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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Greifer, ein Hebezeug und ein Verfahren zum Greifen bzw. Handhaben eines Gegenstandes oder mehrerer Gegenstände.
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Das Handhaben von Objekten mit Greifsystemen ist eine Standardaufgabe, z. B. in der Produktions- und Automatisierungstechnik, der Verpackungstechnik und der Logistik. Gängige elektrische und pneumatische Greifsysteme erfordern dabei grundsätzlich das Zuführen von elektrischer Energie, Stoff(en) und/oder Steuersignalen, um den Wirkmechanismus des Greifers einzuschalten bzw. um den Wirkmechanismus während des Transports des Gegenstandes aufrechtzuerhalten.
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Der Anschluss solcher Greifsysteme an einen Manipulator (z. B. einen Industrieroboter) erfordert daher, dass die Zufuhr von Energie-, Stoff(en) und/oder Steuersignalen sichergestellt wird. Weiterhin muss die Steuerung der Greiffunktion an den Handhabungsprozess angepasst werden. So ist u. a. sicherzustellen, dass das Greifsystem zum gewünschten Zeitpunkt geschlossen und geöffnet wird. Diese Erfordernisse erschweren die Integration elektrischer und pneumatischer Greifer in bestehende Systeme und Manipulatoren. Zudem entstehen erhebliche Kosten bei der Bereitstellung, u. a. für Steuerarchitektur, Zuleitungen und Generatoren, und im Betrieb, u. a. durch Stromkosten und Instandhaltungskosten (z. B. bei Leckagen in der Druckluftzufuhr).
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Andere Greifsysteme, die keine Zufuhr von elektrischer Energie, Betriebsstoffen und/oder Steuersignalen erfordern, sind zwar bekannt, können selbständig aber allenfalls einzelne Teilschritte des Handhabungsprozesses durchführen und erfordern daher externe Steuerung bzw. Eingriffe. So können z. B. mittels einer Steinschere Gegenstände rein mechanisch gehalten werden, vor bzw. nach dem eigentlichen Halten muss die Steinschere jedoch geöffnet werden. Der Einsatz solcher Greifsysteme in automatisierten Prozessen ist daher kaum möglich.
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Die
DE 44 15 874 A1 betrifft ein Verfahren zum Umsetzen von Gegenständen und eine entsprechende Vorrichtung. Die Greifeinrichtung hat schmale Greiforgane und ein Druckelement, welches die gegriffenen Gegenstände nach dem Öffnen der Greifvorrichtung wieder aus der Greifvorrichtung drückt, um so ein Verklemmen des gegriffenen Gegenstandes in der Greifvorrichtung zu verhindern, falls der Gegenstand seitlich abstehende Teile im Greifbereich aufweist.
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Die bisherigen Lösungsansätze erlauben keine zufriedenstellende einfache und kosteneffiziente Integration von Greifern in automatisierte Prozesse und automatisierte Manipulatoren. Da die Greifer nicht autark sind, ist insbesondere häufig die Zuführung von Energie, Stoff(en) und/oder Steuersignalen erforderlich. Zudem müssen die nachgelagerten Manipulatoren an die jeweiligen Greifer angepasst werden. All dies erfordert oft eine komplexe Steuerarchitektur.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen alternativen bzw. verbesserten Greifer, ein entsprechendes Hebezeug und ein Verfahren zum Greifen bzw. Handhaben eines Gegenstandes oder mehrerer Gegenstände zur Verfügung zu stellen, wobei insbesondere die Nachteile der bekannten Vorrichtungen ausgeräumt werden sollen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung weist die bevorzugten Vorteile auf, einen Greifer bereitzustellen, der im Aufbau einfach ist und dennoch ein zuverlässiges Greifen ermöglicht. Der zu ergreifende Gegenstand stellt den Auslöser für den Greifprozess dar, ohne aufwendige Sensorik und/oder Steuerungen bzw. Betriebsmittel erforderlich zu machen. Damit sind erfindungsgemäße Greifer und Hebezeuge vorzugsweise einfach in automatisierte Prozesse zu integrieren und können auch bei bestehenden Manipulatoren nachgerüstet werden. Des Weiteren sind erfindungsgemäße Greifer und Hebezeuge vorzugsweise auch in gefährlichen, wie beispielsweise explosiven Medien, wie im Bergbau, in einfacher und sicherer Weise einsetzbar.
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Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, einen Greifer zum Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes bereitzustellen. Der Greifer hat mindestens ein Greifelement zum kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes und mindestens eine mechanische Steuerung, wobei die Steuerung das Greifen und/oder ein Lösen des Greifelements veranlasst, nachdem eine im Wesentlichen zu dem zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstand gerichtete Auslöskraft auf die Steuerung übertragen wird.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung setzt die Steuerung das Greifen bzw. das Lösen des Greifelements über einen Rastmechanismus um. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen bistabilen Rastmechanismus bzw. um einen Rastmechanismus mit einem bistabilen Element. Ein solcher bistabiler Rastmechanismus bzw. ein solches bistabiles Element ist dabei vorzugsweise ein Mechanismus bzw. ein Element, das aufgrund seiner elastischen Eigenschaft, seiner Geometrie und/oder seiner Lagerung eine solche Kinematik aufweist, dass ähnlich einem (binären) Schalter zwei Zuständen existieren, wobei der Zustandswechsel durch Auslenkung eines Teils ausgelöst und vorzugsweise durch die Eigenspannung vollzogen wird. Der Mechanismus bzw. das Element ”schnappt” daher durch Betätigung an geeigneter Stelle von einem Zustand in den anderen.
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Vorzugsweise setzt die Steuerung das Greifen bzw. das Lösen über einen Rastmechanismus mit Kronrädern bzw. Zahnkränzen um. Der Fachmann wird erkennen, dass neben den unten beschriebenen Mechanismen zahlreiche mechanische Einrichtungen bzw. Anordnungen, die die bistabile Funktionalität bereitstellen, die für die Erfindung erforderlich ist, bekannt sind oder ohne Weiteres entworfen werden können. Auch Greifer mit anderen als den beschriebenen Mechanismen werden daher vom Schutzumfang der Patentansprüche umfasst.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist der erfindungsgemäße Greifer weiterhin ein Übermittlungselement zum Übertragen der Auslöskraft vom Gegenstand bzw. vom Greifelement auf die Steuerung auf. Das Übermittlungselement überträgt die Kraft vorzugsweise direkt vom Gegenstand bzw. vom Greifelement auf die Steuerung.
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Das Übermittlungselement ist gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform als Kontaktelement zum Kontaktieren des Gegenstandes ausgebildet bzw. vorgesehen. Die Steuerung veranlasst das Greifen und/oder ein Lösen des Greifelements dabei vorzugsweise, nachdem der Gegenstand vom Kontaktelement kontaktiert wurde und jeweils eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslöskraft überschritten wurde.
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Der Greifer gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform könnte daher auch als ein Greifer zum Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes definiert werden, der mindestens ein Greifelement zum kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes und mindestens ein Kontaktelement zum Kontaktieren des mindestens einen zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstandes hat, wobei das Kontaktelement ein Greifen und/oder ein Lösen des Greifelements veranlasst, nachdem der Gegenstand vom Kontaktelement kontaktiert wurde und jeweils eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslöskraft überschritten wurde. Die Auslöskraft resultiert bei dieser Ausführungsform der Erfindung dann, wenn das Kontaktelement den zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstand, beispielsweise direkt, kontaktiert.
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Die Auslöskraft bzw. die Auslöskräfte kann/können daher auch als Kontaktkraft bzw. Kontaktkräfte bezeichnet werden. Andererseits kann die Auslöskraft natürlich auch im Wesentlichen berührungslos, z. B. mittels magnetischer oder elektrischer Abstoßung auf das Kontaktelement bzw. auf das Übermittlungselement übertragen werden.
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Der erfindungsgemäße Greifer gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist vorzugsweise eine geöffnete Stellung auf, in der das Greifelement arretiert ist. Der erfindungsgemäße Greifer wird vorzugsweise in geöffneter Stellung (z. B. von einem Aktuator oder Manipulator, etwa einem nachgeordneten Manipulator) zu einem zu greifenden Gegenstand hingeführt, so dass das Kontaktelement den Gegenstand kontaktiert und eine Auslös- bzw. Kontaktkraft F auf das Übermittlungs- bzw. auf das Kontaktelement ausgeübt und auf die Steuerung übertragen wird.
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Die Steuerung des erfindungsgemäßen Greifers ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass nach dem Kontakt des Kontaktelements mit dem Gegenstand und Überschreiten einer im Wesentlichen direkt zum Gegenstand gerichteten Auslös- bzw. Kontaktkraft F1 das Greifen des Greifelements veranlasst wird. Vorzugsweise wird die Arretierung des Greifelements bei Überschreiten der Auslös- bzw. Kontaktkraft F1 durch die Steuerung gelöst. Stärker bevorzugt wird die Arretierung des Greifelements gelöst, indem die Bewegung des Kontaktelements erlaubt wird, wenn die vom Übermittlungselement bzw. vom Kontaktelement auf die Steuerung übertragene Kraft die Auslös- bzw. Kontaktkraft F1 oder eine andere Auslös- bzw. Kontaktkraft F3 überschreitet. Diese andere Auslös- bzw. Kontaktkraft F3 kann aus Sicherheitsgründen größer als F1 gewählt werden, um ein Lösen gegenüber dem Greifen zu erschweren. Dabei wird vorzugsweise die Bewegung des Übermittlungs- bzw. des Kontaktelements relativ zum Greifer, den Greifelementen und/oder der Steuerung erlaubt. Die Bewegung des Manipulators wird vorzugsweise bis zur Überschreitung der Auslös- bzw. Kontaktkraft F1 aufrecht erhalten.
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Das Greifelement eines erfindungsgemäßen Greifers ist vorzugsweise so mit dem Übermittlungs- bzw. Kontaktelement verbunden, dass es infolge der Relativbewegung des Übermittlungs- bzw. Kontaktelements auf den zu greifenden Gegenstand zu bewegt (Translation und/oder Rotation) wird und diesen dadurch kraft- und/oder formschlüssig greift. So kann das Greifelement z. B. geschwenkt werden. Dabei wird die auf das Übermittlungs- bzw. Kontaktelement wirkende Auslös- bzw. Kontaktkraft vorzugsweise zumindest teilweise auf das Greifelement übertragen. Das Greifelement kann z. B. über ein Gelenk, das fest mit dem restlichen Greifer bzw. dem Greifergehäuse verbunden ist, schwenkbar gelagert sein und mittels eines Zwischengliedes, das gelenkig mit dem Kontaktelement und axial verschiebbar am Greifelement befestigt ist, mit dem Übermittlungs- bzw. Kontaktelement verbunden werden.
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Ebenso sind jedoch auch andere Gestaltungen der Greifelemente möglich. So können die Greifelemente z. B. ein oder mehrere Übertragungsglieder aufweisen, die über ein Gelenk direkt mit dem Kontaktelement verbunden sind und wobei die Übertragungsglieder durch Elemente (z. B. feste oder drehbare Rollen), die bezüglich des Greifers im Wesentlichen ortsfest sind, bei Bewegung des Kontaktelements relativ zum Greifer aufgrund ihrer Form zu dem zu greifenden Gegenstand bewegt werden. Die Rollen zwingen die Greifelemente dabei, je nach der Position des Kontaktelements eine andere Winkelstellung einzunehmen.
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Optional kann das Übertragungsglied eine gebogene Form und/oder einen Querschnitt, der in Längsrichtung des Übertragungsgliedes größer wird, aufweisen. Die Rückstellung des Greifelements zum Öffnen des Greifers kann z. B. über eine Feder erreicht werden, die beispielsweise zwischen dem Übertragungsglied und einem ortsfesten Punkt oder zwischen den Übertragungsgliedern von zwei unterschiedlichen Greifelementen vorgesehen werden kann.
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Andere Greifelemente können ein oder mehrere vollständig bzw. stark nachgiebige bzw. biegbare Übertragungsglieder aufweisen, die z. B. in Form einer gebogenen Spange oder in Form eines Spangenabschnitts vorgesehen bzw. ausgebildet werden können, wobei die Spange bzw. der Spangenabschnitt durch Elemente (z. B. feste oder drehbar gelagerte Rollen), die bezüglich des Greifers im Wesentlichen ortsfest sind, als Schlaufe gehalten wird und wobei die Spange bzw. der Spangenabschnitt mit dem Kontaktelement z. B. direkt und/oder fest verbunden ist. Die Bewegung des Kontaktelements führt daher unmittelbar zum Schließen bzw. Öffnen der Spange, wobei die maximale Öffnungsweite der Spange in der geöffneten Stellung und die minimale Öffnungsweite in der geschlossenen Stellung über die Länge der Spange und die Spaltbreite zwischen den ortsfesten Elementen bedingt wird.
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Der erfindungsgemäße Greifer kann ein einzelnes Greifelement bzw. einzelne Greifelemente aufweisen, die den zu greifenden Gegenstand gegen Flächen des Greifers klemmen, die im Wesentlichen fest sind. Vorzugsweise weist der Greifer jedoch mindestens zwei Greifelemente auf, um den zu greifenden Gegenstand zu halten. Die mindestens zwei Greifelemente können symmetrisch oder asymmetrisch angeordnet werden. So können die Greifelemente z. B. symmetrisch um das Kontaktelement, um den Bereich des Greifers, der den zu greifenden Gegenstand aufnimmt, bzw. um eine beliebige Ebene angeordnet werden und vorzugsweise bedarfsweise umgesetzt werden.
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Die Greifelemente können den Gegenstand beim Greifen von außen umschließen und/oder in Bohrungen, Hohlräume, etc. des Gegenstandes eingreifen und z. B. eine nach außen gerichtete Kraft erzeugen.
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Die erfindungsgemäßen Greifer haben vorzugsweise einen Greifmechanismus der zumindest ein Greifelement hat. Das Greifelement eines erfindungsgemäßen Greifers weist vorzugsweise mindestens eine Greifbacke und mindestens ein nachgiebiges Übertragungsglied auf. Die Greifbacke ist vorgesehen bzw. ausgebildet, um den Gegenstand zu greifen, und kann auf den zu greifenden Gegenstand abgestimmt oder universell einsetzbar sein. Das nachgiebige Übertragungsglied überträgt die Kraft auf die Greifbacke. Aufgrund der Nachgiebigkeit werden die beim Greifen auf den Gegenstand wirkenden Kräfte reduziert. Die Nachgiebigkeit kann auch an anderen Stellen der kinematischen Kette des Greifmechanismus vorgesehen werden. So können alternativ und/oder zusätzlich auch andere Teile des Greifelements und/oder andere Elemente des Greifers, die mit dem Greifelement verbunden sind, nachgiebig ausgebildet werden. Dazu zählen u. a. Steuerung, Kontaktelement und Gelenke. Greifbacke und Übertragungsglied können integral hergestellt oder aus unterschiedlichen Teilen bzw. Materialien kraft-, form- oder stoffschlüssig zusammengesetzt werden.
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Der erfindungsgemäße Greifer weist ferner vorzugsweise eine geschlossene Stellung auf, in der das Greifelement im Wesentlichen arretiert ist. Die Arretierung verhindert dabei, dass das Greifelement aufgrund einer elastischen Rückstellkraft des Greifmechanismus, geöffnet wird. Die elastische Rückstellkraft ergibt sich vorzugsweise aus der elastischen Verformung der Übertragungsglieder. Darüber hinaus können aber auch andere dafür geeignete Elemente des Greifmechanismus elastisch verformbar gestaltet werden. So können z. B. verformbare Greifbacken, federgelagerte Gelenke oder ein elastisch verformbares Kontaktelement vorgesehen werden. Zudem kann die Elastizität regulärer Gelenke oder die Rückstellkraft des Rastmechanismus ausgenutzt werden, der gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung über eine Feder im Gehäuse gelagert werden kann. Die Steuerung des Greifers ist dafür vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass das geschlossene Greifelement nach dem Unterschreiten einer Auslös- bzw. Kontaktkraft F2 in der geschlossenen Stellung arretiert wird. Vorzugsweise wird die Auslös- bzw. Kontaktkraft F2 unterschritten, wenn der Greifer den zu greifenden Gegenstand nach dem Greifen anhebt bzw. bewegt. Je nach Ausgestaltung des Rastmechanismus kann das Greifelement aber auch bereits unmittelbar bei bzw. nach dem Schließen des Greifelements arretiert werden.
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Der erfindungsgemäße Greifer kehrt vorzugsweise wieder in eine geöffnete Stellung bzw. die Ausgangstellung zurück, wenn der gegriffene Gegenstand an einem Zielort (z. B. einer Abstellfläche) abgesetzt wird. Dafür ist die Steuerung des Greifers vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass nach dem Kontakt des Kontaktelements mit dem Gegenstand und Überschreiten einer zum Gegenstand gerichteten Auslös- bzw. Kontaktkraft F3 das Lösen der Arretierung veranlasst wird. Wenn der Greifer anschließend vom gegriffenen Gegenstand (z. B. mittels eines Manipulators) weggeführt wird, werden die Greifelemente vorzugsweise aufgrund einer elastischen Rückstellkraft des Greifmechanismus wieder geöffnet. Die Steuerung des erfindungsgemäßen Greifers ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass die Greifelemente anschließend wieder in der geöffneten Stellung arretiert werden. Dies geschieht vorzugsweise, wenn eine Auslös- bzw. Kontaktkraft F4 unterschritten wird.
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Die Auslös- bzw. Kontaktkraft F3, die das Lösen der Arretierung veranlasst, kann natürlich auch dynamisch aufgebracht werden. Eine entsprechende Auslöskraft kann beispielsweise bei einer ruckartigen Bewegung des Greifers entstehen, wenn die Trägheit der Gegenstandsmasse, der Masse des Kontaktelements und/oder einer anderen Schwungmasse ausgenutzt wird. Somit ist z. B. durch ruckartige Bewegung des Greifers auch ein Öffnen des Greifers „in der Luft” möglich. Das Absetzen des Gegenstandes am Zielort ist für das Lösen des Greifers daher nicht zwingend erforderlich.
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Sofern die zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstände eine vergleichbare oder bekannte Größe haben, kann das Kontaktelement auch eine Fläche kontaktieren, auf der der Gegenstand steht und/oder abgestellt werden soll.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Greifelement als Saugglocke vorgesehen bzw. ausgebildet. Zum Greifen des Gegenstandes wird die Saugglocke vorzugsweise bis zum Überschreiten einer Auslöskraft auf den Gegenstand zu bewegt. Dabei wird die Saugglocke vorzugsweise elastisch verformt, wodurch ein Medium (z. B. Luft), aus dem Zwischenraum zwischen der Saugglocke und dem Gegenstand verdrängt wird und ein entstehender Unterdruck das Anheben des Gegenstandes mit dem Greifer ermöglicht.
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Die Auslöskraft kann auf verschiedenen Wegen von der Saugglocke auf die Steuerung übertragen werden. Unter anderem ist es möglich, dass der Gegenstand nur von der Saugglocke kontaktiert wird. Das Übermittlungselement kann in diesem Fall integral mit der Saugglocke oder als separates Bauteil, auf das die Saugglocke die Kraft (z. B. direkt oder über eine Feder) überträgt, ausgebildet bzw. vorgesehen sein. Alternativ kann das Übermittlungselement auch als ein Kontaktelement ausgebildet sein, das den Gegenstand unmittelbar kontaktiert.
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Die Saugglocke weist gemäß einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform mindestens eine definierte Öffnung auf, die vorzugsweise verschlossen wird, wenn die Saugglocke auf den Gegenstand zu bewegt wird, sodass ein Unterdruck in der Saugglocke erzeugt werden kann. Die Öffnung kann beispielsweise durch ein mit der Steuerung verbundenes Verschlusselement verschlossen und/oder abgedichtet werden, wobei das Verschlusselement auch integral mit dem Übermittlungselement ausgebildet sein kann. Wenn eine Auslöskraft F1, die z. B. von der Saugglocke über das Übermittlungselement auf die Steuerung übertragen wird, erreicht bzw. überschritten wird, wird das Verschlusselement vorzugsweise in einer ersten Position arretiert, in der es die Öffnung der Saugglocke verschließt. Der erzeugte Unterdruck bleibt daher weitestgehend erhalten und der Gegenstand kann angehoben und/oder transportiert werden.
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Die Öffnung der Saugglocke wird vorzugsweise wieder freigegeben, wenn der gegriffene Gegenstand an einem Zielort (z. B. einer Abstellfläche) abgesetzt und der Greifer zurückgezogen wird. Dafür ist die Steuerung des Greifers vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass nach Übertragung einer weiteren Auslöskraft F3 das Lösen der Arretierung des Verschlusselements veranlasst wird. Folglich kann ein die Saugglocke umgebendes Fluid in die Saugglocke strömen, so dass der Unterdruck ausgeglichen wird und die Saugglocke abgehoben werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante der Ausführungsform ist die Öffnung der Saugglocke über einen Kanal bzw. über eine Leitung direkt mit einer Entlüftung in der Steuerung verbunden. Die Entlüftung wird dabei vorzugsweise verschlossen, wenn eine Auslöskraft F1, die z. B. von der Saugglocke direkt auf die Steuerung übertragen wird (integral ausgebildetes Übermittlungselement), erreicht bzw. überschritten wird, und geöffnet wenn eine weitere Kraft auf die Steuerung übertragen wird, die eine Auslöskraft F3 erreicht bzw. überschreitet.
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Die Bezeichnung „Entlüftung” soll nicht ausschließen, dass andere Fluide bzw. Gase durch die Öffnung und/oder den Kanal strömen. Der Greifer kann in einem anderen Medium als Luft verwendet und insbesondere auch unter Wasser eingesetzt werden.
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Gemäß einer weiteren Variante der Ausführungsform der Erfindung, bei der das Greifelement als Saugglocke ausgebildet ist, weist die Saugglocke keine Öffnung auf. Die Saugglocke wird stattdessen zum Lösen des Gegenstandes verformt. Beispielsweise kann die Steuerung so vorgesehen bzw. ausgebildet sein, dass das Übermittlungselement bei Überschreiten einer entsprechenden Auslöskraft beim Absetzen des Gegenstandes dermaßen auf die Saugglocke gedrückt wird, dass die Saugglocke an einer Kontaktfläche zum Transportgut undicht wird.
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Je nach Einstellung eines nachgeordneten Manipulators können die beschriebenen Greifer bis zum Erreichen der Auslöskräfte oder darüber hinaus auf den Gegenstand zu bewegt werden.
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Die Steuerung des erfindungsgemäßen Greifers setzt das Greifen bzw. Lösen der Greifelemente vorzugsweise mechanisch, stärker bevorzugt über einen Rastmechanismus um. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen bistabilen Rastmechanismus, der zwei stabile Rastpositionen aufweist, um den Greifer in zwei Stellungen, der geöffneten und der geschlossenen Stellung, im Wesentlichen stabil zu arretieren.
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Als Rastmechanismus kommt jeder Mechanismus in Betracht, der die erforderliche Funktionalität aufweist. Geeignet sind insbesondere Mechanismen, bei denen das Überschreiten und Unterschreiten vordefinierter Kräfte zum Einrasten bzw. Arretieren des Kontaktelements oder eines damit verbundenen Teils des Greifmechanismus führt.
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Wird ein Rastmechanismus als Steuerung verwendet, kann der Mechanismus z. B. ein bewegliches Element mit einer gestuften Nut oder gestuften Vorsprüngen aufweisen, das mit dem Kontaktelement oder einem mit dem Kontaktelement verbundenen Teil des Greifmechanismus interagiert. Die Nut bzw. die Vorsprünge des beweglichen Steuerungs- oder Rastelements interagieren dabei vorzugsweise mit einem Abschnitt bzw. Ende des Kontaktelements, das nicht in Kontakt mit dem zu greifenden Gegenstand kommt. Die Nut bzw. die Vorsprünge sind vorzugsweise so gestaltet, dass sich das Kontaktelement je nach Position in der Nut bzw. je nach Position zu den Vorsprüngen in bestimmten Richtungen bewegen kann oder im Wesentlichen arretiert ist. Die Arretierung muss nicht notwendigerweise formschlüssig sein. Die Bewegung kann z. B. auch durch eine entsprechende Kraft oder Vorspannung im Wesentlichen verhindert werden. Ferner ist auch eine Behinderung durch Stoffschluss (z. B. eine Adhäsion mit thixotropen Flüssigkeiten) prinzipiell möglich.
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Vorzugsweise verändert sich bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Kontaktkräfte F1, F2, F3 und/oder F4 die Relativposition des Rastelements zum Übermittlungselement bzw. des Rastelements zum Kontaktelement. Weiter bevorzugtwird das bewegliche Rastelement relativ zu dem Ende des Übermittlungselements, das mit dem beweglichen Rastelement interagiert, bewegt, verdreht und/oder verschoben.
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Die Übersetzung der Auslös- bzw. Kontaktkräfte bzw. der Bewegungen (z. B. eine Translation) des Übermittlungselements in eine Verdrehung und/oder Verschiebung zur Verstellung des beweglichen Rastelements wird vorzugsweise mittels eines Verstellmechanismus erreicht. Dieser kann z. B. mittels verschiedener Zahnkranz- bzw. Kronradkonfigurationen realisiert werden. Vorzugsweise weist der Verstellmechanismus drei übereinanderliegende Zahnkränze auf. Nicht alle Zahnkränze weisen notwendigerweise entlang des gesamten Umfangs Zähne auf. Je nach gewähltem Verstellmechanismus kann/können einer oder mehrere der Zahnkränze aus einem einzelnen Zahn oder einzelnen Zähnen bestehen. Vielfältige Arten solcher Verstellmechanismen sind dem Fachmann bekannt und werden z. B. in gängigen Kugelschreibern verwendet.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch das Kontaktelement bzw. ein damit verbundener Teil des Greifmechanismus relativ zum Rastelement bewegt werden, um die Greifelemente nach Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Kontaktkräfte zu arretieren oder zu lösen
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Wird ein Rastmechanismus vorgesehen, der einen ersten Schaltpunkt an einer ersten Eintauchtiefe und einen zweiten Schaltpunkt an einer zweiten Eintauchtiefe aufweist, kann erreicht werden, dass das Kontaktelement bzw. das Greifelement arretiert wird wenn das Kontaktelement die erste Eintauchtiefe erreicht. Ein Anheben des Gegenstandes ist in diesem Fall zur Arretierung des Greifelements nicht erforderlich. Das Öffnen des Greifelements kann durch ein erneutes bzw. tieferes Eintauchen des Kontaktelements erreicht werden.
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Statt des Kontaktelements können auch andere Elemente des Greifmechanismus arretiert werden. So kann z. B. auch mindestens ein Greifelement direkt oder indirekt mit der Steuerung und/oder einem Rastelement interagieren.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Hebezeug mit einem oder mehreren Greifern gemäß einer oder mehreren der erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Das Hebezeug kann einen Manipulator aufweisen, der den Greifer vor dem Greifen zu dem zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstand verfahrt bis eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslöskraft der Steuerung überschritten wird und/oder der den Greifer nach dem Greifen zu einer Positionierungsfläche verfährt bis eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslöskraft der Steuerung überschritten wird. Das Hebezeug kann so vorgesehen bzw. ausgebildet sein, dass keine Zuführung von Betriebsmitteln bereitgestellt wird.
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Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Greifen bzw. Handhaben (mindestens eines Gegenstandes) mit einem Greifer nach einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen mit den Schritten: Vorsehen mindestens eines Greifelements zum kraft-, form- und/oder stoffschlüssigen Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes, Vorsehen mindestens einer mechanischen Steuerung, wobei der Greifer zum Greifen und/oder Lösen des Greifelements zum Gegenstand verfahren wird und die Steuerung das Greifen und/oder ein Lösen des Greifelements veranlasst, nachdem eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslöskraft auf die Steuerung übertragen wird. Das Verfahren kann ferner jedwede weiteren Verfahrensschritte aufweisen, die zur Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Greifers oder dessen Verwendung zum Greifen bzw. Handhaben eines Gegenstandes erforderlich sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Greifers werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1a eine schematische Darstellung eines Greifmechanismus eines erfindungsgemäßen Greifers;
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2a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers in einer geöffneten Stellung (Stellung 0);
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2b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers in einer geschlossenen Stellung (Stellung 1) vor dem Anheben des Gegenstandes;
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2c eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers in einer geschlossenen Stellung (Stellung 2) nach dem Anheben des Gegenstandes;
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2d eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers in einer geschlossenen Stellung (Stellung 3) nach dem Absetzen Gegenstandes;
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3 eine schematische Darstellung einer Steuerung und eines erfindungsgemäßen Greifers;
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4a–4d schematische Darstellungen eines ersten Verstellmechanismus zur Verstellung des beweglichen Steuerungselements eines erfindungsgemäßen Greifers;
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5a–5f schematische Darstellungen eines zweiten Verstellmechanismus zur Verstellung des beweglichen Steuerungselements eines erfindungsgemäßen Greifers;
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6 eine schematische Darstellung der Kronräder einer Steuerung eines erfindungsgemäßen Greifers;
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7a–7e schematische Darstellungen eines Übergangs der Steuerung von 6 von Lage 2 in Lage 0;
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8a–8b schematische Darstellungen eines weiteren Greifmechanismus eines erfindungsgemäßen Greifers;
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9a–9b schematische Darstellungen eines weiteren Greifmechanismus eines erfindungsgemäßen Greifers;
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10 schematische Darstellung eines weiteren Greifmechanismus eines erfindungsgemäßen Greifers;
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11a eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers, bei dem das Greifelement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer geöffneten Stellung (Stellung 0);
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11b eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers, bei dem das Greifelement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer geschlossenen Stellung (Stellung 1) vor dem Anheben des Gegenstandes;
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11c eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers, bei dem das Greifelement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer geschlossenen Stellung (Stellung 2) nach dem Anheben des Gegenstandes;
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11d eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Greifers, bei dem das Greifelement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer geschlossenen Stellung (Stellung 3) nach dem Absetzen Gegenstandes;
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12a–12b eine schematische Darstellung der Kronräder einer Steuerung eines erfindungsgemäßen Greifers, wobei eine Entlüftung in der Steuerung vorgesehen ist.
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In 1 ist der Greifmechanismus 10 eines Greifers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Der Greifmechanismus 10 weist vorzugsweise ein Kontaktelement 11 auf. Auf der Seite des Greifers, die zu dem zu greifenden Gegenstand 25 gerichtet ist, hat das Kontaktelement 11 vorzugsweise mindestens ein Ende 12 zum Kontaktieren des Gegenstandes 25. Das Kontaktelement 11 weist vorzugsweise ferner mindestens ein weiteres Ende 13 auf, das direkt und/oder über weitere Teile der Steuerung bzw. des Greifmechanismus 10 mit der Steuerung interagiert.
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Der Greifmechanismus 10 hat ferner ein Greifelement 14, das eine Greifbacke 16 und ein nachgiebiges Übertragungsglied 15 aufweist. Das Greifelement 14 ist vorzugsweise über ein Gelenk 17 schwenkbar gelagert. Das Gelenk 17 kann im Wesentlichen fest mit dem Greifer (z. B. dem Gehäuse des Greifers) verbunden sein. Obwohl die gezeigte Ausführungsform zwei symmetrisch angeordnete Greifelemente 14 aufweist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Der Greifer kann auch ein einzelnes, drei, vier oder mehr Greifelemente aufweisen, die symmetrisch angeordnet sein können oder nicht.
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Das Kontaktelement 11 ist vorzugsweise dermaßen mechanisch mit dem Greifelement 14 bzw. den Greifelementen verbunden, dass die Greifelemente auf den zu greifenden Gegenstand 25 zu bewegt bzw. geschwenkt werden, wenn sich das Kontaktelement 11 aufgrund einer Kontaktkraft, die durch den Kontakt mit dem zu greifenden Gegenstand 25 verursacht wird, bewegt. Stärker bevorzugt wird eine Längsbewegung des Kontaktelements 11 mechanisch in eine Schwenkung der Greifelemente übersetzt. Das Kontaktelement 11 kann dafür über ein Zwischenglied 18 mit dem Greifelement 14 verbunden werden. Das Zwischenglied 18 ist vorzugsweise über ein Gelenk 20 gelenkig mit dem Kontaktelement 11 und über eine Lagerstelle 19 verschiebbar mit dem Greifelement 14 verbunden.
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Die 2a bis 2d zeigen schematisch einen bevorzugten Positionierungsprozess mit dem erfindungsgemäßen Greifer sowie die jeweiligen Zustande der Steuerung 40. Dabei ist zu beachten, dass die Steuerungszustände in den 2a bis 2d nur eine Bewegung des Kontaktelements verdeutlichen, die vorzugsweise durch die Steuerung hervorgerufen wird. Bevorzugte Mechanismen, die einen solchen Bewegungsablauf bedingen, sind nicht dargestellt und werden erst unten anhand der 3, 4a bis 4d und 5a bis 5f näher erläutert.
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Wie in 2a dargestellt, wird der Greifer zunächst in geöffneter Stellung (Stellung 0) von einem Manipulator (nicht dargestellt) mit einer Geschwindigkeit v zu dem zu greifenden Gegenstand geführt. Die Steuerung befindet sich dabei in einer ersten stabilen Lage 0, in der das Kontaktelement 11 (und somit die Greifelemente 14) arretiert ist.
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Die Steuerung 40 ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass nach dem Kontakt des Kontaktelements 11 mit dem Gegenstand 25 und Überschreiten einer ersten zum Gegenstand gerichteten Kontaktkraft F1 das Greifen der Greifelemente 14 durch die Steuerung 40 veranlasst wird (2b). Dazu wird vorzugsweise bei Überschreiten der Kontaktkraft F1 die Arretierung des Kontaktelements 11 gelöst, so dass sich das Kontaktelement 11 infolge der Kontaktkraft bewegen kann. Aufgrund der Bewegung des Kontaktelements 11 werden die Greifelemente 14 und die Greifbacken 16 gegen den Gegenstand 25 gedrückt (Stellung 1).
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Sofern ein nachgiebiges Glied als Übertragungsglied 15 verwendet wird, kommt es beim Schließen der Greifbacken 16 zu einer Vorspannung und/oder elastischen Verformung des Übertragungsgliedes 15. Dies ist vorteilhaft, weil die bei Erreichung der Schaltstellung 2 auf den Gegenstand 25 wirkenden Kräfte reduziert werden. Anstelle oder zusätzlich zu einem nachgiebigen Übertragungsglied 15 kann jedoch auch an anderen Stellen der kinematischen Kette des Greifmechanismus 10 eine Nachgiebigkeit vorgesehen werden. Hierfür kommen z. B. das Kontaktelement 11, die Greifbacken 16, die Zwischenglieder 18 und/oder die Gelenke 17, 20 in Betracht. Ist bei der jeweiligen Anwendung keine Nachgiebigkeit erforderlich, kann der Greifmechanismus 10 auch im Wesentlichen starr gestaltet werden.
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Wie in 2c dargestellt, ist die Steuerung 40 ferner vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass sie nach dem Anheben des Gegenstandes die Arretierung des Greifmechanismus 10 in der geschlossenen Position veranlasst (Stellung 2). Dies geschieht vorzugsweise, wenn die Kontaktkraft aufgrund des Anhebens eine zweite Kontaktkraft F2 unterschreitet. Je nach Ausgestaltung des Rastmechanismus kann das Greifelement 14 aber auch bereits unmittelbar bei bzw. nach dem Schließen des Greifelements 14 arretiert werden.
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Sofern der gewählte Steuermechanismus zur Arretierung eine teilweise Rückstellung des Kontaktelements 11 erfordert, kann die Nachgiebigkeit des Greifmechanismus 10 verhindern, dass es zu einer unerwünschten Lockerung des Griffs kommt. So kann eine etwaige Rückstellung z. B. über eine zumindest teilweise Rückverformung der nachgiebigen Übertragungsglieder 15 ausgeglichen werden. Ebenso können verformbare Greifbacken, federgelagerte Gelenke oder ein elastisch verformbares Kontaktelement vorgesehen bzw. die Elastizität regulärer Gelenke oder die Rückstellkraft des Rastmechanismus ausgenutzt werden.
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Nach dem Schließen der Greifelemente 14 bzw. nach dem Anheben des Gegenstandes 25 befindet sich die Steuerung 40 daher vorzugsweise in einer zweiten stabilen Lage 2, in der das Kontaktelement 11 (und somit die Greifelemente 14) arretiert ist.
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Die Steuerung 40 ist vorzugsweise auch so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass sie beim Absetzen des Gegenstandes 25 die Lösung der Arretierung des Greifmechanismus 10 und somit die Öffnung der Greifelemente 14 veranlasst (2d). Dies geschieht vorzugsweise nach Kontakt des Kontaktelements 11 mit dem Gegenstand 25 und Überschreiten einer zum Gegenstand gerichteten Kontaktkraft F3. Der Gegenstand 25 und der Greifer, der diesen hält, wird dabei vorzugsweise von einem nachgeordneten Manipulator auf eine Abstellfläche bzw. eine Kontaktfläche 30 zu bewegt. Die Bewegung des nachgeordneten Manipulators wird vorzugsweise bis zur Überschreitung der Kontaktkraft F3 aufrecht erhalten.
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Schließlich ist die Steuerung 40 vorzugsweise so vorgesehen, dass sie anschließend die Arretierung des Greifmechanismus 10 in der geöffneten Position veranlasst (Stellung 0). Vorzugsweise wird der Greifmechanismus 10 in der geöffneten Position arretiert, wenn er nach dem Öffnen (z. B. von einem nachgeordneten Manipulator) von dem zu greifenden Gegenstand 25 weggeführt wird und/oder die Kontaktkraft eine vierte Kontaktkraft F4 unterschreitet. Der Greifmechanismus 10 bzw. die Greifelemente 14 kehren dabei vorzugsweise in die Ausgangsstellung zurück (2a).
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Die Steuerung 40 eines erfindungsgemäßen Greifers ist vorzugsweise ein mechanischer Mechanismus, stärker bevorzugt ein Rastmechanismus. In 3 ist eine Steuerung 40 eines erfindungsgemäßen Greifers in Form eines Rastmechanismus schematisch dargestellt. Der Rastmechanismus kann z. B. ein Steuerungs- oder Rastelement 41 aufweisen, mit dem das Ende 13 des Kontaktelements 11 (gestrichelt dargestellt) interagiert.
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Das Rastelement 41 kann eine gestufte Nut oder gestufte Vorsprünge aufweisen. Die Nut bzw. die Vorsprünge sind vorzugsweise so gestaltet bzw. ausgebildet, dass das Ende 13 des Kontaktelements 11 mit dem Rastelement 41 in mindestens zwei Lagen stabil einrastet. Diese Lagen werden in 3 als stabile Lagen 0 und 2 gekennzeichnet. Wie dargestellt, wird das Ende 13 des Kontaktelements 11 vom Rastelement 41 in den stabilen Lagen 0 und 2 dabei vorzugsweise in mindestens eine Bewegungsrichtung arretiert. Es handelt sich daher um einen bistabilen Rastmechanismus. Das Rastelement 41 kann zylindrisch sein und die Nut bzw. die Vorsprünge können entlang einer zylindrischen Außen- und/oder Innenwand des Rastelements 41 vorgesehen werden.
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Wird ein Rastelement 41 zur Steuerung des Greifmechanismus 10 eingesetzt, ist die Steuerung 40 vorzugsweise so gestaltet bzw. ausgebildet, dass sich bei Überschreiten der Kontaktkräfte F1 und/oder F3 bzw. der entsprechenden Stellwege die Relativposition von dem Rastelement 41 und dem Ende 13 des Kontaktelements 11 verstellt. Ferner ist die Steuerung 40 vorzugsweise so gestaltet, dass sich die Relativposition von dem Rastelement 41 und dem Ende 13 des Kontaktelements 11 bei Unterschreiten der Kontaktkräfte F2 und/oder F4 verstellt. So kann das Rastelement 41 z. B. so gestaltet bzw. ausgebildet sein, dass es sich bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Kontaktkräfte bewegt, verdreht und/oder verschiebt. Alternativ und/oder zusätzlich kann sich auch das Kontaktelement 11, das Ende 13 des Kontaktelements 11 bzw. weitere Teile des Greifmechanismus 10, die damit verbunden sind, relativ zum Rastelement 41 bewegen. Die Relativposition von dem Rastelement 41 und dem Ende 13 des Kontaktelements 11 ist bei Erreichen einer stabilen Lage 0 nach Durchlaufen eines Rastzyklus nicht notwendigerweise die selbe wie zuvor.
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Der dargestellte Mechanismus 40 hat daher mindestens zwei stabile Zustände (die Lagen 0 und 2), wobei der Zustandswechsel durch Auslenkung des Kontaktelements 11 ausgelöst wird. Der Mechanismus 40 „schnappt” durch Betätigung des Kontaktelements 11 von einem stabilen Zustand in den anderen, wenn eine entsprechende Auslöskraft erreicht wird.
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Bei Überschreiten bzw. Unterschreiten der jeweiligen Kontaktkräfte kommt es vorzugsweise zu einer Axialbewegung des Kontaktelements 11, die durch einen Verstellmechanismus 50 in eine Verdrehung und/oder Verschiebung eines beweglichen Teils (z. B. des Rastelements 41) umgesetzt wird. Solche Mechanismen können mittels diverser Zahnkranz- bzw. Kronradkonfigurationen realisiert werden und sind dem Fachmann z. B. aus Kugelschreibern bekannt. Zur Realisierung eines Verstellmechanismus werden vorzugsweise drei übereinanderliegende Zahnkränze verwendet. Diese müssen nicht notwendigerweise alle entlang des gesamten Umfangs Zähne aufweisen. Je nach gewähltem Verstellmechanismus kann/können einer oder mehrere der Zahnkränze aus einem einzelnen Zahn oder einzelnen Zähnen bestehen. „Zahnkränze” und „Kronräder” werden im Rahmen der Erfindung als austauschbare Elemente betrachtet. Soweit technisch sinnvoll kann ein „Zahnkranz” bzw. ein „Kronrad” in jeder der beschriebenen bzw. zu beschreibenden Ausführungsformen durch das jeweils andere Element ersetzt werden.
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In den 4a bis 4d ist eine erste Ausführungsform des Verstellmechanismus 50 eines erfindungsgemäßen Greifers schematisch dargestellt. Der Verstellmechanismus 50 weist zwei feste Zahnkränze 51 und 53 sowie einen axial verschiebbaren und rotierbaren Zahnkranz 52 auf. Der bewegliche Zahnkranz 52 wird durch eine Rückstellkraft (z. B. durch die Vorspannung einer nicht dargestellten Feder) auf den festen Zahnkranz 51 gedrückt. Der Zahnkranz 53 ist gegenüber dem Zahnkranz 51 verdreht/versetzt. Die Verdrehung kann z. B. eine halbe Zahnlänge betragen.
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Der bewegliche Zahnkranz 52 dreht sich, wenn eine Rückstellkraft überschritten wird und der Zahnkranz 52 entlang der Achse 54 verschoben und gegen den Zahnkranz 53 gedrückt wird (4b). Der bewegliche Zahnkranz 52 dreht sich anschließend erneut, wenn die Rückstellkraft unterschritten wird und der Zahnkranz 52 wieder auf den Zahnkranz 51 gedrückt wird. Wird das Rastelement 41 mit dem beweglichen Zahnkranz 52 verbunden oder integral damit gefertigt, führt die Drehung des Zahnkranzes zur Verstellung der Rastposition.
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In den 5a bis 5f ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verstellmechanismus 50 schematisch dargestellt. Der Verstellmechanismus 50 weist mindestens einen ersten, axial verschiebbaren und rotationsfesten Zahnkranz 51, einen zweiten, axial verschiebbaren und rotierbaren Zahnkranz 52 sowie einen dritten, festen Zahnkranz 53 auf. Die Zähne des ersten Zahnkranzes 51 haben eine Neigung α1, die geringer als die Neigung α2 der Zähne des dritten Zahnkranzes 53 ist. Der zweite Zahnkranz 52 hat auf beiden Seiten Zähne, wobei die Zähne, die mit dem ersten Zahnkranz 51 in Kontakt stehen, die Neigung α1 aufweisen und die Zähne, die mit dem dritten Zahnkranz 53 in Kontakt stehen, die Neigung α2 aufweisen. Die Zähne des ersten Zahnkranzes 51 und die Zähne des dritten Zahnkranzes 53 sind vorzugsweise zumindest geringfügig gegeneinander verdreht/versetzt. Wie die Abfolge in den 5a–5f zeigt, kommt es zu einer Verdrehung des rotierbaren zweiten Zahnkranzes 52, wenn dieser durch den axial verschiebbaren ersten Zahnkranz 51 gegen den festen dritten Zahnkranz 53 gedrückt wird. Die Ausführungsform gestattet daher die Verstellung der Rastposition bei Überschreiten einer bestimmten Kontaktkraft.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Kronräder einer bevorzugten Steuerung 40 eines erfindungsgemäßen Greifers, wobei die Verzahnung der jeweiligen Kronräder projiziert als Kreis gezeigt wird. Das erste Kronrad 51 ist so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass der Zahn bzw. Zahnkranz 52, der vorzugsweise mit dem Kontaktelement 11 verbunden ist, in einer ersten stabilen Lage 0 und einer zweiten stabilen Lage 2 einrasten kann.
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Die Relativposition des Zahnes 52 zum ersten Kronrad 51 ist in der ersten stabilen Lage 0 und der zweiten stabilen Lage 2 vorzugsweise nicht gleich. Vorzugsweise ragt der Zahn 52 in der stabilen Lage 2 weiter in das erste Kronrad 51 hinein, so dass das Kontaktelement 11 in der stabilen Lage 2 tiefer in den Greifmechanismus 10 geschoben wird. Das erste Kronrad 51 weist daher vorzugsweise eine Verzahnung mit wechselnden Zahntiefen auf (siehe 6). Das dritte Kronrad 53 kann eine gleichmäßige Verzahnung aufweisen.
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Die Steuerung von 6 wird in 7a in der zweiten stabilen Lage 2 dargestellt, die z. B. der geschlossenen Schaltstellung 2 des Greifers entsprechen kann. Wird der Zahn bzw. Zahnkranz 52, der mit dem Übermittlungselement bzw. mit dem Kontaktelement 11 verbunden ist, wie in 7b dargestellt in Richtung des dritten Zahnkranzes 53 verschoben, wird der Zahn 52 aus der stabilen Lage 2 ausgelenkt und wie in 7c gezeigt über den Kamm des ersten Kronrades 51 geschoben. Wie in 7e gezeigt, schnappt der Zahn 52 aufgrund der elastischen Rückstellkraft des Mechanismus 40 anschließend in eine erste stabile Lage 0, in der sich der erfindungsgemäße Greifer z. B. in der geöffneten Stellung 0 befindet. Die Rückstellkraft des Mechanismus 40 kann beispielsweise zumindest auch aus einer Feder 24 resultieren, die wie in 6 dargestellt z. B. zwischen dem Zahnkranz 52 und einem Ende 12 des Kontaktelementes 11 vorgesehen werden kann.
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In den 8a und 8b ist ein Greifmechanismus eines Greifers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in einer geöffneten bzw. einer geschlossenen Stellung schematisch dargestellt. Auch dieser Greifmechanismus weist vorzugsweise ein Kontaktelement 11 auf, das ein Ende 12 zum Kontaktieren des Gegenstandes 25 haben kann. Ein gegenüberliegendes Ende 13 des Kontaktelements 11 interagiert vorzugsweise direkt und/oder über weitere Zwischenteile mit der Steuerung 40.
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Der Greifmechanismus 10 aus den 8a und 8b hat ferner ein Greifelement 14, das eine Greifbacke 16 und ein vollständig bzw. stark nachgiebiges Übertragungsglied 15 aufweist, wobei die Greifbacke 16 auch integral mit dem Übertragungsglied 15 ausgebildet sein kann. Das nachgiebige Übertragungsglied 15 ist vorzugsweise mit dem Kontaktelement 11 im Wesentlichen fest verbunden und wird von mindestens zwei ortsfesten Rollen 21, die im Wesentlichen bezüglich des Greifers bzw. bezüglich des Greifmechanismus 10 ortsfest sind, in einem schlaufenförmigen Zustand gehalten. Vorzugsweise bildet das Übertragungsglied 15 eine Spange, wobei die Greifbacken 16 an gegenüberliegenden Enden der Spange befestigt werden. Der Abstand zwischen den Greifbacken 16 verändert sich daher, wenn das Kontaktelement 11 relativ zum Greifer und somit auch relativ zu den Rollen 21 bewegt wird. Wie in 8b gezeigt, sind die Greifbacken 16 weiter geschlossen (Stellung 2 des Greifers), wenn sich die Steuerung 40 in der zweiten stabilen Lage 2 befindet.
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Selbstverständlich kann ein entsprechendes Greifelement 14 auch aus einer einzelnen Spangenhälfte oder aus mehreren versetzt angeordneten Spangenhälften zusammengesetzt werden. Die Rollen 21 können durch andere ortsfeste Elemente beliebiger Form ersetzt werden.
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Die 9a und 9b zeigen einen weiteren Greifmechanismus eines erfindungsgemäßen Greifers. Der Greifmechanismus weist vorzugsweise ein Kontaktelement 11 auf, wobei weiter bevorzugt mindestens ein Greifelement 14 über ein Gelenk 23 mit dem Kontaktelement 11 verbunden ist. Das Greifelement 14 kann ein Übertragungsglied 15 und eine Greifbacke 16 aufweisen. Die Greifbacke 16 kann auch integral mit dem Übertragungsglied 15 ausgebildet sein (siehe 9b). Vorzugsweise weist der Greifmechanismus 10 zwei solche Greifelemente 14 auf.
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Die Greifelemente 14 der Ausführungsform aus den 9a und 9b interagieren vorzugsweise mit Rollen 21, die bezüglich des Greifmechanismus 10 ortsfest sind, so dass die Greifbacken 16 geschlossen werden, wenn das Kontaktelement 11 durch den Gegenstand 25 in den Greifer geschoben wird (siehe 9b). Die Übertragungsglieder 15 können daher im Wesentlichen starr sein und haben vorzugsweise entlang einer Längsachse eine gebogene Form und/oder einen variablen Querschnitt, durch den das gewünschte Schließverhalten gewährleistet werden kann. Eine Feder 22 kann zwischen den Greifelementen 14 vorgesehen werden, um eine Rückstellung der Greifelemente 14 bei Öffnung des Greifers zu gewährleisten. Natürlich können die Rollen 21 durch andere Bauteile ersetzt werden, die bezüglich des Greifmechanismus 10 ortsfest sind.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Greifmechanismus 10 eines erfindungsgemäßen Greifers. Dieser unterscheidet sich von den Greifmechanismen 10 der 1 und 2a bis 2d dadurch, dass das Gelenk 17 eine Feder 24 aufweist, die die elastische Rückstellung des Greifmechanismus 10 unterstützt. Andere Bestandteile des Mechanismus, 10 wie beispielsweise das Übertragungsglied 15, können daher sowohl flexibel als auch relativ steif ausgebildet werden. Der Greifmechanismus 10 aus 10 weist ein einziges Greifelement 14 auf, das den Gegenstand 25 beispielsweise magnetisch greift. Der Greifmechanismus 10 kann aber auch mehrere Greifelemente 14 aufweisen.
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Auch wenn in der vorangegangenen Beschreibung auf das Kontaktelement 11 verwiesen wurde, ist nicht zwingend erforderlich, dass dieses tatsächlich den zu greifenden bzw. handzuhabenden Gegenstand 25 kontaktiert. Wie bereits oben beschrieben ist vielmehr auch eine kontaktlose Übertragung der Kraft/Kräfte auf die Steuerung 40 möglich, beispielsweise durch magnetische Abstoßung des Endes 12 vom Gegenstand 25.
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In den 11a bis 11d ist ein Greifmechanismus 110 eines Greifers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Der Greifmechanismus 110 weist ein Greifelement in Form einer Saugglocke 114 auf. Die Saugglocke 114 weist ferner vorzugsweise eine definierte Öffnung 121 auf, die von einem Verschlusselement 112 abgedichtet werden kann. Das Verschlusselement ist vorzugsweise direkt mit dem Übermittlungsglied 111 verbunden, kann aber auch als separates, mit der Steuerung 40 verbundenes Teil vorgesehen werden (nicht dargestellt).
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Vorzugsweise wird zumindest ein Teil der Kraft, die vom Gegenstand 25 auf die Saugglocke 114 wirkt, über das Übermittlungselement 111 auf die Steuerung 40 übertragen. Dafür kann das Übermittlungselement 111 z. B. über eine Feder 124 und einen Anschlag 123 mit der Saugglocke 114 verbunden werden. Die Steuerung 40 ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass das Verschlusselement 112 arretiert wird, wenn eine definierte Auslöskraft der Steuerung 40 erreicht bzw. überschritten wird.
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Wie in 11a dargestellt, wird der Greifer zunächst in geöffneter Stellung (Stellung 0) von einem Manipulator (nicht dargestellt) mit einer Geschwindigkeit v zu dem zu greifenden Gegenstand 25 geführt. Die Steuerung 40 befindet sich dabei in einer ersten stabilen Lage 0, in der das Übermittlungselement 111 (und somit das Verschlusselement 112) beweglich ist. Die Öffnung 121 der Saugglocke 114 ist dabei vorzugsweise nicht durch das Verschlusselement 112 verschlossen.
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Wie in 11b dargestellt ist die Saugglocke 114 vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, so dass sie sich verformt, wenn sie auf den Gegenstand 25 gedrückt wird (Stellung 1). Dabei wird das Medium, in dem der Greifer verwendet wird (z. B. ein Fluid) aus dem Zwischenraum zwischen der Saugglocke 114 und dem Gegenstand 25 gedrückt. Vorzugsweise wird die Öffnung 121 vom Verschlusselement 112 verschlossen, wenn die Saugglocke 114 auf den Gegenstand 25 gedrückt wird. Ein Abstandshalter 122 kann vorgesehen bzw. ausgebildet werden, um eine zu starke Kompression der Saugglocke 114 zu verhindern.
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Die Steuerung 40 ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass nach dem Kontakt der Saugglocke 114 mit dem Gegenstand 25 und Überschreiten einer ersten zum Gegenstand 25 gerichteten Kontaktkraft F1, das Verschlusselement 112 bei einer gewünschten Eintauchtiefe arretiert wird. Dazu wird vorzugsweise bei Überschreiten der Auslöskraft F1 die Arretierung des Übermittlungselements 111 veranlasst, so dass sich das Verschlusselement 112 nicht mehr bewegen kann. Die Öffnung 121 bleibt daher verschlossen und der Gegenstand 25 kann aufgrund des entstehenden Unterdrucks angehoben werden (siehe 11c).
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Nach der Arretierung des Verschlusselements 112 ist die Steuerung 40 daher vorzugsweise in einer zweiten stabilen Lage 2, in der die Öffnung 121 der Saugglocke 114 verschlossen ist. Je nach Ausbildung der gewählten Steuerung 40 kann es natürlich auch erst bei Unterschreiten einer zweiten Kraft F2 zur Arretierung des Verschlusselements 112 kommen. In diesem Fall kommt es zu einer leichten Rückstellung des Verschlusselements 112 in der Öffnung 121 bevor der Greifmechanismus 110 die geschlossene Stellung 2 erreicht.
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Die Steuerung 40 ist vorzugsweise auch so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass sie beim Absetzen des Gegenstandes 25 die Lösung der Arretierung des Verschlusselements 112 bzw. des Übermittlungselements 111 veranlasst (Stellung 3). Dies geschieht vorzugsweise wenn die Saugglocke 114 beim Absetzen erneut auf den Gegenstand 25 gedrückt wird und eine zum Gegenstand 25 gerichtete Auslöskraft F3 erreicht bzw. überschritten wird. Der Gegenstand 25 und der Greifer, der diesen hält, wird dabei vorzugsweise von einem nachgeordneten Manipulator auf eine Abstellfläche zu bewegt. Die Bewegung des nachgeordneten Manipulators wird vorzugsweise bis zur Überschreitung der Kontaktkraft F3 aufrecht erhalten.
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Wird der Greifer nach Lösen der Arretierung vom Gegenstand 25 zurückgezogen, verlässt das Verschlusselement 112 aufgrund der elastischen Rückverformung der Saugglocke 114 die Öffnung 121 und gibt diese frei. Die elastische Rückverformung des Greifmechanismus 110 kann dabei z. B. durch die Feder 124 unterstützt werden. Da das den Greifer umgebende Medium dann in die Saugglocke 114 fließen kann, wird der Unterdruck ausgeglichen. Der Greifmechanismus 110 kehrt vorzugsweise in seine Ausgangstellung (Stellung 0) zurück und kann vom Gegenstand 25 abgehoben werden.
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Als Steuerung 40 kann jeder Mechanismus verwendet werden, der die erforderliche Funktionalität aufweist, wobei z. B. die bisher beschriebenen Steuerungen geeignet sind. Da das Verschlusselement 112 gemäß einigen der Ausführungsformen jedoch zum Verschließen der Saugglocke 114 in Richtung des Gegenstandes 25 verschoben werden muss, ist im Falle dieser Ausführungsformen zu beachten, dass der Greifer in der ersten stabilen Lage 0 geschlossen und in der zweiten stabile Lage 2 geöffnet sein wird.
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Die 12a und 12b zeigen eine weitere bevorzugte Variante der Ausführungsform, die eine Saugglocke 114 als Greifelement aufweist, bei der die Öffnung 121 der Saugglocke 114 über einen Kanal bzw. über eine Leitung direkt mit einer Entlüftung 71 in der Steuerung 40 verbunden ist. Vorzugsweise ist die Entlüftung 71 geöffnet, wenn sich die Steuerung 40 in einer ersten stabilen Lage 0 befindet, und verschlossen, wenn sich die Steuerung 40 in einer zweiten stabilen Lage 2 befindet. Die Saugglocke 114 kann daher wie oben beschrieben auf den Gegenstand 25 gedrückt werden, diesen anheben und nach dem erneuten Absetzen des Gegenstandes 25 wieder entfernt werden. Wie in den 12a und 12b dargestellt, kann dies z. B. dadurch erreicht werden, dass die Entlüftung 71 an einer Stelle vorgesehen wird, die vom zweiten Zahnkranz 52 abgedeckt wird, wenn dieser in der zweiten stabilen Lage 2 der Steuerung 40 zu liegen kommt.
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Die Erfindung sowie die näher beschriebenen Ausführungsformen stellen daher Greifer bereit, die einfach in Automatisierungsprozesse integriert werden können. Die Greifer können dabei so gestaltet werden, dass sie keiner Zuführung von Energie, Stoff(en) und/oder Steuersignalen bedürfen. Die Greifer können daher ohne aufwendige Anpassung nachgeordneter Manipulatoren in bestehende Prozesse integriert werden.
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Jedes der vorstehend beschriebenen und weitere Merkmale und Elemente können separat oder in Kombination mit anderen Merkmalen und Elementen der Erfindung vorgesehen werden. In diesem Sinne soll die obige ausführliche Beschreibung lediglich dazu dienen, Fachleuten Details zur Umsetzung bevorzugter Aspekte der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen, und soll den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken. Dieser wird ausschließlich durch die Patentansprüche definiert. Kombinationen von Merkmalen und Schritten, die in der obigen Beschreibung erklärt wurden, sind für die Umsetzung der Erfindung im weitesten Sinne möglicherweise nicht erforderlich und wurden nur aufgenommen, um spezifische Ausführungsformen beispielhaft zu beschreiben.
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Verschiedene Merkmale der dargestellten Beispiele und der abhängigen Ansprüche können auf Weisen kombiniert werden, die nicht einzeln beschrieben wurden, um weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung zu erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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