajektorie, die jeweils die dem Aktorelement gegenüber liegenden Hebelarmenden beschreiben würden, durch eine mechanische Zwangsführung in eine Linearbewegung überführt wird.
Die lösungsgemäße mechanische Zwangsführung bei dem Roboter-Greifer gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 ist durch Vorsehen einer jeweils parallel zu den Hebelarmen verlaufende Verbindungsstrebe gelöst.
So zeichnet sich die erste Lösungsvariante für einen Roboter-Greifer mit einem Befestigungsflansch für eine lösbare Anbringung an einen Roboter-Manipulatorarm nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass jede Greiferbacke mit einem der Hebelarme sowie mit wenigstens einer separaten Verbindungsstrebe getrennt über jeweils ein erstes Filmgelenk verbunden ist und dass ferner die wenigstens eine Verbindungsstrebe jeweils ein der Greiferbacke abgewandtes Verbindungsstrebenende aufweist, das über ein zweites Filmgelenk mit dem Rahmen verbunden ist.
Eine zweite lösungsgemäße Roboter-Greifer-Anordnung beruht auf dem gleichen Prinzip der mechanischen Zwangsführung jeweils durch Vorsehen zweier getrennter Greiferbackenarme, die jeweils mit einer Greiferbacke über entsprechende Filmgelenke einseitig verbunden sind und mit ihren jeweils gegenüber liegenden Greiferbackenarmen mit dem Rahmen über jeweils getrennt ausgebildete Filmgelenke verbunden sind. Ein derartiger Roboter-Greifer, der nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 10 ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass jede Greiferbacke mit wenigstens zwei separaten Greiferbackenarmen jeweils über wenigstens ein erstes Filmgelenk verbunden ist. Ferner ist jeder Greiferbackenarm gegenüberliegend zur Greiferbacke über wenigstens ein zweites Filmgelenk mit dem Rahmen verbunden. Die den jeweils ersten und zweiten Filmgelenken zuordenbaren Filmgelenkachsen sind jeweils parallel zueinander orientiert. Zur Auslenkung der Greiferbacken ist das mit dem Aktorelement verbundene und gemeinsam mit dem Aktorelement längs zur Linearachse auslenkbare Kraftübertragungselement mit wenigstens einem Greiferbackenarm derart verbunden, dass während des Auslenkens des Kraftübertragungselementes längs zur Linearachse eine orthogonal zur Linearachse auf die Greiferbackenarme orientierte Kraftkomponente einwirkt. Im Unterschied zum vorstehend erläuterten lösungsgemäß ausgebildeten Rotober-Greifer, bei dem das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement zwei Teilvolumina umschließt, die sich relativ zu einem Rahmenabschnitt längs einer Linearachse in entgegen gesetzte Raumrichtung auszudehnen bzw. zusammenzuziehen vermögen, besitzt der Roboter-Greifer gemäß der zweiten lösungsgemäßen Variante lediglich einen faltenbalgartig ausgebildeten Aktor, der sich einseitig stirnseitig am Rahmen in Form eines mechanischen Gegenlagers abstützt und dessen gegenüberliegender, längs der Linearachse frei beweglicher Endabschnitt mit dem Kraftübertragungselement verbunden ist, von dem wenigstens zwei relativ zur Linearachse schräg verlaufende Kraftübertragungsstreben abgehen, die jeweils über ein Filmgelenk mit dem Kraftübertragungselement verbunden sind und aufgrund ihrer jeweils längsstabilen Ausbildung Druck- oder Zugkräfte auf die jeweiligen Greiferbackenarme zu übertragen in der Lage sind. Weitere Einzelheiten, insbesondere die konstruktive Ausgestaltung der jeweiligen Roboter-Greifer betreffend, sind den nachstehenden Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Schließlich nutzt eine dritte Realisierungsform eines lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifers das Bewegungsgrundprinzip eines zwei Teilvolumina umfassenden, faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes, dessen beide Teilvolumina relativ zu einem mittig angeordneten Rahmenabschnitt längs einer Linearsachse in entgegen gesetzte Raumrichtungen durch Befüllen bzw. Entleeren des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes bewegt werden. Durch Vorsehen jeweils eines Kappenabschnittes an beiden längs der Linearachse frei beweglich ausgebildeten Stirnseiten des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes sowie durch beidseitiges Verbinden der Kappenabschnitte mit wangenartig ausgebildeten Verbindungselementen gelingt es, die jeweils längs der Linearachse jeweils entgegengesetzt orientierte Aktorbewegung in Parallel-Greifer-Bewegungen umzusetzen, deren lineare Bewegungsrichtung orthogonal zur Linearachse der Aktorbewegung orientiert ist.
Die vorstehend kurz skizzierten lösungsgemäßen Roboter-Greifer, die nachfolgend unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele im Detail erläutert werden, werden ganzheitlich mit Hilfe generativer Fertigungsverfahren gefertigt. Hierzu liegen die zu fertigen Roboter-Greifer gesamtheitlich nach Form und Größe als CAD-Datensatz vor, in dem sämtliche Fertigungsparameter für eine konkrete Ausführungsform enthalten sind. Besonders geeignete generative Herstellungsverfahren betreffen die folgenden Verfahrenstechniken: Rapid Prototyping mittels fotolithografischen Verfahren, Fotopolymerisation durch schichtweises Aushärten aus einem Flüssigkeitsbad, schichtweises Auftragen und Verfestigen von Pulverschichten, schichtweises Austragen eines Bindemittels in einen Pulververbund, Energiestrahl-Depositionsverfahren in Metallpulver sowie Kunststoff-Extrudertechniken (FDM, fused deposition modelling).
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
1 bis 3 verschiedene Ansichten eines lösungsgemäß ausgebildeten Rotober-Greifers nach Bauart 1,
4a bis c verschiedene Ansichten eines lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifers nach Bauart 2,
5a, b verschiedene Ansichten eines lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifers nach Bauart 3, sowie
6a, b Ausführungsvariante mit drei Greiferbacken.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Die 1 bis 3 zeigen einen lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifer nach einer ersten Bauart. 1 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht, 2 eine Vorderansicht und 3 eine perspektivische Längsschnittdarstellung durch den Roboter-Greifer. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich gesamtheitlich auf die 1 bis 3, in denen die Bezugszeichen einheitlich verwendet sind.
Der Roboter-Greifer weist einen Befestigungsflansch 1 auf, der im gezeigten Fall als ebene obere Plattformausgebildet ist, die über vier Befestigungsöffnungen 1' verfügt, um den Roboter-Greifer beispielsweise mittels nicht dargestellter Steck- oder Schraubverbindungen an einen nicht weiter illustrierten Roboter-Manipulatorarm zu fügen. Der Befestigungsflansch 1 ist einstückig mit einem Rahmen 3 verbunden, der im gezeigten. Ausführungsbeispiel sowohl die Funktion eines schützenden Außengehäuses, zugleich aber auch eine Stütz- und Tragfunktion für die weiteren Funktionselemente des Roboter-Greifers übernimmt. So weist der Rahmen 3 einen mittleren Abschnitt 3' auf, mit dem das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 verbunden ist. Das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 schließt zwei durch den Abschnitt 3' des Rahmens 3 hindurch miteinander kommunizierende Teilvolumina 51, 52 gasdicht ein, die sich bei Befüllen mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium durch den Verbindungskanal 3'', der sich längs durch den Abschnitt 3' des Rahmens 3 von Seiten des Befestigungsflansches 1 erstreckt, längs der gemeinsamen Linearachse B, jedoch in entgegen gesetzte Richtungen auszudehnen vermögen. In gleicher Weise ziehen sich die Teilvolumina 51, 52 in entgegen gesetzte Richtung längs der Linearachse B zusammen, im Falle einer Entleerung des Mediums aus dem faltenbalgartigen Aktorelement 5. Das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 ist zu Seiten seiner beiden Teilvolumina 51, 52 jeweils dem Abschnitt 3' des Rahmens 3 abgewandt, einstückig mit den oberen Bereichen der Hebelarme 10, 10' verbunden, die in etwa längs ihres mittleren Bereiches über eine Gelenkeinheit 10b, 10b' relativ zum Rahmen 3 schwenkbar gelagert sind.
In der Gesamtzusammenschau der 1 bis 3 ist zu entnehmen, dass die Gelenkeinheiten 10b, 10b' jeweils als Filmgelenke ausgebildet sind, durch die jeder Hebelarm 10, 10' zumindest an einer vorderen und hinteren Seite des Roboter-Greifers mit dem Rahmen 3 schwenkbar verbunden ist (siehe 1). Würde unter Vernachlässigung der weiteren bislang noch nicht erläuterten Komponenten das faltenbalgartige Aktorelement 5 mit einem Medium befüllt, so würde dies dazu führen, dass sich das Aktorelement 5 längs der Linearsachse B ausdehnt, so dass sich die dem Aktorelement 5 abgewandten Enden der Hebelarme 10, 10' aufgrund der Schwenkbewegung um die Gelenkeinheiten 10b, 10b' längs einer Kreisbahn aufeinander zu bewegen würden. Zur Vermeidung eben dieser Kreisbahnbewegung sieht der lösungsgemäß ausgebildete Roboter-Greifer die folgenden Komponenten vor, durch die die Hebelarmenden zur Ausführung einer Linearführung beider Greiferbacken 2, 2' längs einer parallel zur Linearachse B orientierten Raumrichtung regelrecht gezwungen werden. Hierzu ist das jeweils dem Aktorelement 5 abgewandte Ende des Hebelarms 10, 10' über ein Filmgelenk 10a, 10a' mit der Greiferbacke 2, 2' verbunden. Zusätzlich ist die Greiferbacke 2, 2' über ein Filmgelenk 11a, 11a' mit einer Verbindungsstrebe 11, 11' an einer seitlich zum Filmgelenk 10a' versetzten Stelle mit der Greiferbacke 2, 2' verbunden. Es sei angenommen, dass der seitliche Abstand zwischen den Filmgelenk-Paaren 10a–11a bzw. 10a'–11a' D beträgt. Das jeweils obere Ende der längsstabil ausgebildeten Verbindungsstrebe 11, 11' ist gleichfalls über ein Filmgelenk 11b, 11b' mit dem Rahmen 3 verbunden, wobei die Abstände zwischen den Filmgelenk-Paaren 11b–10b und 11b'–10b' ebenfalls dem Abstand D entsprechen. Zudem sind sämtliche den vorstehend bezeichneten Filmgelenken 10a, 10a', 11a, 11a', 10b, 10b', 11b sowie 11b' zuordenbaren Gelenkachsen parallel zueinander orientiert.
Wird das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Medium befüllt, so wirkt an den Filmgelenken 10a, 10a' ein Kippmoment in Richtung der jeweils gegenüberliegenden Greiferbacke. Zur Vermeidung einer kreisbahnförmigen Bewegung der Greiferbacken 2, 2' wird das Kippmoment jeweils von der längsstabilen Verbindungsstrebe 11, 11' sowie von den ebenfalls längsstabilen Filmgelenken 11a, 11b bzw. 11a', 11b' regelrecht unterdrückt. Genau genommen deformieren sich die Filmgelenke 11a, 11b bzw. 11a', 11b' in einer Weise, so dass die Greiferbacken 2, 2' streng linear parallel aufeinander zu bewegt werden.
Bei einer Entleerung des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes 5 erfolgt eine entsprechende Umkehr der an den Filmgelenken angreifenden Kraftmomente, so dass die Greiferbacken 2, 2' linear in entgegen gesetzte Richtungen zurückbewegt werden.
In vorteilhafter Weise befinden sich die Gelenkeinheiten 10b', 11b' sowie 10b, 11b in einer einheitlichen Ebene E1 bzw. werden von dieser geschnitten. Gleichsam befinden sich die Gelenkeinheiten 10a', 11a' bzw. 10a, 11a ebenfalls in einer einheitlichen Ebene E2 bzw. werden von dieser geschnitten. Wie aus dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 zu entnehmen ist, sind die beiden vorstehend charakterisierten Ebenen E1, E2 parallel zueinander orientiert.
Sämtliche vorstehend bezeichneten Baugruppen bzw. Komponenten des beschriebenen Roboter-Greifers sind einstückig im Wege eines generativen Herstellungsverfahrens gefertigt.
In den 4a bis c ist eine zweite alternative Ausführungsform eines lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifers dargestellt. Hierbei zeigt 4a eine perspektivische Vorderansicht, 4b eine perspektivische Längsschnittdarstellung und 4c eine zweidimensionale Frontalansicht. Auch in diesem Fall soll zur Beschreibung der zweiten lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifer-Variante auf sämtliche Bilddarstellungen gemäß den 4a bis c gleichzeitig zurückgegriffen werden, in denen ebenfalls einheitlich gewählte Bezugszeichen verwendet sind.
Der illustrierte Roboter-Greifer weist einen oberen Befestigungsflansch 1 auf, der in der gleichen Weise wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 bis 3 über entsprechende Befestigungsöffnungen 1' verfügt. Der Befestigungsflansch 1 ist einstückig mit einem Rahmen 3 verbunden, der zum einen eine schützende Außengehäusefunktion besitzt, zum anderen als mechanisches Gegenlager für ein faltenbalgartig ausgebildetes Aktorelement 5 dient, das einseitig einstückig mit seinem oberen Ende 5o mit dem Rahmen 3 verbunden ist. Das faltenbalgartige Aktorelement 5 umschließt ein über eine Öffnung 3' mit einem Medium befüllbares Volumen 6 vollständig, das sich beim Befüllen mit dem Medium längs einer durch die faltenbalgartige Ausbildung des Aktorelementes 5 vorgegebene Linearachse A auszudehnen und bei Entleerung des Volumens in entgegen gesetzter Richtung längs der Linearachse A zusammenzuziehen vermag. Das untere Ende 5u des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes 5 ist relativ zum Rahmenelement 3 in Längsrichtung zur Linearachse A beweglich innerhalb des gehäuseartig ausgebildeten Rahmens geführt.
Beidseitig symmetrisch zur Linearachse A sind zwei Greiferbacken 2, 2' vorgesehen, von denen jede Greiferbacke mit wenigstens zwei separaten Greiferbackenarmen 7, 8 bzw. 7', 8' über wenigstens ein erstes Filmgelenk 7a, 8a, 7a', 8a' verbunden ist. Die jeweils den Greiferbacken 2, 2' gegenüberliegenden Enden der Greiferbackenarme 7, 8 bzw. 7', 8', die allesamt gleich lang und längsstabil, d. h. zur Übertragung von Druck- und Zugkräften geeignet ausgebildet sind, sind gleichfalls über Filmgelenke 7b, 8b bzw. 7b', 8b' mit dem Rahmen 3 verbunden. Sämtliche an den Greiferbackenarmen 7, 8 bzw. 7', 8' angebrachte Filmgelenke verfügen über eine Gelenkachse, die allesamt zueinander parallel orientiert sind. Überdies sind die Anlenkungspunkte der Filmgelenke derart gewählt, so dass der jeweils laterale Abstand zwischen den Filmgelenkpaaren 7a–8a bzw. 7a'–8a', bzw. 7b–8b bzw. 7b'–8b' gleich groß dimensioniert ist.
Zur Übertragung der längs zur Linearachse A orientierten Bewegung des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes 5 bei entsprechender Befüllung mit einem Medium bzw. Entleerung ist am unteren Ende des Aktorelementes 5 ein Kraftübertragungselement 4 angebracht, das gleichsam, aufgrund der einstückigen Bauweise mit dem Aktorelement 5, der längs der Linearachse A orientierten Aktorbewegungen folgt. Symmetrisch zur Linearachse A ist das Kraftübertragungselement 4 über Filmgelenke 9a, 9a' mit schräg zur Linearachse A verlaufenden Kraftübertragungsstreben 9, 9' einstückig verbunden. Die Kraftübertragungsstreben 9, 9' sind in der gleichen Weise wie die Greiferbackenarme 7, 8, 7', 8' in Längserstreckung formstabil ausgebildet und vermögen daher in ihrer Längsrichtung Schub- sowie Zugkräfte verlustarm zu übertragen. Ferner sind die Kraftübertragungsstreben 9, 9' mit ihrem dem Kraftübertragungselement 4 gegenüberliegenden Ende jeweils mit dem Hebelarm 7, 7' ebenfalls über ein Filmgelenk 9b, 9b' einstückig verbunden.
Anhand der perspektivischen Darstellung gemäß 4a kann entnommen werden, dass die Greiferbackenarme 7, 8 bzw. 7', 8' gabelförmig ausgebildet sind und somit jeweils vordere und hintere Greiferbackenarmabschnitte vorsehen, die jeweils getrennt mit den vorstehend erläuterten Kraftübertragungsstreben 9, 9' verbunden sind. Die gabelförmige Ausgestaltung der Greiferbackenarme ist eine reine Designfrage und kann daher als eine beliebig vom Fachmann variierende Maßnahme angesehen werden. Die für das Funktionsprinzip des lösungsgemäß ausgebildeten Roboter-Greifers erforderlichen Grundkomponenten sind insbesondere aus der Querschnittsdarstellung gemäß 4c zu entnehmen.
Wird das Aktorelement 5 des in 4 illustrierten Roboter-Greifers mit einem Medium durch die Öffnung 3'' befüllt, so dehnt sich das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 längs der Linearsachse A in der Darstellung gem. 4c nach unten aus. Dies hat zur Folge, dass auch das Kraftübertragungselement 4 längs der Linearachse A nach unten wandert. Dies wiederum hat zur Folge, dass über die Kraftübertragungsstreben 9, 9' und die Filmgelenke 9b, 9b' auf die Greiferbackenarme 7, 7' sowohl eine vertikal nach unten, d. h. parallel zur Linearachse A orientierte Kraftkomponente sowie eine senkrecht zur Linearachse A orientierte, auf diese zugewandte Kraftkomponente einwirken. Aufgrund der Längssteifigkeit der Greiferbackenarme 7, 8 bzw. 7', 8' führt die senkrecht nach unten orientierte Kraftkomponente zu keiner wesentlichen Verformung der Greiferanordnung, vielmehr führt die zur Linearachse A hin orientierte Kraftkomponente zu einer linearen Parallelbewegung beider Greiferbacken 2, 2' längs einer orthogonal zur Linearachse A orientierten linearen Bewegungstrajektorie.
Die in den 4a, b, c dargestellte Ausführungsform weist eine Spiegelsymmetrie relativ zur Linearachse A (siehe 4c) bzw. zu einer die Linearachse A enthaltende Mittenebene auf. In vorteilhafter Weise sind die mit den Greiferbacken 2, 2' verbundenen Filmgelenke 7a, 8a bzw. 7a', 8a' in einer gemeinsamen Ebene E1 angeordnet. In gleicher Weise sind die Filmgelenke 7b, 8b bzw. 7b', 8b' in einer einheitlichen Ebene E2 angeordnet, wie dies aus 4c zu entnehmen ist, wobei beide Ebenen E1 und E2 zueinander parallel orientiert sind.
In den 5a und b ist eine dritte lösungsgemäße Ausführungsform für einen Roboter-Greifer dargestellt. 5a zeigt eine perspektivische Längsschnittdarstellung und 5b eine perspektivische Außenansicht auf einen einstückig hergestellten Roboter-Greifer. Gleichsam wie bei den vorstehend beschriebenen Roboter-Greifern weist auch die in 5 illustrierte Ausführungsform einen Befestigungsflansch 1 mit entsprechenden Befestigungslöchern 1' auf. Einstückig mit dem Befestigungsflansch 1 verbunden ist ein Rahmen 3 vorgesehen, der Abstütz- und Schutzfunktion vereint. So weist dieser zum Schutz vor äußeren Einflüssen unter anderem einen oberen 3o und unteren 3u plattenförmig ausgebildeten Rahmenabschnitt auf, zwischen denen sich die im Weiteren beschriebene Greiferbackenaktorik befindet. Ähnlich wie im Fall des Ausführungsbeispiels gemäß 1 weist das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 zwei eingeschlossene Teilvolumina 51, 52 auf, die über einen mittleren Rahmenabschnitt 3' fluidisch miteinander verbunden sind. Zur Befüllung bzw. Entleerung des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes 5 dient, wie auch in den vorstehend beiden genannten Fällen, eine Öffnung 3' innerhalb des Befestigungsflansches 1 (siehe 5b). Wird das faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 mit einem Medium befüllt, so dehnt sich dieses längs zur Linearachse B aus, indem sich die Teilvolumina 51, 52 relativ zum feststehenden Rahmenabschnitt 3' in entgegen gesetzte Richtung längs zur Linearachse B ausdehnen. Beide Teilvolumina 51, 52 sind jeweils mit ihrem dem Abschnitt 3' abgewandten Ende mit einem Kappenabschnitt 41, 41' einstückig verbunden, der den Bewegungen des Aktorelementes 5 längs der Linearachse B entsprechend folgt.
Beide Kappenabschnitte 41, 41' sind jeweils beidseitig zum faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelement 5 mit wangenartig ausgebildeten Verbindungselementen 42, 42' jeweils über Filmgelenke 42a, 42' verbunden. Jeweils mittig in Längserstreckung der wangenartigen Verbindungselemente 42, 42' sind gleichfalls über Filmgelenke 42b, 42b' Greiferbacken 2, 2' eingebracht, mit einer orthogonal zur Linearachse B orientierten Längserstreckung. Die wangenartig ausgebildeten Verbindungselemente 42, 42' sind in ihrer Längserstreckung formstabil ausgebildet, so dass sie Zug- und Druckkräfte in Längserstreckung zu übertragen in der Lage sind.
Wird beispielsweise das vom faltenbalgartig ausgebildete Aktorelement 5 umschlossene Volumen vom Medium entleert, so bewegen sich die Kappenabschnitte 41, 41' längs zur Linearachse B aufeinander zu. Dies führt dazu, dass sich die Filmgelenke 42a, 42b bzw. 42a', 42b' derart deformieren, so dass die längs der Verbindungselemente 42, 42' wirkenden Druckkräfte die Greiferbacken 2, 2' orthogonal relativ zur Linearachse B voneinander weg bewegen, d. h. die Greiferbacken 2, 2' öffnen sich, d. h. deren gegenseitiger Abstand vergrößert sich längs einer senkrecht zur Linearachse B orientierten linearen Erstreckung.
Im umgekehrten Fall führt eine Befüllung des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes 5 mit einem Medium zu einer Beabstandung beider Kappenabschnitte 41, 41' längs der Linearachse B, wodurch sich die Greiferbacken 2, 2' längs einer orthogonal zur Linearachse B orientierten Linearachse aufeinander zu bewegen, d. h. eine Greifbewegung ausführen.
Für eine exakte Parallelführung beider Greiferbacken 2, 2' längs einer orthogonal zur Linearachse B orientierten Bewegungstrajektorie ist ein spiegelsymmetrischer Aufbau des in 5a gezeigten Greifers längs zu einer die Linearachse B enthaltenen Spiegelebene vorteilhaft, wenn nicht gar erforderlich.
Die 6a und b zeigen einen Roboter-Greifer mit drei relativ zueinander auslenkbaren Greiferbacken 2, 2', 2'' aus zwei unterschiedlichen Ansichtsperspektiven. Das Ausführungsbeispiel soll zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist einen lösungsgemäßen Roboter-Greifer mit mehr als zwei Greiferbacken auszubilden, die jeweils längs einer Linearachse B, B', B'' auslenkbar sind. Die aktorische Auslenkung jeder einzelnen Greiferbacke erfolgt in der gleichen Weise gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in den 1 bis 3 erläutert ist. Auch der illustrierte Dreibacken-Greifer ist in einer einstückigen Bauform ausgebildet und mit einem generativen Herstellverfahren zu fertigen.
Bezugszeichenliste

1: Befestigungsflansch
1': Befestigungsöffnungen
2, 2': Greiferbacken
3: Rahmen
3': Abschnitt des Rahmens
3': Durchgangsöffnung
3o: Obere Rahmenplatte
3u: Untere Rahmenplatte
4: Kraftübertragungselement
5: Faltenbalgartiges Aktorelement
5o, 5u: Oberes, unteres Ende des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes
6: Volumen des faltenbalgartig ausgebildeten Aktorelementes
7, 7', 8, 8': Greiferbackenarme
7a, 7a' 8a, 8a': Filmgelenke
9, 9': Kraftübertragungsstreben
9a, 9a', 9b, 9b': Filmgelenke
10, 10': Hebelarm
10a, 10a' 10b, 10b': Filmgelenke
11, 11': Verbindungsstrebe
11a, 11a', 11b, 11b': Filmgelenke
41, 41': Kappenabschnitt
42, 42': Verbindungselement
42a, 42b, 42a', 42b': Filmgelenk
51, 52: Teilvolumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005046160 C5 [0003, 0003]

Claims

Roboter-Greifer mit einem Befestigungsflansch (1) für eine lösbare Anbringung an einen Robotermanipulatorarm, mit wenigstens einem, sich in einem Rahmen (3) als mechanisches Gegenlager einseitig abstützenden Aktorelement (5), das wenigstens zwei Greiferbacken (2, 2') jeweils über einen Hebelarm (10, 10') betätigt, wobei – zumindest der Befestigungsflansch (1), der Rahmen (3) sowie das Aktorelement (5) einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt sind, und – das Aktorelement (5) faltenbalgartig ausgebildet, ein inneres, über wenigstens eine Öffnung mit einem Medium befüllbares Volumen (6) einschließt, symmetrisch an einen Abschnitt (3') des Rahmens (3) angeordnet und zwei durch den Abschnitt (3') hindurch miteinander kommunizierende Teilvolumina (51, 52) einschließt, die sich bei Befüllen mit dem Medium längs einer gemeinsamen Linearachse (B), jedoch in entgegengesetzte Richtungen auszudehnen und bei Entleeren der Teilvolumina (51, 52) in entgegengesetzter Richtung längs der Linearachse (B) zusammenzuziehen vermögen, wobei beide Teilvolumina (51, 52) jeweils dem Abschnitt (3') abgewandt einstückig mit einem der Hebelarme (10, 10') verbunden sind, die jeweils um eine mit dem Rahmen (3) verbundene Gelenkeinheit (10b, 10b') schwenkbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Greiferbacke (2, 2') mit einem der Hebelarme (10, 10') sowie mit wenigstens einer Verbindungsstrebe (11, 11') getrennt über jeweils ein erstes Filmgelenk (10a, 11a, 10a', 11a') verbunden ist, dass die wenigstens eine Verbindungsstrebe (11, 11') jeweils ein der Greiferbacke (2, 2') abgewandtes Verbindungsstrebenende aufweist, das über ein zweites Filmgelenk (11b, 11b') mit dem Rahmen (3) verbunden ist.
Roboter-Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinheiten (10b, 10b'), die ersten und zweiten Filmgelenk (10a, 11a, 10a', 11a', 11b, 11b') jeweils eine Scharnierachse aufweisen, die allesamt parallel zueinander orientiert sind.
Roboter-Greifer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen des jeweils zweiten Filmgelenks (11b, 11b') und der Gelenkeinheit (10a, 10a') pro Hebelarm und der diesem zugeordneten Verbindungsstrebe einen Abstand D einschließen, dass die Gelenkachsen der jeweils ersten Filmgelenke (10a, 11a; 10a', 11a') pro Hebelarm und der diesem zugeordneten Verbindungsstrebe ebenfalls den Abstand D einschliessen.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen der ersten Filmgelenke (10a, 11a, 10a', 11a') in einer ersten Ebene E1 liegen oder von dieser geschnitten werden.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkeinheiten (10b, 10b') und die zweiten Filmgelenke (11b, 11b') in einer zweiten Ebene E2 liegen oder von dieser geschnitten werden.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Filmgelenke (10a, 11a, 10a', 11a') jeweils räumlich getrennt nebeneinander angeordnet sind.
Roboter-Greifer mit einem Befestigungsflansch (1) für eine lösbare Anbringung an einen Robotermanipulatorarm, mit wenigstens einem, sich in einem Rahmen (3) als mechanisches Gegenlager einseitig abstützenden Aktorelement (5), das wenigstens zwei Greiferbacken (2, 2') mittel- oder unmittelbar kinematisch über ein Kraftübertragungselement (4) betätigt, wobei – zumindest der Befestigungsflansch (1), der Rahmen (3) sowie das Aktorelement (5) einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt sind, und – das Aktorelement (5) faltenbalgartig ausgebildet, ein inneres, über wenigstens eine Öffnung mit einem Medium befüllbares Volumen (6) einschließt, symmetrisch an einen Abschnitt (3') des Rahmens (3) angeordnet und zwei durch den Abschnitt (3') hindurch miteinander kommunizierende Teilvolumina (51, 52) einschließt, die sich bei Befüllen mit dem Medium längs einer gemeinsamen Linearachse (B), jedoch in entgegengesetzte Richtungen auszudehnen und bei Entleeren der Teilvolumina (51, 52) in entgegengesetzter Richtung längs der Linearachse (B) zusammenzuziehen vermögen, wobei beide Teilvolumina (51, 52) jeweils dem Abschnitt (3') abgewandt einstückig mit dem Kraftübertragungselement (4) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (4) folgende einstückig miteinander verbundene Abschnitte aufweist: – an beiden Teilvolumina (51, 52) ist jeweils dem Abschnitt (3') abgewandt ein Kappenabschnitt (41, 41') angebracht, der den Bewegungen des Aktorelementes (5) längs der Linearachse (B) folgt, – beide Kappenabschnitte (41, 41') sind längs zweier sich gegenüberliegender Seiten des Aktorelementes (5) jeweils mit wenigstens einem wangenartig ausgebildeten Verbindungselement (42, 42') jeweils über ein Filmgelenk miteinander verbunden, und – jeweils mittig zur Längserstreckung des wangenartig ausgebildeten Verbindungselementes (42, 42') ist jeweils eine Greiferbacke (2, 2') mit einem das Verbindungselement (42, 42') orthogonal zur Linearachse (B) überragenden Greiferbackenabschnitt (2a, 2a') angebracht.
Roboter-Greifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die Greiferbacke (2, 2') über wenigstens ein weiteres Filmgelenk mit dem Verbindungselement (42, 42') verbunden ist ist, und dass die Filmgelenk allesamt parallel zueinander orientierte Gelenkachsen aufweisen.
Roboter-Greifer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenabschnitt (41, 41') das Teilvolumen (51, 52) jeweils stirnseitig längs zur Linearachse (B) gasdicht abschließt.
Roboter-Greifer mit einem Befestigungsflansch (1) für eine lösbare Anbringung an einen Robotermanipulatorarm, und wenigstens einem, sich in einem Rahmen (3) als mechanisches Gegenlager einseitig abstützenden Aktorelement (5), das wenigstens zwei Greiferbacken (2, 2') mittel- oder unmittelbar kinematisch über ein Kraftübertragungselement (4) betätigt, wobei – zumindest der Befestigungsflansch (1), der Rahmen (3) sowie das Aktorelement (5) einstückig unter Verwendung eines generativen Fertigungsverfahren hergestellt sind, – das Aktorelement (5) faltenbalgartig ausgebildet ist, ein inneres, über wenigstens eine Öffnung mit einem Medium befüllbares Volumen (6) einschließt, das sich bei Befüllen mit dem Medium längs einer durch die faltenbalgartige Ausbildung des Aktorelementes (5) vorgegebene Linearachse (A) auszudehnen und bei Entleerung des Volumens in entgegengesetzter Richtung längs der Linearachse (A) zusammenzuziehen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass jede Greiferbacke (2, 2') mit wenigstens zwei separaten Greiferbackenarmen (7, 8, 7', 8') jeweils über wenigstens ein erstes Filmgelenk (7a, 8a, 7a', 8a') verbunden ist, dass jeder Greiferbackenarm (7, 8, 7', 8') gegenüberliegend zur Greiferbacke (2, 2') über wenigstens ein zweites Filmgelenk (7b, 8b, 7b', 8b') mit dem Rahmen (3) verbunden ist, dass den ersten (7a, 8a, 7a', 8a') und zweiten (7b, 8b, 7b', 8b') Filmgelenken jeweils eine Filmgelenkachse zuordenbar ist, dass die Filmgelenkachsen der ersten (7a, 8a, 7a', 8a') und zweiten (7b, 8b, 7b', 8b') Filmgelenke parallel zueinander orientiert sind, dass das mit dem Aktorelement (5) verbundene und gemeinsam mit dem Aktorelement (5) längs zur Linearachse (A) auslenkbare Kraftübertragungselement (4) mit wenigstens einem Greiferbackenarm (7, 7') pro Greiferbacke (2, 2') verbunden ist und derart mit diesem in Wirkverbindung steht, dass während eines Auslenkens des Kraftübertragungselementes (4) längs zur Linearachse (A), eine orthogonal zur Linearachse (A) auf die Greiferbackenarme (7, 7') orientierte Kraftkomponente (K) einwirkt.
Roboter-Greifer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die den Greiferbacken (2, 2') zuordenbaren Greiferbackenarme (7, 8, 7', 8') parallel zueinander verlaufen. 12 Roboter-Greifer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (4) wenigstens zwei jeweils mit dem Aktorelement (5) einseitig über ein Filmgelenk (9a, 9a') verbundene Kraftübertragungsstreben (9, 9') aufweist, die in Längserstreckung Druck- und Zugkräfte zu übertragen in der Lage sind, und dass die Kraftübertragungsstreben (9, 9') jeweils andererseits über ein Filmgelenk (9b, 9b') mit wenigstens einem Greiferbackenarm (7, 7') verbunden sind.
Roboter-Greifer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kraftübertragungsstreben (9, 9') spiegelsymmetrisch und jeweils schräg zur Linearachse (A) angeordnet und ausgebildet sind.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ersten Filmgelenke (7a, 8a, 7a', 8a') pro Greiferbacke (2, 2') einen gegenseitigen Abstand d einschließen, und dass die jeweils zweiten Filmgelenke (7a, 8a, 7a', 8a') pro Greiferbacke (2, 2') ebenfalls den gegenseitigen Abstand d einschließen.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiferbackenarme (7, 8, 7', 8') eine einheitliche Armlänge I aufweisen.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ersten Filmgelenke (7a, 8a, 7a', 8a') in einer gemeinsamen ersten Ebene E1 liegen oder von dieser geschnitten werden, dass die jeweils zweiten Filmgelenke (7b, 8b, 7b', 8b') in einer zweiten Ebene E2 oder von dieser geschnitten werden, und dass die erste und zweite Ebene parallel zueinander orientiert sind.
Roboter-Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zu fertigende Roboter-Greifer gesamtheitlich nach Form und Grösse als CAD-Datensatz vorliegt, der dem generativen Fertigungsverfahren in einer der folgenden Art als Fertigungsparameter zuführbar ist: – Rapid Prototyping mittels Photolithographischem Verfahren – Photopolymerisation durch schichtweises Aushärten aus einem Flüssigkeitsbad – Schichtweises Auftragen und Verfestigen von Pulverschichten – Schichtweises Austragen eines Bindemittels in einen Pulververbund – Energiestrahldepositionsverfahren in Metallpulver – Kunststoffextrudertechnik (FDM, Fused Deposition Modeling).