DE102017115854A1

DE102017115854A1 - Manipulationsgreifer, Manipulationsgreifersystemmodul und modulares Manipulationsgreifersystem aus demselben

Info

Publication number: DE102017115854A1
Application number: DE102017115854.5A
Authority: DE
Inventors: Claudio Uriarte
Original assignee: Biba - Bremer Institut fur Produktion und Logistik GmbH; BIBA BREMER INST fur PRODUKTION und LOGISTIK GmbH
Current assignee: Biba - Bremer Institut fur Produktion und Logistik GmbH; BIBA BREMER INST fur PRODUKTION und LOGISTIK GmbH
Priority date: 2017-07-14
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2019-01-17
Anticipated expiration: 2037-07-15
Also published as: DE102017115854B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Manipulationsgreifer / ein Manipulationsgreifersystemmodul zum Greifen und Manipulieren eines Objekts in einem Greifzustand des Manipulationsgreifers bzw. Manipulationsgreifersystemmoduls, umfassend mindestens eine astriktive Einheit, mindestens zwei mittels einer Radantriebseinrichtung antreibbare Räder, mindestens eine Radantriebseinrichtung, und ein Trägersystem zur Aufnahme der mindestens einen astriktiven Einheit, der mindestens zwei Räder und der mindestens einen Radantriebseinrichtung, wobei der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul so gestaltet ist, dass er bzw. es mindestens drei Abstützpunkte, die in einer Ebene angeordnet sind, zum Abstützen eines Objekts in einem Greifzustand bereitstellt, und insbesondere modulare Manipulationsgreifersysteme.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Manipulationsgreifer, ein Manipulationsgreifersystemmodul und ein insbesondere modulares Manipulationsgreifersystem aus demselben.
Greifer werden im Allgemeinen eingesetzt, um eine temporäre Verbindung zwischen einer Handhabungsanlage und einem Objekt zu schaffen, mit dem Ziel, das Objekt zu bewegen oder in Position zu halten. Je nach Arbeitsprinzip werden diese in „impactive“, „ingressive“, „contigutive“ und „astrictive“ gruppiert. Bei den ersten drei Arbeitsprinzipien werden die Objekte mittels Zangen, Nadeln, Haken oder thermischer bzw. chemischer Adhäsion festgehalten. Bei dem letztgenannten Arbeitsprinzip (astriktive Einheit) werden Anziehungskräfte zwischen den Oberflächen der Greifer und einem Objekt erzeugt, ohne dass ein direkter Kontakt zwischen dem Greifer und dem zu handhabenden Objekt zwingend erforderlich ist. Die Anziehungskräfte können mittels Vakuum (Unterdruck), Magnete und elektrostatischer Kräfte erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aktive Greifer. Aktive Greifer sind in der Lage, Objekte während des Greifprozesses in einer oder mehreren Dimensionen relativ zum Greifer zu bewegen. Derartige Greifer werden auch als Manipulationsgreifer (dexterous grippers; with in-grasp manipulation capabilities) bezeichnet.
Die DE 10 2007 054 867 A1 offenbart eine Greifvorrichtung zum Ergreifen, Anheben und Transportieren von Werkstücken mit wenigstens einem am Werkstück angreifenden Aufwälzmodul sowie wenigstens einem zusätzlich am Werkstück angreifenden Saugmodul. Bei der Greifvorrichtung wird der Greifvorgang des Aufwälzgreifers durch das Saugmodul unterstützt, indem das Werkstück nicht ausschließlich mittels des Aufwälzgreifers von einem darunterliegenden Werkstück selektiert, ergriffen, angehoben und transportiert wird. Das Saugmodul dient als unterstützende Einrichtung, wobei es insbesondere labile Werkstücke stabilisiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Manipulationsgreifer oder ein Manipulationsgreifersystemmodul bereitzustellen, mit dem Objekte relativ zum Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystemmodul in mindestens einer Richtung mit beliebiger Geschwindigkeit und Beschleunigung auf einer Greifebene bewegt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Manipulationsgreifer bzw. ein Manipulationsgreifersystemmodul zum Greifen und Manipulieren eines Objekts in einem Greifzustand des Manipulationsgreifers bzw. Manipulationsgreifersystemmoduls, umfassend mindestens eine astriktive Einheit, mindestens zwei mittels einer Radantriebseinrichtung antreibbare Räder, mindestens eine Radantriebseinrichtung, und ein Trägersystem zur Aufnahme der mindestens einen astriktiven Einheit, der mindestens zwei Räder und der mindestens einen Radantriebseinrichtung, wobei der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul so gestaltet ist, dass er bzw. es mindestens drei Abstützpunkte, die in einer Ebene angeordnet sind, zum Abstützen eines Objekts in einem Greifzustand bereitstellt. Es kann also beispielsweise eine einzige Radantriebseinrichtung zum Antreiben von mindestens zwei Rädern oder aber beispielsweise pro Rad jeweils eine Radantriebseinrichtung zum Antreiben des jeweiligen Rades vorgesehen sein. Die Abstützpunkte können von den Rädern selbst und/oder mechanischen Stützen bereitgestellt werden.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein insbesondere modulares Manipulationsgreifersystem, umfassend eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Manipulationsgreifersystemmodulen und mindestens eine Steuereinrichtung, die mit den Radantriebseinrichtungen zum, insbesondere individuellen, Ansteuern derselben verbunden ist. Dabei können die Manipulationsgreifersystemmodule sowohl integral als auch separat ausgebildet sein.
Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein insbesondere modulares Manipulationsgreifersystem, umfassend eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Manipulationsgreifersystemmodulen zum Greifen und Manipulieren eines Objekts in einem Greifzustand von mindestens einem der Manipulationsgreifersystemmodule jeweils mit mindestens einer astriktiven Einheit, einem Rad und einer Radantriebseinrichtung zum Antreiben des Rades, und einem Trägersystem zur Aufnahme der mindestens einen astriktiven Einheit, des Rades und der Radantriebseinrichtung, wobei das Manipulationsgreifersystem so gestaltet ist, dass es mindestens drei Abstützpunkte, die in einer Ebene angeordnet sind, zum Abstützen eines Objekts in einem Greifzustand bereitstellt. Dabei können die Manipulationsgreifersystemmodule sowohl integral als auch separat ausgebildet sein. Die Abstützpunkte können von den Rädern selbst und/oder mechanischen Stützen bereitgestellt werden.
Das Manipulationsgreifersystemmodul kann dabei ansonsten wie das in den Ansprüchen 1 bis 16 erwähnte Manipulationsgreifersystemmodul gestaltet sein.
Vorteilhafterweise ist bei dem Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystemmodul die astriktive Einheit ein Vakuumsauger oder Vakuumsauger mit selbstaktivierenden Schaltventilen oder weist mindestens eine Bernoulli-Düse oder mindestens einen Magneten, insbesondere Elektromagneten, auf. Eine weitere Möglichkeit stellt eine Saugeinheit dar, die mit einem großen Volumenstrom saugt, z. B. nach dem Staubsauger- oder Seitenkanalverdichter-Prinzip. Damit wären ebenfalls keine oder vernachlässigbare Querkräfte verbunden. Bei der Verwendung von kontaktlosen astriktiven Einheiten (unter anderem Bernoulli-Düsen, Magnete und Staubsaugerprinzip (siehe oben)) gibt es im Prinzip keine Querkräfte, so dass die Radantriebseinrichtungen kleiner dimensioniert werden können. Allgemein soll die Reibung zwischen astriktiven Einheiten und Werkstücke möglichst gering zu sein. Es soll jedoch Reibung zwischen den (omnidirektionalen) Rädern und dem Werkstück vorhanden sein, um einen Schlupf der Räder bei der Manipulation zu vermeiden.
Zweckmäßigerweise ist mindestens eines der Räder ein omnidirektionales Rad. Beispielsweise kann das omnidirektionale Rad aus einem Einzel-Allseitenrad oder einem Mehrfach-Allseitenrad, insbesondere Doppel-Allseitenrad, bestehen. Insbesondere kann das Allseitenrad ein Mecanum-Rad sein.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist zumindest einem Teil der Räder jeweils eine Radantriebseinrichtung einzeln zugeordnet.
Vorteilhafterweise weist die Radantriebseinrichtung einen Elektromotor auf.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul genau zwei Räder auf und verlaufen die Wirkrichtungen der beiden Räder nicht parallel zueinander.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul genau drei Räder auf.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Wirkrichtungen der drei Räder so zueinander verlaufen, dass keine parallelen Wirkrichtungen vorliegen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Wirkrichtungen der drei Räder orthogonal oder nicht orthogonal zueinander verlaufen.
Es kann auch oder insbesondere vorgesehen sein, dass die Räder in den Seitenmitten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Wirkrichtungen der Räder unter einem Winkel von 90° zu den Seiten des gedachten Dreiecks verlaufen oder mindestens eine der Wirkrichtungen der Räder unter einem Winkel ungleich 0° zur zugehörigen Seite des Dreiecks verläuft.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Trägersystem eine Trägerplatte zur Aufnahme der Räder und/oder der astriktiven Einheit(en) auf. Das Trägersystem kann auch als eine „Spinne“, wie eine sogenannte „Saugerspinne“, ausgebildet sein.
Vorteilhafterweise umfasst der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul mindestens eine mechanische Stütze zum Bereitstellen eines der mindestens drei Abstützpunkte.
Insbesondere kann die mechanische Stütze ein passives omnidirektionales Rad, eine Kugelrolle oder ein Gleitkissen sein.
Vorteilhafterweise weist der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul mindestens einen Sensor zur Erfassung der Belegung eines Rades oder des Manipulationsgreifers oder des Manipulationsgreifersystemmoduls auf.
Wiederum vorteilhafterweise weist der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul mindestens eine Kamera zum Erfassen der Position eines Objekts bezogen auf den Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Verwendung von mindestens einer astriktiven Einheit in Kombination mit einem oder mehreren antreibbaren Rädern, insbesondere omnidirektionalen Rädern, Objekte während eines Greifprozesses bzw. in einem Greifzustand in beliebiger Richtung mit beliebiger Geschwindigkeit und Beschleunigung auf einer Greifebene bewegt werden können. Rotatorische und translatorische Bewegungen können je nach Ausführung einzeln oder kombiniert durchgeführt werden. Es wird auch die Handhabung von einzelnen Objekten und gleichzeitig mehreren Objekten ermöglicht. Je nach Ausführung ist sogar das gleichzeitige Bewegen von Objekten auf unterschiedlichen Bahnen möglich.
Die Erfindung kann branchenunabhängig für Aufgaben eingesetzt werden, bei welchen Objekte mit vorzugsweise flachen oder nahezu flachen Oberflächen gehandhabt und manipuliert werden. Ebenfalls kann sie für Aufgaben eingesetzt werden, bei denen Objekte manipuliert werden müssen und die keinen Raum für den Einbau von Industrierobotern bieten.
Weiterhin kann die Erfindung in Handlingsystemen mit wenigen Freiheitsgraden eingesetzt werden, um somit die Gesamtflexibilität des Handlingsystems zu erhöhen.
Denkbar ist auch ein Retrofit von vorhandenen Anlagen, in denen bisher herkömmliche passive Greifer eingebaut waren, wie zum Beispiel Greifer in Portalrobotern oder Endeffektoren von Industrierobotern.
Die Manipulationsgreifer oder Manipulationsgreifersystemmodulen bzw. die modularen Manipulationsgreifersysteme können sowohl stationär als auch beweglich, z.B. an Roboterarmen oder Portalen, eingesetzt werden. Insbesondere durch eine entsprechende Dimensionierung können sie zwangsläufig auch zum Fördern, z.B. Übergabe zwischen Manipulationsgreifern oder Manipulationssystemmodulen, verwendet werden.
Sie eignen sich für die Handhabung von beispielsweise:

- Plattenmaterial aller Art (z.B. aus Pappe, Glas, Holz, Kunststoff, Verbundwerkstoffen und/oder Metall)
- Objekten mit flachen Oberflächen (z.B. Pakete und Kartons oder Plastik- und Metallgebinde)
- sonstigen Objekten mit flachen Oberflächen.

Insbesondere eignen sie sich für folgende Anwendungen:
Intralogistik:

- Palettieren
- Depalettieren
- Vereinzeln
- Drehen von Paketen
- Sortieren

Produktion:

- Handhabung sowie Be- und Entladung von Blechen und Platten aller Art in Werkzeugmaschinen (z.B. Blech- und Holzbearbeitungszentren, Kantbanken, Laserschneider, Sägen, usw.)
- Ein- und Auslagern von Platten aller Art in/aus Lagersystemen (z.B. Hochregallager)
- Palettieren/Sortieren von Platten und Blechen.

Die Erfindung bietet zumindest in besonderen Ausführungsformen folgende Vorteile:

- Manipulation von Objekten während des Greifprozesses,
- durch eine gezielte Steuerung von omnidirektionalen Rädern können sowohl Bewegungen in Längs- und Querrichtung als auch Rotationen und Kombinationen davon generiert werden,
- leichte Skalierbarkeit und sowohl für kleinere als auch für sehr große Objekte verwendbar,
- in Anlagen - unabhängig von der verwendeten Kinematik - integrierbar. So kann die Erfindung in zwei-Achs-Portalrobotern, Scara-Robotern oder sogar in Sechs- und Sieben-Achs-Industrierobotern eingesetzt werden.
- Bei Integration in bestehende Anlagen (Retrofit) werden die Freiheitsgrade der Maschine um einen, um zwei oder um drei Freiheitsgrade erhöht. Somit wird die Gesamtflexibilität der Anlage erhöht.
- Neue Verfahren der Produktion und in der Handhabung werden möglich. So kann zum Beispiel eine Vereinzelung oder Descrambling von Paketen auf einem derartigen Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystemmodul bzw. modularen Manipulationsgreifersystem folgen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:

1 verschiedene Ansichten eines Manipulationsgreifers oder Manipulationsgreifersystemmoduls gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 Ansichten von unten (Mitte) und von der Seite (unten) von Manipulationsgreifern bzw. Manipulationsgreifersystemmodulen gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 Ansichten von unten (oben) und von der Seite (unten) von Manipulationsgreifersystemen gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
4 eine Ansicht von unten (oben) und eine Seitenansicht (unten) von einem Manipulationsgreifer gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 Ansichten von unten (oben) und von der Seite (unten) von Manipulationsgreifersystemen gemäß weiteren besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
6 Ansichten von unten (oben) und von der Seite (unten) von Manipulationsgreifersystemen gemäß weiteren besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
7 eine schematische Ansicht von unten von einem Manipulationsgreifersystem gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 Ansichten von unten von Manipulationsgreifersystemen gemäß weiteren besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
9 beispielhaft verschiedene Phasen der Manipulation einer Platte mit einem Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystem gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 beispielhaft verschiedene Phasen der Manipulation einer Platte mit einem Manipulationsgreifersystem gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine Seitenansicht von einem Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystem gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Endeffektor eines Knickarmroboters;
12 eine Seitenansicht von einem Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystem gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Endeffektor eines Portalroboters; und
13 den Portalroboter mit dem Manipulationsgreifer bzw. Manipulationsgreifersystem von 12 im Einsatz.

1 zeigt eine Ansicht von unten (links oben), eine perspektivische Ansicht schräg von unten (rechts) und eine Seitenansicht (links unten) von einem Manipulationsgreifer 10, der aber auch ein Manipulationsgreifersystemmodul eines Manipulationsgreifersystems (nicht gezeigt) sein kann, zum Greifen und Manipulieren eines Objekts (nicht gezeigt) in einem Greifzustand des Manipulationsgreifers bzw. Manipulationsgreifersystemmoduls gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Manipulationsgreifer 10 umfasst ein Trägersystem 12, das eine in diesem Beispiel sechseckige Trägerplatte 14 umfasst, in der mittig eine lediglich schematisch dargestellt astriktive Einheit 16 angeordnet ist, um die drei omnidirektionale Räder 18 in einem Radius r umlaufend äquidistant, d.h. im vorliegenden Beispiel in einem Abstand von α = 120° zueinander angeordnet sind. Jedes der Räder 18 umfasst ein Doppel-Allseitenrad. Genauer gesagt ragen die Räder 18 durch einen jeweiligen Ausschnitt 20 in der Trägerplatte 14 nach unten vor. Die tiefsten Punkte 24 der Räder 18 liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen zur Trägerplatte 14 parallel verlaufenden Ebene E. Die Hauptdrehachsen H der Räder 18 verlaufen unter einem Winkel β=90° zu den Seiten a, b und c eines gedachten Dreiecks D. Mit anderen Worten verlaufen die Hauptdrehachsen A kollinear mit den Mittelsenkrechten.
Jedem Rad (18) ist eine eigene Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) zugeordnet zum individuellen Antreiben der Räder.
Die 2 zeigt nun verschiedene Manipulationsgreifer gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung (Mitte) sowie die zugehörigen Manipulationsmöglichkeiten (oben) und das Anziehungs- und Manipulationsprinzip (durch Pfeile gekennzeichnet) (unten). In der 2 links Mitte weist der Manipulationsgreifer 10 eine sechseckige Trägerplatte 14 und nur ein einziges omnidirektionales Rad 18 auf. Dies ist in diesem Beispiel in der Mitte der Trägerplatte 14 angeordnet. Die astriktive Einheit kann aber im Prinzip frei platziert werden. Der Manipulationsgreifer 10 weist auch mindestens eine astriktive Einheit auf. Diese kann zum Beispiel an einem der Eckpunkte der sechseckigen Trägerplatte 14 vorgesehen sein. An mindestens einem der Eckpunkte kann auch eine Stütze (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die sich nach unten erstreckt und deren tiefster Punkt vorzugsweise in demselben Abstand von der Unterseite 26 der Trägerplatte 14 wie der tiefste Punkt des Rades 18 angeordnet ist. Die astriktive Einheit und die Stütze können aber im Prinzip überall angeordnet sein. Die Stütze kann sogar außerhalb des Sechsecks angeordnet sein.
Aufgrund dessen, dass nur ein omnidirektionales Rad 18 vorgesehen ist, kann ein Objekt (nicht gezeigt) nur in einer Richtung (siehe oben links) bewegt bzw. manipuliert werden.
Bei dem Manipulationsgreifer 10 in der Mitte der 2 sind zwei omnidirektionale Räder 18 vorgesehen, wobei deren Hauptdrehachsen H um 90° zueinander versetzt sind. Dadurch kann ein Objekt (nicht gezeigt) entsprechend den Pfeilen in der 2 Mitte oben bewegt bzw. manipuliert werden.
In der 2 rechts weist der Manipulationsgreifer 10 drei omnidirektionale Räder wie in der 1 auf. Dadurch kann ein Objekt (nicht gezeigt) zusätzlich zu den in der 2 Mitte gezeigten Manipulationsrichtungen auch noch gedreht werden.
Die Pfeile in der 2 unten sollen die Anziehungsrichtung zeigen.
In der 3 sind zwei verschiedene Manipulationsgreifersysteme 100 und 200 von unten (oben) und von der Seite (unten) dargestellt. Das Manipulationsgreifersystem 100 setzt sich aus zwei Manipulationsgreifersystemmodulen 102 und 104 zusammen, die über ein Trägerprofil 106 miteinander verbunden sind. Jedes der beiden Manipulationsgreifersystemmodule 102 und 104 weist eine in diesem Beispiel sechseckige Trägerplatte 108 auf, in deren Mitte ein Rad 110 angeordnet ist. Das Rad ragt durch einen Ausschnitt 112 in der Trägerplatte 108 nach unten vor. Die tiefsten Punkte der beiden omnidirektionalen Räder 110 befinden sich in demselben Abstand bzw. in derselben Ebene E parallel zu den in einer Ebene angeordneten Trägerplatten 108. Die Hauptdrehachsen H der beiden Räder 110 sind in einem Winkel von 45° zueinander angeordnet. Beispielsweise an mindestens einem der Eckpunkte der sechseckigen Trägerplatten 108 ist eine astriktive Einheit 114 angeordnet. Die astriktiven Einheiten müssen aber nicht an den Ecken angeordnet sein, sondern können im Prinzip überall angeordnet sein. Zusätzlich kann z. B. an mindestens einem der Eckpunkte eine Stütze (nicht gezeigt), die an der Unterseite 118 der Trägerplatte 108 nach unten vorragt, um die Trägerplatte parallel zur Oberseite eines zu manipulierenden Objekts (nicht) zu halten, vorgesehen sein.
Jedes der beiden Räder 110 wird durch eine einzelne zugeordnete Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) angetrieben.
Das in der 3 ebenfalls gezeigte modulare Manipulationsgreifersystem 200 ergibt sich aus drei Manipulationsgreifersystemmodulen 202, 204 und 206. Jedes der Manipulationsgreifersystemmodule 202, 204 und 206 weist eine in diesem Beispiel sechseckige Trägerplatte 208 auf. Die drei Trägerplatten 208 sind mittels dreier Trägerprofile 210, die ein Dreieck bilden, in einer Ebene im Dreieck angeordnet. In jeder der Trägerplatten 208 ist mittig ein omnidirektionales Rad 212 angeordnet. Es ragt durch einen jeweiligen Ausschnitt 214 in der jeweiligen Trägerplatte 208 an der Unterseite 216 der jeweiligen Trägerplatte 208 nach unten vor, und zwar in der Art, dass die tiefsten Punkte der Räder 212 in einer zur Unterseite 216 der Trägerplatten 208 parallelen Ebene E liegen.
Die Hauptdrehachsen H der drei Räder 212 schneiden sich in der Mitte des von den drei Trägerprofilen 210 gebildeten Dreiecks.
Jedem der drei Räder 212 ist eine Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) einzeln zugeordnet.
Der in der 4 gezeigte Manipulationsgreifer 30 weist eine viereckige Platte 32 auf, in deren Mitte eine sechseckige Trägerplatte 34 in einem entsprechenden Ausschnitt 36 angeordnet ist. In der Trägerplatte 34 sind drei omnidirektionale Räder 38 - wie bei der in der 2 rechts gezeigten Ausführungsform - angeordnet.
In den vier Ecken der Platte 32 ist jeweils eine Stütze 40 angeordnet. Die Stützen 40 ragen genauso weit von der Unterseite 42 nach unten wie die Räder 38, um den Manipulationsgreifer 30 abzustützen und ihn parallel zu einem plattenförmigen Objekt 44 oder ein Objekt mit einer planen Oberseite zu halten.
In der 5 sind weitere Beispiele für Manipulationsgreifersysteme gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das in der 5 links gezeigte modulare Manipulationsgreifersystem 300 umfasst eine in diesem Beispiel viereckige Platte 302, auf oder in der mehrere Manipulationsgreifersystemmodule 304, 306, 308, 310, 312, 314, 316 und 318 direkt nebeneinander angeordnet sind. In diesem Beispiel sind die Manipulationsgreifersystemmodule identisch gestaltet und weisen jeweils eine sechseckige Trägerplatte 320 mit jeweils drei - wie in der 2 rechts - sternförmig angeordneten omnidirektionalen Rädern 322, von denen nur einige gekennzeichnet sind, auf. Zudem ist in der Mitte jeder Trägerplatte 320 und optional auch noch an mindestens einem der Eckpunkte der Trägerplatte eine astriktive Einheit 324, von denen nur einige gekennzeichnet sind, vorgesehen. Die Pfeile in der Seitenansicht symbolisieren die Anziehungskräfte.
Jedem der drei Räder 324 ist eine eigene Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) zugeordnet.
Die in der 5 Mitte gezeigte Ausführungsform eines modularen Manipulationsgreifersystems 400 unterscheidet sich von dem Manipulationsgreifersystem 300 im Wesentlichen darin, dass die Manipulationsgreifersystemmodule 404, 406, 408, 410 und 412 nicht direkt nebeneinander, sondern im Abstand zueinander angeordnet sind, wobei dazu ein Rahmen 402 vorgesehen ist. Es sind auch einige omnidirektionale Räder 414 und einige sechseckige Trägerplatten 416 gekennzeichnet. In der Mitte jeder Trägerplatte 416 ist auch eine astriktive Einheit 418 angeordnet.
Das in der 5 rechts gezeigte Manipulationsgreifersystem 500 ist nicht aus mehreren separaten Manipulationsgreifersystemmodulen zusammengesetzt, sondern einteilig gestaltet. Es weist eine einzige, in diesem Beispiel viereckige, Trägerplatte (502) auf, in der bzw. auf der omnidirektionale Räder 504, von denen nur einige gekennzeichnet sind, in mehreren Reihen und mit abwechselnder Orientierung, und zwar im vorliegenden Beispiel mit einem Versatz der Hauptdrehachsen H um 90° angeordnet sind. Zu den Rädern 504 gehören auch Radantriebseinrichtungen (nicht gezeigt). Diese können zumindest einem Teil der Räder einzeln, aber auch in Gruppen zugeordnet sein.
Das in der 6 gezeigte modulare Manipulationsgreifersystem 600 weist vom Grundaufbau Ähnlichkeit mit dem in der 5 Mitte gezeigten Manipulationsgreifersystem 400 auf. Bei der in der 5 Mitte gezeigten Ausführungsform ist jedoch der Rahmen 402 fest bzw. nicht verstellbar. Bei dem Manipulationsgreifersystem 600 sind dagegen Trägerprofile 602 vorgesehen, mittels derer - wie in der 6 rechts durch die Pfeile gekennzeichnet - der Abstand zwischen den Manipulationsgreifersystemmodulen 604, 606, 608, 610 und 612 verändert werden kann und diese auch gegenüber dem mittigen Manipulationsgreifersystemmodul verschwenkt werden können. Dies dient zur Anpassung an ein zu manipulierendes Objekt (nicht gezeigt).
Zudem zeigt die 6 auch sechseckige Trägerplatten 614, omnidirektionale Räder 616 und astriktive Einheiten 618, wobei nur einige der Komponenten entsprechend gekennzeichnet sind.
7 dient zur Veranschaulichung einer möglichen Bewegung eines Objekts 702 mittels eines in diesem Beispiel modularen Manipulationsgreifersystem 700 gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Manipulationsgreifersystem 700 umfasst mehrere direkt aneinander angeordnete Manipulationsgreifersystemmodule, von denen nur einige mit der Bezugszahl 704 bezeichnet sind. Wie durch den Pfeil angedeutet, kann das manipulierte Objekt 702 in dem Manipulationsgreifersystem 700 in einer freien Bahn (Translation und Rotation) bewegt werden.
Die 8A bis 8D zeigen schematisch weitere verschiedene Manipulationsgreifersysteme gemäß besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie die damit erreichbaren Manipulationsmöglichkeiten.
Das Manipulationsgreifersystem 800 in der 8A weist Ähnlichkeit mit dem in der 5 rechts gezeigten Manipulationsgreifersystem auf. Es umfasst eine einzige Trägerplatte 802, auf bzw. in der omnidirektionale Räder 804 in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei benachbarte Räder von benachbarten Reihen orthogonal zueinander angeordnet sind. Alle Räder mit derselben Ausrichtung der Hauptdrehachse H werden als Gruppe von einer einzigen Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) angetrieben. Somit ergeben sich im gesamten Greifen nur zwei Freiheitsgrade. Mehrere Objekte im Manipulationsgreifersystem 800 können nicht unabhängig voneinander bewegt werden.
Das in der 8B gezeigte modulare Manipulationsgreifersystem 900 ähnelt dem in der 5 links gezeigten Manipulationsgreifersystem. Es umfasst mehrere direkt nebeneinander angeordnete Manipulationsgreifersystemmodule 902, von denen nur einige gekennzeichnet sind. Jedes Manipulationsgreifersystemmodul 902 weist eine sechseckige Trägerplatte 904 auf, in bzw. auf der drei omnidirektionale Räder 906, um 1200 versetzt zueinander angeordnet sind. Alle Räder 906 mit der gleichen Orientierung der Hauptdrehachse H werden als Gruppe von einer einzigen Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) angetrieben. Somit ergeben sich im gesamten Greifen nur zwei Freiheitsgrade (eine Rotation ist nicht möglich). Mehrere Objekte können im Manipulationsgreifersystem 900 nicht unabhängig voneinander bewegt werden.
Das in der 8C gezeigte Manipulationsgreifersystem 1000 ähnelt dem in der 8A gezeigten Manipulationsgreifersystem 800. Es ist aber jedem Rad 1004 in bzw. auf der Trägerplatte 1002, von denen nur einige gekennzeichnet sind, jeweils eine Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) einzeln zugeordnet. Somit ergeben sich an jeder Stelle des Manipulationsgreifersystems 1000 drei Freiheitsgrade inklusive Rotation. Mehrere Objekte im Manipulationsgreifersystem 1000 können frei und unabhängig voneinander bewegt werden.
Schließlich ähnelt das in der 8D gezeigte modulare Manipulationsgreifersystem 1100 mit Manipulationsgreifersystemmodulen 1102, von denen nur einige gekennzeichnet sind, und sechseckige Trägerplatten 1104 dem in der 8B gezeigten Manipulationsgreifersystem 900. Es wird jedoch jedes omnidirektionale Rad 1106, von denen nur einige gekennzeichnet sind, von einer jeweils einzeln zugeordneten Radantriebseinrichtung (nicht gezeigt) einzeln angetrieben. Somit ergeben sich an jeder Stelle des Manipulationsgreifersystems 1100 drei Freiheitsgrade. Mehrere Objekte im Manipulationsgreifersystem 1100 können frei und unabhängig voneinander bewegt werden.
9 zeigt beispielhaft, wie ein plattenförmiges Objekt 1202, das flächenmäßig größer als ein Manipulationsgreifer 1200 ist, gehandhabt bzw. manipuliert werden kann. Das Objekt 1202 bleibt stets in Kontakt mit dem Manipulationsgreifer 1200). Die Pfeile rechts daneben zeigen die Bewegungsmöglichkeiten.
Die 10 zeigt wiederum einen Fall, bei dem ein modulares Manipulationsgreifersystem 1300, das sich aus mehreren direkt benachbarten Manipulationsgreifersystemmodulen 1302, 1304 und 1306 zusammensetzt und in seiner Gesamtheit flächenmäßig größer als ein Objekt 1308 ist, gehandhabt bzw. manipuliert werden kann. Das plattenförmige Objekt 1308 „wandert“ mittels der omnidirektionalen Räder 1310, von denen nur einige gekennzeichnet sind, an der Unterseite von Manipulationsgreifersystemmodul zu Manipulationsgreifersystemmodul des Manipulationsgreifersystems. So ergibt sich eine „Förderung“ des Objekts 1308. Die Pfeile zeigen die Bewegungsmöglichkeiten.
11 zeigt einen Manipulationsgreifer 1400 bzw. ein Manipulationsgreifersystem gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beim Einsatz als Endeffektor eines Knickarmroboters 1402. Bei der gezeigten Anwendung handelt es sich um ein Umstapeln von chaotisch aufgestapelten plattenförmigen Objekten 1404. Der Knickarmroboter 1402 realisiert immer die gleiche Bewegung. Die Ausrichtung der plattenförmigen Objekte 1404 an einer Ablageposition wird ausschließlich vom Manipulationsgreifer 1400 realisiert. Die Freiheitsgrade des Handlingsystems werden durch den Manipulationsgreifer 1400 um drei erhöht.
12 zeigt den Manipulationsgreifer 1400 von 11 beim Einsatz als Endeffektor eines Portalroboters 1406. Die Anwendung ist dieselbe wie in der 11.
Schließlich zeigen die 13A bis 13F ein Umstapeln von chaotisch aufgestapelten plattenförmigen Objekten 1404. Die Manipulation der plattenförmigen Objekte 1404 im oder am Manipulationsgreifer 1400 erfolgt im Prinzip in der 13D.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Manipulationsgreifer
12: Trägersystem
14: Trägerplatte
16: astriktive Einheit
18: Räder
20: Ausschnitte
24: tiefste Punkte
26: Unterseite
30: Manipulationsgreifer
32: Platte
34: Trägerplatte
36: Ausschnitt
38: Räder
40: Stützen
42: Unterseite
44: Objekt
100: Manipulationsgreifersystem
102, 104: Manipulationsgreifersystemmodule
106: Trägerprofil
108: Trägerplatte
110: Rad
112: Ausschnitt
118: Unterseite
200: Manipulationsgreifersystem
202, 204, 206: Manipulationsgreifersystemmodule
208: Trägerplatte
210: Trägerprofile
212: Räder
214: Ausschnitte
216: Unterseite
300: Manipulationsgreifersystem
302: Platte
304, 306, 308, 310, 312, 314, 316, 318: Manipulationsgreifersystemmodule
320: Trägerplatten
322: Räder
324: astriktive Einheiten
400: Manipulationsgreifersystem
402: Rahmen
404, 406, 408, 410, 412: Manipulationsgreifersystemmodule
414: Räder
416: Trägerplatten
418: astriktive Einheit
500: Manipulationsgreifersystem
502: Trägerplatte
504: Räder
600: Manipulationsgreifersystem
602: Trägerprofile
604, 606, 608, 610, 612: Manipulationsgreifersystemmodule
614: Trägerplatten
616: Räder
618: astriktive Einheiten
700: Manipulationsgreifersystem
702: Objekt
704: Manipulationsgreifersystemmodule
800: Manipulationsgreifersystem
802: Trägerplatte
804: Räder
900: Manipulationsgreifersystem
902: Manipulationsgreifersystemmodul
904: Trägerplatten
906: Räder
1000: Manipulationsgreifersystem
1002: Trägerplatten
1004: Räder
1100: Manipulationsgreifersystem
1102: Manipulationsgreifersystemmodule
1104: Trägerplatten
1106: Räder
1200: Manipulationsgreifer
1202: Objekt
1300: Manipulationsgreifersystem
1302, 1304, 1306: Manipulationsgreifersystemmodule
1308: Objekt
1310: Räder
1400: Manipulationsgreifer
1402: Knickarmroboter
1404: Objekte
1406: Portalroboter
a, b, c: Dreiecksseiten
D: Dreieck
E: Ebene
H: Hauptdrehachsen
r: Radius
α, β: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007054867 A1 [0004]

Claims

Manipulationsgreifer (10; 30; 1200; 1400) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, 306,..., 318; 404, 406,..., 412; 604, 606..., 612; 704; 902; 1102; 1302, 1304, 1306) zum Greifen und Manipulieren eines Objekts in einem Greifzustand des Manipulationsgreifers bzw. Manipulationsgreifersystemmoduls, umfassend - mindestens eine astriktive Einheit (16; 624; 418; 618), - mindestens zwei mittels einer Radantriebseinrichtung antreibbare Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106; 1310), - mindestens eine Radantriebseinrichtung, und - ein Trägersystem (12) zur Aufnahme der mindestens einen astriktiven Einheit, der mindestens zwei Räder und der mindestens einen Radantriebseinrichtung, wobei der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul so gestaltet ist, dass er bzw. es mindestens drei Abstützpunkte, die in einer Ebene angeordnet sind, zum Abstützen eines Objekts in einem Greifzustand bereitstellt.
Manipulationsgreifer (10; 30; 1200; 1400) oder Manipulationsgreifersystemmodul, wobei die astriktive Einheit ein Vakuumsauger oder ein Vakuumsauger mit selbstaktivierenden Schaltventilen ist oder mindestens eine Bernoulli-Düse oder mindestens einen Magneten, insbesondere Elektromagneten, aufweist.
Manipulationsgreifer (10; 30; 1200; 1400) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, 306,..., 318; 404, 406,..., 412; 604, 606..., 612; 704; 902; 1102; 1302, 1304, 1306) nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens eines der Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106; 1310) ein omnidirektionales Rad ist.
Manipulationsgreifer (10; 30) oder Manipulationsgreifersystemmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens einem Teil der Räder jeweils eine Radantriebseinrichtung einzeln zugeordnet ist.
Manipulationsgreifer (10; 30; 1200; 1400) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, 306,..., 318; 404, 406,..., 412; 604, 606..., 612; 704; 902; 1102; 1302, 1304, 1306) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Radantriebseinrichtung einen Elektromotor aufweist.
Manipulationsgreifer (10) oder Manipulationsgreifersystemmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul genau zwei Räder (18) aufweist und die Wirkrichtungen der beiden Räder nicht parallel zueinander verlaufen.
Manipulationsgreifer (10; 30) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, ..., 318; 404, ..., 412; 604, ..., 612; 902; 1102) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul genau drei Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106) aufweist.
Manipulationsgreifer (10; 30) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, ..., 318; 404, ..., 412; 604, ..., 612; 902; 1102) nach Anspruch 7, wobei die Wirkrichtungen der drei Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106) so zueinander verlaufen, dass keine parallelen Wirkrichtungen vorliegen.
Manipulationsgreifer (10; 30) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, ..., 318; 404, ..., 412; 604, ..., 612; 902; 1102) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Wirkrichtungen der drei Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106) orthogonal oder nicht orthogonal zueinander verlaufen.
Manipulationsgreifer (10; 30) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, ..., 318; 404, ..., 412; 604, ..., 612; 902; 1102) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Räder (18; 38; 322; 414; 616; 906; 1106) in den Seitenmitten eines gedachten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.
Manipulationsgreifer oder Manipulationsgreifersystemmodul nach Anspruch 10, wobei die Wirkrichtungen der Räder unter einem Winkel von 90° zu den Seiten des gedachten Dreiecks verlaufen oder mindestens eine der Wirkrichtungen der Räder unter einem Winkel ungleich 0° zur zugehörigen Seite des Dreiecks verläuft.
Manipulationsgreifer (10; 30; 1200; 1400) oder Manipulationsgreifersystemmodul (304, 306,..., 318; 404, 406,..., 412; 604, 606..., 612; 704; 902; 1102; 1302, 1304, 1306) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Trägersystem eine Trägerplatte (14; 34; 108; 208; 320; 416; 502; 614; 802; 904; 1002; 1104) zur Aufnahme der Räder und/oder der astriktiven Einheit(en) aufweist.
Manipulationsgreifer (30) oder Manipulationsgreifersystemmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend mindestens eine mechanische Stütze (40) zum Bereitstellen eines der mindestens drei Abstützpunkte.
Manipulationsgreifer (30) oder Manipulationsgreifersystemmodul nach Anspruch 13, wobei die mechanische Stütze (40) ein passives omnidirektionales Rad, eine Kugelrolle oder ein Gleitkissen ist.
Manipulationsgreifer oder Manipulationsgreifersystemmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei er bzw. es mindestens einen Sensor zur Erfassung der Belegung eines Rades oder des Manipulationsgreifers oder des Manipulationsgreifersystemmoduls aufweist.
Manipulationsgreifer oder Manipulationsgreifersystemmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei er bzw. es eine Kamera zum Erfassen der Position eines Objekts bezogen auf den Manipulationsgreifer bzw. das Manipulationsgreifersystemmodul aufweist.
Insbesondere modulares Manipulationsgreifersystem (300; 400; 600; 700; 900; 1100; 1300), umfassend eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Manipulationsgreifersystemmodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und mindestens eine Steuereinrichtung, die mit den Radantriebseinrichtungen zum, insbesondere individuellen, Ansteuern derselben verbunden ist.
Insbesondere modulares Manipulationsgreifersystem (100; 200), umfassend eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Manipulationsgreifersystemmodulen (102; 104; 202; 206) zum Greifen und Manipulieren eines Objekts in einem Greifzustand von mindestens einem der Manipulationsgreifersystemmodule jeweils mit mindestens einer astriktiven Einheit, einem Rad (110; 212) und einer Radantriebseinrichtung zum Antreiben des Rades, und einem Trägersystem zur Aufnahme der mindestens einen astriktiven Einheit, des Rades und der Radantriebseinrichtung, wobei das Manipulationsgreifersystem so gestaltet ist, dass es mindestens drei Abstützpunkte, die in einer Ebene angeordnet sind, zum Abstützen eines Objekts in einem Greifzustand bereitstellt.