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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endeffektor für einen Manipulator, ein Manipulatorsystem aufweisend einen Manipulator und einen Endeffektor, als auch die Verwendung eines solchen Endeffektors zum Halten eines Werkstücks.
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Manipulatoren, und insbesondere Roboter, sind programmierbare Maschinen, die insbesondere zur automatischen Handhabung oder Bearbeitung von Gegenständen bzw. Werkstücken ausgebildet sind. Ein typischer Vertreter solcher Manipulatoren sind sogenannte Gelenk(arm)roboter, die über eine Mehrzahl von Gliedern verfügen, die wiederrum über entsprechende Gelenke miteinander verbunden sind. An einem freien Ende, bzw. am Ende der kinematischen Kette des Manipulators, ist typischerweise eine Aufnahme für ein Werkzeug vorgesehen. Dieses Werkzeug kann dabei als Endeffektor bezeichnet werden. Je nach Einsatzzweck des Manipulators können unterschiedliche Werkzeuge vorgesehen sein, so dass die Manipulatoren generell eine Vielzahl von Einsatzgebieten haben können, wie etwa die Handhabung und den Transport von Gegenständen und Werkstücken, die Bearbeitung von Werkstücken, Messaufgaben, etc.
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Um ein Werkstück oder einen Gegenstand zu halten oder aufzunehmen, wird üblicher Weise ein Greifer eingesetzt. Ein Greifer ist eine Handhabungseinrichtung, welche für einen zeitweiligen Kontakt zu einem Greifobjekt sorgt und die Position und Orientierung des Greifobjekts beim Aufnehmen und während des Ablegens sichert. Das Halten des Greifobjekts kann beispielsweise mittels krafterzeugenden oder formschließenden Komponenten erreicht werden.
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Greifer werden üblicherweise speziell für ein bestimmtes Werkstück oder einen bestimmten Werkstück-Typ entwickelt und bereitgestellt. Jeder Greifer-Typ hat dabei seine eigenen Vor- und Nachteile. Insbesondere sind viele Greifer-Typen hinsichtlich der hohen Werkstück-Formvielfalt nicht flexibel, so dass üblicherweise auf verschiedene Greifer-Typen zurückgegriffen werden muss, um ein Manipulatorsystem flexibel zu gestalten. Gerade im Bereich der mobilen Robotik ist es notwendig, dass ein Manipulator verschiedene Werkstücktypen greifen kann. Die eingeschränkte Flexibilität des Greifers schränkt dabei die generelle Flexibilität des Manipulatorsystems ein.
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Die Handhabung der hohen Produkt- und Formvielfalt ist nur durch verschiedene Greifer-Typen zu bewerkstelligen. Das Bereitstellen von mehreren Manipulatoren mit unterschiedlichen Endeffektoren ist hierbei sehr kostspielig und auch ineffizient.
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Endeffektor für einen Manipulator bereitzustellen, welcher die oben genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet. Dabei ist es insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen flexiblen Endeffektor für einen Manipulator bereitzustellen. Insbesondere vorzugsweise soll dieser flexible Endeffektor MRK-fähig sein, also in einer Mensch-Roboter-Kollaboration eingesetzt werden können. Generell liegt der vorliegenden Erfindung auch die Aufgabe zu Grunde, einen Endeffektor bereitzustellen, mit welchem verschiedene Werkstücke gleichermaßen sicher aufgenommen werden können.
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Diese und weitere Aufgaben, die aus der folgenden Beschreibung für den Fachmann ersichtlich werden, werden durch einen Endeffektor nach Anspruch 1, ein Manipulatorsystem nach Anspruch 16 und durch die Verwendung des Endeffektors nach Anspruch 17 gelöst.
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JP 2017-39 172 A betrifft ein Paar von Pads die an den Spitzen eines Paares von Halteteilen befestigt sind und sich einander nähern und voneinander trennen. Die jeweiligen Pads sind aus einem elastischen Material in einem zylindrischen Körper geformt. Der zylindrische Körper hat zumindest teilweise die Form eines Faltenbalgs.
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US 6 082 080 A betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Aufnehmen und Palettieren von rechteckigen Gegenständen verschiedener Größen zur Befestigung an einem Roboterarm. Die Vorrichtung umfasst ein Paar Schienen mit einer Vielzahl von in Längsrichtung beabstandeten, länglichen L-förmigen Griffen, die sich durch diese erstrecken.
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DE 10 2008 042 260 A1 betrifft ein Verfahren bei dem ein Handhabungsgerät zum Greifen und/oder Halten eines Objekts in einer Objektaufnahme mit einem Sensorsystem, z.B. einem optischen Sensorsystem, navigiert wird. Durch das Sensorsystem wird eine Position des Objekts und/oder der Objektaufnahme an einem Referenzsystem erfasst.
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DE 10 2012 107 957 B3 betrifft einen Greifkopf zum Ergreifen beliebig geformter Objekte eine Basis und mindestens einen an der Basis in einer Greifrichtung linear geführten Greifbacken aufweist. Jeder Greifbacken weist einen Rahmen und mehrere Stößel auf, wobei jeder Stößel in der Greifrichtung ausgerichtet ist und mit seiner vorderen Stirnfläche eines von mehreren Segmenten an der Greiffläche des Greifbackens ausbildet.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Endeffektor für einen Manipulator. Der Endeffektor kann dabei, wie oben beschrieben, an einem entsprechenden Ende (bzw. Flansch) des Manipulators bereitgestellt werden. Der Endeffektor umfasst dabei zwei Greifbacken mit jeweils mindestens einer Greifseite. Die Greifbacken sind dabei relativ zueinander zwischen einer offenen und einer geschlossenen Greifposition bewegbar eingerichtet, vorzugsweise linear. Zur Bewegung der Greifbacken kann ein Aktuator bzw. Antriebsmittel vorgesehen sein, wie insbesondere elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebene Antriebsmittel. In der offenen Greifposition haben die Greifbacken (oder Greifseiten) vorzugsweise einen größeren Abstand zueinander als in der geschlossenen Greifposition. Vorzugsweise stehen die Greifseiten parallel zueinander, sowohl in der offenen als auch in der geschlossenen Greifposition.
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Die Greifbacken sind dabei zum Halten eines Werkstücks mittels der Greifseiten eingerichtet. Das Werkstück kann dabei beispielsweise in der geschlossenen Greifposition gehalten werden, indem es zwischen den Greifbacken, anliegend an die Greifseiten der Greifbacken, eingeklemmt ist. Allerdings kann das Werkstück auch in der offenen Greifposition gehalten werden, wenn beispielsweise die Greifbacken in einen Hohlraum des Werkstücks nach außen drücken, um das Werkstück zu halten. Vorzugsweise sind die Greifseiten auf den Innenflächen der Greifbacken angeordnet.
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Weiterhin umfasst der Endeffektor zwei Saugköpfe, eingerichtet zum Halten eines Werkstücks. Ein Saugkopf kann dabei allgemein mittels Unterdruck eine Kraft auf das Werkstück herrufen, mittels welcher das Werkstück gehalten wird. Dabei ist jeder Greifbacke ein Saugkopf zugeordnet. Vorzugsweise kann somit an jeder der zwei Greifbacken jeweils ein Saugkopf angeordnet sein. Das Werkstück, dass mittels der Saugköpfe gehalten wird, muss dabei nicht zwangsläufig auch mittels der Greifbacken gehalten werden können. Mittels der Saugköpfe kann beispielsweise ein anderer Werkstück-Typ gehalten werden, als mittels der Greifbacken bzw. Greifseiten.
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Der Endeffektor ermöglicht somit ein Halten eines Werkstücks mittels der Greifseiten der Greifbacken, als auch ein Halten eines Werkstücks mittels der Saugköpfe. Je nach der Form und Beschaffenheit des Werkstücks kann dieses flexibel gehalten werden, indem entweder die Greifbacken bzw. Greifseiten hierzu verwendet werden, oder die Saugköpfe. Es ist nicht notwendig zwischen einem Greifer-Endeffektor und einem separat hierzu vorliegenden Vakuum-Endeffektor zu wechseln, da diese vorteilhaft in einem Endeffektor kombiniert sind.
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Da die zwei Saugköpfe auf die beiden Greifbacken verteilt sind, können die Saugköpfe in ihrer Breite variabel eingestellt werden. Mittels desselben Aktuators bzw. Antriebmittels können somit einerseits die Greifbacken bewegt werden, als auch der Abstand zwischen den Saugköpfen variabel eingestellt werden. Diese Variabilität bringt viele Vorteile mit sich. So kann, wenn ein längliches Bauteil gehalten werden soll, ein größerer Abstand zwischen den Saugköpfen eingestellt werden, um die sonst auftretenden Hebelkräfte zu verringern. Dadurch kann verhindert werden, dass die Vakuumleistung durch diese Hebelkräfte übertroffen wird und das Werkstück fallengelassen wird. Dies ist jedoch nur ein Vorteil von vielen. Nah beieinanderliegende Saugköpfe können zum effizienten Halten eines Werkstücks kleiner Ausmaße mit höherem Gewicht eingesetzt werden oder auch zum Halten von zwei kleineren Werkstücken geringeren Gewichts. Weiter auseinanderliegende Saugköpfe können eingesetzt werden um ein langes Werkstück zu halten, oder auch um zwei größere Werkstück geringeren Gewichts zu halten.
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Da üblicherweise an einem Flansch des Manipulators nur eine elektrische Signalleitung vorliegt, kann trotzdem mittels dieser einzelnen Signalleitung ein Greifen mittels der Greifbacken/Greifseiten als auch ein vorteilhafter Abstand zwischen den Saugköpfen zum Halten des Werkstücks eingestellt werden. Es werden somit nicht mehrere Signalleitungen benötigt, um die Greifbacken zu bedienen und um den Abstand zwischen den Saugköpfen einzustellen. Vorzugsweise kann das Halten mittels der Greifbacken bzw. der Saugköpfe unabhängig voneinander erfolgen.
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Der Endeffektor weist ferner zwei Haken auf, die eingerichtet sind zum Halten eines Werkstücks. Mittels dieser Haken kann ein Werkstück somit „passiv“ gehalten werden, da keine Klemmkraft oder Vakuumkraft eingesetzt werden muss. Ein entsprechendes Werkstück kann mittels der Haken angehoben werden. Hierzu können beispielsweise die Haken in eine entsprechende Aussparung in dem Werkstück eingehakt bzw. eingeführt werden. Jeder Greifbacke ist dabei ein Haken zugeordnet. Somit kann auch der Abstand der Haken effizient eingestellt werden, indem der Abstand der Greifbacken geregelt wird. Somit können verschieden dimensionierte Werkstücke mittels der Haken gehoben werden, ohne den Endeffektor wechseln zu müssen.
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Durch eine einfache Schraubenverbindung kann die Distanz des Hakens bzw. der Haken zur Greifbacke sowie die Form und Art des Hakens einfach und individuell angepasst werden. Hierbei können bspw. Distanzscheiben oder Distanzhülsen verwendet werden. Die Haken können in Form, Art und Ausrichtung individuell angepasst werden, außerdem können die Haken in der Distanz zu der Auflagefläche bzw. der Vorderseite der Greifbacken individuell angepasst werden, indem ein einfaches Austauschen der Distanzhülsen in Verbindung mit einer passenden Schraube erfolgt. Dies ermöglicht eine zusätzliche Individualität in der Greiftiefe sowie in der Ausformung der Haken. Bevorzugt können die Distanzhülsen/-scheiben an einer Seite kürzer oder länger als an der anderen Seite ausgebildet sein. Damit ein durch die Hacken gegriffenes Bauteil nach dem Aufnehmen auch parallel zu dem Endeffektor bewegt werden kann, also nicht kippt, können Distanzauflageflächen an den Vorderseiten der Greifbacken, bzw. an der jeweiligen Vorderseite der Greifbacke, angebracht werden. Diese können ebenfalls durch eine Schraubenverbindung ausgewechselt werden und über Distanzscheiben/-hülsen im Abstand hinsichtlich Auflagefläche der Distanzauflagefläche und Vorderseite eingestellt werden. Das Material der Distanzauflageflächen kann Metall wie aber auch jegliche Form von Kunststoff sein. Denkbar wäre ebenfalls eine dämpfende Auflagefläche aus Kautschuk.
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Beispielsweise können mittels der Haken Boxen, wie beispielsweise Kanban-Boxen gehalten werden. Durch ihre Normierung können die Kanban-Boxen effizient mittels entsprechender Haken gehalten werden und durch das präzise Einstellen des Abstandes der Haken zueinander können Kanban-Boxen verschiedener Größe gehalten werden.
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Vorzugsweise sind die Haken auf den Vorderseiten der Greifbacken vorgesehen. Die Vorderseite der Greifbacken entspricht dabei vorzugsweise einer Seite der Greifbacken, welche in etwa rechtwinklig zu einer gedachten Vorsetzung des letzten Gliedes der kinematischen Kette des Manipulators liegt. Die Vorderseite der Greifbacken kann dabei einer „Stoß“-Richtung des Manipulators entsprechen. Dadurch kann das Werkstück effizient mittels des Endeffektors erreicht werden, mit den Haken eingehakt und anschließend gehalten werden.
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Vorzugsweise ist in der offenen Greifposition der Abstand zwischen den Greifseiten 500 bis 5000 mm, weiter vorzugsweise 1000 bis 3000 mm, und weiter vorzugsweise 1500 bis 2000 mm. Dabei kann insbesondere vorzugsweise die offene Greifposition eine Position beschreiben, in welcher der Abstand zwischen den Greifseiten maximal ist, die Greifbacken also nicht weiter auseinandergefahren werden können. Durch den großen Öffnungsbereich können verschieden dimensionierte Werkstücke effizient mittels des Endeffektors gehalten werden.
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Vorzugsweise weist zumindest eine der Greifbacken an einem distalen Ende eine runde, flache oder ovale Querschnittsform auf, selbst eine gewellte Form wäre denkbar. Vorzugweise weisen beide Greifbacken eine solche runde Querschnittsform an ihrem distalen Ende auf. Vorzugsweise können, wenn die Greifbacken auf Kontakt geschlossen sind, sich die distalen Enden der Greifbacken berühren und gemeinsam eine runde Querschnittsform beschreiben. Diese runde Querschnittsform kann dabei oval, kreisförmig oder durch andere Formen beschrieben werden, welche vorzugsweise keine Kanten aufweisen. Dies ermöglicht es, mittels des Endeffektors Knöpfe an Maschinen zu bedienen, ohne diese zu beschädigen. Hierzu kann beispielsweise mit einem abgerundeten distalen Ende einer der Greifbacken gegen einen solchen Maschinenknopf gedrückt werden, um diesen zu betätigen.
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Zumindest eine der Greifbacken hat an einem distalen Ende eine maximale Dicke von 2 bis 30 mm. Vorzugsweise hat zumindest eine der Greifbacken an einem distalen Ende eine maximale Dicke von 5 bis 20 mm und weiter vorzugsweise von 10 bis 15 mm. Vorzugsweise gilt dies für beide Greifbacken. Vorzugsweise haben die distalen Enden der Greifbacken, wenn diese auf Kontakt geschlossen sind, eine gemeinsame maximale Breite von 2 bis 30 mm, weiter vorzugsweise von 5 bis 20 mm und weiter vorzugsweise von 10 bis 15 mm, beispielsweise von 20 mm. Dadurch ist es möglich, Knöpfe an Maschinen zu bedienen. Die Greifbacken bzw. eine Greifbacke kann also eine Art „Finger“ aufweisen, welche das Bedienen von Maschinenknöpfen erlaubt, ohne diese zu beschädigen.
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Vorzugsweise ist zumindest eine der Greifbacken an einem distalen Ende mit einer Gummibeschichtung versehen. Dies erlaubt ein Bedienen von Maschinenknöpfen ohne abzurutschen. Insbesondere vorzugsweise ist die Gummibeschichtung zumindest teilweise elektrisch leitfähig. Dies ermöglicht es, mittels des Endeffektors Touchpanels zu bedienen.
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Die Greifbacken sind an einem distalen Ende plattenförmig ausgestaltet. Dies ermöglicht es beispielsweise, einzelne Werkstücke zu halten und aus einer Menge von Werkstücken herauszunehmen, selbst wenn wenig Platz zwischen den Werkstücken vorhanden ist. Die Greifseiten werden dabei jeweils durch eine Hauptoberfläche des plattenförmigen Endes definiert. Die Hauptoberfläche entspricht dabei der flachen, platten, ausgedehnten Fläche des plattenförmigen Endes. Insbesondere vorzugsweise sind die plattenförmig ausgestalteten distalen Enden der Greifbacken parallel zueinander angeordnet. Dies ermöglicht es effizient einzelne plattenförmige Werkstücke zu greifen bzw. zu halten.
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Die Greifseiten sind an einem ersten distalen Ende der Greifbacken bereitgestellt, und die Saugköpfe sind an einem zweiten distalen Ende der Greifbacken bereitgestellt. Das erste distale Ende der Greifbacken liegt dabei insbesondere vorzugsweise gegenüber zu dem zweiten distalen Ende der Greifbacken. Anders gesagt befindet sich auf einer Seite des Endeffektors die „Greifvorrichtung“ und auf der anderen Seite des Endeffektors die „Saugvorrichtung“. Dadurch können diese beiden verschiedenen Haltemöglichkeiten unabhängig voneinander eingesetzt werden, ohne dass diese sich gegenseitig behindern. Insbesondere vorzugsweise sind die Greifbacken relativ zu einer Basis des Endeffektors drehbar eingerichtet. Die Greifbacken können dabei insbesondere vorzugsweise gemeinsam drehbar eingerichtet sein. Durch ein solches Drehen kann die Verwendungsart bzw. die Halterart des Endeffektors effizient von Greifen zu Saugen gewechselt werden.
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Vorzugsweise weist der Endeffektor weiterhin Mittel zum Erfassen von Kräften und/oder Drehmomenten auf, die auf die Greifbacken wirken. Hierzu können entsprechende Sensoren eingesetzt werden, welche mittels Dehnmessstreifen Kräfte bzw. Drehmomente erfassen können. Auch können Motorströme ausgewertet werden, die in den Aktuatoren vorliegen. Dadurch kann einerseits die Greifkraft effizient geregelt werden und auch festgestellt werden, ob eine ungewollte Kollision erfolgt. Dies ermöglicht insbesondere den MRK-Einsatz des Endeffektors.
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Vorzugsweise sind die Greifbacken entlang einer longitudinalen Richtung des Endeffektors verfahrbar eingerichtet. Mit anderen Worten können die Greifbacken vom Flansch des Manipulators weggefahren werden. Die Greifer-Einheit kann somit ausgefahren werden, in etwa teleskopartig. Dadurch können Positionen erreicht werden, die sonst nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. Insbesondere vorzugsweise sind die Greifbacken in einem Bereich von 50 bis 500 mm, weiter vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 300 mm und weiter vorzugsweise in einem Bereich von 150 bis 200 mm ausfahrbar bzw. vom Flansch weg verfahrbar.
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Vorzugsweise weist der Endeffektor ferner eine Kamera auf. Mittels dieser können beispielsweise QR-Codes ausgelesen werden. Dadurch können Regale, Boxen, also generell Werkstücke und Positionen leicht bestimmt werden. Vorzugsweise ist die Kamera zwischen den Greifbacken an einer Basis des Endeffektors angeordnet. Dadurch ist sie vor Beschädigungen geschützt, die beim Halten eines Werkstücks auftreten könnten. Insbesondere vorzugsweise, ist ein durch die Kamera einsehbarer Raum (der auf einem Bild der Kamera sichtbare Raum) zumindest teilweise frei von den Greifbacken, wenn diese in der geschlossenen und/oder offenen Greifposition sind.
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Die Greifbacken verdecken somit vorteilhafter Weise nicht die Kamera. Hierfür können entsprechende Aussparungen an den Greifbacken vorgesehen sein, so dass die Kamera auch frei bleibt, wenn die Greifbacken in der geschlossenen Position sind.
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Die Kamera kann für eine optische Bauteilerkennung oder für eine relative Positionserkennung eingesetzt werde. Somit können Positionsabweichungen der Plattform bzw. des Endeffektors zu dem zu greifenden Bauteil schnell und einfach, ohne mechanisches Einmessen oder über Laserscanner und Nachpositionierung, ausgeglichen werden (z.B. via QR-Code). Des Weiteren ist denkbar das die Kamera für eine zusätzliche Navigationsunterstützung eingesetzt werden kann, zum Beispiel um unmittelbare Hindernisse auf dem Fahrweg zu erkennen.
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Der Endeffektor weist mindestens eine Feder auf. Diese Feder ist dabei eingerichtet die Greifbacken in die geschlossene Greifposition vorzuspannen. Beispielsweise kann die Feder eingerichtet sein, eine entsprechende Federkraft auf eine der Greifbacken auszuüben. Vorzugsweise ist mindestens eine solche Feder an jeder Greifbacke vorgesehen, um beide Greifbacken vorzuspannen. Vorzugsweise hat die Feder einen maximalen Federweg von 5 bis 30 mm, weiter vorzugsweise von 10 bis 25 mm und weiter vorzugsweise von 15 bis 20 mm. Die Feder erlaubt dabei ein Greifen des Werkstücks, jedoch verhindert sie gleichzeitig mögliche schwere Verletzungen an beispielsweise Fingern: Wenn ein Finger zwischen die Greifbacken gerät und die Greifbacken zusammengefahren werden, wird die Feder bzw. die Federn gespannt, sodass ein Teil der Kraft der Greifbacken, der sonst auf den Finger wirken würde, von der bzw. den Federn aufgenommen wird, sodass eine schwerwiegende Verletzung des Fingers vermieden wird. Dies erlaubt somit einen sicheren MRK-Einsatz ohne Verwendung teurer Drehmoment-Sensorik. Der Fachmann versteht, dass wenn an beiden Greifbacken Federn bereitgestellt werden, diese einen geringeren Federweg aufweisen können, als wenn nur eine Greifbacke mit einer Feder ausgestattet ist.
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Insbesondere vorzugsweise ist der Federweg der Feder zwischen der offenen Greifposition und einer Zwischenposition der Greifbacken blockiert. Die Zwischenposition entspricht dabei vorzugsweise einem vordefinierten Abstand der Greifbacken, wobei die Zwischenposition zwischen der offenen und geschlossenen Greifposition liegt. In der Zwischenposition entspricht der Abstand zwischen den Greifseiten vorzugsweise dem ein- oder zweifachen maximalen Federweg der Feder. Wenn beispielsweise nur eine Greifbacke mit einer Feder ausgestattet ist, wird der Federweg dieser Feder blockiert, wenn der Abstand zwischen den Greifseiten genau diesem Federweg entspricht. Wenn jede Greifbacke mit einer Feder ausgestattet ist, wobei beide Federn in etwa denselben maximalen Federweg aufweisen, so kann in der Zwischenposition der Abstand zwischen den Greifseiten dem zweifachen maximalen Federweg der Feder entsprechen. Das Blockieren kann dabei vorzugsweise mechanisch erfolgen. Dadurch wird es ermöglicht, dass beim Greifen größerer Teile mehr Kraft angewendet werden kann. Der Sicherheitsmechanismus, der durch die Feder bereitgestellt wird, wird somit in diesen Fällen weit geöffneter Greifbacken gesperrt. Dadurch kann die volle Greifkraft zum Halten großer Werkstücke aufgebracht werden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Manipulatorsystem aufweisend einen Manipulator mit einem Endeffektor gemäß der obigen Beschreibung.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines oben beschriebenen Endeffektors zum Halten eines Werkstücks.
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Obwohl der Begriff „Greifen“ im Kontext mit den Greifbacken bzw. Greifseiten genannt ist, ist die Erfindung nicht auf ein reines „Greifen“ beschränkt. Der Fachmann versteht, dass das „Greifen“ im Rahmen der Erfindung auch ein „Packen“, „Fassen“, „Klemmen“ oder „Halten“ sein kann.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigt:
- 1 ein Manipulatorsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 schematisch einen Endeffektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3 schematisch eine Sicherheitskomponente eines Endeffektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 4 schematisch einen Aspekt der Sicherheitskomponente der 3.
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In der 1 ist ein Manipulatorsystem dargestellt, welches einen Manipulator 1 umfasst. Dieser Manipulator 1 ist dabei als Gelenkarmroboter ausgestaltet, welcher mittels einer mobilen Plattform im Raum bewegt werden kann. Ferner ist ein Endeffektor 2 bereitgestellt, welcher an einem End-Flansch des Manipulators 1 befestigt ist.
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In der 2 ist ein Endeffektor 2 dargestellt, welcher beispielsweise der Endeffektor 2 der 1 sein kann. Der Endeffektor 2 umfasst eine Basis 21, mittels welcher der Endeffektor 2 an den Manipulator 1 angeflanscht werden kann. Ferner ist eine Schiene 22 bereitgestellt, an welcher zwei Greifbacken 23a und 23b bereitgestellt sind. Mittels entsprechender Antriebe (nicht gezeigt) können die Greifbacken 23a und 23b entlang der Schiene 22 bewegt werden. Dabei können die Greifbacken 23a und 23b auseinander- und zusammengefahren werden. Die Mechanik zum Öffnen oder zum Schließen könnte über ein gegenläufiges Gewinde bereitgestellt werden, oder auch mittels Zahnstangen. Dabei kann ebenfalls ein Drehmomentsensor an dem Gewinde bereitgestellt sein, welches eine Drehmomentüberwachung entweder am Antrieb oder an der Übersetzung des Gewindes ermöglicht. Die Schiene 22 ist ferner relativ zu der Basis 21 drehbar eingerichtet, vorzugsweise mittels entsprechender Antriebe (nicht gezeigt). Die Ausrichtung der Schiene 22 kann auch durch eine entsprechende Bewegung des Manipulators 1 hervorgerufen werden.
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Die zwei Greifbacken 23a, 23b weisen an einem ersten distalen Ende 28i eine plattenförmige Struktur auf. An der Innenseite dieser plattenförmigen Struktur befinden sich einander zugewandt zwei Greifseiten 24a, 24b, zwischen welchen ein Werkstück gehalten bzw. gegriffen bzw. eingeklemmt werden kann. Die Greifseiten 24a, 24b sind nur an dem ersten distalen Ende 28i bereitgestellt, und erstrecken sich nicht entlang der Greifbacken (23a, 23b).
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Wenn die beiden Greifbacken 23a, 23b auf Kontakt geschlossen sind, beschreibt das erste distale Ende 28i eine runde Form an seinem Ende. Somit kann, wenn die zwei Greifbacken 23a, 23b auf Kontakt geschlossen sind, d.h. wenn sich die beiden Greifseiten 24a, 24b berühren, mittels des distalen Endes 28i der Greifbacken 23a, 23b gegen z.B. einen Betätigungsknopf gedrückt werden. Wenn die zwei Greifbacken 23a, 23b auf Kontakt geschlossen sind, ist das distale Ende 28i z.B. etwa 20 mm breit, zusammengesetzt aus jeweils 10 mm Breite der jeweilige Teil der zwei Greifbacken 23a, 23b.
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Die Haken 26a und 26b, können in Form, Art und Ausrichtung individuell angepasst werden, außerdem können die Haken in der Distanz zu der Auflagefläche der Greifbacken 23a und 23b individuell angepasst werden. Damit ein durch die Haken 26a und 26b gegriffenes Bauteil nachdem Aufnehmen auch parallel zu dem Endeffektor 2 bewegt werden kann, sind Distanzauflageflächen 30a, 30b an den Greifbacken 23a, 23b angeordnet. Diese können einfach durch eine Schraubenverbindung ausgewechselt werden.
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An einem zweiten distalen Ende 28ii der Greifbacken 23a, 23b sind zwei Saugköpfe 25a, 25b bereitgestellt. Der Endeffektor 2 kann eine integrierte Vakuumpumpe umfassen, um selbstständig ein entsprechendes Vakuum für die Saugköpfe 25a, 25b erzeugen zu können. Alternativ kann auch eine Verbindung zu einer externen Vakuumversorgung bereitgestellt sein. Durch Verstellen des Abstandes der Greifbacken 23a, 23b relativ zueinander wird auch der Abstand zwischen den Saugköpfen 25a, 25b entsprechend eingestellt.
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Ferner sind zwei Haken 26a, 26b an den Greifbacken 23a, 23b bereitgestellt. Auch hier kann der Abstand zwischen den Haken 26a, 26b durch entsprechendes relatives Bewegen der Greifbacken 23a, 23b zueinander eingestellt werden. Außerdem sollen die Haken nur durch eine Schraubenverbindung
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Ferner ist an der Basis 21 eine Kamera 27 bereitgestellt, mit welcher beispielsweise QR-Codes gelesen werden können. An den Greifbacken 23a, 23b sind entsprechende Aussparungen bereitgestellt, die es der Kamera ermöglichen ein Werkstück abzubilden, selbst wenn die Greifbacken 23a, 23b auf Kontakt an ihrem ersten distalen Ende 28i geschlossen sind. Mittels der Kamera kann beispielsweise eine Kanban-Box erkannt werden, bevor diese mittels der Haken 26a, 26b aufgenommen bzw. gegriffen wird.
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Die in 3 dargestellte Ausführungsform kann in dem Endeffektor 2 der 2 bzw. der 1 implementiert sein. Hier sind zwei Federn 29i, 29ii bereitgestellt, welche die Greifbacke 23b derart vorspannen, dass sie in die geschlossene Position gedrängt wird. Der maximale Federweg der Federn 29i, 29ii beträgt 15 mm. An der entsprechenden anderen Greifbacke 23a sind ebenfalls entsprechende Federn vorgesehen (nicht gezeigt). Wenn zwischen den Greifseiten ein Finger eingeklemmt wird, wird ein Teil der Kraft von den Federn aufgenommen, wie rechts in der 3 dargestellt.
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Wenn die Greifbacke 23b weiter als 15mm geöffnet wird, wird der Federweg mechanisch blockiert. Dies ist schematisch in 4 dargestellt. In der ersten Situation, links dargestellt in 4, bewegt sich eine Führung 20 der Greifbacke 23b entlang eines ersten Teils 22' der Schiene 22. Nach einer Strecke von etwa 15 mm wird die Führung 20 auf einen zweiter Teil 22" der Schiene 22 gelenkt. Der erste Teil 22' der Schiene 22 ist dabei relativ zu dem zweiten Teil 22" der Schiene versetzt, bzw. derart ausgestaltet, dass ein Offset der Führung bzw. Führungsstange 20 bewirkt wird. Die Führung 20 arretiert nun die Feder 29i, sodass der Federweg bzw. eine Kompression der Feder 29i mechanisch blockiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Manipulator
- 2
- Endeffektor
- 20
- Führungsstange
- 21
- Basis des Endeffektors
- 22
- Schiene
- 22', 22''
- Teile der Schiene
- 23a, 23b
- Greifbacken
- 24a, 24b
- Greifseiten
- 25a, 25b
- Saugköpfe
- 26a, 26b
- Haken
- 27
- Kamera
- 28i, 28ii
- distale Enden
- 29i, 29ii
- Feder
- 30a, 30b
- Distanzauflageflächen
