DE102015011262A1

DE102015011262A1 - Gripping device and robot with at least one gripping device

Info

Publication number: DE102015011262A1
Application number: DE102015011262.7A
Authority: DE
Inventors: Anton Feldmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2015-08-25
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifeinrichtung (10) mit wenigstens einem zum Greifen eines Objekts (16) ausgebildeten Greifelement, welches in einem ersten Zustand andere mechanische Eigenschaften aufweist als in einem zweiten Zustand des Greifelements. Hierbei ist das Greifelement als Gewebeelement (12) ausgebildet. Die Greifeinrichtung (10) weist Mittel (14) zum Beaufschlagen des Gewebeelements (12) mit einem elektrischen Potential auf. Durch Beaufschlagen des Gewebeelements (12) mit einem ersten elektrischen Potential ist der erste Zustand einstellbar und durch Beaufschlagen des Gewebeelements (12) mit einem zweiten elektrischen Potential der zweite Zustand. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Roboter mit wenigstens einer solchen Greifeinrichtung (10).The invention relates to a gripping device (10) having at least one gripping element designed for gripping an object (16) which has different mechanical properties in a first state than in a second state of the gripper element. Here, the gripping element is designed as a fabric element (12). The gripping device (10) has means (14) for acting on the fabric element (12) with an electrical potential. By subjecting the fabric element (12) with a first electrical potential to the first state is adjustable and by applying the tissue element (12) having a second electrical potential of the second state. Furthermore, the invention relates to a robot with at least one such gripping device (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifeinrichtung, welche wenigstens ein zum Greifen eines Objekts ausgebildetes Greifelement umfasst. Das Greifelement weist in einem ersten Zustand andere mechanische Eigenschaften auf als in einem zweiten Zustand des Greifelements. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Roboter mit wenigstens einer solchen Greifeinrichtung.The invention relates to a gripping device which comprises at least one gripping element designed for gripping an object. The gripping element has other mechanical properties in a first state than in a second state of the gripping element. Furthermore, the invention relates to a robot with at least one such gripping device.

Aus dem Stand der Technik, etwa im Rahmen der Fahrzeugfertigung, sind viele Möglichkeiten bekannt, ein Objekt zu greifen. So beschreibt die WO 2015/006613 A1 eine Greifeinrichtung mit einem ballförmigen Greifelement, welches eine flexible, fluiddichte Membran aufweist. In einem von der Membran umschlossenen Raum befindet sich granulares Material. Je nachdem, wie viel Fluid in den von der Membran umgrenzten Raum mit dem granularen Material eingebracht wird, ist das granulare Material unterschiedlich dicht gepackt. So kann durch Abführen von Fluid aus dem von der Membran umgrenzten Raum ein Sich-Verklemmen der Partikel des granularen Materials erreicht werden. Es kann also beispielsweise durch Vakuumieren des von der Membran umgrenzten Raums die Form des Greifelements fixiert werden. Auf diese Weise ist es möglich, selbst Objekte mit komplizierten Oberflächen zu greifen.From the prior art, for example in the context of vehicle manufacturing, many ways are known to grab an object. That's how it describes WO 2015/006613 A1 a gripping device with a ball-shaped gripping element, which has a flexible, fluid-tight membrane. In a space enclosed by the membrane is granular material. Depending on how much fluid is introduced into the space bounded by the membrane with the granular material, the granular material is packed differently densely. Thus, by discharging fluid from the space bounded by the membrane, jamming of the particles of the granular material can be achieved. Thus, for example, by vacuuming the space defined by the membrane, the shape of the gripping element can be fixed. In this way it is possible to grab even objects with complicated surfaces.

Jedoch ist eine derartige Greifeinrichtung vergleichsweise aufwendig, da die Versorgung mit dem Fluid und das Abführen des Fluids sichergestellt werden müssen. Entsprechend sind aufwendige Leitungen, Ventile und dergleichen nötig.However, such a gripping device is relatively expensive, since the supply of the fluid and the discharge of the fluid must be ensured. Accordingly, complex lines, valves and the like are necessary.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine besonders einfache Greifeinrichtung der eingangs genannten Art und einen Roboter mit wenigstens einer solchen Greifeinrichtung zu schaffen.Object of the present invention is therefore to provide a particularly simple gripping device of the type mentioned and a robot with at least one such gripping device.

Diese Aufgabe wird durch eine Greifeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Roboter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a gripping device having the features of patent claim 1 and by a robot having the features of patent claim 7. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Greifeinrichtung ist das Greifelement als Gewebeelement ausgebildet. Des Weiteren umfasst die Greifeinrichtung Mittel zum Beaufschlagen des Gewebeelements mit einem elektrischen Potential. Durch Beaufschlagen des Gewebeelements mit einem ersten elektrischen Potential ist hierbei der erste Zustand einstellbar und durch Beaufschlagen des Gewebeelements mit einem zweiten elektrischen Potential der zweite Zustand.In the gripping device according to the invention the gripping element is designed as a fabric element. Furthermore, the gripping device comprises means for applying an electrical potential to the tissue element. By applying the tissue element with a first electrical potential, the first state is adjustable and the second state is applied by applying the tissue element to a second electrical potential.

Das erste elektrische Potential kann hierbei insbesondere dem Potential der Masse entsprechen, also einem Potential von 0 Volt. Mit anderen Worten kann das Gewebeelement im ersten Zustand spannungsfrei sein. Wird jedoch das Gewebe des Gewebeelements mit dem zweiten elektrischen Potential beaufschlagt, also unter Strom gesetzt, so kann erreicht werden, dass das Gewebeelement hart wird und so in der Lage ist, das Objekt zu greifen.In this case, the first electrical potential may in particular correspond to the potential of the ground, that is to say a potential of 0 volt. In other words, the fabric element in the first state can be stress-free. However, if the tissue of the tissue element is subjected to the second electrical potential, ie energized, then it can be achieved that the tissue element becomes hard and is thus able to grip the object.

Anstelle eines Gewebes können auch andere, unterschiedliche Arten von textilen Gebilden wie Gewirke, Gestricke, Vliesstoffe, Filze und dergleichen zum Einsatz kommen. Des Weiteren sind auch folienartige oder membranartige Materialien vorstellbar, um das Greifelement bereitzustellen.Instead of a fabric, other, different types of textile structures such as knitted fabrics, knits, nonwovens, felts and the like can be used. Furthermore, film-like or membrane-like materials are conceivable in order to provide the gripping element.

In H.-J. Jin, J. Weissmuller, A Material with Electrically Tunable Strength and Flow Stress, Science, 2011; 332 (6034): 1179 sind Materialien beschrieben, deren mechanische Eigenschaften durch Anlegen eines elektrischen Potentials verändert werden können. So können eine Streckgrenze, eine Fließspannung und die Verformbarkeit der Materialien durch Anlegen unterschiedlicher elektrischer Potentiale eingestellt werden. Hierbei können beispielsweise Hybridmaterialien zum Einsatz kommen, welche eine Nanostruktur, insbesondere eine nanoporöse Struktur, aus einem beispielsweise metallischen Material aufweisen, während als zweite Komponente ein Elektrolyt in Poren des Materials eingebracht ist.In H.-J. Jin, J. Weissmuller, A Material with Electrically Tunable Strength and Flow Stress, Science, 2011; 332 (6034): 1179 are described materials whose mechanical properties can be changed by applying an electrical potential. Thus, a yield strength, a yield stress and the deformability of the materials can be adjusted by applying different electrical potentials. For example, hybrid materials may be used which have a nanostructure, in particular a nanoporous structure, of a metallic material, for example, while an electrolyte is introduced as the second component into pores of the material.

Das Gewebeelement kann als Hohlkörper ausgebildet sein, wobei zum Greifen des Objekts eine Außenseite des Hohlkörpers bereichsweise an dem Objekt anliegt. Mit einem solchen Gewebeelement lassen sich Objekte unterschiedlichster Gestalt einfach und sicher greifen.The fabric element may be formed as a hollow body, wherein for gripping the object, an outer side of the hollow body rests in regions on the object. With such a fabric element objects of different shapes can be gripped easily and safely.

Der Hohlkörper kann insbesondere im Wesentlichen kugelförmig sein, wenn er von dem Objekt beabstandet ist.In particular, the hollow body may be substantially spherical when it is spaced from the object.

Bevorzugt ist in dem ersten Zustand eine Form des Gewebeelements an eine Kontur des zu greifenden Objekts anpassbar. Wenn sich nämlich das Gewebeelement in dem ersten Zustand an das zu greifende Objekt anschmiegt, so kann ein besonders sicheres Greifen des Objekts sichergestellt werden, indem anschließend das Gewebeelement mit dem zweiten elektrischen Potential beaufschlagt und hierbei eine Festigkeit oder Härte des Gewebeelements erhöht wird.Preferably, in the first state, a shape of the tissue element is adaptable to a contour of the object to be grasped. Namely, when the fabric element conforms to the object to be gripped in the first state, a particularly secure gripping of the object can be ensured by subsequently applying the second electrical potential to the fabric element and thereby increasing a strength or hardness of the fabric element.

Bevorzugt ist daher das Gewebeelement in dem zweiten Zustand formstabil. Wenn nämlich das Gewebeelement seine Form nicht mehr ändert, lassen sich Objekte wie beispielsweise Kisten mittels des Gewebeelements leicht und sicher greifen.Preferably, therefore, the fabric element is dimensionally stable in the second state. Namely, when the fabric element no longer changes its shape, objects such as boxes can be easily and securely gripped by means of the fabric element.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gewebeelement dazu ausgebildet ist, in dem zweiten Zustand das Objekt unter Ausbildung eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses zu halten. Entsprechend kann vorgesehen sein, dass ein zu ergreifendes Objekt mit Strukturen wie beispielsweise Vorsprüngen oder Rippen versehen wird, welche die Ausbildung des Formschlusses und/oder Kraftschlusses ermöglichen. Finally, it has proven to be advantageous if the fabric element is designed to hold the object in the second state to form a positive connection and / or a frictional connection. Accordingly, it may be provided that an object to be gripped is provided with structures such as projections or ribs, which allow the formation of the positive connection and / or frictional connection.

Der erfindungsgemäße Roboter, welcher insbesondere als Industrieroboter ausgebildet sein kann, weist wenigstens eine erfindungsgemäße Greifeinrichtung auf. Ein solcher Roboter kann beispielsweise in der Fahrzeugfertigung zum Einsatz kommen.The robot according to the invention, which may be designed in particular as an industrial robot, has at least one gripping device according to the invention. Such a robot can be used, for example, in vehicle production.

Die für die erfindungsgemäße Greifeinrichtung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für den erfindungsgemäßen Roboter und umgekehrt.The advantages and preferred embodiments described for the gripping device according to the invention also apply to the robot according to the invention and vice versa.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in der Figur nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or shown alone in the figure can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figure, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description of preferred embodiments and from the drawing.

Diese zeigt stark schematisiert eine Greifeinrichtung, welche als Gewebegreifer ausgebildet ist, wobei ein Objekt wie etwa eine Kiste mit einer rauen Seitenfläche mittels eines Gewebeelements des Gewebegreifers ergriffen wird.This shows very schematically a gripping device, which is designed as a tissue gripper, wherein an object, such as a box with a rough side surface is gripped by means of a tissue element of the tissue gripper.

Eine in der Figur schematisch gezeigte Greifeinrichtung 10 umfasst ein Gewebeelement 12, welches vorliegend ausschnittsweise und stark schematisiert gezeigt ist. Dieses Gewebeelement 12 hat die Eigenschaft, in Abhängigkeit von einem elektrischen Potential, mit welchem das Gewebeelement 12 beaufschlagt wird, unterschiedliche Festigkeiten aufzuweisen. Mittel zum Beaufschlagen des Gewerbeelements 12 mit dem jeweiligen elektrischen Potential können beispielsweise durch eine in der Figur angedeutete Spannungsquelle 14 bereitgestellt sein. Von einem Objekt 16, bei welchem es sich beispielsweise um eine Kiste handeln kann, die mittels des Gewebeelements 12 ergriffen werden soll, ist in der Figur ein Teil einer Wand 18 gezeigt.A gripping device shown schematically in the figure 10 comprises a fabric element 12 , which in the present case is shown in fragmentary and highly schematic form. This fabric element 12 has the property as a function of an electrical potential with which the tissue element 12 is charged to have different strengths. Means for charging the commercial element 12 with the respective electrical potential can, for example, by a voltage source indicated in the figure 14 be provided. From an object 16 , which may be, for example, a box by means of the fabric element 12 is to be taken, is in the figure a part of a wall 18 shown.

In der Kiste können insbesondere Bauteile, Werkzeuge oder dergleichen in der Fahrzeugfertigung verwendete Komponenten bevorratet sein. Vorliegend weist das Objekt 16, beispielsweise also die Kiste, eine raue Fläche auf, welche das Greifen des Objekts 16 mittels des Gewebeelements 12 ermöglicht.In particular, components, tools or the like used in vehicle production can be stored in the box. In the present case, the object points 16 , For example, the box, a rough surface on which the gripping of the object 16 by means of the tissue element 12 allows.

Zunächst wird das weiche, flexible Gewebeelement 12 an die Wand 18 des Objekts 16 angelegt, wobei sich die Form des Gewebeelements 12, wie in der Figur schematisch gezeigt, an die Kontur des zu greifenden Objekts 16 anpasst. In diesem ersten, weichen Zustand kann das Gewebeelement 12 beispielsweise spannungslos sein, also ein erstes elektrisches Potential von 0 Volt aufweisen.First, the soft, flexible fabric element 12 On Wall 18 of the object 16 created, taking on the shape of the fabric element 12 , as shown schematically in the figure, to the contour of the object to be gripped 16 adapts. In this first, soft state, the fabric element 12 For example, be dead, so have a first electrical potential of 0 volts.

Anschließend wird über die Spannungsquelle 14 eine Spannung an das Gewebeelement 12 angelegt, das Gewebe also unter Strom gesetzt. Dadurch wird das Gewebeelement 12 fest und ändert seine Form nicht mehr. In diesem zweiten, harten Zustand des Gewebeelements 12 lässt sich das Objekt 16, vorliegend also die sich beispielsweise in einem Lager oder einer Fertigungshalle befindende Kiste, mittels der Greifeinrichtung 10 greifen.Subsequently, via the voltage source 14 a tension on the fabric element 12 created, so the tissue is energized. This will make the fabric element 12 fixed and no longer changes its form. In this second, hard state of the fabric element 12 lets the object 16 , Thus, in the present case, for example, in a warehouse or a production hall box, by means of the gripping device 10 to grab.

Die Greifeinrichtung 10 kann insbesondere an einem (vorliegend nicht gezeigten) Roboter angeordnet sein, welcher das jeweilige Objekt 16 beispielsweise im Rahmen einer Fertigung, insbesondere Fahrzeugfertigung, handhaben kann.The gripping device 10 In particular, it can be arranged on a robot (not shown here) which contains the respective object 16 For example, in the context of manufacturing, in particular vehicle manufacturing, can handle.

Wenn die Wand 18 des Objekts 16 sehr glatt ist, gestaltet es sich als schwierig, das Objekt 16 mittels des Gewebeelements 12 zu greifen und entsprechend das Objekt 16 zu bewegen. Bevorzugt sind daher an der Wand 18 des Objekts 16 Strukturen 20 etwa in Form von Rippen oder dergleichen vorgesehen. Diese erlauben ein besonders sicheres Greifen des Objekts 16 mittels der Greifeinrichtung 10 unter Ausbildung eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses zwischen dem Gewebeelement 12 und dem Objekt 16.If the wall 18 of the object 16 is very smooth, it turns out to be difficult, the object 16 by means of the tissue element 12 to grab and accordingly the object 16 to move. Therefore, preference is given to the wall 18 of the object 16 structures 20 provided in the form of ribs or the like. These allow a particularly secure gripping of the object 16 by means of the gripping device 10 forming a positive connection and / or a frictional connection between the fabric element 12 and the object 16 ,

Das Gewebeelement 12 kann, solange es das Objekt 16 noch nicht berührt, insbesondere die Form einer Kugel aufweisen. Es sind jedoch auch andere Formgebungen für einen durch das Gewebeelement 12 gebildeten Hohlkörper denkbar.The fabric element 12 can, as long as it's the object 16 not yet touched, in particular have the shape of a sphere. However, there are other shapes for one through the fabric element 12 formed hollow body conceivable.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015/006613 A1 [0002]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

H.-J. Jin, J. Weissmuller, A Material with Electrically Tunable Strength and Flow Stress, Science, 2011; 332 (6034): 1179 [0009]

Claims

Gripping device with at least one for gripping an object ( 16 ) formed gripping element, which has different mechanical properties in a first state than in a second state of the gripping element, characterized in that the gripping element as a fabric element ( 12 ), wherein the gripping device ( 10 ) Medium ( 14 ) for applying the tissue element ( 12 ) having an electrical potential, wherein by applying the tissue element ( 12 ) with a first electrical potential of the first state and by applying the tissue element ( 12 ) With a second electrical potential of the second state is adjustable.

Gripping device according to claim 1, characterized in that the fabric element ( 12 ) is formed as a hollow body, wherein for gripping the object ( 16 ) an outer side of the hollow body in regions on the object ( 16 ) is present.

Gripping device according to claim 2, characterized in that the hollow body is substantially spherical when it comes from the object ( 16 ) is spaced.

Gripping device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the first state, a shape of the tissue element ( 12 ) to a contour of the object to be gripped ( 16 ) is customizable.

Gripping device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tissue element ( 12 ) is dimensionally stable in the second state.

Gripping device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the tissue element ( 12 ) is adapted, in the second state, the object ( 16 ) to hold a positive connection and / or a frictional connection.

Robot with at least one gripping device ( 10 ) according to one of claims 1 to 6.