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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein insbesondere auf der Vakuumtechnik basierende Greifsysteme für die dynamische Handhabung von Gegenständen. Im Einzelnen betrifft die Erfindung einen Greifer mit einem Greiferkopf, über den bedarfsweise Gegenstände gegriffen werden können. Der Greiferkopf kann beispielsweise ein als Vakuumsauger ausgeführter Sauggreifer ausgeführt sein.
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Sauggreifer werden dazu benötigt, um Gegenstände anzusaugen, anzuheben und an einen anderen Ort verbringen zu können. Hierfür weist ein Sauggreifer in der Regel mindestens einen flexiblen Saugnapf als Greiferkopf auf, der einen an eine Unterdruckquelle anschließbaren Saugraum begrenzt und einen eine Saugöffnung umgrenzenden vorderen Endbereich sowie einen gegenüberliegenden hinteren Endbereich aufweist, welcher mit einem entsprechenden Greiferkörper verbunden ist. Dies Saugöffnung des Saugnapfes ist in der Regel mit einer Dichtlippe gebildet, die an der Oberfläche des zu handhabenden Gegenstandes anliegt bzw. anlegbar ist und dann zwischen dem Saugnapf und der Oberfläche des Gegenstandes einen Saugraum umschließt, welcher entsprechend evakuiert werden kann. Dadurch legt sich der Saugnapf dicht an der Oberfläche des Gegenstandes an und hält diesen pneumatisch fest.
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Insbesondere bei der Handhabung von Blechen, zum Beispiel in der Automobilindustrie, haben sich derartige Sauggreifer bewährt.
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Die Verwendung von bekannten Greifern, insbesondere Sauggreifern, um Gegenstände aus einem Behälter zu greifen und/oder um Gegenstände mit Oberflächen, die nicht horizontal ausgerichtet sind, zu greifen, ist derzeit jedoch nur eingeschränkt möglich. Dies liegt insbesondere daran, dass eine prozesssichere Handhabung von Gegenständen mit Greifern, insbesondere Sauggreifern, verlangt, dass die zu handhabenden Gegenstände eine entsprechend ausgerichtete Oberfläche aufweisen, um ein Greifen mit dem Greiferkopf des Greifers gewährleisten zu können. Diese Randbedingung ist in speziellen Anwendungsgebieten nicht oder nur teilweise realisierbar.
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Dies gilt insbesondere für Anwendungen, wenn Gegenstände aus einer Verpackung oder einem Behälter oder dergleichen Ummantelung gegriffen werden müssen. In der Regel ist die Verpackung von außen nicht einsehbar, so dass sich der Greiferkopf, welcher in die Verpackung hineingefahren wird, entsprechend dem zu greifenden Gegenstand ausrichten muss, um wirkungsvoll ein Greifen des Gegenstandes mit dem Greiferkopf gewährleisten zu können.
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Die Druckschrift 10 2015 004 289 A1 betrifft eine Winkelausgleichseinheit als Schnittstelle zwischen einer Handhabungseinrichtung und einem Werkzeug, insbesondere einer Hebeeinrichtung. Die Winkelausgleichseinheit ist mechanisch ausgebildet und weist elastische Rückstellelemente auf. Die Rückstellkraft am Rückstellelement kann dabei gummielastisch, federelastisch oder über ein elastisches Feststoffgelenk aufgebaut werden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Greifer mit einem Greiferkopf, wie beispielswiese einem Sauggreifer, über den bedarfsweise Gegenstände gegriffen werden können, anzugeben, wobei sich der Greiferkopf möglichst flexibel an die zu greifenden Gegenstände ausrichten kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Greifers in den abhängigen Ansprüchen angegeben sind.
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Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere einen Greifer mit einem Greiferkopf, über den bedarfsweise Gegenstände gegriffen werden können.
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Der Greifer weist ferner einen Greiferkörper auf, über den der Greiferkopf mit einem Manipulator oder Roboterarm verbunden ist.
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Insbesondere ist dabei die Verbindung zwischen dem Greiferkörper und dem Greiferkopf derart ausgeführt, dass der Greiferkopf schwenkbar an dem Greiferkörper angelenkt ist. Diese gelenkige Anbindung des Greiferkopfes an den Greiferkörper ermöglicht es, dass sich der Greiferkopf selbständig im Hinblick auf den zu greifenden Gegenstand ausrichten kann, bevor der Gegenstand von dem Greiferkopf gegriffen wird.
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Diese Fähigkeit ist insbesondere dann notwendig, wenn mit dem Greifer bzw. dem Greiferkopf Gegenstände aus einer Verpackung, wie beispielsweise einem Container oder dergleichen „blind“ gegriffen werden sollen.
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Der erfindungsgemäße Greifer weist ferner einen Rückstellmechanismus auf, um bedarfsweise den Greiferkopf in eine vorab festgelegte oder festlegbare Nulllage relativ zu dem Greiferkörper rückstellen zu können. Ein derartiger Rückstellmechanismus ist insbesondere dann notwendig, wenn sich der Greiferkopf zuvor relativ zu dem Greiferkörper und mit Bezug auf einen zu greifenden Gegenstand ausgelenkt hat, wobei nach der Handhabung des dann gegriffenen Gegenstandes der Greiferkopf wieder in seine Nulllage zurückzubringen ist.
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Gemäß bevorzugten Realisierungen des erfindungsgemäßen Greifers ist vorgesehen, dass die Längsachse des Greiferkörpers in einer Z-Richtung, wie beispielsweise in der Vertikalen, verläuft. Der Greiferkopf ist dabei vorzugsweise über ein Sphärolager, Kugelkopfgelenk und/oder Wälzlager derart mit dem Greiferkörper verbunden, dass der Greiferkopf relativ zu dem Greiferkörper in einer X- und/oder Y-Richtung verschwenkbar ist.
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Besonders bevorzugt in diesem Zusammenhang ist es, wenn der Greiferkopf relativ zu dem Greiferkörper sowohl in der X- also auch in der Y-Richtung verschwenkbar ist, um den Greifbereich des Greifers möglichst zu vergrößern.
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Vorzugsweise ist in der Nulllage des Greiferkopfes dieser in Hinblick auf den Greiferkörper und dessen Längsachse ausgerichtet. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Greiferkopf sehr variabel unterschiedliche Gegenstände „blind“ greifen kann, und zwar ausgehend von der Nulllage des Greiferkopfes. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Positionen des Greiferkopfes relativ zu dem Greiferkörper in dessen Nulllage denkbar.
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Der erfindungsgemäße Greifer ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei welcher der Greiferkopf als Sauggreifer oder dergleichen ausgeführt ist. Denkbar in diesem Zusammenhang sind jedwede Ausführungsformen, bei denen mit dem Greiferkopf bedarfsweise ein Gegenstand gegriffen werden kann, und zwar indem der Gegenstand kraft-, form-, und/oder stoffschlüssig mit dem Greiferkopf lösbar verbunden wird. Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang beispielsweise auch denkbar, den Greiferkopf als Elektromagneten oder dergleichen auszuführen, wenn magnetische Gegenstände mit dem Greiferkopf manipuliert bzw. gegriffen werden sollen.
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In einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Greifers lässt sich der Greiferkopf relativ zu dem Greiferkörper in mindestens zwei Richtungen vorzugsweise überlagernd verschwenken.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Rückstellmechanismus des Greifers mindestens eine ansteuerbare Dreipunktlagerung aufweist, über welche zum Rückstellen des Greiferkopfes in die Nulllage eine entsprechende Rückstellkraft auf den Greiferkopf ausübbar ist. Vorzugsweise weist die mindestens eine Dreipunktlagerung mindestens einen und besonders bevorzugt mehrere, insbesondere drei ansteuerbare Kraftübertragungselemente auf, welche jeweils derart mit dem Greiferkopf einerseits und mit einem Antrieb, insbesondere Linearantrieb, und vorzugsweise pleumatisch betätigbaren Antrieb andererseits derart wirkverbunden oder wirkverbindbar sind, dass beim Betätigen des Antriebes die entsprechende Rückstellkraft auf den Greiferkopf ausübbar ist.
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Insbesondere sollte die über den Rückstellmechanismus auf den Greiferkopf ausübbare Rückstellkraft - zumindest über einen vorab festgelegten oder festlegbaren Bereich - insbesondere bedarfsweise variabel einstellbar sein, und zwar vorzugsweise durch eine geeignete Ansteuerung des Antriebes der Dreipunktlagerung.
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In einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen Greifers weist der Antrieb der Dreipunktlagerung einen in dem Greiferkörper in dessen Längsrichtung relativ zu dem Greiferkörper verschiebbaren Kolben, insbesondere pneumatisch betätigbaren Kolben, auf, welcher zum Ausüben der Rückstellkraft auf den Greiferkopf mit den Kraftübertragungselementen wirkverbunden oder wirkverbindbar ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der erfindungsgemäße Greifer ferner einen Arretiermechanismus auf, um bedarfsweise die Position des Greiferkopfes relativ zu dem Greiferkörper arretieren zu können. Dies gilt insbesondere nicht nur in der Nulllage des Greiferkopfes, sondern auch in einer relativ zu dem Greiferkörper ausgeschwenkten Lage.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist der Arretiermechanismus einen Antrieb, insbesondere Linearantrieb, und vorzugsweise einen pneumatisch betätigbaren Antrieb auf, welcher mit dem Greiferkopf derart wechselwirkt, dass bedarfsweise eine Verstellung der Position des Greiferkopfes relativ für den Greiferkörper gesperrt wird. Mit anderen Worten, durch Betätigung des dem Arretiermechanismus zugeordneten Antriebes kann dadurch eine Verstellung einer Position des Greiferkopfes relativ zu dem Greiferkörper gesperrt werden, wobei bei Nicht-Betätigung des Antriebes die Sperrung entsprechend aufgehoben und über dem Rückstellmechanismus des erfindungsgemäßen Greifers der Greiferkopf in seine vorab festgelegte oder festlegbare Nulllage relativ zu dem Greiferkörper zurückgestellt werden kann.
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Gemäß exemplarischen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Greifers, welcher mit dem Arretiermechanismus ausgerüstet ist, ist der Greiferkopf über ein Sphärolager, Kugelkopfgelenk und/oder Wälzlager mit dem Greiferkörper gelenkig verbunden. Andererseits ist es von Vorteil, wenn der dem Arretiermechanismus zugeordnete Antrieb ebenfalls gelenkig mit dem Sphärolager, Kugelkopfgelenk und/oder Wälzlager verbunden oder verbindbar, insbesondere wirkverbunden oder wirkverbindbar.
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Denkbar in diesem Zusammenhang wäre es, wenn der Greiferkopf über ein Lager gelenkig mit dem Greiferkörper verbunden, insbesondere wirkverbunden ist, wobei das Lager mindestens eine Lagerschale und mindestens einen zumindest teilweise von der mindestens einen Lagerschale abgestützten Wälzköper aufweist.
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Beispielsweise ist der Kolben des dem Arretiermechanismus zugeordneten Antriebs ausgebildet, beim Betätigen des dem Arretiermechanismus zugeordneten Antriebs direkt oder indirekt die eine Bewegung des Greiferkopfes relativ zu dem Greiferkörper blockierende Kraft über den Wälzköper auf die mindestens eine Lagerschale zu übertragen. Dies ist insbesondere dann realisierbar, wenn die Lagerschale in dem Greiferkörper verschwenkbar gelagert und über ein Kraftübertragungsglied mit dem Greiferkörper fest verbunden ist. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Ausführungsformen denkbar,
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Nachfolgen wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 schematisch eine exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers in einer isometrischen Ansicht;
- 2 schematisch die exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers gemäß 1 in einer Seitenansicht;
- 3 schematisch die exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers gemäß 2 in einer Längsschnittansicht entlang der Linie C-C in 2;
- 4 eine Detailansicht eines Bereiches der Schnittdarstellung gemäß 3;
- 5 eine weitere Längsschnittansicht der exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers gemäß 2; und
- 6 ein Pneumatikdiagramm zur Ansteuerung der exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers gemäß 1.
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Wie in den Zeichnungen dargestellt weist die exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers 100 einen Greiferkopf 2 sowie einen Greiferkörper 3 auf. Der Greiferkopf 2 ist ausgebildet, um bedarfsweise Gegenstände zu greifen.
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In diesem Zusammenhang ist der hierin verwendete Begriff „greifen“ so zu verstehen, dass der Greiferkopf 2 bedarfsweise über eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung lösbar mit dem greifenden Gegenstand verbindbar ist. Beispielsweise kann - wie in den Zeichnungen angedeutet - der Greiferkopf 2 einen Magneten, insbesondere Elektromagneten, aufweisen, um über Magnetkraft bedarfsweise eine Halteverbindung mit dem zu greifenden Gegenstand einzugehen.
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Selbstverständlich ist es in diesem Zusammenhang aber auch denkbar, wenn der Greiferkopf 2 beispielsweise einen insbesondere pneumatisch betätigbaren Sauggreifer oder eine Greifzange mit Greifbacken aufweist.
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Der erfindungsgemäße Greifer 100, wie er in den Zeichnungen schematisch als exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Greiferkopf 2 gelenkig mit dem Greiferkörper 3 wirkverbunden ist.
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Der Greiferkörper 3 weist vorzugsweise an seinem dem Greiferkopf 2 gegenüberliegenden Endbereich eine Schnittstelle auf, mit welcher der Greiferkörper 3 mit einem Aktuator, wie beispielsweise einem Roboterarm, verbunden werden kann.
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Die gelenkige Verbindung zwischen dem Greiferkopf 2 einerseits und dem Greiferkörper 3 andererseits wird bei der in den Zeichnungen dargestellten exemplarischen Ausführungsform über ein Kugelkopfgelenk realisiert. Dieses Kugelkopfgelenk weist ein zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildetes Lagerteil 4 auf, welches in einer zumindest bereichsweise hierzu komplementär ausgebildeten Lagerschale 10 relativ zu der Lagerschale 10 verschwenkbar gehalten und gelagert wird. Das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 ist mit dem Greiferkopf 2 über ein Verbindungselement mechanisch verbunden. Die Lagerschale 10 wiederum ist in dem Greiferkörper 3 ausgebildet bzw. fest mit dem Greiferkörper 3 verbunden.
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Da das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 in der Lagerschale 10 beweglich (verschwenkbar) gelagert ist, und da ferner die Lagerschale 10 mit dem Greiferkörper 3 fest verbunden ist, kann über diese Lagerung der Greiferkopf 2 relativ zu dem Greiferkörper 3 verschwenkt ausgerichtet werden.
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Hierbei ist anzumerken, dass in den Zeichnungen der Greiferkopf 2 in seiner Nulllage gezeigt ist, d.h. in einer Lage, in welcher der Greiferkopf 2 relativ zu dem Greiferkörper 3 nicht ausgelenkt ist.
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Anstelle des in den Zeichnungen gezeigten und insbesondere in der Detailansicht gemäß 4 gezeigten Kugelkopfgelenkes ist es aber auch denkbar, wenn der Greiferkopf 2 über ein anderes Sphärolager und/oder Wälzlager zumindest in einer Richtung relativ zu dem Greiferkörper 3 an dem Greiferkörper 3 verschwenkbar angelenkt ist.
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In dem Greiferkörper 3 der exemplarischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers 100 sind insgesamt zwei Antriebe integriert. Hierbei handelt es sich zum einen um einen einem Rückstellmechanismus des Greifers 100 zugeordneten Antrieb 6, und zum anderen um einen einem Arretiermechanismus des Greifers 100 zugeordneten Antrieb.
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Vorzugsweise sind diese beiden Antriebe unabhängig voneinander ansteuerbar und insbesondere pneumatisch ansteuerbar. Zu diesem Zweck weist der erfindungsgemäße Greifer 100 Pneumatikanschlüsse an der Außenseite seines Greifers 100 auf.
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Im Einzelnen dient der in dem Greifer 100 integrierte Rückstellmechanismus dazu, bedarfsweise den Greiferkopf 2 in eine vorab festgelegte oder festlegbare Lage, insbesondere Nulllage, relativ zu dem Greiferkörper 3 zu überführen. Hierzu weist der Rückstellmechanismus eine Mehrpuntklagerung, insbesondere Dreipunktlagerung auf, die über den in dem Greiferkörper 3 des Greifers 100 integrierten und dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antrieb entsprechend ansteuerbar ist.
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Wie es der Schnittansicht in 5 entnommen werden kann, weist die ansteuerbare Mehrpunkt- und insbesondere Dreipunktlagerung des Rückstellmechanismus entsprechende ansteuerbare Kraftübertragungselemente 5 auf, welche bedarfsweise eine entsprechende Rückstellkraft auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anlenkung des Greiferkopfes 2 an dem Greiferkörper 3 ausüben.
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Im Einzelnen ist es in diesem Zusammenhang denkbar, wenn der dem Rückstellmechanismus zugeordnete Antrieb 6 einen pneumatisch betätigten bzw. betätigbaren und in dem Gehäuse des Greiferkörpers 3 in Längsrichtung des Gehäuses verschiebbaren Kolben 7 aufweist. Dieser Kolben 7 ist mit den entsprechenden Kraftübertragungselementen des Rückstellmechanismus bzw. der Mehrpunktlagerung des Rückstellmechanismus derart wirkverbunden, dass bei Betätigung des dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antriebes 6 eine entsprechende als Rückstellkraft dienende Kraft von dem Kolben 7 des Antriebes 6 über die Kraftübertragungselemente 5 auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 übertragen werden.
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Wie es insbesondere der Darstellung in 5 entnommen werden kann, weist der dem Rückstellmechanismus zugeordnete (pneumatische) Antrieb 6 ein bedarfsweise mit Steuerdruck beaufschlagbarer Steuerraum auf. Wenn der Steuerraum entsprechend mit Druckluft beaufschlagt wird, wird eine in Richtung des Greiferkopfes 2 wirkende Kraft auf den Kolben 7 des Antriebes 6 übertragen, wobei diese Kraft über die Kraftübertragungselemente 5 der Mehrpunktlagerung auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 weitergeleitet wird.
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Vorzugsweise sind die Kraftübertragungselemente 5 des Rückstellmechanismus und/oder der Kolben 7 des dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antriebes 6 über Federelemente vorgespannt, so dass in einem Zustand, in welchem der Steuerraum des dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antriebes nicht mit Steuerdruck beaufschlagt ist, über die Kraftübertragungselemente 5 keine Kräfte, insbesondere Rückstellkräfte, auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 übertragen werden. Insbesondere bietet es sich hierbei an, die Vorspannkraft der Rückstellfedern variabel einstellbar auszugestalten.
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Wenn somit der Steuerraum des dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antriebes 6 nicht mit Druckluft beaufschlagt wird, wird auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 keine Kraft, insbesondere Rückstellkraft ausgeübt.
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Der Steuerraum des dem Rückstellmechanismus zugeordneten Antriebes 6 ist vorzugsweise mit einer entsprechenden Entlüftungsleitung versehen, um einen bei Betätigung des Antriebes in dem Steuerraum aufgebauten Steuerdruck bedarfsweise zu egalisieren.
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Wie bereits angedeutet, weist der erfindungsgemäße Greifer 100 gemäß derer in den Zeichnungen dargestellten exemplarischen Ausführungsform zusätzlich zu dem Rückstellmechanismus auch noch einen Arretiermechanismus auf.
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Auch dem Arretiermechanismus ist - wie dem Rückstellmechanismus - ein entsprechend zugeordneter Antrieb zugeordnet, der insbesondere pneumatisch ausgeführt ist. Hierzu ist in dem Greiferkörper 3 ein dem Antrieb des Arretiermechanismus zugeordneter Steuerkolben 9 vorgesehen, welcher in Längsrichtung des Greiferkörpers 3 relativ hierzu bedarfsweise verschiebbar ist. Die Betätigung des im Arretiermechanismus zugeordneten Kolbens 9 erfolgt wiederum über einen zum Arretiermechanismus bzw. dem Antrieb des Arretiermechanismus zugeordneten Steuerraumes, welcher bedarfsweise mit Steuerdruckluft beaufschlagbar ist.
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Wenn der Steuerraum mit Steuerdruckluft beaufschlagt ist, wird der zu dem Antrieb des Arretiermechanismus zugehörigen Kolbens 9 in Richtung des Greiferkopfes 2 verschoben. Der dem Greiferkopf 2 zugeordnete Endbereich des Greiferkolbens des Antriebes des Arretiermechanismus ist sphärisch in dem zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildeten Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 gelagert.
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Im Einzelnen ist am greiferkopfseitigen Endbereich des Kolbens 9 ein zumindest bereichsweise sphärisch ausgeführtes Element 11, insbesondere Kugelkopfelement, vorgesehen, welches relativ zu dem sphärischen Lagerteil 4 der Anlenkung des Greiferteils verdrehbar gelagert ist.
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Durch Druckbeaufschlagung des Steuerraumes des dem Arretiermechanismus zugeordneten Antriebes wird eine entsprechende Arretierkraft über den Kolben auf das kugelkopfförmige Element auf das zumindest bereichsweise sphärisch ausgebildete Lagerteil 4 der Anbindung des Greiferkopfes 2 ausgeübt, um somit eine Relativbewegung des Lagerteiles relativ zu dem Gehäuse des Greiferkörpers 3 zu sperren/zu blockieren.
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In 6 ist das entsprechende Pneumatikdiagramm zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Greifers 100 dargestellt.
