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Die Erfindung betrifft einen Greifer zum Greifen von Objekten, wie er exemplarisch aus der
EP 2502714 A1 bekannt ist, die eine Haltevorrichtung zum Festhalten von Gegenständen offenbart, wobei die Haltevorrichtung wenigstens eine Halteeinheit aufweist, welche aus einer Basis und einer Haltestruktur besteht. Dabei weist die Haltestruktur zwei biegeelastische Seitenwangen auf, die durch mehrere Koppelstreben miteinander verbunden sind, wobei eine der Seitenwangen als Haltewange dient, die beim Festhalten eines Gegenstandes verformt wird und die mit Erfassungsmitteln gekoppelt ist, durch die aufgrund der beim Halten eines Gegenstands auf die Haltewange einwirkenden Kräfte eine kraftabhängige Verformung der Haltewange erfassbar ist.
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Die
DE 10 2014 000 638 A1 offenbart eine Elektrohand zum Ergreifen eines Objektes durch Öffnen und Schließen von Fingern, die einen Kraftsensor auf zum Detektieren von auf die Finger wirkenden Kräften aufweist, wobei die Finger in Abhängigkeit von einem mittels des Kraftsensors detektierten Kraftwertes betätigt werden und wobei für den Fall, dass der detektierte Kraftwert einen vorgegebenen Ziel-Kraftwert erreicht hat, ein dem Betätigungsabschnitt zugeführter elektrischer Strom so beschränkt wird, dass er nicht größer ist als ein vorgegebener elektrischer Haltestrom.
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Die
JP 2002 -
082 006 A beschreibt einen elektromagnetischen Induktionskraft-/Drehmomentsensor, der in der Lage ist, gleichzeitig eine Verschiebungsrichtung und einen Verschiebungsbetrag durch zweidimensionales Kippen zu erfassen. Hierzu umfasst der Kraft-/Drehmomentsensor eine Sendespule, die in der Lage ist, sich zweidimensional zu neigen, sowie eine Spulenanordnung mit einer Vielzahl von Empfangsspulen, die der Sendespule gegenüberliegen, wobei die Sendespule ein magnetisches Wechselfeld bereitstellt und die induzierten Ströme, die in den Empfangsspulen fließen, ausgewertet werden.
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Aus der
DE 10 2013 107 701 A1 ist eine kraftgesteuerte elektrische Hand bekannt, die einen Elektromotor; einen Umsetzmechanismus zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung, der die Drehbewegung des Elektromotors in eine geradlinige Bewegung umsetzt; ein Paar Fingerbasen, die eine bewegliche Fingerbasis umfassen, die sich geradlinig parallel zu einer ersten Achsenlinie durch den Umsetzmechanismus zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung bewegt, und zwar durch Kraft aus dem Elektromotor; ein Paar Finger, die an dem Paar Fingerbasen befestigt sind, damit sie durch die geradlinige Bewegung der beweglichen Fingerbasis ein Zielwerkstück ergreifen; und einen Kraftsensor, der zumindest in einer der beiden Fingerbasen vorhanden ist und die Greifkraft der beiden Finger erfasst, aufweist. Der Kraftsensor besitzt ein Paar parallele Träger, die sich parallel zu einer zweiten Achsenlinie erstrecken, die senkrecht bezüglich der ersten Achsenlinie verläuft, und der Kraftsensor erfasst die Greifkraft abhängig von dem Umfang der Verschiebung der parallelen Träger in einer Richtung der ersten Achsenlinie.
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Die
DE 195 23 229 A1 offenbart einen Mikrogreifer mit einem Mikrogreiferkörper aus Silizium, der zusammen mit einem Piezotranslator auf einem Substrat befestigt ist, wobei bei Längenänderung des Piezotranslators eine Deformation von elastischen Biegegelenken hervorgerufen wird, die die Bewegung weiterleiten, wodurch sich die Greifarme auseinander bzw. zueinander bewegen.
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Die JP H01- 210 285 A offenbart einen Fingergreifer, an dessen Fingern innenseitig über winkelförmige Blattfedern, die gegen die Finger beweglich sind, druckaufnehmende Platten zum Greifen des Werkstücks angebracht werden und an jeder Blattfeder ein Paar Dehnungsmessstreifen installiert sind, so dass bei einer Annäherungsbewegung der Finger die Druckaufnahmeplatten ein Werkstück berühren, womit eine elastischen Verformung der Blattfedern verbunden ist, wenn das Werkstück gegriffen wird. Die dabei auftretende Greifkraft wird zunächst von den Dehnungsmessstreifen erfasst, die jeder Blattfeder zugeordnet sind. Übersteigt die Greifkraft einen vorgegebenen Belastungswert, wird die vorhandene hohe Greifkraft mit Hilfe jedes an der Wurzel jedes Fingers angebrachten Dehnungsmessstreifens erfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Greifer bereitzustellen, der unabhängig von einer konstruktiven Ausgestaltung einer zum Erfassen von Gegenständen vorgesehenen Greifbacke eine Ermittlung einer Greifkraft in wenigstens einer Raumrichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird für einen Greifer der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierzu umfasst der Greifer einen Grundkörper, der eine Kupplungseinrichtung für eine Kopplung mit einem Manipulator aufweist, eine Greifbacke, die einen Verbindungsabschnitt, eine Gelenkeinrichtung und einen Greifabschnitt umfasst, wobei der Verbindungsabschnitt mit dem Grundkörper gekoppelt ist und wobei die Gelenkeinrichtung eine dem Verbindungsabschnitt zugeordnete erste Stirnfläche mit einer gegenüberliegend und beabstandet zur ersten Stirnfläche angeordneten, dem Greifabschnitt zugeordneten zweiten Stirnfläche verbindet und für eine elastisch schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt ausgebildet ist, und mit einer Messeinrichtung, die für eine, insbesondere kontaktlose, Abstandserfassung zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgebildet ist und die eine Spulenanordnung und eine Steuerschaltung umfasst, wobei die Steuerschaltung für eine elektrische Ansteuerung der Spulenanordnung und für eine Erfassung und Auswertung von elektrischen Spulensignalen der Spulenanordnung ausgebildet ist und wobei die Spulenanordnung einer der Stirnflächen zugeordnet ist.
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Die Funktion des Grundkörpers besteht darin, eine Kraftübertragung zwischen einem Manipulator, bei dem es sich beispielsweise um einen Linearaktor wie einen Pneumatikzylinder oder ein H-Portal oder einen Industrieroboter handeln kann, und der Greifbacke zu ermöglichen. Hierzu umfasst der Grundkörper eine Kupplungseinrichtung, die korrespondierend zu einer Schnittstelle des Manipulators ausgebildet ist und die einer, insbesondere werkzeuglosen, Kopplung des Grundkörpers mit dem Manipulator dient. Die Kupplungseinrichtung ist wahlweise für eine ausschließlich mechanische Kopplung mit dem Manipulator oder für eine mechanische und elektrische und/oder fluidische, insbesondere pneumatische, Kopplung mit dem Manipulator ausgebildet. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Kupplungseinrichtung können somit Kräfte und gegebenenfalls zusätzlich elektrische Energie und/oder elektrische Signale und/oder Fluidströme vom Manipulator über die Kupplungseinrichtung an den Greifer bereitgestellt werden und gegebenenfalls Signale der Messeinrichtung an den Manipulator, insbesondere an eine Manipulatorsteuerung, rückgemeldet werden.
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Ferner umfasst der Greifer eine Greifbacke, die für ein Greifen eines Gegenstands ausgebildet ist, wobei hierunter sowohl eine Krafteinleitung von der (einzigen) Greifbacke auf den Gegenstand und eine Abstützung des Gegenstands an einer unabhängig vom Greifer ausgebildeten Anlagefläche als auch eine Krafteinleitung von der Greifbacke auf den Gegenstand und eine Abstützung des Gegenstands an wenigstens einer weiteren Greifbacke, die dem Greifer zugeordnet sein kann, verstanden werden soll. Dabei weist die Greifbacke, insbesondere in einer linearen Aufreihung längs einer längsten Erstreckungsrichtung der Greifbacke, einen Verbindungsabschnitt, eine Gelenkeinrichtung und einen Greifabschnitt auf. Die Aufgabe des Verbindungsabschnitts besteht darin, eine Kopplung der Greifbacke an den Grundkörper zu gewährleisten. Der Verbindungsabschnitt ist hierzu vorzugsweise zumindest im Rahmen der für die Greifbacke bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Greifers vorgesehenen (maximalen) Greifkräfte formstabil bzw. gestaltfest ausgebildet ist. Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt aus einem Metallmaterial wie Aluminium oder Stahl oder einem hochfesten Kunststoffmaterial hergestellt.
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Der Greifabschnitt kann in Abhängigkeit von Eigenschaften der zu greifenden Gegenstände im Rahmen der vorgesehenen (maximalen) Greifkräfte wahlweise formstabil oder elastisch deformierbar ausgebildet sein. Für die konstruktive Ausgestaltung des Greifabschnitts sind insbesondere die Deformationseigenschaften der zu greifenden Gegenstände zu beachten. Beispielsweise kann es sich bei den zu greifenden Gegenständen um formstabile Bauteile aus Metall oder Kunststoff oder um druckempfindliche Gegenstände wie Früchte oder Gemüse handeln, so dass die Gestaltung des Greifabschnitts jeweils in einer Weise ausgeführt wird, die möglichst günstig an die Eigenschaften der zu greifenden Gegenstände angepasst ist.
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Die Aufgabe der Gelenkeinrichtung besteht darin, in Abhängigkeit von Kräften, die bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Greifers auf den Verbindungsabschnitt und auf den Greifabschnitt einwirken, eine Relativbewegung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Greifabschnitt zu ermöglichen. Diese Relativbewegung ermöglicht in erster Linie den Einsatz der Messeinrichtung, die für eine, insbesondere kontaktlose, Abstandserfassung zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Greifabschnitt ausgebildet ist. In zweiter Linie kann die Gelenkeinrichtung aufgrund ihrer Ausgestaltung für eine elastisch schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt dazu genutzt werden, Kraftspitzen bei der Krafteinleitung vom Greifabschnitt auf den zu greifenden Gegenstand zu vermeiden.
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Die Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung für eine elastisch schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt bedeutet, dass die Gelenkeinrichtung durch wenigstens ein entweder unmittelbar der Gelenkeinrichtung zugehöriges oder diskret ausgebildetes und der Gelenkeinrichtung zugeordnetes, elastisch deformierbares Federmittel eine Vorzugsstellung zwischen dem Greifabschnitt und dem Verbindungsabschnitt vorgibt. Hieraus resultiert, dass der Greifabschnitt und der Verbindungsabschnitt die Vorzugsstellung einnehmen, so lange keine äußeren Kräfte auf den Greifabschnitt einwirken. Bei einer Einwirkung von äußeren Kräften auf den Greifabschnitt und einer damit einhergehenden schwenkbeweglichen Relativbewegung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt tritt eine elastische Deformation des Federmittels der Gelenkeinrichtung ein, die zu einer lokalen Abstandsveränderung zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche führt, zwischen denen sich die Gelenkeinrichtung erstreckt. Diese Abstandsveränderung wird von der Messeinrichtung erfasst, um hieraus Rückschlüsse auf die Kräfte ziehen zu können, die auf den Greifer einwirken. Vorzugsweise sind die elastischen Deformationseigenschaften der Gelenkeinrichtung derart auf die Messeigenschaften der Messeinrichtung abgestimmt, dass im Rahmen der beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Greifers auf die Greifbacke einwirkenden Kräfte eine vorteilhafte Messauflösung für die Messeinrichtung bei einer möglichst geringen elastischen Schwenkbewegung für die Gelenkeinrichtung gewährleistet werden kann.
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Für die, insbesondere kontaktlose, Abstandserfassung zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche umfasst die Messeinrichtung eine Spulenanordnung und eine Steuerschaltung. Die Spulenanordnung kann eine oder mehrere, insbesondere planar in einer Leiterplattenebene ausgebildete oder wendelförmig aus Spulendraht gewickelte, Spulen umfassen, die von der Steuerschaltung mit einem Spulenstrom beaufschlagt wird/werden. Die Steuerschaltung ist neben einer Bereitstellung eines Spulenstroms dazu ausgebildet, Änderungen im Spulenstrom für die Spule bzw. Spulen zu erfassen, wobei derartige Stromänderungen insbesondere dann auftreten, wenn ein von der jeweiligen Spule bereitgestellter magnetischer Fluss durch äußere Einflüsse verändert wird. Ein derartiger Einfluss kann darin bestehen, dass bei einer Schwenkbewegung der Gelenkeinrichtung eine Abstandsveränderung zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche eintritt, woraus die Steuerschaltung anhand der eintreffenden Stromänderung einen Rückschluss auf die Abstandsveränderung ziehen kann. Ferner kann die Steuerschaltung dazu ausgebildet sein, ein zur Stromänderung oder zur Abstandsveränderung proportionales Ausgangsignal auszugeben oder unter Einbeziehung der elastischen Deformationseigenschaften der Gelenkeinrichtung ein zur Kraft, die auf den Greifabschnitt eingeleitet wird, proportionales Ausgangsignal bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung als Festkörpergelenk, insbesondere einstückig mit dem Verbindungsabschnitt und/oder einstückig mit dem Greifabschnitt, ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung als Festkörpergelenk ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche eine oder mehrere, zumindest bereichsweise elastisch deformierbare, Strukturen ausgebildet sind, die in einer Doppelfunktion sowohl die Relativbeweglichkeit zwischen den beiden Stirnflächen als auch die Bereitstellung von Rückstellkräften zur Vorgabe einer Vorzugsstellung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt gewährleisten. Typischerweise ist vorgesehen, dass ein Festkörpergelenk einen oder mehrere zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche erstreckte Stege umfasst, wobei der oder die Stege in wenigstens einer Raumrichtung oder in genau einer Raumrichtung ein Widerstandsmoment gegen Biegung aufweisen, das im Bereich der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch des Greifers auftretenden Kräfte auf den Greifabschnitt eine Verschwenkung der beiden Stirnflächen zueinander ermöglicht, die an eine Auflösung und an einen maximalen Messweg der Messeinrichtung angepasst ist. Exemplarisch kann vorgesehen sein, dass die Gelenkeinrichtung einstückig mit dem Verbindungsabschnitt und/oder mit dem Greifabschnitt ausgebildet ist, eine derartige Konfiguration der Gelenkeinrichtung ist insbesondere dann von Interesse, wenn die Greifbacke oder zumindest ein Teilbereich der Greifbacke mit einem additiven Herstellungsverfahren wie beispielsweise Lasersinter, hergestellt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die, insbesondere als Festkörpergelenk ausgebildete, Gelenkeinrichtung eine erste Koppelplatte aufweist, die mit dem Verbindungsabschnitt verbunden ist, und eine zweite Koppelplatte aufweist, die mit dem Greifabschnitt verbunden ist, und dass die Gelenkeinrichtung mit der ersten und der zweiten Koppelplatte verbunden ist, wobei die Spulenanordnung an einer der zweiten Koppelplatte gegenüberliegenden Oberfläche der ersten Koppelplatte, die die erste Stirnfläche bildet, oder an einer der ersten Koppelplatte gegenüberliegenden Oberfläche der zweiten Koppelplatte, die die zweite Stirnfläche bildet, angeordnet ist. Eine derartige Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung bietet sich an, sofern der Verbindungsabschnitt und/oder der Greifabschnitt aus Materialien hergestellt werden sollen, mit denen eine Herstellung der Gelenkeinrichtung schwierig ist. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Greifabschnitt und/oder der Verbindungsabschnitt aus einem gummielastischen Material hergestellt werden. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung bei einer Ausgestaltung als Festkörpergelenk als Metallteil, insbesondere Stahlteil, oder als Kunststoffteil ausgebildet ist und dass die beiden Koppelplatten für eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige oder formschlüssige Kopplung mit dem Verbindungsabschnitt bzw. dem Greifabschnitt ausgebildet sind. Exemplarisch ist zumindest eine Oberfläche einer Koppelplatte, die der jeweils anderen oder Koppelplatte gegenüberliegt, bereichsweise eben ausgebildet, um hierauf eine vorteilhafte Anordnung der Spulenanordnung und gegebenenfalls der Steuerschaltung zu ermöglichen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Oberfläche einer Koppelplatte als, insbesondere gekrümmte, Freiformfläche ausgebildet ist und die Gelenkeinrichtung beispielsweise in einem generativen Verfahren wie beispielsweise Lasersintern oder in einem MID-Prozess (molded interconnect device) mit direkt eingearbeiteten elektrischen Leiterbahnen hergestellt wird. Bei einer Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung in der Art eines Scharniers mit zwei schwenkbeweglich mittels eines Gelenkbolzens miteinander verbundenen Gelenkteilen und einem separat ausgebildeten Federelement, beispielsweise einem Block aus gummielastischem Material oder einer Wendelfeder, ist vorgesehen, dass jedes der beiden Gelenkteile eine Koppelplatte mit umfasst und dass das Federelement vorzugsweise zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der Koppelplatte erstreckt ist. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung mit zwei in der Art eines Scharniers schwenkbeweglich miteinander verbundenen Gelenkteilen ist ein zwischen den Gelenkteilen angeordneter Gelenkbolzen als Feder, insbesondere als Torsionsfederstab, ausgebildet und gewährleistet hiermit in einer Doppelfunktion sowohl die schwenkbewegliche Lagerung der beiden Gelenkteile zueinander als auch die gewünschte elastische Rückstellkraft, um eine Vorzugsstellung für die Gelenkeinrichtung sicherzustellen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung für eine schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt in genau einer Raumrichtung ausgebildet ist und/oder dass die Messeinrichtung für eine Erfassung genau eines Abstands zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine schwenkbewegliche Auslenkung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt in einer Bewegungsebene gewährleistet wird, die zumindest im Wesentlichen einer typischen Kraftrichtung für Kräfte entspricht, die beim Greifen eines Gegenstands auf den Greifabschnitt einwirken. Eine derartige Gelenkeinrichtung kann beispielsweise in der Art eines Scharniers oder als Festkörpergelenk verwirklicht werden, wobei das Festkörpergelenk in genau einer Raumrichtung ein geringes Widerstandsmoment gegen Biegung aufweist und in sämtlichen weiteren Raumrichtungen ein deutlich höheres Widerstandsmoment gegen Biegung aufweist. Die Messeinrichtung kann für eine Erfassung genau eines Abstands zwischen den beiden Stirnflächen ausgebildet sein, dies ist bei einer entsprechend ausgestalteten Gelenkeinrichtung ausreichend, da auch schräg auf den Greifabschnitt einwirkende Kräfte nicht zu einer nennenswerten Auslenkung der beiden Stirnflächen in Raumrichtungen führen können, die abseits der durch die Gelenkeinrichtung definierten Bewegungsebene liegen.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung für eine schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt in genau zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Raumrichtungen ausgebildet ist und/oder dass die Messeinrichtung für eine Erfassung von zwei Abständen zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgebildet ist. Eine derartige Gelenkeinrichtung kann beispielsweise durch eine Kopplung von zwei Scharnieren bewirkt werden, wobei jedes der Scharniere eine Scharnierachse aufweist und eine Schwenkbewegung der Gelenkeinrichtung jeweils in einer normal zur jeweiligen Scharnierachse ausgerichteten Bewegungsebene stattfinden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Scharnierachsen normal zueinander ausgerichtet sind, also einen Winkel von 90 Grad zueinander einnehmen, so dass die Gelenkeinrichtung Schwenkbewegungen in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen ermöglicht. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung für eine Erfassung von zwei Abständen zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgebildet ist und hierzu wenigstens zwei räumlich beabstandet voneinander angeordnete Spulen innerhalb der Spulenanordnung umfasst, wobei jede der Spulen für die Erfassung eines Abstands zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen ausgebildet ist.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung für eine schwenkbewegliche Lagerung des Greifabschnitts gegenüber dem Verbindungsabschnitt in einer Vielzahl von Schwenkachsen, die insbesondere in einer gemeinsamen Ebene liegen, ausgebildet ist und/oder dass die Messeinrichtung für eine Erfassung von wenigstens drei Abständen zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgebildet ist. Eine derartige Gelenkeinrichtung kann beispielsweise durch ein Festkörpergelenk verwirklicht werden, bei dem sich zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ein, insbesondere auf der jeweiligen Stirnfläche zentral angeordneter, exemplarisch kreiszylindrischer Steg erstreckt. Vorzugsweise ist der Steg des Festkörpergelenks derart ausgerichtet, dass eine Mittelachse des Stegs parallel zu einer Flächennormalen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ausgerichtet ist. In diesem Fall kann die Gelenkeinrichtung um Schwenkachsen, die in einer normal zur Mittelachse ausgerichteten Bewegungsebene liegen, ausgelenkt werden. Die Messeinrichtung ist hierbei für eine Ermittlung von wenigstens drei Abständen zwischen den beiden Stirnflächen ausgebildet, so dass unabhängig von der Schwenkachse, in der eine Schwenkbewegung der ersten Stirnfläche gegenüber der zweiten Stirnfläche stattfindet, stets eine exakte Bestimmung der räumlichen Lage zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche anhand der ermittelten Abstände ermöglicht ist. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass die wenigstens drei Spulen der Spulenanordnung räumlich beabstandet voneinander an einer der Stirnflächen angeordnet sind, insbesondere auf einer koaxial zur Mittelachse des kreiszylindrischen Stegs erstreckten Kreisbahn angeordnet sind.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche ein Füllkörper aus einem gummielastischen und elektrisch isolierenden Material angeordnet ist, der für eine Versiegelung der Messeinrichtung und/oder für eine Elastizitätsanpassung der Gelenkeinrichtung ausgebildet ist. Dabei kann der Füllkörper wahlweise als separat hergestellte Komponente in einen Zwischenraum zwischen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche eingebracht werden oder im Rahmen einer Herstellung der Gelenkeinrichtung aus einer gestaltlosen Masse, insbesondere unter Verwendung einer Gießform, in den Zwischenraum zwischen den beiden Stirnflächen eingefüllt werden, um eine vorteilhafte Versiegelung der Messeinrichtung und/oder eine Anpassung der Elastizität der Gelenkeinrichtung in wenigstens einer Raumrichtung zu ermöglichen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Spulenanordnung wenigstens zwei Spulen umfasst, wobei eine erste Spule an einer der Stirnflächen angeordnet ist und für eine Bereitstellung eines abstandsabhängigen Spulensignals ausgebildet ist, wobei an einer der ersten Spule gegenüberliegenden Stirnfläche ein Flussleiter aus einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetflussleitendenden Material angeordnet ist, und wobei eine zweite Spule für eine Bereitstellung eines, zumindest weit gehend, abstandsunabhängigen Referenzsignals ausgebildet ist. Der Flussleiter, der gegenüberliegend zur ersten Spule an der jeweiligen Stirnfläche angebracht werden kann, ist aus einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetflussleitendenden Material, beispielsweise einem ferromagnetischen Material oder einem amagnetischen Material, insbesondere Aluminium, hergestellt und dient dazu, bereits bei geringen Veränderungen des Abstands zwischen den beiden Stirnflächen eine gut erfassbare Änderung des magnetischen Flusses, der von der Spule bereitgestellt wird, zu ermöglichen. Hierdurch wird eine Auswertung der abstandsabhängigen Stromänderung des Spulenstroms durch die Steuerschaltung erleichtert. Die Aufgabe der wenigstens einen weiteren Spule liegt darin, ein zumindest weitgehend abstandsunabhängiges Referenzsignal bereitzustellen. Dieses Referenzsignal kann beispielsweise in der Steuerschaltung bei der Auswertung der Spulensignale der wenigstens einen weiteren Spule, die zur Abstandsmessung eingesetzt wird, zum Kompensationszwecken, insbesondere zum Zweck der Temperaturkompensation, eingesetzt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt an einem linearbeweglich am Grundkörper gelagerten Schlitten oder an einem drehbeweglich am Grundkörper gelagerten Drehzapfen festgelegt ist und/oder dass dem Grundkörper wenigstens zwei Greifbacken zugeordnet sind. Eine typische Anwendung für einen Greifer besteht darin, dass am Grundkörper wenigstens zwei Greifbacken angeordnet sind, von denen wenigstens eine Greifbacke mittels eines dem Grundkörper zugeordneten Aktors eine Relativbewegung gegenüber der zweiten Greifbacke durchführen kann. Diese Relativbewegung kann wahlweise als Linearbewegung oder als Rotationsbewegung durchgeführt werden, wobei der Aktor insbesondere elektrisch oder fluidisch betriebenen werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Greifbacken bezogen auf eine dem Grundkörper zugeordnete ortsfeste Achse oder Ebene jeweils gegenläufige, insbesondere synchrone, Bewegungen durchführen, wodurch sich eine besonders vorteilhafte Greifbewegung für den Greifer bewirken lässt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Spulen der Spulenanordnung auf Leiterbahnen einer gedruckten Schaltung aufgebracht sind oder dass die Spulen der Spulenanordnung von Leiterbahnen einer gedruckten Schaltung gebildet sind. Bei der gedruckten Schaltung, die einen Bestandteil der Messeinrichtung bildet, kann es sich insbesondere um eine formstabile Leiterplatte mit aufgedruckten Leiterbahnen (beispielsweise Ink-Jet-Verfahren mit leitfähiger Tinte oder photostrukturierte, aufkaschierte Kupferfolie) und/oder internen Leiterbahnen (Multilayer) oder um eine mit Leiterbahnen versehene flexible Folienanordnung oder eine Kombination davon handeln, die auf einer der Stirnflächen der Gelenkanordnung angeordnet ist. Wahlweise können die Spulen der Spulenanordnung als diskrete Bauteile ausgebildet sein, die auf den Leiterbahnen der gedruckten Schaltung aufgebracht, insbesondere elektrisch leitend aufgeklebt oder aufgelötet sind. Alternativ kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der Spulen der Spulenanordnung durch Leiterbahnen der gedruckten Schaltung gebildet ist, eine derartige Spule wird insbesondere auch als Planarspule bezeichnet.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
- 1 eine rein schematische Darstellung eines Greifers in einer Öffnungsstellung,
- 2 eine rein schematische Darstellung des Greifers gemäß der 1 in einer Schließstellung mit einem gegriffenen Objekt,
- 3 eine Gelenkeinrichtung zur Verwendung im Greifer gemäß den 1 und 2 in einer Vorderansicht,
- 4 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Gelenkeinrichtung gemäß der 3,
- 5 eine teilweise geschnittene Ansicht von unten auf die Gelenkeinrichtung gemäß der 3,
- 6 eine Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer Gelenkeinrichtung,
- 7 eine teilweise geschnittene Draufsicht der Gelenkeinrichtung gemäß der 6,
- 8 eine teilweise geschnittene Ansicht von unten auf die Gelenkeinrichtung gemäß der 6,
- 9 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform einer Gelenkeinrichtung,
- 10 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Gelenkeinrichtung gemäß der 9, und
- 11 eine teilweise geschnittene Ansicht von unten auf die Gelenkeinrichtung gemäß der 9.
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Ein in den 1 und 2 in einer schematischen Vorderansicht gezeigter Greifer 1 ist beispielhaft zur Erfassung eines kugelförmigen Gegenstands 2, wie er in der 2 gezeigt ist, ausgebildet. Der Greifer 1 umfasst einen rein exemplarisch quaderförmig ausgebildeten Grundkörper 3, der insbesondere aus einem Aluminium-Strangpressprofil hergestellt sein kann und nicht näher dargestellte Hohlräume aufweist. An einer Oberseite des Grundkörpers 3 ist eine Kupplungseinrichtung 4 angeordnet, die für eine Kopplung des Greifers 1 mit einer Schnittstelle eines nicht dargestellten Manipulators ausgebildet ist. Dabei kann die Kupplungseinrichtung 4 beispielsweise für eine ortsfeste Ankopplung an den Manipulator vorgesehen sein und gegebenenfalls in nicht näher dargestellter Weise zusätzlich auch für eine Herstellung einer elektrischen und/oder fluidischen Verbindung zwischen dem Manipulator und den Greifer ausgebildet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine elektrische und/oder fluidische Versorgung des Greifers über nicht näher dargestellte externe Leitungen vorgenommen wird, die abseits der Kupplungseinrichtung 4 geführt sind.
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Im Grundkörper 3 ist eine nicht näher dargestellte, insbesondere elektrisch oder fluidisch betreibbare, Antriebseinrichtung angeordnet, die für eine rein exemplarisch gegenläufige Relativbewegung zweier Schlitten 5, 6 ausgebildet ist, die linearbeweglich in einer nicht näher dargestellten Führungsausnehmung des Grundkörpers 3 geführt sind und gemäß der Darstellung der 1 und 2 von einer Unterseite des Grundkörpers 3 nach unten abragend. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die beiden Schlitten 5, 6 bezogen auf eine Mittelebene 7 des Greifers 1 eine synchron gegensinnige Relativbewegung zueinander durchführen können, wie dies auch aus den 1 und 2 schematisch zu entnehmen ist.
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Beispielhaft ist vorgesehen, dass an jedem der Schlitten 5, 6 eine Greifbacke 10 angebracht ist, wobei die Greifbacken 10 gemäß den 1 und 2 identisch aufgebaut sind und somit die nachstehende Beschreibung für eine der Greifbacken 10 auch auf die andere Greifbacke 10 zutrifft.
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Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Greifbacke 10 einen Verbindungsabschnitt 11, eine Gelenkeinrichtung 12 sowie einen Greifabschnitt 15 umfasst. Dabei ist die Gelenkeinrichtung 12 zwischen dem Verbindungsabschnitt 11 und dem Greifabschnitt 15 angeordnet und umfasst eine nachstehend näher beschriebene Messeinrichtung 16, die zur Ermittlung eines Abstands 17 an der Gelenkeinrichtung 12 und dadurch mittelbar zur Ermittlung einer auf die jeweilige Greifbacke 10 einwirkenden Greifkraft ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Verbindungsabschnitt 11 mittels nicht näher dargestellter Verbindungsmittel mit dem Schlitten 5 bzw. 6 ortsfest verbunden ist und dass der Verbindungsabschnitt 11 aus einem Material hergestellt ist, das bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des Greifers 1 und den dabei auftretenden Greifkräften keine nennenswerte elastische oder plastische Deformation erfährt.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Verbindungsabschnitt 11 aus einem Metallmaterial wie Aluminium oder Stahl oder aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere einem hochfesten Kunststoff, hergestellt ist. Rein exemplarisch ist ferner vorgesehen, dass der Greifabschnitt 15 ebenfalls aus einem gestaltfesten Material wie Metall oder Kunststoff hergestellt ist und bei einer bestimmungsgemäßen Nutzung des Greifers 1 keine relevante elastische oder plastische Deformation erfährt. Ferner ist beispielhaft vorgesehen, dass die Greifbacken 10 zwischen einer in der 1 dargestellten Öffnungsstellung, bei der die Greifbacken 10 einen Abstand 19 zueinander einnehmen, und einer nicht dargestellten Schließstellung, in der der Abstand 19 verschwindet, verlagert werden können.
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Exemplarisch ist der Greifabschnitt 15 mit einer Ausnehmung 18 versehen, mit der ein in der 2 dargestellter, insbesondere kugelförmiger, Gegenstand 2 an mehreren Oberflächenabschnitten gegriffen werden kann, um insgesamt ein sicheres Ergreifen des Gegenstands 2 durch den Greifer 1 zu gewährleisten.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Gelenkeinrichtung 12, die nachstehend im Zusammenhang mit den 3 bis 5 näher beschrieben wird, bei einem Ergreifen des Gegenstands 2 mit einer vorgebbaren maximalen Greifkraft elastisch deformiert wird, wodurch die in der 2 erkennbaren Verkippungen der Greifabschnitte 15 der Greifbacken 10 gegenüber der kraftfreien Ausgangssituation gemäß der 1 hervorgerufen werden. Bei der Durchführung des Greifvorgangs für den Gegenstand 2 ist insbesondere vorgesehen, dass die Messeinrichtung 16 an einer nicht näher dargestellten elektrischen Schnittstelle ein Ausgangssignal ausgibt, das beispielsweise proportional zu einer Veränderung des Abstands 17 ist, um einer nicht dargestellten, übergeordneten Steuerung des Manipulators eine Kraftsteuerung oder Kraftregelung für die von den Greifbacken 10 auf den Gegenstand 2 auszuübenden Greifkräfte durchführen kann. Als Nebeneffekt wird durch die elastische Ausgestaltung der Gelenkeinrichtung 12 eine mechanische Kraftbegrenzung für die von den Greifbacken 10 auf den Gegenstand 2 ausgeübten Greifkräfte ermöglicht, wodurch ein beschädigungsfreies Greifen des Gegenstands 2 unterstützt wird.
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Wie aus der Darstellung der Gelenkeinrichtung 12 gemäß den 3 bis 5 entnommen werden kann, umfasst die Gelenkeinrichtung 12 ein beispielhaft einstückig aus einem metallischen Material oder einem Kunststoffmaterial hergestelltes Gelenkteil 20. Das Gelenkteil 20 umfasst eine rein exemplarisch quaderförmig ausgebildete obere Koppelplatte 21 sowie eine rein exemplarisch quaderförmig ausgebildete untere Koppelplatte 22 sowie einen zwischen den Koppelplatten 21 und 22 angeordneten Federabschnitt 23. Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine Oberseite 24 der oberen Koppelplatte 21 für eine Kopplung mit dem Schlitten 5 oder 6 vorgesehen ist. Ferner ist eine Unterseite 25 der unteren Koppelplatte 22 für eine Verbindung mit dem Greifabschnitt 15 vorgesehen.
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Der Federabschnitt 23 erstreckt sich zwischen einer rein exemplarisch eben ausgebildeten, auch als erste Stirnfläche bezeichneten Unterseite 26 der oberen Koppelplatte 21 und einer rein exemplarisch eben ausgebildeten, als zweite Stirnfläche bezeichneten Oberseite 27 der unteren Koppelplatte 22. Wie aus den Darstellungen der 3 bis 5 entnommen werden kann, erstreckt sich der Federabschnitt 23 rein exemplarisch über die gesamte Breite 28 der beiden Koppelplatten 21, 22 und weist in einer Längsrichtung 29 der Koppelplatten 21, 22 eine Erstreckung auf, die erheblich kleiner als die Breite der Koppelplatten 21, 22 ist. Hierdurch weist der Federabschnitt 23 bezüglich einer in den 3 bis 5 nur schematisch eingezeichneten Schwenkachse 30 ein geringes Widerstandsmoment gegen Biegung für das Gelenkteil 20 auf, während der Federabschnitt 23 in Raumrichtungen abseits der Schwenkachse 30 ein bedeutend höheres Widerstandsmoment gegen Biegung aufweist.
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Beispielhaft ermöglicht das Gelenkteil 20 bei einer Einleitung von Kräften normal zur Oberseite 24 und zur Unterseite 25 und/oder bei Einleitung von Drehmomenten um die Schwenkachse 30 eine elastische Deformation des Federabschnitt 23, wodurch eine Schwenkbewegung der Koppelplatten 21, 22 und dadurch eine Annäherung von freien Endbereichen 31, 32 der Koppelplatten 21, 22 bewirkt werden kann.
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Exemplarisch ist vorgesehen, dass die beiden Koppelplatten 21 und 22 als Planparallelplatten ausgebildet sind und der Federabschnitt 23 derart gestaltet ist, dass die Unterseite 26 der oberen Koppelplatte 21 und die Oberseite 27 der unteren Koppelplatte 22 in einem kraftfreien Zustand, wie er in den 3 bis 5 gezeigt ist, parallel zueinander ausgerichtet sind. Bei Einleitung von Kräften auf die Oberseite 24 und die Unterseite 25 bzw. von Drehmomenten um die Schwenkachse 30 nehmen bei der in 2 gezeigten Ausführungsform die Unterseite 26 und die Oberseite 27 aufgrund der Annäherung der freien Endbereiche 31 und 32 einen spitzen Winkel zueinander ein. Die Auswahl (Dimensionierung) der Querschnitte für die Koppelplatte 21 und 22 sowie für den Federabschnitte 23 ist derart getroffen, dass der Federabschnitt 23 auch bei einer nahezu vollständigen Annäherung der beiden freien Endbereiche 31 und 32 vorzugsweise ausschließlich elastisch deformiert wird.
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Wie der teilweise geschnittenen Darstellung der 4 entnommen werden kann, ist auf der Oberseite 27 der unteren Koppelplatte 22 eine nur schematisch dargestellte gedruckte Schaltung 33 aufgebracht, die eine formstabile Leiterplatte oder eine Kunststofffolienanordnung (Flexprint) oder eine Kombination hiervon mit nicht näher dargestellten elektrischen Leiterbahnen umfasst. Beispielhaft ist vorgesehen, dass auf einer Oberfläche 34 der gedruckten Schaltung 33 benachbart zum Federabschnitt 23 eine rein exemplarisch als integrierter Schaltkreis, insbesondere als Mikroprozessor oder Mikrocontroller, ausgebildete Steuerschaltung 35 angeordnet ist, die über die nicht näher dargestellten elektrischen Leiterbahnen elektrisch mit einer Spulenanordnung 36 verbunden ist. Bei einer nicht näher dargestellten, alternativ ausgebildeten Ausführungsform der gedruckten Schaltung sind die elektrischen und elektronischen Bauelemente auf einer nicht näher bezeichneten Unterseite der gedruckten Schaltung 33 angeordnet, so dass die in einer ebenfalls nicht näher dargestellten Ausnehmung in der Oberseite 27 aufgenommen werden können und von der gedruckten Schaltung 33 gegenüber Umwelteinflüssen geschützt sind.
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Rein exemplarisch umfasst die Spulenanordnung 36 eine erste Spule 37 sowie eine zweite Spule 38, die beispielhaft als diskrete Bauelemente ausgebildet sind und bei einer Bereitstellung eines Spulenstroms durch die Steuerschaltung 35 jeweils einen magnetischen Fluss quer zur Oberfläche 34 der gedruckten Schaltung 33 bereitstellen.
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Dabei dient die erste Spule 37 in Kombination mit einem gegenüberliegend zur ersten Spule 37 an der Unterseite 26 der oberen Koppelplatte 21 angeordneten Flussleiter 39 zur Ermittlung des Abstands 17 zwischen den freien Endbereichen 31 und 32 des Gelenkteils 20. Hierzu kann beispielsweise der Effekt genutzt werden, dass bei einer Bereitstellung von Spulenstrom an die erste Spule 37 ein magnetischer Fluss von der ersten Spule 37 in die Umgebung und damit auch in Richtung des Flussleiters 39 abgegeben wird. Dieser magnetische Fluss bleibt zumindest im Wesentlichen konstant, solange der Abstand 17 zwischen den beiden freien Endbereichen 31 und 32 nicht verändert wird. Kommt es hingegen zu einer Veränderung, insbesondere Reduzierung, des Abstands 17, findet auch eine Veränderung des magnetischen Flusses statt, da sich der Flussleiter 39 an die erste Spule 34 annähert und hierbei eine Veränderung der magnetischen Wechselwirkung zwischen der Spule 34 und dem Flussleiter 39 eintritt. Diese Veränderung äußert sich in einer Veränderung des Spulenstroms, so dass in der Steuerschaltung 35 anhand einer Auswertung des Spulenstroms ein Rückschluss auf die Veränderung der räumlichen Lage zwischen Flussleiter 39 und erster Spule 37 gezogen werden kann.
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Die zweite Spule 38 ist hingegen in einem Bereich des Gelenkteils 20 angeordnet, der bei einer elastischen Deformation des Federabschnitts 23 nur eine geringfügige geometrische Veränderung erfährt. Ferner ist der zweiten Spule 38 kein Flussleiter zugeordnet, so dass der elastischen Deformation des Gelenkteils 20 nur eine geringe Flussveränderung, insbesondere keine messbare Flussveränderung, für den magnetischen Fluss auftritt, der die zweite Spule 38 durchsetzt. Damit kann die zweite Spule 38 beispielsweise zur Bereitstellung eines Referenzsignals an die Steuerschaltung 35 genutzt werden, um insbesondere eine Kompensation von Temperatureinflüssen und/oder Luftfeuchtigkeitseinflüssen auf ein von der Messeinrichtung 16 bereitzustellendes Messergebnis zu ermöglichen.
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Beispielhaft ist der Flussleiter 39 als quaderförmige Platte aus einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetflussleitendenden Material, insbesondere aus einem ferromagnetischen Material oder einem amagnetischen Material, hergestellt und an der Unterseite 26 der oberen Koppelplatte 21 gegenüberliegend zur ersten Spule 37 angeordnet, beispielsweise angeklebt.
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Bei einer nicht näher dargestellten Variante der in den 3 bis 5 dargestellten Gelenkeinrichtung 12 sind gegenüberliegend zum Flussleiter 39 zwei entlang der Breite 28 in Reihe angeordnete erste Spulen 37 vorgesehen, womit eine redundante Ermittlung des Abstands 17 zwischen den freien Endbereichen 31 und 32 durchgeführt werden kann. Alternativ können die Spulenströme der beiden ersten Spulen 37 beide nicht näher dargestellten Ausführungsform dahingehend durch die Steuerschaltung 35 ausgewertet werden, ob eine Verwindung der Koppelplatten 21 und 22 durch Querkräfte vorliegt, wie sie beispielsweise bei einer raschen Beschleunigung der Greifbacken in einer Raumrichtung normal zur Darstellungsebene der 1 bis 5 aufgrund von Trägheitskräften, die auf die Greifabschnitte 15 und den gegebenenfalls gegriffenen Gegenstand 2 einwirken können, auftreten können.
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Bei einer in den 6 bis 8 dargestellten zweiten Ausführungsform einer Gelenkeinrichtung 13 und bei einer in den 9 bis 11 dargestellten dritten Ausführungsform einer Gelenkeinrichtung 14 werden für Komponenten, die zumindest im Wesentlichen die gleiche Funktion wie Komponenten der Gelenkeinrichtung 12 gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen, jeweils um 20 bzw. um 60 erhöhte Bezugszeichen genutzt, ohne dass sämtliche Komponenten zwingend erneut beschrieben werden.
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Das Gelenkteil 40 der Gelenkeinrichtung 13 ist ebenfalls als Festkörpergelenk aufgebaut und unterscheidet sich vom Gelenkteil 20 insbesondere eine abweichend aufgebaute Messeinrichtung 66 sowie durch eine abweichende Gestaltung des Federabschnitts 43. Der Federabschnitt 43 erstreckt sich nur über einen Teil der Breite 48 der Koppelplatten 41, 42 und weist hiermit im Vergleich zum Federabschnitt 23 eine deutlich reduzierte Ausdehnung in dieser Raumrichtung auf. Beispielhaft ist vorgesehen, dass eine Breitenerstreckung 60 des Federabschnitts 43 größer als eine Längserstreckung 61 des Federabschnitts 43 ist. Bei einer entsprechenden Materialauswahl für das Gelenkteil 40 können die bei einem bestimmungsgemäßen Gebrauch des mit einem derartigen Gelenkteil 40 ausgebildeten, nicht näher dargestellten Greifers auftretenden Greifkräfte zu relativen Schwenkbewegungen der beiden Koppelplatten 41, 42 vorzugsweise um rechtwinklig zueinander ausgerichtete Schwenkachsen 62, 63 führen oder zu Überlagerungen derartiger Schwenkbewegungen führen. Aufgrund der rein exemplarisch rechteckigen Gestaltung des Federabschnitts 43 ist ein Widerstandsmoment geben Biegung um die Schwenkachse 62 geringer als ein Widerstandsmoment gegen Biegung um die Schwenkachse 63.
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Um eine Ermittlung der räumlichen Lage der beiden Koppelplatten 41 und 42 zueinander mit Hilfe der Messeinrichtung 66 zu ermöglichen, umfasst eine gedruckte Schaltung 53 der Messeinrichtung 66 eine Spulenanordnung 56 mit insgesamt vier Spulen 67, 68, 69, 70. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass die Spulen 67 bis 70 jeweils in Eckbereichen der beispielhaft als rechteckige Platine ausgebildeten gedruckten Schaltung 53 angeordnet sind, wobei exemplarisch vorgesehen ist, dass die Spulen 67, 68 und 69 für eine Ermittlung eines individuellen Abstands der beiden Koppelplatten 41, 42 ausgebildet ist, während die Spule 70 für eine Temperatur- und/oder Feuchtigkeitskompensation genutzt werden kann. Die Steuerschaltung 55 ist exemplarisch in einer Weise ausgeführt oder programmiert, dass anhand von Spulenströmen, die durch die jeweiligen Spulen 67 bis 70 fließen, Abstandsbeträge für die jeweiligen Abstände zwischen den Spulen 67, 68, 69 und dem gegenüberliegend angeordneten Flussleiter 59 ermittelt werden können, wobei der Flussleiter 59 nicht gegenüberliegend zur Spule 69 angeordnet ist, so dass hier allenfalls ein geringer Abstandseinfluss vorliegt. Damit ermöglicht die Spule 70 eine Bereitstellung eines Kompensationssignals, beispielsweise zur Temperaturkompensation oder zur Luftfeuchtigkeitskompensation. Sofern auch die Spule 70 zur Abstandsmessung eingesetzt werden soll, wird die Geometrie des Flussleiters 59 gemäß der gestrichelten Darstellung modifiziert. Aus diesen Abständen kann die Steuerschaltung 55 dann eine Information über die räumliche Lage der beiden Koppelplatten 41, 42 bezüglich der beiden Schwenkachsen 62 und 63 ermitteln. Gegebenenfalls kann vorgesehen werden, elektrische und/oder elektronische Komponenten der gedruckten Schaltung 53 auf einer Unterseite anzubringen, um diese Komponenten vor unerwünschten Einflüssen zu schützen. Hierfür kann in der jeweiligen Stirnfläche eine entsprechende Ausnehmung ausgebildet sein.
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Ferner können auf der gedruckten Schaltung 53 eine oder mehrere Leuchtdioden 64 angeordnet sein, die beispielsweise zur Anzeige eines Greifzustands der jeweiligen Gelenkeinrichtung 13 durch Intensitätswechsel und/oder Farbwechsel und/oder Blinkfrequenzwechsel genutzt werden können. Ein eventuell vorgesehenes elastisches Element zwischen den beiden Stirnflächen, das insbesondere als Schutz vor Verschmutzung und/oder Feuchtigkeit dienen kann und beispielsweise aus einem Silikonwerkstoff hergestellt sein kann, dient gegebenenfalls zusätzlich als optischer Diffusor für eine Streuung von Lichtsignalen, die von der wenigstens einen Leuchtdiode 64 abgegeben werden könne, um eine optische Wahrnehmung des jeweiligen Greifzustands aus möglichst vielen Raumrichtungen zu gewährleisten.
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Um eine vorteilhafte Einflussnahme auf den von der jeweiligen Spulen 67 bis 69 bereitgestellten magnetischen Fluss zu gewährleisten ist der Flussleiter 59, der an der Unterseite 46 der oberen Koppelplatte 41 angeordnet ist, rein exemplarisch im Wesentlichen U-förmig ausgestaltet, wobei die U-Form zudem einer einfachen Montage des Flussleiters 59 an der oberen Koppelplatte 41 dient.
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Bei einer in den 9 bis 11 dargestellten dritten Ausführungsform einer Gelenkeinrichtung 14 ist ein Gelenkteil 80 mit einem zentral zwischen den Koppelplatten 81 und 82 angeordneten Federabschnitt 83 vorgesehen. Der Federabschnitt 83 weist rein exemplarisch einen in den 10 und 11 erkennbaren quadratischen Querschnitt auf. Somit weist der Federabschnitt 83 bezüglich einer Schwenkachse 102 sowie bezüglich einer Schwenkachse 103, die jeweils parallel zu Außenkanten des Federabschnitts 83 ausgerichtet sind und die sich im Zentrum des Federabschnitts 83 schneiden, jeweils gleiche Widerstandsmomente gegen Biegung auf. In anderen Raumrichtungen weist der Federabschnitt 83 aufgrund der größeren wirksamen Querschnitte größere Widerstandsmomente gegen Biegung auf.
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Dementsprechend weist das Gelenkteil 80 mit den Schwenkachsen 102 und 103 jeweils Vorzugsachsen für eine schwenkbewegliche Lageveränderung der beiden Koppelplatten 81 und 82 zueinander auf, wobei durch Überlagerung von Schwenkbewegungen um die beiden Schwenkachsen 102 und 103 auch Verkippungen zwischen den beiden Koppelplatten 81 und 82 verwirklicht werden können, die durch eine nicht näher dargestellte resultierende Schwenkachse abseits der Schwenkachsen 102 und 103 repräsentiert werden können. Rein exemplarisch ist die gedruckte Schaltung 93 der Messeinrichtung 106 U-förmig ausgebildet und kann somit seitlich in den Spalt zwischen den beiden Koppelplatten 81 und 82 eingeschoben und auf der Oberseite 87 der unteren Koppelplatte 82 festgelegt werden. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Steuerschaltung 95 außermittig und die Spulen 107 bis 110 der Spulenanordnung 96 der Messeinrichtung 106 jeweils in Eckbereichen der gedruckten Schaltung 93 angeordnet sind. Hierdurch ermöglichen die Spulen 107, 109, 110 eine vollständige Erfassung der relativen Verkippungen der beiden Koppelplatten 81 und 82. Der Spule 108 liegt kein Flussleiter 99 gegenüber, so dass das Signal dieser Spule 108 beispielsweise zur Temperaturkompensation und/oder zur Feuchtigkeitskompensation genutzt werden kann. Alternativ kann der Flussleiter 99 auch den gestrichelt eingezeichneten Abschnitt mit umfassen, so dass auch die Spule 108 zur Abstandsmessung eingesetzt werden kann.
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Bei einer nicht näher dargestellten Variante der dritten Ausführungsform der Gelenkeinrichtung 14 ist der Federabschnitt kreiszylindrisch ausgebildet, so dass sich für Schwenkbewegungen der beiden Koppelplatten zueinander in beliebigen Raumrichtungen, die in einer Bewegungsebene normal zu einer Mittelachse des kreiszylindrischen Federabschnitts ausgerichtet ist, stets gleiche Widerstandsmomente gegen Biegung ergeben. Hierbei kann die räumliche Ausrichtung der beiden Koppelplatten in gleicher Weise durch eine Messeinrichtung ermittelt werden, wie dies bei der in den 9 bis 11 beschriebenen dritten Ausführungsform der Gelenkeinrichtung 14 der Fall ist.
