DE102015112772A1

DE102015112772A1 - Customizable magnetic holder

Info

Publication number: DE102015112772A1
Application number: DE102015112772.5A
Authority: DE
Inventors: John Patrick Spicer; Jianying Shi
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2015-08-04
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Eine Vorrichtung zum Halten eines Werkstücks umfasst einen Halter, der eine Basis aufweist, die ein Magnetelement enthält. Ein anpassbares Klemmelement ist an der Basis befestigt und weist eine geschlossene undurchlässige nachgiebige Membran auf, die Magnetpartikel enthält. Eine Vorrichtung für steuerbaren Druck ist fluidtechnisch mit dem Klemmelement gekoppelt.A device for holding a workpiece comprises a holder having a base containing a magnetic element. An adjustable clamping member is secured to the base and has a closed impervious compliant membrane containing magnetic particles. A controllable pressure device is fluidly coupled to the clamping element.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENCROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/038,992, die am 19. August 2014 eingereicht wurde und hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.This application claims the benefit of US Provisional Application No. 62 / 038,992, filed Aug. 19, 2014, which is incorporated herein by reference in its entirety.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Diese Offenbarung betrifft Vorrichtungen zum Greifen von Werkstücken für Spanneinrichtungen, Werkzeugausstattung, Materialhandhabung sowie Roboter-Greiforganen.This disclosure relates to apparatus for gripping workpieces for chucks, tooling, material handling, and robotic gripping members.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Universalgreifer für Werkzeugausstattung, Spanneinrichtungen sowie Roboter-Greiforgane verwenden vorteilhafterweise Haltevorrichtungen, die an eine Vielzahl von zufällig geformten Werkstücken zur Bewegung und Platzierung während Herstell- und Montageprozessen angesetzt bzw. befestigt werden. Universalgreifer können eine gewisse Form von externer Leistung verwenden, um ein Greifen und Freigeben zu bewirken, einschließlich vakuumbasierten Sauggreifern sowie anthropomorphe mehrgliedrige Greifer zum Ergreifen und Manipulieren von Werkstücken.Universal grippers for tooling, clamping devices and robotic gripping members advantageously use holding devices which are attached to a plurality of randomly shaped workpieces for movement and placement during manufacturing and assembly processes. Universal grippers can use some form of external power to effect gripping and releasing, including vacuum-based suction grippers and anthropomorphic multi-unit grippers for gripping and manipulating workpieces.

Passive Universalgreifer erfordern eine minimale Greifplanung. Sie umfassen Komponenten, die sich passiv an besondere Werkstückgeometrien anpassen, wodurch ihnen die Fähigkeit verliehen wird, breit variierende Werkstücke ohne Neueinstellung zu greifen. Passive Universalgreifer sind allgemein einfacher anzuwenden und erfordern eine minimale visuelle Vorverarbeitung ihrer Umgebung. Jedoch kann die Fähigkeit zum Ergreifen vieler verschiedener Werkstücke passive Universalgreifer beim Ergreifen irgendeines bestimmten Werkstückes oftmals unterlegen machen.Passive universal grippers require minimal grip planning. They include components that passively adapt to particular workpiece geometries, giving them the ability to grasp widely varying workpieces without re-adjustment. Universal Passive Grippers are generally easier to use and require minimal visual preprocessing of their environment. However, the ability to grasp many different workpieces can often make passive universal grippers inferior in gripping any particular workpiece.

Ein passiver Universal-Klemmgreifer verwendet körnige Materialien, die in einer nachgiebigen Membran enthalten sind und die sich an eine Fläche eines Werkstücks durch Anlegen einer Klemmkraft anpasst. Ein derartiger Betriebsablauf nutzt temperaturunabhängige fluidartige Eigenschaften der körnigen Materialien aus, die mit einer Anwendung eines Vakuums innerhalb der nachgiebigen Membran in eine feststoffartige Pseudophase wechseln können. Dieser Typ von Greifer verwendet statische Reibung aus Oberflächenkontakt, Halten des Werkstücks durch konforme Verriegelung sowie Vakuumsaugwirkung, wenn eine luftdichte Dichtung an irgendeinem Abschnitt der Werkstückfläche erreicht wird. Ein Klemmgreifer verwendet eine statische Reibung aus Oberflächenkontakt, Halten des Werkstücks durch Verriegelung und Vakuumsaugwirkung, um verschiedene Werkstücke mit variierender Form, variierendem Gewicht und Brüchigkeit in einer gesteuerten Konfiguration zu greifen, ohne das eine Greifplanung, in Augenscheinnahme oder sensorische Rückkopplung verwendet wird.A passive universal clamp gripper uses granular materials contained within a compliant membrane that conforms to a surface of a workpiece by applying a clamping force. Such an operation utilizes temperature-independent fluid-like properties of the granular materials, which can change to a solid-like pseudo-phase with the application of a vacuum within the compliant membrane. This type of gripper uses static friction from surface contact, compliant locking of the workpiece, and vacuum suction when an air-tight seal is achieved at any portion of the workpiece surface. A clamp gripper uses static friction from surface contact, locking the workpiece by locking, and vacuum suction to grasp various workpieces of varying shape, weight, and fragility in a controlled configuration without using grab planning, visual inspection, or sensory feedback.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Eine Vorrichtung zum Halten eines Werkstücks umfasst einen Halter, der eine Basis aufweist, die ein magnetisches Element besitzt. Ein anpassbares Klemmelement ist an der Basis befestigt und weist eine geschlossene, nichtdurchlässige nachgiebige Membran auf, die Magnetpartikel enthält. Eine Vorrichtung für steuerbaren Druck ist fluidtechnisch mit dem Klemmelement gekoppelt.An apparatus for holding a workpiece comprises a holder having a base having a magnetic member. An adjustable clamping member is secured to the base and has a closed, non-permeable, resilient membrane containing magnetic particles. A controllable pressure device is fluidly coupled to the clamping element.

Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.The above features and advantages as well as other features and advantages of the present teachings will be readily apparent from the following detailed description of some of the best modes and other embodiments for carrying out the present teachings as defined in the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:One or more embodiments will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, in which:

1 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anpassbaren Haltevorrichtung, die ein anpassbares Klemmelement, das ferromagnetische Materialien enthält, sowie eine Basis, die magnetische Elemente aufweist, enthält, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; 1 FIG. 2 schematically illustrates a two-dimensional side view of an adjustable fixture including an adjustable clamping member containing ferromagnetic materials and a base having magnetic members in accordance with the present disclosure; FIG.

2 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer anpassbaren Haltevorrichtung, die ein anpassbares Klemmelement, das magnetische Fluide enthält, sowie eine Basis, die steuerbare elektromagnetische Elemente aufweist, enthält, gemäß der Offenbarung veranschaulicht; 2 3 schematically illustrates a two-dimensional side view of a second embodiment of an adjustable fixture including an adjustable clamping member containing magnetic fluids and a base having controllable electromagnetic elements in accordance with the disclosure;

3 schematisch eine dreidimensionale, teilweise transluzente isometrische Ansicht eines Werkstückhalters, der eine Mehrzahl anpassbarer Haltevorrichtungen aufweist, die jeweils ein steuerbares elektromagnetisches Element besitzen, das derart konfiguriert ist, um passend bzw. konform mit einem Werkstück an entsprechenden Greifstellen zu koppeln, wobei das Werkstück an dem Oberteil des Halters gesichert ist, gemäß der Offenbarung zeigt; und 3 3 schematically illustrates a three-dimensional, partially translucent, isometric view of a workpiece holder having a plurality of adjustable fixtures each having a controllable electromagnetic element configured to mate with a workpiece at corresponding gripping locations, wherein the workpiece abuts the workpiece Upper part of the holder is secured, according to the disclosure shows; and

4 schematisch eine dreidimensionale, teilweise transluzente isometrische Ansicht eines Werkstückhalters, der eine Mehrzahl anpassbarer Haltevorrichtungen aufweist, die jeweils ein steuerbares elektromagnetisches Element besitzen, das derart konfiguriert ist, passend bzw. konform mit einem Werkstück an entsprechenden Greifstellen zu koppeln, wobei das Werkstück unterhalb des Halters gesichert ist, gemäß der Offenbarung zeigt. 4 schematically a three-dimensional, partially translucent isometric view of a workpiece holder having a plurality of adjustable holding devices, each having a controllable electromagnetic element, which is configured to mate with a workpiece at corresponding gripping points, the workpiece below the holder is secured, according to the disclosure shows.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zu Zwecken der Veranschaulichung gewisser beispielhafter Ausführungsformen und nicht für den Zweck der Begrenzung derselben dienen, zeigt 1 schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anpassbaren Haltevorrichtung 10, die bei einer Ausführungsform ein anpassbares Klemmelement 50, das körniges Füllmaterial 54 und ferromagnetische Partikel 55 enthält, sowie eine Basis 56 aufweist, die magnetische Elemente 58 enthält. Bei einer Ausführungsform sind die magnetischen Elemente 58 Permanentmagneten. Alternativ dazu sind die magnetischen Elemente 58 steuerbare elektromagnetische Elemente 58, die von einem Steuergerät 40 zur Elektromagnetaktivierung gesteuert werden, wie gezeigt ist. Die Haltevorrichtung 10 kann als ein Greiforgan eines Roboterarms verwendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder anderweitig zu halten oder ein Halten an dem Werkstück zu unterstützen, um das Werkstück an einer Stelle einzuschränken oder das Werkstück zu einer anderen Stelle zu tragen.Referring now to the drawings, in which the drawings are given for the purpose of illustrating certain example embodiments only and not for the purpose of limiting the same, shows 1 schematically a two-dimensional side view of an adjustable holding device 10 in one embodiment, an adjustable clamping element 50 , the granular filler 54 and ferromagnetic particles 55 contains, as well as a base 56 has, the magnetic elements 58 contains. In one embodiment, the magnetic elements are 58 Permanent magnets. Alternatively, the magnetic elements 58 controllable electromagnetic elements 58 coming from a control unit 40 be controlled to the solenoid activation, as shown. The holding device 10 may be used as a gripping member of a robotic arm to controllably grasp or otherwise hold a workpiece or assist in holding on the workpiece to constrain the workpiece at one location or to carry the workpiece to another location.

Das Klemmelement 50 weist eine luftundurchlässige nachgiebige Membran 52 auf, die abdichtend an der Basis 56 befestigt ist und das körnige Füllmaterial 54 und die ferromagnetischen Partikel 55 enthält. Die Basis 56 ist bei einer Ausführungsform an einem Greiforgan eines Roboterarms befestigt. Geeignete Materialien, aus denen die Membran 52 hergestellt sein kann, umfassen u. a. Latex, Vinyl, beschichtetes Gewebe sowie Metallfolien. Das Membranmaterial ist luftundurchlässig und bevorzugt beständig gegenüber Reißen, d. h. durch Verwendung mehrerer Schichten. Geeignetes Material für das körnige Füllmaterial 54 umfasst u. a. aufgebrochenen Mais, gemahlenen Kaffee sowie pulverisierten Kunststoff. Bevorzugt ist das körnige Füllmaterial 54 magnetisch inert. Die ferromagnetischen Partikel 55 weisen trockene Materialien mit einer großen positiven Suszeptibilität gegenüber einem externen Magnetfeld auf und besitzen eine starke Anziehung zu Magnetfeldern. Eisen, Nickel und Kobalt sind Beispiele für ferromagnetische Materialien. Die Basis 56 weist eine Fluidleitung auf, die fluidtechnisch mit einer Quelle 60 für steuerbaren Druck über ein Ventil 62 koppelt. Die Druckquelle 60 erzeugt einen negativen Druck (Vakuum) in dem Klemmelement 50 in Ansprechen auf ein erstes Steuersignal, um ein Greifen zu bewirken, und erlaubt eine Vakuumfreigabe oder erzeugt einen positiven Druck in dem Klemmelement 50 in Ansprechen auf ein zweites Steuersignal, um eine Freigabe zu bewirken. Die Basis 56 weist auch ein oder eine Anordnung aus steuerbaren elektromagnetischen Elementen 58 auf, die mit den ferromagnetischen Partikeln 55 in Wechselwirkung stehen.The clamping element 50 has an air-impermeable compliant membrane 52 on, sealing at the base 56 is attached and the granular filler 54 and the ferromagnetic particles 55 contains. The base 56 is attached in one embodiment to a gripping member of a robot arm. Suitable materials that make up the membrane 52 may include, for example, latex, vinyl, coated fabric and metal foils. The membrane material is impermeable to air and preferably resistant to tearing, ie by using multiple layers. Suitable material for the granular filling material 54 includes broken corn, ground coffee and powdered plastic. Preferably, the granular filler material 54 magnetically inert. The ferromagnetic particles 55 have dry materials with a large positive susceptibility to an external magnetic field and have a strong attraction to magnetic fields. Iron, nickel and cobalt are examples of ferromagnetic materials. The base 56 has a fluid conduit fluidly connected to a source 60 for controllable pressure via a valve 62 coupled. The pressure source 60 creates a negative pressure (vacuum) in the clamping element 50 in response to a first control signal to effect gripping, and permits vacuum release or creates a positive pressure in the clamping member 50 in response to a second control signal to effect a release. The base 56 also includes one or an array of controllable electromagnetic elements 58 on top of that with the ferromagnetic particles 55 interact.

Die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 58 sind elektrisch mit einem Steuergerät 40 zu Elektromagnetaktivierung verbunden, der ihre Aktivierung steuert. Ein Systemsteuergerät 70 ist signaltechnisch mit dem Aktivierungssteuergerät 40 und der Druckquelle 60 verbunden, um eine Befestigung an bzw. Ablösung von dem Werkstück zu bewirken. Wenn die magnetischen Elemente 58 Permanentmagnetelemente sind, kann eine Ablösung von dem Werkstück den Gebrauch einer Verdrehwirkung der magnetischen Elemente 58 oder des Werkstücks aufweisen.The controllable electromagnetic elements 58 are electric with a control unit 40 linked to solenoid activation, which controls their activation. A system controller 70 is signaling with the activation control unit 40 and the pressure source 60 connected to effect attachment to the workpiece. If the magnetic elements 58 Permanent magnet elements are, a detachment from the workpiece, the use of a twisting action of the magnetic elements 58 or the workpiece.

Das Klemmelement 50 wirkt durch Kontaktnahme und Anpassung an die Form des Werkstücks, wenn es an das Werkstück getrieben wird. Ein Vakuum wird angelegt, um die gefüllte Membran 52 vakuumzuhärten, um das Werkstück starr zu greifen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend aktiviert der Steuergerät 40 zur Elektromagnetaktivierung die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 58, die das Werkstück magnetisch an einen Abschnitt der gefüllten Membran 52 anziehen und binden, die angrenzend an das Werkstück liegt. Nachdem die Arbeit an dem Werkstück ausgeführt worden ist, oder dieses an eine andere Stelle transportiert worden ist, werden ein oder mehrere Stößen von positivem Druck angelegt, um den Übergang von fluidartiger Phase zu feststoffartiger Phase umzukehren, d. h. das Klemmen umzukehren. Der Steuergerät 40 zur Elektromagnetaktivierung deaktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 58, um das Werkstück treibend freizugeben und die gefüllte Membran 52 in einen verformbaren Bereitschaftszustand zurückzuführen.The clamping element 50 acts by contacting and adapting to the shape of the workpiece as it is driven to the workpiece. A vacuum is applied to the filled membrane 52 vacuum hardening to rigidly grasp the workpiece. At the same time or immediately afterwards, the control unit activates 40 for the electromagnetic activation the controllable electromagnetic elements 58 that magnetically attaches the workpiece to a portion of the filled membrane 52 tighten and bind, which is adjacent to the workpiece. After the work has been performed on the workpiece or it has been transported to another location, one or more positive pressure strokes are applied to reverse the fluid-to-solid phase transition, that is, to reverse the clamping. The control unit 40 for electromagnetic activation deactivates the controllable electromagnetic elements 58 to drive the workpiece freely and to release the filled membrane 52 due to a deformable standby condition.

Die Begriffe Steuergerät, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine oder verschiedene Kombinationen aus anwendungsspezifischer integrierter Schaltung(en) (ASIC), elektronischer Schaltung(en), zentraler Verarbeitungseinheit(en) (z. B. Mikroprozessor(en)) und zugehöriger Speicher und Ablage (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerk usw.) der/die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -routinen ausführt/ausführen, kombinatorischer logischer Schaltungen, Eingabe-/Ausgabeschaltungen und -einrichtungen, geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Modelle und Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten beliebige von einem Steuergerät ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Jedes Steuergerät führt eine oder mehrere Steuerroutinen aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen, einschließlich Überwachung von Eingängen von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuergeräten und Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen, um einen Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden, wie einer externen Anweisung. Kommunikationen zwischen Steuergeräten und zwischen Steuergeräten, Aktoren und/oder Sensoren können unter Verwendung einer direktverdrahteten Verbindung, vernetzter Kommunikationsbusverbindung, einer drahtlosen Verbindung oder irgendeiner anderen geeigneten Kommunikationsverbindung erreicht werden.The terms controller, control module, module, controller, control unit, processor and similar terms mean one or several combinations of application specific integrated circuit (s) (ASIC), electronic circuit (s), central processing unit (s) (e.g. en)) and associated memory and storage (read-only memory, programmable read only memory, random access memory, hard disk drive, etc.) executing one or more software or firmware programs or routines, combinatorial logic circuits , Input / output circuits and devices, appropriate signal conditioning and buffering circuitry, and other components to provide the described functionality. Software, firmware, programs, Instructions, control routines, code, models and algorithms and similar terms mean any control unit executable instruction sets including calibrations and lookup tables. Each controller executes one or more control routines to provide desired functions, including monitoring inputs from detectors and other networked controllers, and executing control and diagnostic routines to control operation of actuators. Routines can be executed at regular intervals. Alternatively, routines may be executed in response to an occurrence of an event, such as an external instruction. Communications between controllers and between controllers, actuators, and / or sensors may be accomplished using a direct-wired connection, a networked communication bus connection, a wireless connection, or any other suitable communication connection.

2 zeigt schematisch eine zweidimensionale Seitenansicht einer anpassbaren Haltevorrichtung 210, die ein anpassbares Klemmelement 250, das magnetische Fluide 254 enthält, und eine Basis 256 aufweist, die steuerbare elektromagnetische Elemente 258 aufweist. Das anpassbare Klemmelement 250 kann an einem Greiforgan eines Roboterarms verwendet werden, um ein Werkstück steuerbar zu greifen oder dieses anderweitig zu halten oder ein Halten eines Werkstücks zu unterstützen. Das anpassbare Klemmelement 250 weist eine luftundurchlässige nachgiebige Membran 252 auf, die abdichtend an der Basis 256 befestigt ist und magnetische Fluide 254 enthält. Die Basis 256 ist bei einer Ausführungsform an einem Greiforgan eines Roboterarms befestigt. Geeignete Materialien, aus denen die Membran 252 hergestellt sein kann, umfassen u. a. Latex, Vinyl, beschichtetes Gewebe, sowie Metallfolie. Das Membranmaterial ist lichtundurchlässig und bevorzugt beständig gegenüber Reißen, z. B. durch Verwendung mehrerer Schichten. Geeignetes Material für die magnetischen Fluide 254 umfasst Ferrofluide sowie magnetorheologische Fluide. Ferrofluide sind kolloidale Flüssigkeiten, die ferromagnetische Partikel im Nanomaßstab aufweisen, die durch die Brownsche Bewegung in einem Trägerfluid, typischerweise eines organischen Lösemittels oder Wasser suspendiert sind und in der Anwesenheit eines Magnetfelds magnetisiert werden. Magnetorheologische Fluide umfassen Partikel im Mikrometermaßstab, die in einem Trägerfluid suspendiert sind, typischerweise einem kohlenwasserstoffbasierten Öl. Die magnetorheologischen Fluide erhöhen eine scheinbare Viskosität in der Anwesenheit eines Magnetfeldes und werden viskoelastische Feststoffe mit einer hohen steuerbaren Fließgrenze. Die Basis 256 weist ein oder eine Anordnung von steuerbaren elektromagnetischen Elementen 258 auf, die mit den magnetischen Fluiden 254 in Wechselwirkung stehen. Die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258 können bei einer Ausführungsform in das anpassbare Klemmelement 250 vorragen. Die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258 sind elektrisch mit einem Steuergerät 240 für Elektromagnetaktivierung verbunden, der ihre Aktivierung steuert. Ein Systemsteuergerät 270 ist signaltechnisch mit dem Aktivierungssteuergerät 240 verbunden, um eine Befestigung an bzw. Ablösung von dem Werkstück zu bewirken. 2 schematically shows a two-dimensional side view of an adjustable holding device 210 , which is an adjustable clamping element 250 , the magnetic fluids 254 contains, and a base 256 comprising the controllable electromagnetic elements 258 having. The customizable clamping element 250 may be used on a gripping member of a robotic arm to controllably grip or otherwise hold a workpiece or to assist in holding a workpiece. The customizable clamping element 250 has an air-impermeable compliant membrane 252 on, sealing at the base 256 is attached and magnetic fluids 254 contains. The base 256 is attached in one embodiment to a gripping member of a robot arm. Suitable materials that make up the membrane 252 may include, but are not limited to latex, vinyl, coated fabric, and metal foil. The membrane material is opaque and preferably resistant to tearing, e.g. B. by using multiple layers. Suitable material for the magnetic fluids 254 includes ferrofluids and magnetorheological fluids. Ferrofluids are colloidal fluids having nanoscale ferromagnetic particles suspended by Brownian motion in a carrier fluid, typically an organic solvent or water, and magnetized in the presence of a magnetic field. Magnetorheological fluids include micron-scale particles suspended in a carrier fluid, typically a hydrocarbon-based oil. The magnetorheological fluids increase apparent viscosity in the presence of a magnetic field and become viscoelastic solids with a high controllable yield stress. The base 256 includes one or an array of controllable electromagnetic elements 258 on that with the magnetic fluids 254 interact. The controllable electromagnetic elements 258 may in one embodiment in the adjustable clamping element 250 protrude. The controllable electromagnetic elements 258 are electric with a control unit 240 connected for solenoid activation, which controls their activation. A system controller 270 is signaling with the activation control unit 240 connected to effect attachment to the workpiece.

Das Klemmelement 250 wirkt durch Kontaktnahme eines Werkstücks und durch Anpassen an die Form des Werkstücks. Der Steuergerät 240 für Elektromagnetaktivierung aktiviert die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258, die das Werkstück greifen, und kann auch das Werkstück an einen Abschnitt der Membran 252, die an dem Werkstück angrenzt, magnetisch anziehen und anbinden. Anschließend deaktiviert ein Deaktivieren des Steuergeräts 240 für Elektromagnetaktivierung die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 258, um das Werkstück treibend freizugeben und die gefüllte Membran 252 in einen verformbaren Bereitschaftszustand rückzuführen (rückzusetzen).The clamping element 250 acts by contacting a workpiece and adjusting it to the shape of the workpiece. The control unit 240 for solenoid activation activates the controllable electromagnetic elements 258 which grasp the workpiece, and may also attach the workpiece to a portion of the membrane 252 which is adjacent to the workpiece, magnetically tighten and tie. It then disables disabling the controller 240 for electromagnetic activation the controllable electromagnetic elements 258 to drive the workpiece freely and to release the filled membrane 252 return to a deformable standby state (reset).

3 zeigt schematisch eine dreidimensionale isometrische Ansicht eines Werkstückhalters 300, der in der Form einer Spanneinrichtung, einer Werkzeugausstattung oder einem Robotergreiforgan vorliegen kann, der so konfiguriert worden ist, dass er mit einem Werkstück 315 an einer Mehrzahl von Greifstellen konform koppelt. Der Halter 300 weist eine Mehrzahl konformer Haltevorrichtungen 310 analog zu der Haltevorrichtung 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, oder der Haltevorrichtung 210 auf, die mit Bezug auf 2 beschrieben ist. Bei einer Ausführungsform weist der Halter 300 eine einzelne der Haltevorrichtungen 310 auf. Jede der anpassbaren Haltevorrichtungen 310 weist ein anpassbares Klemmelement 312, das ferromagnetische Materialien 314 enthält, sowie eine Basis 316 auf, die steuerbare elektromagnetische Elemente 318 enthält. Wie gezeigt ist, liegt das Werkstück 315 auf dem Halter 300, und das Werkstück 315 ist daran durch die elektromagnetische Haltekraft gesichert, die an die angepasste Fläche der Haltevorrichtungen 310 aufgebracht ist. Eine Aktivierung der Haltevorrichtungen 310 wird durch eine Quelle für steuerbaren Druck sowie ein Steuergerät für Elektromagnetaktivierung gesteuert. Die Haltevorrichtungen 310 sind als orthogonal zu einer planaren Fläche des Halters 300 gezeigt, wobei jedoch angemerkt sei, dass die Haltevorrichtungen 310 in einer beliebigen geeigneten Orientierung in Bezug auf den Halter 300 angeordnet sein können. Alternativ dazu weisen die anpassbaren Haltevorrichtungen 310 ein anpassbares Klemmelement 312 auf, das Magnetfluide enthält. Ferner können, wie durch das Element 321 angegeben ist, einzelne der Haltevorrichtungen 310 zu verschiedenen Positionen an dem Halter 300 bewegbar sein, einschließlich solchen, die für eine Translation in der xy-Ebene an der Ebene des Halters 310, eine Verlängerung in einer z-Richtung oder eine Drehung um eine x-Achse, eine y-Achse und/oder eine z-Achse, d. h. Nick-, Gier- und/oder Roll-Rotationen konfiguriert ist, wobei somit sechs Freiheitsgrade an Bewegung enthalten sind, um Werkstücke 315 mit verschiedenen Geometrien aufzunehmen und anzupassen. Die gewählten Freiheitsgrade können eine beliebige Kombination von x-, y-, z-Translationen und/oder Nick-/Gier-/Roll-Rotationen sein. 3 schematically shows a three-dimensional isometric view of a workpiece holder 300 which may be in the form of a chuck, tooling, or robotic gripper configured to mate with a workpiece 315 compliantly coupled at a plurality of gripping locations. The holder 300 has a plurality of compliant fixtures 310 analogous to the holding device 10 related to 1 is described, or the holding device 210 on that with regard to 2 is described. In one embodiment, the holder 300 a single one of the holders 310 on. Any of the customizable fixtures 310 has an adjustable clamping element 312 , the ferromagnetic materials 314 contains, as well as a base 316 on, the controllable electromagnetic elements 318 contains. As shown, the workpiece is lying 315 on the holder 300 , and the workpiece 315 is secured by the electromagnetic holding force, which is attached to the adapted surface of the holding devices 310 is applied. Activation of the holding devices 310 is controlled by a source of controllable pressure and a solenoid activation control unit. The holding devices 310 are orthogonal to a planar surface of the holder 300 However, it should be noted that the holding devices 310 in any suitable orientation with respect to the holder 300 can be arranged. Alternatively, the customizable fixtures 310 an adaptable clamping element 312 on, which contains magnetic fluids. Further, as by the element 321 is indicated single of the holders 310 to different positions on the holder 300 be movable, including those necessary for translation in the xy plane at the level of the holder 310 , an extension in a z-direction or a rotation about an x-axis, a y-axis and / or a z-axis, ie pitch, yaw and / or roll rotations is configured, thus having six degrees of freedom of movement are included to workpieces 315 with different geometries record and adapt. The degrees of freedom chosen may be any combination of x, y, z translations and / or pitch / yaw / roll rotations.

4 zeigt schematisch eine dreidimensionale isometrische Ansicht einer Werkstückhaltevorrichtung 400, die in der Form einer Spanneinrichtung, eines Werkzeugs oder eines Roboter-Greiforgans vorliegen kann, die/der derart konfiguriert worden ist, um mit einem Werkstück 415 an einer Mehrzahl von Greifstellen passend zu koppeln. Der Halter 400 weist eine Mehrzahl passender Haltevorrichtungen 410 analog der Haltevorrichtung 10, die mit Bezug auf 1 beschrieben ist, oder der Haltevorrichtung 210, die mit Bezug auf 2 beschrieben ist, auf. Somit weist jede der anpassbaren Haltevorrichtungen 410 ein Klemmelement 412, das ferromagnetische Materialien 414 enthält, sowie eine Basis 416 auf, die steuerbare elektromagnetische Elemente 418 aufweist. Wie gezeigt ist, hängt das Werkstück 415 an dem Halter 400 und haftet an diesem an, wobei das Werkstück 415 durch eine magnetische Haltekraft daran gesichert ist, die an die angepasste Fläche der Haltevorrichtung 410 aufgebracht ist. Alternativ dazu weisen die anpassbaren Haltevorrichtungen 410 ein anpassbares Klemmelement 412 auf, das magnetische Fluide enthält. 4 schematically shows a three-dimensional isometric view of a workpiece holding device 400 which may be in the form of a chuck, a tool, or a robotic gripping member that has been configured to engage with a workpiece 415 Couple fitting at a plurality of gripping points. The holder 400 has a plurality of matching holding devices 410 analogous to the holding device 10 related to 1 is described, or the holding device 210 related to 2 is described on. Thus, each of the customizable fixtures has 410 a clamping element 412 , the ferromagnetic materials 414 contains, as well as a base 416 on, the controllable electromagnetic elements 418 having. As shown, the workpiece hangs 415 on the holder 400 and adheres to this, wherein the workpiece 415 is secured thereto by a magnetic holding force, which is attached to the adapted surface of the holding device 410 is applied. Alternatively, the customizable fixtures 410 an adaptable clamping element 412 which contains magnetic fluids.

Im Betrieb arbeitet eine Ausführungsform des Halters 400, der eine oder eine Mehrzahl anpassbarer Haltevorrichtungen 410 aufweist, die anpassbare Klemmelemente 412 und ferromagnetische Materialien 414 aufweisen, wie folgt. Anfänglich ist jede Haltevorrichtung 410 statisch, d. h. ohne angelegtes Vakuum. Ein Greiforgan treibt die Haltevorrichtung 410 gegen einen Abschnitt des Werkstücks 415 durch eine Kraft mit einer Größe, die ausreichend ist, um die Haltevorrichtung 410 an die Fläche des Werkstücks 415 anzupassen. Eine Druckquelle 460 wird aktiviert, um einen negativen Druck (Vakuum) in dem Klemmelement 412 zu erzeugen, um die Partikel zu klemmen und damit die angepasste Form beizubehalten und eine gewisse Haltekraft für externe Merkmale bereitzustellen. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend aktiviert ein Steuergerät 440 für Elektromagnetaktivierung die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 418, was zur Folge hat, dass die ferromagnetischen Materialien 414 eine Haltekraft erzeugen. Die Druckquelle 460 und der Steuergerät 440 für Elektromagnetaktivierung sind schematisch so gezeigt, dass sie mit einer einzelnen der Haltevorrichtungen 410 verbunden sind. Jedoch sei angemerkt, dass sie mit allen Haltevorrichtungen 410 des Halters 400 verbunden sein können. Der Halter 400 wird von einem Roboterarm zu einer gewünschten Stelle bewegt, um an dem Werkstück 415 Arbeit zu verrichten. Nachdem die Arbeit beendet ist, wird die Druckquelle 460 deaktiviert, um das Vakuum freizugeben, wodurch eine Entspannung der angepassten Form des Klemmelements 412 ermöglicht wird. Gleichzeitig deaktiviert der Steuergerät 240 für Elektromagnetaktivierung die steuerbaren elektromagnetischen Elemente 418. Eine derartige Aktion gibt das Werkstück 415 von der Haltevorrichtung 410 frei. Die Konfiguration ermöglicht die Verwendung irgendeiner geeigneten Werkstückgreiforientierung, einschließlich interner, flacher und externer Griffe, bei einer Anpassung an die Werkstückform und Werkstückhohlräume. Die Konfiguration ist leicht an verschiedene Werkstückgeometrien umkonfigurierbar.In operation, an embodiment of the holder operates 400 , the one or a plurality of customizable fixtures 410 has the customizable clamping elements 412 and ferromagnetic materials 414 have, as follows. Initially, every fixture is 410 static, ie without applied vacuum. A gripping member drives the holding device 410 against a portion of the workpiece 415 by a force of a size sufficient to hold the holding device 410 to the surface of the workpiece 415 adapt. A pressure source 460 is activated to a negative pressure (vacuum) in the clamping element 412 in order to clamp the particles and thus maintain the adapted shape and provide a certain holding power for external features. Simultaneously or immediately afterwards activates a control unit 440 for electromagnetic activation the controllable electromagnetic elements 418 , which has the consequence that the ferromagnetic materials 414 generate a holding force. The pressure source 460 and the controller 440 for solenoid activation are shown schematically as being with a single one of the fixtures 410 are connected. However, it should be noted that they are compatible with all fixtures 410 of the owner 400 can be connected. The holder 400 is moved by a robot arm to a desired location to attach to the workpiece 415 To do work. After the work is finished, the pressure source becomes 460 deactivated to release the vacuum, causing a relaxation of the adapted form of the clamping element 412 is possible. At the same time, the controller deactivates 240 for electromagnetic activation the controllable electromagnetic elements 418 , Such an action gives the workpiece 415 from the holding device 410 free. The configuration allows the use of any suitable workpiece grip orientation, including internal, flat, and external handles, to accommodate the workpiece shape and workpiece cavities. The configuration can easily be reconfigured to different workpiece geometries.

Eine Ausführungsform eines Werkstückhalters, der eine oder eine Mehrzahl anpassbarer magnetischer Haltevorrichtungen aufweist, sieht ein Greifelement vor, wobei der Greifer ein oder mehrere derartige Elemente aufweisen kann, um ein Greifen eines Werkstücks oder ein Tragen des Werkstücks zu ermöglichen, während eine ausreichende Zugänglichkeit bereitgestellt wird, um ein Schweißen zu ermöglichen. Ein Werkstückhalter, der eine oder eine Mehrzahl anpassbarer elektromagnetischer Haltevorrichtungen aufweist, sieht ein Greiferelement vor, wobei der Greifer ein oder mehrere derartige Elemente aufweisen kann, um ein Greifen eines Werkstücks zu ermöglichen, während eine ausreichende Zugänglichkeit bereitgestellt wird, um ein Schweißen oder eine andere an oder mit dem Werkstück auszuführende Arbeit zu ermöglichen. Eine oder mehrere der Haltevorrichtungen können an eine andere Stelle umpositioniert oder rekonfiguriert werden, um verschiedene Werkstücke mit verschiedenen Geometrien anzupassen. Ein Werkstückhalter, der eine oder eine Mehrzahl anpassbarer magnetischer oder elektromagnetischer Haltevorrichtungen aufweist, sieht ein Greiferelement vor, das in der Lage ist, einen externen Griff durch Klappen bzw. Falten um oder Anpassen an einen Abschnitt eines Werkstücks und durch Verwendung magnetischer oder elektromagnetischer Kraft zu bewirken. Ein Werkstückhalter, der eine oder eine Mehrzahl anpassbarer magnetischer oder elektromagnetischer Haltevorrichtungen aufweist, sieht ein Greiferelement vor, das in der Lage ist, einen internen oder flachen Griff an einem Abschnitt eines Werkstücks durch Gebrauch magnetischer oder elektromagnetischer Kraft zu bewirken. Der Werkstückhalter, der einen oder eine Mehrzahl anpassbarer magnetischer oder elektromagnetischer Haltevorrichtungen aufweist, sieht ein Greiferelement vor, das in der Lage ist, eine Kombination aus einem oder mehreren externen, internen oder flachen Griffen mit einem Abschnitt eines Werkstücks durch die Verwendung magnetischer oder elektromagnetischer Kraft zu bewirken. Der Werkstückhalter kann in einer beliebigen Materialhandhabungssituation angewendet werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Herstell- und Montageprozesse, Materialhandhabung und Förderprozesse, Messung, Testen und dergleichen.An embodiment of a workpiece holder having one or a plurality of adjustable magnetic fixtures provides a gripping element, wherein the gripper may include one or more such elements to facilitate gripping a workpiece or supporting the workpiece while providing sufficient accessibility to allow welding. A workpiece holder having one or a plurality of adjustable electromagnetic fixtures provides a gripper element, wherein the gripper may include one or more such elements to allow gripping of a workpiece while providing sufficient accessibility to one weld or another to allow work to be performed on or with the workpiece. One or more of the fixtures may be repositioned or reconfigured to accommodate different workpieces having different geometries. A workpiece holder having one or a plurality of adjustable magnetic or electromagnetic holding devices provides a gripping member capable of external gripping by folding or fitting to a portion of a workpiece and using magnetic or electromagnetic force cause. A workpiece holder having one or a plurality of adjustable magnetic or electromagnetic holding devices provides a gripping member capable of effecting an internal or flat grip on a portion of a workpiece by use of magnetic or electromagnetic force. The workpiece holder having one or a plurality of adjustable magnetic or electromagnetic holders provides a gripper element capable of combining one or more external, internal, or flat handles with a portion of a workpiece through the use of magnetic or electromagnetic force to effect. The workpiece holder may be used in any material handling situation including, but not limited to, manufacturing and assembly processes, material handling and conveying processes, measurement, testing, and the like.

Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, jedoch ist der Schutzumfang der vorliegenden Lehren ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden.The detailed description and drawings or figures are supportive and descriptive of the disclosure, but the scope of the present teachings is defined solely by the claims. While some of the best modes and other embodiments for carrying out the present teachings have been described in detail, there are several alternative constructions and embodiments for carrying out the present teachings as defined in the appended claims.

Claims

Apparatus for holding a workpiece, comprising: a holder having a base having a magnetic member; an adjustable clamping member secured to the base and having a closed impervious compliant membrane containing dry magnetic particles; and a controllable pressure device fluidly coupled to the clamping member.

The device of claim 1, wherein the closed non-permeable compliant membrane further contains granular filler material.

The device of claim 1, wherein the dry magnetic particles comprise materials having a large positive susceptibility to an external magnetic field.

The device of claim 3, wherein the materials having a large positive susceptibility to an external magnetic field comprise iron, nickel and cobalt.

The device of claim 1, further comprising the device using a magnetic force to effect a grip on the workpiece.

The device of claim 5, wherein the device that uses a magnetic force to effect a grip on the workpiece comprises the device using the magnetic force to effect an internal grip on the workpiece.

The device of claim 5, wherein the device that uses a magnetic force to effect a grip on the workpiece comprises the device using the magnetic force to effect an external grip on the workpiece.

The apparatus of claim 1, wherein the adjustable clamping member attached to the base and having a closed impervious compliant membrane containing dry magnetic particles further comprises the base including a fluid conduit fluidly coupled to a pressure source, the pressure source generates a negative pressure in the clamping element in response to a first control signal.

The device of claim 1, wherein the magnetic element comprises an electromagnetic element, and further comprising a controllable voltage source electrically connected to the electromagnetic element.

Holder for gripping a workpiece comprising: a plurality of adjustable holding devices, each holding device having a base having a controllable electromagnetic element, an adjustable clamping element secured to the base and a closed impermeable resilient membrane containing magnetic particles, a controllable pressure device fluidly associated with coupled to the clamping element, and having a controllable voltage source, which is electrically connected to the electromagnetic element; a controllable pressure device fluidly coupled to the adjustable clamping elements, a controllable voltage source electrically connected to the electromagnetic elements; and a controller connected to the controllable pressure device and the controllable voltage source; wherein the electromagnetic elements engage portions of the workpiece in response to instructions from the controller to the controllable printing device and the controllable voltage source; and wherein one of the adjustable holding devices has freedom of movement on the holder which is adaptable to the workpiece.