DE102018208247B4

DE102018208247B4 - Handhabungseinheit in Art eines Roboters

Info

Publication number: DE102018208247B4
Application number: DE102018208247.2A
Authority: DE
Inventors: Arik Lämmle
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-05-25
Filing date: 2018-05-25
Publication date: 2020-03-12
Anticipated expiration: 2038-05-26
Also published as: DE102018208247A1

Abstract

Handhabungseinheit in Art eines Roboters, die zumindest abschnittsweise eine kinematischen Kette besitzt, längs der ein Roboterarm mit einem Roboterflansch als ein erstes Glied über wenigstens ein Verbindungselement mit einem Werkzeugflansch als zweites Glied verbunden ist, an dem ein Werkzeugträger angebracht ist, wobei das wenigstens eine Verbindungselement einseitig über eine erste Kugelgelenkeinheit mit einem ersten Glied und andererseits über eine zweite Kugelgelenkeinheit mit einem zweiten Glied verbunden ist und wobei wenigstens eine der beiden Kugelgelenkeinheiten ein Mittel umfasst, durch das eine der Kugelgelenkeinheit zuordenbare Gelenkbeweglichkeit beeinflussbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit aufweist, die in einem fluiddicht abgeschlossenen Zwischenraum zwischen einem Kugelkörper und einer Kugelpfanne wenigstens einer der Kugelgelenkeinheiten eingebracht ist, dass das Mittel wenigstens eine ansteuerbare oder regelbare Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes vorsieht, und
dass mittel- oder unmittelbar am Roboterarm, am Roboterflansch, am Werkzeugflansch und/oder am Werkzeugträger wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Kontaktereignisses oder eines sich anbahnenden Kontaktereignisses zwischen dem Roboter und einem dritten Körper, insbesondere eines Menschen, angeordnet ist, der ein Sensorsignal erzeugt, das zur Steuerung oder Regelung der Einheit zur Erzeugung und/oder Veränderung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes zugrundelegbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Handhabungseinheit in Art eines Roboters, die über eine als kinematische Kette ausgebildete Gelenkarmanordnung verfügt, längs der ein Roboterarm als ein erstes Glied über einen Roboterflansch mit einer Vorrichtung verbunden ist, an der über einen Werkzeugflansch als zweites Glied ein Effektor, bspw. in Form eines Werkzeugträgers oder Werkzeuges angebracht ist. Im Besonderen wird eine Handhabungseinheit beschrieben, die längs ihrer Gelenkarmanordnung über eine kinematische Nachgiebigkeit verfügt und so bspw. eine Roboter-Mensch-Kollaboration, im Weiteren kurz „MRK“, ermöglicht.
Stand der Technik
Mit dem Menschen unmittelbar kollaborierende Roboter stellen üblicherweise kleine, so genannte sensitive Leichtbauroboter dar, die in einem definierten Kollaborationsraum aufgebaut sind und über eine sichere Steuerung und Sensorik zum sicheren Abschalten bei Annäherung zum Menschen oder zum sofortigen Stillsetzen im Kollisionsfall verfügen. Kollaborierende Robotersysteme büßen jedoch gegenüber klassischen Industrierobotern aufgrund der Verwendung kleinerer Roboterkinematiken einen Teil ihrer Kernstärke ein, wie beispielsweise ihre Auslenkgeschwindigkeit, Kraft und ihren großen Bewegungsraum, zu Gunsten des Wegfalls einer trennenden Schutzeinrichtung zwischen Mensch und Roboter sowie einer inhärenten Sicherheit für den Menschen. Siehe hierzu beispielsweise M. Haag, „Kollaboratives Arbeiten mit Robotern - Vision und realistische Perspektiven“, in Zukunft der Arbeit in Industrie 4.0, Berlin Heidelberg, Springer Viebig, 2015, pp. 59-64.
Während sensitive Leichtbauroboter durch ihre sicherheitsgerichtete Formgebung und inhärente Sicherheitssensorik sowie die geringe Eigenmasse und Traglast bereits für MRK eingesetzt werden können, bleibt dieser Anwendungsbereich den klassischen Industrierobotern weitestgehend verwehrt. Die Notwendigkeit zur Geschwindigkeits- und/oder Kraftbegrenzung ergibt sich aus den auftretenden Kräften sowie hohen übertragenen Energien im Kollisionsfall mit der Umgebung bzw. dem Menschen. Diese, als Resultat großer und schnell bewegter Massen, übertragenen Energien können nicht unmittelbar abgebaut werden.
Dadurch ist der Mensch im Kollisionsfall mit einem klassischen Industrieroboter nicht in der Lage, dessen Geschwindigkeit durch den Übertrag kinetischer Energie signifikant zu reduzieren ohne unter Umständen schwerste Verletzungen zu erleiden. Selbst wenn es zu einer detektierten Kollision zwischen dem Menschen und dem Roboter bzw. dessen Peripherie kommt, so benötigt der Roboter einige Zeit bis er vollkommen zum Stillstand kommt. Während dieser Bremszeit wird weiterhin kinetische Energie auf den Kollisionspartner übertragen.
Große Anstrengungen werden daher unternommen, klassische Industrieroboter für die Zusammenarbeit mit dem Menschen ohne trennende Schutzeinrichtungen zu befähigen. Hierzu bedarf es geeigneter Sicherheitskonzepte sowie konstruktiver Elemente, die für Sicherheit während der Interaktion sorgen und dennoch die Wirtschaftlichkeit der Roboteranwendung gewährleisten.
In Abhängigkeit der zwischen Mensch und Roboter stattfindenden Interaktionsform kommen in an sich bekannter Weise unterschiedliche Schutzeinrichtungen zum Einsatz, so insbesondere optische sowie auch taktile Schutzeinrichtungen. Zu den optischen Schutzeinrichtungen zählen unter anderem Lichtgitter sowie Kamerasysteme, durch die ein sicherheitsbewährter, überwachter Halt für den Roboter ausgelöst wird und/oder eine abstandsabhängige Geschwindigkeitsüberwachung vorgenommen werden. Allerdings ist durch die Definition eines Mindestabstandes zwischen Mensch und Roboter oder die Reduzierung der Geschwindigkeit bei Annäherung durch den Menschen keine direkte Kollaboration, sondern lediglich der Betrieb ohne trennende Schutzeinrichtung möglich. Je nach relativer Position des Menschen zum Roboter reduziert dieser seine Bahngeschwindigkeit bis hin zum Stillstand. Prozesse, die einen direkten Kontakt zwischen Mensch und Maschine erfordern, wie es beispielsweise in zahlreichen Montageaufgaben der Fall ist, sind mit optischen Schutzeinrichtungen allein nicht realisierbar. Auch taktile Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise Trittmatten, können lediglich zu Zwecken der Zutrittsbeschränkung innerhalb eines Arbeitsbereiches, der vom Roboter zugänglich ist.
Hinsichtlich taktiler Schutzeinrichtungen ist eine Vielzahl an Roboterperipherien bekannt, die im Wege einer Leistungs- und Kraftbegrenzung eine Mensch-Roboter-Kollaboration zu ermöglichen versuchen. Typische Ausgestaltungsformen von MRKfähigen Robotern sehen zwischen dem Roboterflansch und einem Werkzeugflansch speziell ausgebildete Peripheriegeräte in Form von Kupplungsmechanismen für die Kollisionsdetektion, den Schutz vor Kollisionen und/oder zur Kraftbegrenzung vor.
In diesem Zusammenhang beschreibt die Druckschrift DE 101 15 661 A1 eine Maschine mit einem wechselbaren Werkzeug und einer Kollisionsschutzeinrichtung, die zwischen dem wechselbaren Werkzeug und dem fest mit dem Roboter verbundenen Roboterflansch montiert ist. Die Kollisionsschutzeinrichtung ermöglicht im Kollisionsfalle eine schwenkbewegliche Relativbewegung des Werkzeuges relativ zum Roboterflansch, wodurch eine kollisionsbedingte, schadensverursachende Kraftwirkung zumindest reduziert werden kann. Darüber hinaus ist ein Sensor vorgesehen, der bei einer Relativbewegung zwischen dem schwenkbeweglichen Kollisionsschutzteil und dem Roboterflansch ein zum Anhalten des Roboters verwendbares Signal erzeugt.
Eine ähnlich aufgebaute Schutzeinrichtung ist der Druckschrift DE 10 2012 208 182 A1 zu entnehmen, die zwischen einem Roboter- und Werkzeugflansch montiert ist. Die bekannte Überlastschutzeinrichtung weist ein relativ zum Roboterflansch beweglich ausgebildetes Halteelement zur Befestigung eines Werkzeuges auf, das mittels einer Vorspanneinrichtung in einer gegenüber dem Roboterflansch definierten Grundstellung gehalten wird. Zusätzlich ist eine magnetisch sensible Schalteinrichtung innerhalb der Überlastschutzeinrichtung integriert, die ein Schaltsignal generiert, sobald das beweglich angeordnete Halteelement in einem bestimmten Maße ausgelenkt wird. Das Schaltsignal wird an eine Robotersteuereinrichtung weitergeleitet, um die Bewegung des Handhabungsgerätes zu stoppen und gegebenenfalls in die entgegengesetzte Richtung zu verfahren.
Die Druckschrift WO 2015/082485 A1 beschreibt eine Arbeitsvorrichtung mit einem für eine MRK gerüsteten Industrieroboter, der ein Prozesswerkzeug trägt, wobei der Industrieroboter mehrere bewegliche miteinander verbundene Armglieder sowie eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen mit jeweils einer integrierten Sensorik zur Belastungsdetektion längs der jeweiligen Roboterachsen aufweist, und wobei im Bereich des Prozesswerkzeuges eine so genannten Personen-Schutzeinrichtung angeordnet ist, die aktiv oder passiv bei einem Körperkontakt mit einem Objekt, beispielsweise einem Menschen, eine Ausweichbewegung des Prozesswerkzeuges oder eines Werkzeugteils ermöglicht und über eine entsprechende nachgiebige Eigenschaft verfügt. Im einfachsten Fall kann die Entkopplungseinrichtung als Federanordnung ausgebildet sein.
Die Druckschriften DE 10 2010 052 418 A1 sowie DE 10 2011 105 383 A1 beschreiben jeweils eine zwischen einem Roboterflansch und einem Werkzeugteil angebrachte Schutzvorkehrung, jeweils in Ausgestaltung einer Parallelogrammkinematik bzw. Kniehebelanordnung, deren zunächst starrer Verbindungszustand bei Überschreiten eines sensorisch festgestellten Überlastungszustandes gelöst wird, so dass beide Flansche eine im Rahmen ihrer kinematisch eingeschränkten Freiheitsgrade eine Ausweichbewegung ermöglichen. Die Druckschrift US 3 638 973 A beschreibt eine Gelenkeinheit zwischen zwei beweglichen Armgliedern eines mechanischen Haltearms, die als Kugelgelenk ausgebildet ist und zwischen einem Kugelkörper und einer Kugelgelenkpfanne einen Zwischenraum vorsieht, der von einem Fluid druckbeaufschlagt befüllbar ist, wodurch die Gelenkbeweglichkeit der Gelenkeinheit veränderbar ist.
Die Druckschrift US 5125759 A offenbart eine Robotergelenkeinheit mit einer variabel vorgebbaren Gelenksteifigkeit, die über wenigstens zwei mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit gefüllte Kugelkörper verfügt, die zwischen zwei Gelenkplatten gelagert sind und deren Festigkeit durch ein elektrisches Feld beeinflussbar ist.
Die Druckschrift DE 3620391 A1 beschreibt einen Roboterflansch zur Befestigung eines Werkzeuges an einem Roboterarmende mit einem mechanischen Überlastschutz in Form einer Verdreh- und Verschiebesicherung.
Die Druckschrift US 2013/0118287 A1 offenbart eine nachgiebige Verbindungsstruktur in Art eines Parallelmechanismus mit einer Vielzahl jeweils gelenkig zwischen zwei Körpern angebrachten linearen Teleskopstrukturen.
Die Druckschrift DE 296 07 680 U1 beschreibt eine Anordnung zur Verringerung der Crashgefahr bei universellen Positioniersystemen mit zwischen zwei Plattformen gelenkig angebrachten, längenverstellbaren Hubspindeln.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Handhabungseinheit in Art eines Roboters, die zumindest abschnittsweise eine kinematischen Kette besitzt, längs der ein Roboterarm mit einen Roboterflansch als ein erstes Glied über wenigstens ein Verbindungselement mit einem Werkzeugflansch als zweites Glied verbunden ist, an dem ein Werkzeugträger angebracht ist, wobei das wenigstens eine Verbindungselement einseitig über eine erste Kugelgelenkeinheit mit dem ersten Glied und andererseits über eine zweite Kugelgelenkeinheit mit dem zweiten Glied verbunden ist und wobei wenigstens eine der beiden Kugelgelenkeinheiten ein Mittel umfasst, durch das eine der Kugelgelenkeinheit zuordenbare Gelenkbeweglichkeit beeinflussbar ist,, derart weiterzubilden, so dass eine kontrolliert freigebbare Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Glied in nahezu sämtlichen Raumrichtungen und mit möglichst großen Ausgleichswegen möglich wird. Die lösungsgemäße Handhabungseinheit soll überdies über eine konstruktiv einfache und kompakte mechanische Realisierungsform verfügen und beliebig skalierbar sein, um zwischen möglichst unterschiedlichen miteinander zu fügenden Gliedern montiert werden zu können.
Insbesondere solle die Handhabungseinheit über eine inhärente Sicherheit verfügen, d.h. die Kupplung soll auch ohne aktive Kollisionsüberwachung stets einen Schutz vor einem schadensverursachenden Überlastungsfall bieten.
Eine lösungsgemäße Handhabungseinheit ist Gegenstand des Anspruches 1. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unterstand sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Die lösungsgemäße Handhabungseinheit gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass das Mittel eine magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit aufweist, die in einem fluiddicht abgeschlossenen Zwischenraum zwischen einem Kugelkörper und einer Kugelpfanne wenigstens einer der Kugelgelenkeinheiten eingebracht ist, und dass das Mittel wenigstens eine ansteuerbare oder regelbare Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes vorsieht, dass mittel- oder unmittelbar am Roboterarm, am Roboterflansch, am Werkzeugflansch und/oder am Werkzeugträger wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Kontaktereignisses oder eines sich anbahnenden Kontaktereignisses zwischen dem Roboter und einem dritten Körper, insbesondere eines Menschen, angeordnet ist, der ein Sensorsignal erzeugt, das zur Steuerung oder Regelung der Einheit zur Erzeugung und/oder Veränderung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes zugrundelegbar ist.
Vorzugsweise ist das Verbindungselement in Form eines Zug- und Schubkräfte übertragenden, sowie torsionssteifen, stangenförmigen Elementes ausgebildet, dessen Elementenden jeweils fest oder lösbar fest mit einem in einer Kugelpfanne gelagerten Kugelkörper einer der Kugelgelenkeinheiten verbunden sind. Vorzugsweise sind die Kugelkörper einstückig mit dem stangenförmigen Verbindungselement verbunden, das in einer einfachsten Ausführungsform aus einem belastbaren steifen Material, vorzugsweise aus einem metallischen Material gefertigt ist.
Da beide Kugelgelenkeinheiten über das stangenförmige Verbindungselement miteinander verbunden sind, sind beide Glieder relativ zueinander somit über zwei Kugelgelenkeinheiten drehbeweglich gelagert, wodurch ihre räumlichen Freiheitsgrade zur Ausübung von Relativbewegungen zueinander erheblich größer sind als im Falle einer Lagerung mittels nur einer Kugelgelenkeinheit.
Um die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit, vorzugsweise beider Kugelgelenkeinheiten, derart zu beeinflussen, so dass die Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Glied zwischen einem starren und einem nachgiebigen Kopplungszustand reversibel hin und her geschaltet werden kann, sieht wenigstens eine Kugelgelenkeinheit eine magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit vor, die in einem fluiddicht abgeschlossenen Zwischenraum jeweils zwischen dem Kugelkörper und der Kugelpfanne der Kugelgelenkeinheit eingebracht ist. Der mit magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit befüllte Zwischenraum umspannt vorzugsweise den gesamten Oberflächenbereich des Kugelkörpers, der von der Kugelpfanne umfasst ist. Zusätzlich weist die Kugelgelenkeinheit zur Beeinflussung der Gelenkbeweglichkeit eine ansteuerbare oder regelbare Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder eines elektrischen, vorzugsweise eines elektrostatischen Feldes auf, das zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenen Zwischenspaltes vorzuherrschen vermag.
Je nach Ausprägung des magnetischen oder elektrischen Feldes lässt sich die Viskosität der im Zwischenraum eingebrachten magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit ändern und gezielt einstellen. Im feldfreien Zustand verfügen magneto- oder elekthroreologische Flüssigkeiten über eine niedrige Viskosität, so dass die Gelenkbeweglichkeit in diesem Zustand maximal ist. Zumeist basieren magneto- oder elektrhoreologische Flüssigkeiten auf synthetischen Ölen oder Mineralölen als Trägerflüssigkeit, so dass die Flüssigkeiten zudem als Gleitmittel zwischen dem Kugelkörper und der Kugelpfanne dienen.
Wird hingegen ein magnetisches oder elektrisches Feld appliziert, so tritt eine Viskositätsänderung instantan ein, d.h. innerhalb einer Millisekunde oder weniger Millisekunden, die zu einer sprunghaften Erhöhung der Viskosität, d.h. eine nahezu Verfestigung, der Flüssigkeit führt, wodurch die Gelenkbeweglichkeit der Kugelgelenkeinheit vergleichbar einer mit einer weitgehend starren Verbindung herabgesetzt werden kann.
Die Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes ist mittel- oder unmittelbar im Bereich der Kugelpfanne, vorzugsweise innerhalb eines Kugelpfannenkörpers angeordnet, so dass sich in dem Zwischenraum ein Feld, d.h. ein magnetisches oder elektrisches Feld mit einer räumlich homogenen Feldstärkeverteilung oder mit einer räumlich graduell veränderlichen und/oder gegebenenfalls eine räumliche Vorzugsrichtung aufweisenden Feldstärke auszubilden vermag. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiels, das weiter unten beschrieben wird, sind innerhalb eines die Kugelpfanne umfassenden Kugelpfannenkörpers zwei oder mehr separat ausgebildete Einheiten, jeweils zur Erzeugung eines magnetischen oder elektrischen Feldes räumlich verteilt und beabstandet zueinander angeordnet, die einzeln oder gemeinsam ansteuerbar oder regelbar sind, so dass sich ein individuell konfektioniertes magnetisches oder elektrisches Feld erzeugen lässt. Beispielsweise kann die Gelenkbeweglichkeit durch Erzeugen eines räumlich heterogen ausgebildeten Feldes sowie unter Zugrundelegung definierter räumlicher Feldorientierungen räumlich definierte Freiheitsgrade annehmen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das stangenförmige Element nicht als starre Stange ausgebildet, sondern verfügt in Längsrichtung über wenigstens eine dämpfende Einheit, die zur Übertragung von Zug- und Schubkräften ausgebildet ist. Mit Hilfe der dämpfenden Einheit kann die Übertragung von Vibrationen oder Schwingungen zwischen beiden Gliedern beeinflusst, reduziert oder vollständig unterbunden werden.
Gleichsam bietet es sich an, das stangenförmige Element mit einer in Längserstreckung linearen Nachgiebigkeit auszubilden, durch die vornehmlich der Abstand zwischen beiden Elementenden, d.h. die Länge des stangenförmigen Elementes, variiert werden kann. Die Längenvariation kann mit Hilfe eines fest einstellbaren Mechanismus vorgenommen werden, beispielsweise in Form einer Gewindespindel oder eines Teleskopstangenanordnung, über die die Gesamtlänge des stangenförmigen Elementes kontinuierlich und fest vorgebbar veränderbar ist. Alternativ bietet es sich an eine Kolben-Zylindereinheit längs des stangenförmigen Elementes zur Längenvariation vorzusehen, die bspw. in Abhängigkeit einer äußeren Krafteinwirkung einer kontinuierlichen Längenänderung unterliegt oder eines vorgegebenen pneumatischen oder hydraulischen Arbeitsdrücke eine konstant vorgebbare Länge festlegt.
In einer weiteren Ausführungsvariante zur Realisierung der lösungsgemäßen Handhabungseinheit ist wenigstens eine Kugelgelenkeinheit derart modifiziert, so dass die jeweils der Kugelpfanne sowie dem Kugelkörper zuordenbaren Oberflächen über gegenkonturiert zueinander ausgebildete lokale Oberflächenstrukturen verfügen, die durch formschlüssiges Ineinandergreifen für eine zusätzliche zwischen der Kugelpfanne und dem Kugelkörper herrschende Haltekraft gegen Verdrehung sorgen. Die lokalen Oberflächenstrukturen können beliebige Formen und Größen aufweisen.
Zudem lässt sich die Anzahl der beide Glieder miteinander verbindenden Verbindungselemente beliebig wählen. Vorzugsweise bietet es sich an zwei, drei oder mehr Verbindungselemente parallel zueinander zwischen beiden Gliedern anzuordnen
Dabei können die Verbindungselemente allesamt identisch ausgebildet sein oder aber auch unterschiedliche Größen und Formen annehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwischen dem ersten und zweiten Glied drei Verbindungselemente angeordnet, die einseitig über jeweils die erste Kugelgelenkeinheit mit dem ersten Glied und andererseits über jeweils die zweite Kugelgelenkeinheit mit dem zweiten Glied verbunden sind. Hierbei besitzen die ersten und zweiten Kugelgelenkeinheiten jeweils einen Drehpunkt, um den jeweils der jeder Kugelgelenkeinheit zugeordneter Kugelkörper drehbar gelagert ist. Die Drehpunkte der wenigstens drei ersten Kugelgelenkeinheiten spannen dabei eine erste Ebene auf, die Drehpunkte der wenigstens drei zweiten Kugelgelenkeinheiten eine zweite Ebene. Die Länge der die jeweils beiden Kugelgelenkeinheiten miteinander verbindenden stabförmigen Elemente ist vorzugsweise gleich dimensioniert, so dass im Falle einer Relativbewegung des ersten und zweiten Gliedes die jeweils erste und zweite Ebene stets parallel zueinander orientiert bleiben. Eine derartige Fügeanordnung zwischen beiden Gliedern eignet sich in besonders bevorzugter Weise für die lösungegemäße Handhabungseinheit in Art eines Roboters, durch die der Roboter zu einer MRK befähigt wird. So sind am Roboterflansch des Roboterarms jeweils die ersten Kugelgelenkeinheiten der vorzugsweise wenigstens drei Verbindungselemente angebracht. Die längs der stangenförmigen Elemente der jeweils drei Verbindungselemente den ersten Kugelgelenkeinheiten gegenüberliegenden zweiten Kugelgelenkeinheiten sind ihrerseits an einem Werkzeugflansch eines Werkzeugträgers angebracht. Vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise sind die drei ersten Kugelgelenkeinheiten am Roboterflansch jeweils an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. In gleicher Weise sind die zweiten Kugelgelenkeinheiten am Werkzeugflansch eines Werkzeugträgers geometrisch verteilt angebracht.
Während der Roboterbetätigung und einer damit verbundenen Handhabung bspw. eines am Werkzeugflansch angebrachten Werkzeuges sind zur Last- und Kraftübertragung vorzugsweise sämtliche Kugelgelenkeinheiten aktiviert, d.h. die Kugelgelenkeinheiten stellen jeweils starre Verbindungen dar, über die Zug-Schubkräfte sowie erforderliche Drehmomente zwischen Roboterflansch und Werkzeugflansch übertragen werden können.
Im Falle einer Kollision des Roboterarmes bzw. des roboterarmgetragenen Wergzeuges mit einem in der Umgebung befindlichen Objekt, beispielsweise eines Menschen, werden sämtliche Kugelgelenkeinheiten möglichst instantan in einen nachgiebigen Gelenkzustand überführt, d.h. das jeweils innerhalb jeder Kugelgelenkeinheit vorherrschende magnetische oder elektrische Feld wird ausgeschaltet, so dass die magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit einen Zustand niedriger Viskosität annimmt und eine freie Beweglichkeit des Kugelkörpers innerhalb der Kugelpfanne ermöglicht.
Die Erfassung eines Kontakt- bzw. Kollisionsereignisses oder eines sich anbahnenden Kontaktereignisses zwischen Roboter und einem dritten Körper, so insbesondere eines Menschen, wird mit Hilfe wenigstens eines Sensors vorgenommen, der am Roboterarm, am Roboterflansch, am Werkzeugflansch und/oder Werkzeugträger angebracht ist und ein Sensorsignal erzeugt, das zur Steuerung oder Regelung der Einheit zur Erzeugung und/oder Veränderung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes vorzugsweise innerhalb jeder Kugelgelenkeinheit zugrunde gelegt wird. Gleichfalls kann das Sensorsignal auch für eine Notausschaltung oder Stopfunktion des Roboters selbst verwendet werden.
Zudem bildet der Einsatz einer magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit die Grundlage für die prozesssichere Erfüllung einer Schutzfunktion vermittels der lösungsgemäßen Kupplung zwischen dem Roboterflansch und dem Werkzeugflansch. So kann die magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit als ein inhärent sicheres Kupplungsmedium angesehen werden, zumal es sich bei magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeiten um sogenannte „Smart Materials“ oder „intelligente Werkstoffe“ handelt. Durch das Einwirken eines äußeren magnetischen oder elektrischen Feldes sind derartige Flüssigkeiten in der Lage, ihre mechanischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit zu ändern. Konkret bedeutet dies, dass diese Flüssigkeiten durch die Veränderung des äußeren B- oder E-Feldes stufenlos von einem flüssigen in den festen Zustand wechseln und damit Schubspannungen bzw. Kräfte übertragen können. Die übertragbaren Schubspannungen sind dabei von den Eigenschaften des Magnetfeldes abhängig.
Die magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit wird durch die Anpassung eines Spulenstroms einer ein B- oder E-Feld erzeugenden Einheit als inhärent sicheres Kupplungsmedium eingesetzt. Die Stromstärke des Spulenstroms definiert maßgeblich die Eigenschaften des die magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit durchsetzenden B- bzw. E-Feldes und damit auch die übertragbare Schubspannung. Wird diese derart angepasst, dass sie unterhalb der maximal zulässigen Kontaktkräfte betroffener Körperregionen liegt, schert die Flüssigkeit im Kontaktfall noch vor der eigentlichen Freischaltung der Kupplung ab und reduziert dadurch zusätzlich das Verletzungsrisiko. Infolgedessen wirkt die magneto- oder elektrorheologischen Flüssigkeit als inhärent sicheres Kupplungsmedium. Die Vorgabe einer zulässigen Schubspannung erfolgt über eine Steuerung. Dabei können die benötigten Führungsgrößen entweder als Festwert vorgegeben werden - beispielsweise ein aus der Norm stammender Grenzwert für die maximal zulässigen Kräfte einer kollisionsgefährdeten Körperregion - oder stammen aus einem Systemmodell bzw. einer Simulation.
Neben der bereits erläuterten Eignung der lösungsgemäßen Handhabungseinheit zur Ausbildung eines zu einer MRK befähigten Roboter eignet sich die lösungsgemäße Handhabungseinheit auch zur Ausbildung von Robotern zur automatischen Montage von Bauteilen, bei der zum Ausführen von Montageapplikationen die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit erhöht und zum Zwecke einer erforderlichen Lastübertragung zwischen dem ersten und zweiten Glied reduziert wird. So bedarf es insbesondere bei Annäherungsvorgängen, beispielsweise von einem Roboter geführten Werkzeug an eine zu manipulierende Stelle oder Komponente eines feststehenden Objektes eines definiert vorgegebenen Achsausgleichs und/oder einer definierten Nachgiebigkeit des roboterseitig geführten Werkzeuges, das zum Zwecke einer Zentrierung oder entsprechenden Positionierung unter Vorgabe einer toleranzbehafteten Auslenkgenauigkeit zugestellt wird. Durch die individuell vorgebbare Gelenkbeweglichkeit in sämtlichen beteiligen Kugelgelenkeinheiten kann ein derartiger Montagevorgang realisiert werden.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1a-c Schematisierte Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele zur Realisierung einer Vorrichtung zum Fügen zwischen zwei Gliedern,
2 Explosionsdarstellung eines konkreten Ausführungsbeispiels zur Realisierung einer Kugelgelenkeinheit,
3a,b Realisierungsform einer Vorrichtung zum Fügen zwischen zwei Gliedern mit drei Verbindungselementen,
4a,b Alternative Realisierungsform

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
1a illustriert eine Vorrichtung zum Fügen 1 zwischen einem ersten Glied 2 und einem zweiten Glied 3. Grundsätzlich können die ersten und zweiten Glieder 2, 3 beliebig ausgebildet sein, vorzugsweise jedoch Elemente einer kinematischen Kette, d.h. die Glieder 2, 3 sind jeweils beweglich gelagert und verfügen über durch die kinematische Kette vorgegebene Freiheitsgrade.
Die Vorrichtung 1 weist ein Zug- und Schubkräfte übertragendes sowie torsionssteifes und stangenförmiges Verbindungselement 4 auf, dessen Elementende 4.1, 4.2 über eine erste Kugelgelenkeinheit 5 mit dem ersten Glied 2 und über eine zweite Kugelgelenkeinheit 6 mit dem zweiten Glied 3 verbunden sind. Vorzugsweise jedoch nicht notwendigerweise sind die ersten und zweiten Kugelgelenkeinheiten 5, 6 identisch ausgebildet, sie können sich jedoch auch in Form und Größe voneinander unterscheiden. Jede der Kugelgelenkeinheiten 5, 6 weist einen mit dem Elementende 4.1, 4.2 des Verbindungselementes 4 verbundenen Kugelkörper 7 auf, der innerhalb einer Kugelpfanne 8 jeweils drehbar gleitend um einen der Kugelgelenkeinheit 5, 6 zuordenbaren Drehpunkt D gelagert ist.
Der Kugelkörper 7 schließt mit der Kugelpfanne 8 einen Zwischenraum 9 ein, der über ein Abdichtelement 10 fluiddicht abgedichtet ist.
Innerhalb des Zwischenraums 9 ist eine magneto- oder elektroreologische Flüssigkeit 11 eingebracht. Durch die ansonsten gleitende Lagerung des Kugelkörpers 7 innerhalb der Kugelpfanne 8 können das erste und zweite Glied 2, 3 vermittels der Fügung 1 nahezu beliebig relativ zueinander bewegt und verkippt werden.
Zusätzlich ist innerhalb des die Kugelpfanne 8 umfassenden Körpers eine steuerbar oder regelbare, jeweils ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld erzeugende Einheit 12 eingebracht. Solange die Einheit 12 nicht aktiviert ist und somit kein Magnetfeld oder elektrisches Feld erzeugt wird, verbleibt die magneto- oder elektroreologische Flüssigkeit 11 in einem niederviskosen Zustand, wodurch eine freie Beweglichkeit der Kugelgelenkeinheiten 5, 6 gewährleistet ist. Sobald die Magnetfeld oder ein elektrisches Feld erzeugende Einheit 12 aktiviert wird, nimmt die magneto- oder elektroreologische Flüssigkeit 11 schlagartig, d.h. innerhalb einer Millisekunde oder mehrerer Millisekunden einen hochviskosen Zustand ein, durch den die Kugelgelenkeinheit 5, 6 blockiert und einen starren, d.h. unbeweglichen Zustand einnimmt, in dem über die Kugelgelenkeinheiten 5, 6 Kräfte, Lasten sowie Drehmomente übertragbar sind.
In der weiteren Beschreibung wird zur Vereinfachung der Erläuterung angenommen, dass innerhalb des Zwischenraums 9 der Kugelgelenkeinheiten 5, 6 jeweils eine magnetoreologische Flüssigkeit 11 eingebracht ist, sowie zur Viskositätsänderung innerhalb der die Kugelpfanne 8 aufweisenden Körpers elektrisch schaltbare Magnetkörper 12 eingebracht sind. Zur kontrollierten Aktivierung der Magneteinheiten 12 ist eine Steuerung- bzw. Regeleinheit 13 vorgesehen, über die die Elektromagnete 12 der Kugelgelenkeinheiten 5, 6 gemeinsam oder getrennt voneinander ansteuerbar bzw. aktivierbar sind.
In einer einfachsten Ausführungsform besteht das stangenförmige Verbindungselement 4 aus einer starren, vorzugsweise metallischen, Verbindungsstange. In Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzweckes bietet es sich gemäß 1 b an längs der Verbindungsstange 4 eine dämpfende Einheit 14 vorzusehen, beispielsweise zur Vermeidung der Übertragung von Schwingungen, vorzugsweise hochfrequenter Schwingungen längs der Verbindungsstange 4. Alternativ oder in Kombination dazu sieht eine weitere Ausführungsform gemäß 1c längs des Verbindungselementes 4 ein Mittel bzw. eine Anordnung zur Längenänderung 15 des Verbindungselementes 4 vor, beispielsweise in Form einer steuerbaren Hydraulik oder Pneumatikeinheit oder Teleskopkinematik. Denkbar wäre auch das Vorsehen einer Linearkinematik, vorzugsweise in Form eines aktiv oder passiv betreibbaren Spindelmechanismus zur Einstellung einer individuellen Länge L des Verbindungselementes 4.
In 2 ist eine Ausführungsform zur Realisierung einer Kugelgelenkeinheit 5, 6 illustriert. Die Kugelpfanne 8, in der der Kugelkörper 7 drehbar gleitend lagert, weist einen zweiteiligen Kugelpfannenkörper 81, 82 auf, der über Schraubverbindungen 16 zusammenfügbar ist. Innerhalb des unteren Kugelpfannenkörpers 82 sind an die Kugelpfanne 8 unmittelbar angrenzende Ausnehmungen 17 eingebracht, in die Elektromagneteinheiten 18 einsetzbar sind. Die Elektromagneteinheiten 18 sind innerhalb des unteren Kugelpfannenkörpers 82 räumlich gleich verteilt angeordnet und vorzugsweise jeweils paarweise über magnetische Flussleitstücke 19 über mechanische Magnetverbindungselemente 20 zu Zwecken der Führung und Bündelung des durch die Elektromagneteinheiten 18 erzeugten magnetischen Flusses verbunden.
Der zwischen dem Kugelkörper 7 und der Kugelpfanne 8 eingeschlossene Zwischenraum ist mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt, nicht in 2 ersichtlich. Der Zwischenraum ist über ein entsprechend dimensioniertes und ausgebildetes Abdichtelement 10 zur Vermeidung eines Austrittes der magnetorheologischen Flüssigkeit aus der Kugelgelenkeinheit abgedichtet. Die Anbringung und Anordnung der einzelnen Elektromagneteinheiten 18 sowie deren jeweils paarweise magnetische Verbindung über die zusätzlichen magnetischen Flussleitstücke 19 sorgen für einen senkrechten Eintritt der Magnetfeldlinien durch den Zwischenraum, wodurch eine optimierte Scherwirkung auf die magnetorheologische Flüssigkeit bewirkt wird. Durch die Anordnung der Elektromagneteinheiten 18 können überdies die Werkstoffeigenschaften der magnetorheologischen Flüssigkeit ortsabhängig verändert werden. Durch das Einwirken eines äußeren magnetischen Feldes sind magnetorheologische Flüssigkeiten in der Lage, ihre mechanischen Eigenschaften innerhalb kürzester Zeit zu ändern. Konkret bedeutet dies, dass derartige Flüssigkeiten durch die Veränderung des äußeren Magnetfeldes stufenlos von einem flüssigen in einen festen Zustand wechseln und damit Schubspannungen bzw. Kräfte und Drehmomente zu übertragen in der Lage sind. Die übertragbaren Schubspannungen sind dabei von den Eigenschaften des erzeugten Magnetfeldes abhängig.
3a zeigt eine bevorzugte Ausbildung und Anordnung einer auf Basis der Fügevorrichtung realisierten Kupplungsanordnung. Eine bevorzugte Kupplungsanordnung sieht drei jeweils identisch ausgebildete Fügevorrichtungen 1 zwischen dem ersten Glied 2, das in einer Roboterapplikation dem Roboterflansch entspricht, und dem zweiten Glied 3, der einem Werkzeugträgerflansch entspricht, vor. Durch die jeweils drei parallel geführten stangenartigen Verbindungselemente 4, die jeweils endseitig in Kugelgelenkeinheiten 5, 6 münden, ist gewährleistet, dass die dem Roboterflansch 2 zuordenbare Ebene E2 unabhängig vom Auslenkzustand zwischen beiden Gliedern 2, 3 stets parallel orientiert ist zu einer dem Werkzeugflansch 3 zugeordneten Flanschebene E3. Die Ausgestaltung der in 3a illustrierten Kupplung entspricht einer Parallelkinematik, wie sie auch in Hexapoden oder Delta-Robotern Verwendung finden. 3b illustriert eine Szene, die die Mensch-Roboter-Kollaboration erläutert. 3b zeigt eine Person P, die in räumlicher Beziehung mit einem Roboter R arbeitet, an dessen Roboterflansch 2 die in 3a dargestellte Sicherheitskupplung 21 angebracht ist, an der am Werkzeugflansch 3 ein entsprechendes Bearbeitungswerkzeug W befestigt ist. Die Sicherheitskupplung 21 sieht, wie bereits vorstehend erwähnt eine schaltbare Ausweichbewegung durch die Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit als inhärent sicheres Kupplungsmedium vor, welche als unmittelbare Reaktion auf eine detektierte Kollision freigegeben wird. Zusätzlich ist vorzugsweise am Werkzeugflansch 3 wenigstens ein Sensor 22 zur Kollisionsdetektion angebracht, der ein Signal zur Freischaltung der Sicherheitskupplung 21 sowie vorzugsweise zum Ausführen eines Sicherheitshalts des Roboters R auslöst. Im regulären Betrieb des Roboters R ist die Sicherheitskupplung 21 gesperrt, um so Kraft- und Lastmomente zwischen dem Roboter R und dem Werkzeug W übertragen zu können.
Durch den Einsatz der Sicherheitskupplung wird die Masse des Werkzeuges W sowie eines mit Hilfe des Werkzeuges getragenen Werkstückes unmittelbar nach der Detektion einer möglichen Kollision von der Masse des Roboters R entkoppelt. In Folge eines Körperkontaktes zwischen Werkzeug W bzw. Werkzeugflansch und der Person P wirkend lediglich die Massen des Werkzeuges sowie gegebenenfalls des Werkstückes auf die Person, bis der Roboter R zum Stillstand kommt. Entsprechend wird auch nur ein Bruchteil der kinetischen Energie des gesamten bewegten Systems auf die Person übertragen, wodurch das Verletzungsrisiko erheblich minimiert wird.
Neben der erläuterten Verwendung der Vorrichtung als Sicherheitskupplung zum Zwecke einer Mensch-Roboter-Kollaboration besteht ein weiteres mögliches Einsatzszenario der Vorrichtung zum Zwecke eines Positionsfehlerausgleiches bspw. bei einer automatischen Montage von Bauteilen mit Hilfe von Industrierobotern. Gleichfalls eröffnen sich alternative Einsatzmöglichkeiten der Vorrichtung auf dem Gebiet der Oberflächenbearbeitung und/oder Oberflächenveränderung an Objekten im Sinne von abtragenden oder auftragenden Verfahren, bei denen ein robotergeführtes Werkzeug Oberflächen-kontaktierend längs eines beliebig gekrümmten Objektes geführt wird. Der Oberflächenkontakt lässt sich mit Hilfe einer nachgiebigen Kupplungsanordnung sehr gut realisieren. Hierzu wird die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit erhöht und zum Zwecke einer erforderlichen Lastübertragung zwischen dem ersten und zweiten Glied reduziert wird.
Durch die Nachgiebigkeit der Kupplungsanordnung, die gemäß der in 3a dargestellten Bauweise ausgebildet sein kann sowie auch alternative Ausgestaltungsformen annehmen kann, wie beispielsweise gemäß der 4a und b, bei der die einzelnen stangenförmigen Verbindungselemente 4 unterschiedlich lang und gegebenenfalls über längenveränderliche Mechanismen 15, bspw. in Form von aktiv steuerbarer Zylinderkolben 15, verfügen, wodurch auch die Ebenen E2 sowie E3 zueinander verkippt werden können, kann beispielsweise der Versatz zwischen den Achsen beim automatisierten Fügen, beispielsweise mit Hilfe der aktiv steuerbaren Zylinderkolben 15 ausgeglichen werden. Die Kupplung nimmt in diesem Fall die Funktion eines so genannten „Remote Center of Compliance (RCC)“ an und dient damit als passives Ausgleichselement in einer Roboterapplikation. Während des Betriebes als RCC kommt die Kupplung ohne die Verwendung zusätzlicher Sensorik zur Kollisionsdetektion aus, da über die Steuerung bzw. Regelung der Magnetfelder in den einzelnen Kugelgelenkeinheiten die Eigenschaft der magnetorheologischen Flüssigkeit derart veränderbar ist, so dass die in den einzelnen Raumrichtungen wirkenden Kräfte individuell eingestellt werden können.
Somit ist es möglich, durch geeignete Steuerung bzw. Regelung der Stromstärken innerhalb der einzelnen Magneteinheiten in den Kugelgelenkeinheiten richtungsabhängige Nachgiebigkeiten sowie übertragbare Kräfte individuell vorzugeben, so dass zwei unterschiedliche Betriebsverfahren mit Hilfe der Kupplung möglich werden.

1. Verwendung als Schutzeinrichtung für eine MRK
2. Verwendung als Nachgiebigkeitseinheit bzw. Remote Center of Compliance. Der Wechsel zwischen den beiden Betriebsverfahren ist innerhalb kürzester Zeit und während der Prozessausführung möglich.

Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zum Fügen
2: erstes Glied, Roboterflansch
3: zweites Glied, Werkzeugflansch
4: Verbindungselement
5: erste Kugelgelenkeinheit
6: zweite Kugelgelenkeinheit
7: Kugelkörper
8: Kugelpfanne, Kugelpfannenkörper
9: Zwischenraum
10: Abdichtelement
11: magneto-elektrhoreologische Flüssigkeit
12: Magnetfeld oder elektrisches Feld erzeugende Einheit
13: Steuer-Regeleinheit
14: Dämpfungseinheit
15: Mittel zur Längenänderung
16: Schraubverbindung
17: Ausnehmung
18: Elektromagneteinheit
19: magnetisches Flussleitstück
20: mechanisches Magnetverbindungselement
21: Sicherheitskupplung
22: Sensor
81, 82: zweiteilige Kugelpfannenkörper
P: Person
R: Roboter
W: Bearbeitungswerkzeug

Claims

Handhabungseinheit in Art eines Roboters, die zumindest abschnittsweise eine kinematischen Kette besitzt, längs der ein Roboterarm mit einem Roboterflansch als ein erstes Glied über wenigstens ein Verbindungselement mit einem Werkzeugflansch als zweites Glied verbunden ist, an dem ein Werkzeugträger angebracht ist, wobei das wenigstens eine Verbindungselement einseitig über eine erste Kugelgelenkeinheit mit einem ersten Glied und andererseits über eine zweite Kugelgelenkeinheit mit einem zweiten Glied verbunden ist und wobei wenigstens eine der beiden Kugelgelenkeinheiten ein Mittel umfasst, durch das eine der Kugelgelenkeinheit zuordenbare Gelenkbeweglichkeit beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel eine magneto- oder elektrorheologische Flüssigkeit aufweist, die in einem fluiddicht abgeschlossenen Zwischenraum zwischen einem Kugelkörper und einer Kugelpfanne wenigstens einer der Kugelgelenkeinheiten eingebracht ist, dass das Mittel wenigstens eine ansteuerbare oder regelbare Einheit zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes vorsieht, und dass mittel- oder unmittelbar am Roboterarm, am Roboterflansch, am Werkzeugflansch und/oder am Werkzeugträger wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Kontaktereignisses oder eines sich anbahnenden Kontaktereignisses zwischen dem Roboter und einem dritten Körper, insbesondere eines Menschen, angeordnet ist, der ein Sensorsignal erzeugt, das zur Steuerung oder Regelung der Einheit zur Erzeugung und/oder Veränderung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes zumindest im Bereich des die Flüssigkeit enthaltenden Zwischenspaltes zugrundelegbar ist.
Handhabungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungelement ein Zug- und Schubkräfte übertragendes sowie torsionssteifes, stangeförmiges Element mit zwei Elementenden ist, dessen Elementenden jeweils fest oder lösbar fest mit dem in der Kugelpfanne gelagerten Kugelkörper der Kugelgelenkeinheiten verbunden sind, und dass die Kugelpfannen beider Kugelgelenkeinheiten mittel- oder unmittelbar jeweils über einen Befestigungsflansch am ersten und zweiten Glied befestigt sind.
Handhabungseinheit nach Anspruch 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei getrennt ansteuerbare oder regelbare Einheiten zur Erzeugung eines Magnetfeldes oder elektrischen Feldes mittel oder unmittelbar, räumlich verteilt im Bereich der Kugelpfanne und raumfest zu dieser derart angeordnet sind, so dass sich in dem Zwischenraum ein Feld mit einer räumlich homogenen Feldstärkeverteilung und/oder mit einer räumlich graduell veränderlichen Feldstärke auszubilden vermag.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass längs des stangenförmigen Elementes eine hinsichtlich der Übertragung der Zug- und Schubkräfte dämpfende Einheit eingebracht ist.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Element über eine lineare Nachgiebigkeit verfügt, durch die der Abstand zwischen beiden Elementenden variierbar ist.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das stangenförmige Element eine Anordnung zur Längenvariation besitzt.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweils der Kugelpfanne sowie dem Kugelkörper zuordenbare Oberfläche über gegenkonturiert zueinander ausgebildete, lokale Oberflächenstrukturen verfügen.
Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Verbindungselemente vorgesehen sind, die einseitig jeweils über eine erste Kugelgelenkeinheit mit dem ersten Glied und andererseits über jeweils eine zweite Kugelgelenkeinheit mit dem zweiten Glied verbunden sind, und dass die ersten und zweiten Kugelgelenkeinheiten jeweils einen Drehpunkt besitzen, um den jeweils ein jeder Kugelgelenkeinheit zugeordneter Kugelkörper drehbar gelagert ist, dass die Drehpunkte der wenigstens drei ersten Kugelgelenkeinheiten eine erste Ebene aufspannen und die Drehpunkte der wenigstens drei zweiten Kugelgelenkeinheiten eine zweite Ebene aufspannen.
Handhabungseinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgelenkeinheiten und die Verbindungsmittel derart ausgebildet und angeordnet sind, dass die erste und zweite Ebene stets parallel zueinander orientiert sind.
Handhabungseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Verbindungselemente und die mit diesen verbundenen Kugelgelenkeinheiten jeweils identisch ausgebildet sind.
Handhabungseinheit nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Kugelkörper im Durchmesser kleiner ausgebildet ist als ein Kugelkörper der wenigstens zwei anderen Kugelkörper.
Verwendung der Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als ein zu einer Mensch-Roboter-Kooperation befähigter Roboter, der im Falle eines Kontaktereignisses oder eines sich anbahnenden Kontaktereignisses die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit erhöht, wodurch die Fügung zwischen dem ersten und zweiten Glied nachgiebig wird
Verwendung der Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur automatisierten Montage von Bauteilen, bei der zum Ausführen von Montageapplikationen die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit erhöht und zum Zwecke einer erforderlichen Lastübertragung zwischen dem ersten und zweiten Glied reduziert wird.
Verwendung der Handhabungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Durchführung von Oberflächen-verändernder Verfahren, zu deren Durchführung die Gelenkbeweglichkeit wenigstens einer Kugelgelenkeinheit erhöht und zum Zwecke einer erforderlichen Lastübertragung zwischen dem ersten und zweiten Glied reduziert wird.