DE102019116517A1

DE102019116517A1 - Device and method for maintaining gripping force

Info

Publication number: DE102019116517A1
Application number: DE102019116517.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2019-12-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhaltung der Greifkraft eines elektrisch durch einen Motor (1) angetriebenen Greifmoduls im Falle einer plötzlichen Unterbrechung der Stromversorgung durch Zusammenspiel eines während des Greifens vorgespannten elastischen Elements (3) und eines Organs (9) zur Festlegung des Bewegungsapparats bei Stromausfall. Das Verfahren betrifft die Auslegung des elastischen Elements (3) derart, dass ein vollständiges Zuschnappen der Greiffinger (6), (7) bei manueller Entnahme des Werkstücks (8) nicht möglich ist.The invention relates to a device and a method for maintaining the gripping force of a gripping module which is electrically driven by a motor (1) in the event of a sudden interruption in the power supply due to the interaction of an elastic element (3) which is prestressed during gripping and an organ (9) for fixing the Musculoskeletal system in the event of a power failure. The method relates to the design of the elastic element (3) in such a way that a complete snapping of the gripping fingers (6), (7) is not possible when the workpiece (8) is removed manually.

Description

Die Erfindung betrifft ein Greifmodul zum Greifen eines Gegenstands, insbesondere eines Werkstücks, mit einem elektrischen Antriebsmotor, der eine Antriebswelle hat, und mit einem Bewegungsapparat, der eine verstellbare Grundbacke für das Aufnehmen eines Greiffingers und eine Kopplungseinrichtung für die Bewegungskopplung des Antriebsmotors mit der Grundbacke aufweist, wobei die Kopplungseinrichtung ein Bewegungskopplungselement mit einem elastisch verformbaren Abschnitt enthält, das für das Vorspannen des Bewegungsapparats durch Bewegen der Antriebswelle dient. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Greifen eines Gegenstands, insbesondere eines Werkstücks. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhaltung der Greifkraft von elektrisch angetriebenen Greifmodulen.The invention relates to a gripping module for gripping an object, in particular a workpiece, with an electric drive motor which has a drive shaft, and with a movement apparatus which has an adjustable base jaw for receiving a gripper finger and a coupling device for coupling the movement of the drive motor to the base jaw , wherein the coupling device contains a movement coupling element with an elastically deformable section, which is used for biasing the movement apparatus by moving the drive shaft. In addition, the invention relates to a method for gripping an object, in particular a workpiece. The invention also relates to a device and a method for maintaining the gripping force of electrically driven gripping modules.

Ein elektrisch angetriebenes Greifmodul ist ein Aktuator, welcher über zumindest zwei bewegliche Grundbacken verfügt, die sich bei elektrischer Betätigung gegenläufig zueinander und mit dem Ziel bewegen, ein oder mehrere Werkstücke zu klemmen. Das elektrisch angetriebene Greifmodul kann über eine einstellbare Greifkraft verfügen. Die Greifkraftbegrenzung kann hierbei mittels einer Begrenzung des Antriebsstroms erfolgen. Weitere Ausführungsformen nutzen eine modellbasierte oder gar eine sensorbasierte Regelung der Greifkraft. Zur Aufnahme des Werkstücks werden Greiffinger an den Grundbacken des Greifmoduls befestigt, die in der Regel an die Geometrie des Werkstücks angepasst sind. Die Kombination aus Greifmodul und Greiffingern wird Greifer oder Greifsystem genannt. Zur Greifkrafterhaltung muss Energie im Greifmodul gespeichert werden, die im Falle eines plötzlichen Verlusts der Versorgungsenergie die Greifkraft zumindest größtenteils erhalten kann. An electrically driven gripping module is an actuator which has at least two movable base jaws which, when actuated electrically, move in opposite directions to one another and with the aim of clamping one or more workpieces. The electrically driven gripping module can have an adjustable gripping force. The gripping force can be limited by limiting the drive current. Further embodiments use a model-based or even a sensor-based control of the gripping force. To hold the workpiece, gripping fingers are attached to the base jaws of the gripping module, which are usually adapted to the geometry of the workpiece. The combination of gripper module and gripper fingers is called a gripper or gripper system. To maintain the gripping force, energy must be stored in the gripping module, which in the event of a sudden loss of supply energy can at least largely maintain the gripping force.

Aus der EP 0 134 819 A1 ist ein Greifmodul eingangs genannter Art bekannt. Dieses Greifmodul enthält zusätzlich zu den Bewegungskoppelelementen einen Kraftspeicher mit Tellerfederpaketen, die eine Federkraft bereitstellen, mittels der eine Verformung eines in dem Greifmodul gehaltenen Werkstücks dadurch ausgeglichen werden kann, dass diese Federkraft die Greifer des Greifmoduls verstellt.From the EP 0 134 819 A1 a gripping module of the type mentioned is known. In addition to the movement coupling elements, this gripping module contains an energy store with plate spring assemblies which provide a spring force by means of which a deformation of a workpiece held in the gripping module can be compensated for by the fact that this spring force adjusts the grippers of the gripping module.

Die DE 10 2016 111 124 A1 offenbart ein Greifmodul, in dem die Bewegungskoppelelemente für das Bewegen einer ersten und einer weiteren Greiferbacke jeweils aus einer Spindelwelle mit einer Spindelmutter bestehen. Mittels zusätzlicher Tellerfedern, die beidseitig an der Spindelmutter anliegen und nicht Teil der eigentlichen Bewegungskopplung sind, wird in dem Greifmodul eine Vorspannkraft bereitgestellt, die bei Stromlosschaltung eines Verstellmotors und/oder Einfallen einer den Bewegungsapparat des Greifmoduls hemmenden Bremse eine in die Greiferbacken eingeleitete Greifkraft bewirkt.The DE 10 2016 111 124 A1 discloses a gripping module in which the movement coupling elements for moving a first and a further gripper jaw each consist of a spindle shaft with a spindle nut. By means of additional disc springs, which rest on both sides of the spindle nut and are not part of the actual motion coupling, a pretensioning force is provided in the gripping module, which causes a gripping force that is introduced into the gripper jaws when a servomotor is switched off and / or a brake that inhibits the movement device of the gripping module is applied.

In der US 2008/0181757 A1 ist ein Greifmodul mit elastischen, um eine Schwenkachse schwenkbaren Greiffingern beschrieben, die mittels eines elektrischen Antriebsmotors verstellbar sind, der einen Zahnriemen antreibt. Das Greifmodul enthält eine Bremseinrichtung, die bei Stromlosschaltung des Antriebsmotors die Position der Greiffinger sichert und somit ein formschlüssig an dem Greifmodul aufgenommener Gegenstand bei Verlust der Versorgungsspannung nicht herausfällt.In the US 2008/0181757 A1 describes a gripping module with elastic gripping fingers which can be pivoted about a pivot axis and which are adjustable by means of an electric drive motor which drives a toothed belt. The gripping module contains a braking device which secures the position of the gripping fingers when the drive motor is switched off and thus an object which is positively received on the gripping module does not fall out if the supply voltage is lost.

In der Fertigung werden elektrisch angetriebene Greifmodule für eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben eingesetzt. Meist kommen sie in Produktionsanlagen in der Montageautomation zum Einsatz, oft auch als Endeffektor für Industrieroboter zur Beladung von Werkzeugmaschinen. Zunehmend werden elektrisch angetriebene Greifmodule auch in der kollaborativen Robotik zur Werkstückübergabe zwischen Werker und Maschine oder zumindest im gleichen Arbeitsraum mit einem Werker genutzt. Hierbei ist es wünschenswert, wenn nicht gleich aus Sicherheitsgründen sogar erforderlich, dass das Greifsystem das gegriffene Werkstück auch im Falle einer Störung, beispielsweise bei Verlust der Betriebsspannung oder Störung der Kommunikation weiterhin sicher hält. Dies wird durch eine Greifkrafterhaltung ermöglicht, bei der zumindest ein Großteil der Greifkraft bei Verlust der Stromversorgung erhalten bleibt. Bei rein pneumatisch angetriebenen Greifmodulen wird dies durch Federvorspannung des Kolbens erreicht, die bewirkt, dass das Greifmodul im Ruhezustand mit einer vordefinierten Kraft stets in eine Richtung greift. Die Greifrichtung kann nur durch Umbau des Greifmoduls (Feder auf die andere Seite des Kolbens bringen) geändert werden. Diese einfache Form der Greifkrafterhaltung ist sehr effektiv, da sie anspricht, sobald der pneumatische Druck im System nachlässt. Bei elektrisch angetriebenen Greifmodulen kann sie hingegen nicht angewendet werden, da deren Greifkraft in der Regel einstellbar, meist sogar geregelt ist. Eine konstante Federvorspannung würde dies verhindern. Zudem werden elektrische Greifmodule wegen ihrer Flexibilität geschätzt, dass Werkstücke mit ein und dem gleichen Greifmodul sowohl von innen als auch von außen und bei unterschiedlichen Greifweiten gegriffen werden können. Eine statisch vorgespannte Feder steht damit konträr zu den Anforderungen an flexible elektrische Greifmodule.In production, electrically driven gripping modules are used for a variety of different tasks. They are mostly used in assembly automation production systems, often as an end effector for industrial robots for loading machine tools. Electrically driven gripping modules are also increasingly being used in collaborative robotics for workpiece transfer between the worker and the machine, or at least in the same work area with a worker. Here it is desirable, if not immediately necessary for safety reasons, that the gripping system continues to hold the gripped workpiece securely even in the event of a malfunction, for example if the operating voltage is lost or the communication is disrupted. This is made possible by maintaining the gripping force, in which at least a large part of the gripping force is retained when the power supply is lost. In the case of purely pneumatically driven gripping modules, this is achieved by spring preloading of the piston, which causes the gripping module to always grip in one direction with a predefined force in the idle state. The gripping direction can only be changed by converting the gripping module (move the spring to the other side of the piston). This simple form of gripping force maintenance is very effective because it responds as soon as the pneumatic pressure in the system drops. On the other hand, it cannot be used with electrically driven gripping modules, since their gripping force is usually adjustable, usually even regulated. A constant spring preload would prevent this. In addition, electrical gripping modules are valued for their flexibility that workpieces with one and the same gripping module can be gripped both from the inside and outside and with different gripping distances. A statically preloaded spring is therefore contrary to the requirements for flexible electrical gripping modules.

Im einfachsten Fall wird der Bewegungsapparat des elektrischen Greifmoduls selbsthemmend ausgeführt, beispielsweise durch ein Schneckengetriebe oder einen Spindelantrieb mit entsprechend ausgelegter Steigung. Derartige Greifmodule können bei Stromverlust allerdings nur eine Positionshaltung sicherstellen. Eine Greifkraftsicherung ist damit nicht möglich. Eine Sicherung gegen Herausfallen des Werkstücks kann nur dann gewährleistet werden, wenn sowohl Finger als auch Werkstück konstruktiv für einen formschlüssigen Griff ausgestaltbar sind. Dies schränkt die Einsetzbarkeit des Verfahrens effektiv ein. Ebenso gestaltet sich eine Regelung der Greifkraft aufgrund der Selbsthemmung als schwierig.In the simplest case, the movement apparatus of the electrical gripping module is designed to be self-locking, for example by means of a worm gear or a spindle drive with a correspondingly designed pitch. Such gripping modules can, however, only ensure a positional hold in the event of power loss. A gripping force safety device is not possible with it. Protection against falling out of the workpiece can only be guaranteed if both fingers and workpiece can be designed for a form-fitting grip. This effectively limits the applicability of the method. Regulation of the gripping force due to self-locking is also difficult.

Andere am Markt verfügbare Greifmodule nutzen einen Ansatz, der daher auf der mechanischen Bremsung des rotatorischen Antriebselements beruht. Dies kann beispielsweise mittels einer permanenterregten Bremse erfolgen, die bei Stromverlust selbsttätig einfällt und ein Freilaufen des Antriebsmotors verhindert. Somit ist eine Greifkraftregelung im Betrieb möglich, im Störungsfall findet aber wiederum nur eine reine Positionserhaltung statt und keine Greifkraftsicherung.Other gripping modules available on the market use an approach that is therefore based on the mechanical braking of the rotary drive element. This can be done, for example, by means of a permanently excited brake, which engages automatically when there is a loss of power and prevents the drive motor from running free. This makes it possible to control the gripping force during operation, but in the event of a fault, the position is only maintained and no gripping force is secured.

Soll eine Greifkraftsicherung mit elektrisch angetriebenen Greifmodulen auf Applikationsebene gelöst werden, so umfassen für den Fachmann naheliegende Ausführungsformen den Einsatz von mechanischen Federn, die beispielsweise nach anwendungsspezifischen Gesichtspunkten in den Greiffingern integriert sein können und zur Vorspannung des Werkstücks genutzt werden können. In Kombination mit einer Positionssicherung kann damit das Werkstück vorgespannt bleiben, selbst wenn das Greifmodul energielos ist. Die bei dieser Lösung im System gespeicherte Energie wirkt sich allerdings besonders nachteilig bei der Sicherheitsbetrachtung aus. Hier kann die Federenergie zu Verletzungen bei der manuellen Arbeit am Greifsystem, beispielsweise bei Reparatur oder manueller Entnahme des Werkstücks auswirken (Quetsch-/Klemmgefahr) und ist daher sicherheitstechnisch unzulässig.If a gripping force safety device with electrically driven gripping modules is to be released at the application level, embodiments which are obvious to the person skilled in the art include the use of mechanical springs which, for example, can be integrated in the gripping fingers according to application-specific aspects and can be used to pretension the workpiece. In combination with a position lock, the workpiece can remain pre-loaded, even if the gripping module is de-energized. However, the energy stored in the system with this solution has a particularly disadvantageous effect when considering safety. Here, the spring energy can cause injuries when working manually on the gripping system, for example when repairing or manually removing the workpiece (risk of crushing / pinching) and is therefore not permitted for safety reasons.

Zudem macht die Integration eines zusätzlichen Federmechanismus in den Bewegungsapparat eines Greifmoduls diesen größer und komplizierter im Aufbau, vgl. DE 10 2016 111 124 A1 und EP 0 134 819 A1 , und wirkt sich durch die zusätzlichen Komponenten im Bewegungsapparat negativ auf Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Greifmoduls aus.In addition, the integration of an additional spring mechanism in the movement apparatus of a gripping module makes it larger and more complicated to set up, cf. DE 10 2016 111 124 A1 and EP 0 134 819 A1 , and the additional components in the musculoskeletal system have a negative impact on the lifespan and reliability of the gripping module.

Zusammenfassend können folgende Nachteile bei den Lösungen nach dem Stand der Technik aufgeführt werden: im Greifmodul verbaute Mechanismen führen in der Regel zu einer reinen Positionssicherung. Die erforderliche Greifkraftsicherung erfüllen sie nicht. Eine Kraftsicherung wird herstellerseitig durch das zusätzliche Einbringen von Federelementen in den Bewegungsapparat des Greifmoduls oder anwenderseitig in die Greiffinger realisiert. Beide Varianten sind aufwendig und wirken sich negativ auf die Zuverlässigkeit des Greifers aus. Bei dem Stand der Technik entsprechende Lösungen mit mechanischen Federn als Kraftspeicher, insbesondere wenn diese keine Hubbegrenzung aufweisen, besteht zudem immer die Gefahr des versehentlichen Einklemmens und daraus resultierenden schweren Verletzungen. Sie sind daher gerade im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation sicherheitstechnisch unzulässig.In summary, the following disadvantages can be listed with the solutions according to the prior art: mechanisms installed in the gripping module generally lead to a purely positional securing. They do not meet the required gripping force protection. A force lock is implemented by the manufacturer by the additional introduction of spring elements in the movement apparatus of the gripping module or by the user in the gripping fingers. Both variants are complex and have a negative impact on the reliability of the gripper. In the prior art, corresponding solutions with mechanical springs as energy stores, especially if these have no stroke limitation, there is always the risk of accidental pinching and resulting serious injuries. They are therefore not permissible in terms of security, particularly in the area of human-robot cooperation.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Greifmodul und ein Verfahren zum Greifen eines Gegenstands anzugeben, welches ein sicheres Halten des Gegenstands ermöglicht und gleichzeitig die Kompliziertheit des Bewegungsapparats nicht durch Hinzufügen zusätzlicher Federkomponenten erhöht.The object of the invention is to provide a gripping module and a method for gripping an object, which enables the object to be held securely and at the same time does not increase the complexity of the movement apparatus by adding additional spring components.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 und Anspruch 4 angegebene Greifmodul und das in Anspruch 15 und Anspruch 16 angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by the gripping module specified in claim 1 and claim 4 and the method specified in claim 15 and claim 16. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, ein Bewegungskopplungselement in einem Greifmodul, das für die Bewegungskopplung der Antriebswelle eines Antriebsmotors mit der Grundbacke zwingend erforderlich ist, dahingehend elastisch verformbar auszubilden, dass es zumindest elastisch verformbare Abschnitte hat oder als Ganzes elastisch verformbar ausgebildet ist.The invention is based on the idea of designing a movement coupling element in a gripping module, which is absolutely necessary for the movement coupling of the drive shaft of a drive motor to the base jaw, in such a way that it has at least elastically deformable sections or is designed to be elastically deformable as a whole.

Ein erfindungsgemäßes Greifmodul zum Greifen eines Gegenstands, insbesondere eines Werkstücks enthält einen elektrischen Antriebsmotor, der eine Antriebswelle aufweist, und hat einen Bewegungsapparat mit einer verstellbaren Grundbacke für das Aufnehmen eines Greiffingers und eine Kopplungseinrichtung für die Bewegungskopplung des Antriebsmotors mit der Grundbacke. Die Kopplungseinrichtung enthält ein Bewegungskopplungselement mit einem elastisch verformbaren Abschnitt, das für das Vorspannen des Bewegungsapparats mittels des Bewegens der Antriebswelle dient.A gripping module according to the invention for gripping an object, in particular a workpiece, contains an electric drive motor which has a drive shaft and has a movement apparatus with an adjustable base jaw for receiving a gripper finger and a coupling device for coupling the movement of the drive motor to the base jaw. The coupling device contains a movement coupling element with an elastically deformable section, which serves for pretensioning the movement apparatus by means of the movement of the drive shaft.

Ein erfindungsgemäßes Greifmodul zum Greifen eines Gegenstands, insbesondere eines Werkstücks, kann auch einen elektrischen Antriebsmotor enthalten, der eine Antriebswelle hat, und einen Bewegungsapparat, der eine erste verstellbare Grundbacke für das Aufnehmen eines Greiffingers und wenigstens eine weitere Grundbacke für das Aufnehmen eines weiteren Greiffingers aufweist, wobei eine Kopplungseinrichtung für die Bewegungskopplung des Antriebsmotors mit der ersten Grundbacke und mit der weiteren Grundbacke vorgesehen ist, und wobei die Kopplungseinrichtung ein elastisch verformbares Bewegungskopplungselement enthält, das für das Vorspannen des Bewegungsapparats mittels Bewegen der Antriebswelle dient.A gripping module according to the invention for gripping an object, in particular a workpiece, can also contain an electric drive motor which has a drive shaft and a movement apparatus which has a first adjustable base jaw for receiving a gripping finger and at least one additional base jaw for receiving a further gripping finger , wherein a coupling device is provided for the movement coupling of the drive motor with the first base jaw and with the further base jaw, and wherein the coupling device contains an elastically deformable movement coupling element, which is used for pretensioning the movement apparatus by moving the drive shaft.

In einem erfindungsgemäßen Greifmodul ist das Bewegungskopplungselement für das Erzeugen einer aus der Kopplungseinrichtung in die verstellbare Grundbacke eingeleiteten Greifkraft F um eine zu der Antriebswelle ortsfeste Achse wenigstens teilweise unter elastischer Verformung verlagerbar. In a gripping module according to the invention, the movement coupling element is used to generate a gripping force which is introduced from the coupling device into the adjustable base jaw F displaceable about an axis that is stationary with respect to the drive shaft, at least partially with elastic deformation.

Von Vorteil ist es, wenn die Grundbacke mittels Bewegen des Antriebsmotors mit einem Hub H entlang einem Verfahrweg verstellbar ist und das elastisch verformbare Bewegungskopplungselement derart ausgebildet ist, dass eine mit dem Aufheben einer Vorspannung des Bewegungsapparats verbundene Verlagerung V der Grundbacke entlang dem Verfahrweg kleiner ist als der Hub H.It is advantageous if the base jaw is moved by moving the drive motor with one stroke H is adjustable along a travel path and the elastically deformable movement coupling element is designed in such a way that a displacement associated with the release of a pretension of the movement apparatus V the base jaw along the travel path is smaller than the stroke H ,

Von Vorteil ist es insbesondere, wenn bei einem Greifmodul mit einer ersten und einer weiteren verstellbaren Grundbacke sowohl die erste Grundbacke als auch die weitere Grundbacke mittels Bewegen des Antriebsmotors mit einem Hub H entlang einem Verfahrweg verstellbar sind und das elastisch verformbare Bewegungskopplungselement derart ausgebildet ist, dass eine mit dem Aufheben einer Vorspannung des Bewegungsapparats verbundene Verlagerung V der ersten Grundbacke und der weiteren Grundbacke entlang dem Verfahrweg kleiner ist als der Hub H.It is particularly advantageous if, in the case of a gripping module with a first and a further adjustable base jaw, both the first base jaw and the further base jaw by moving the drive motor with one stroke H are adjustable along a travel path and the elastically deformable movement coupling element is designed in such a way that a displacement associated with the release of a pretension of the movement apparatus V the first base jaw and the further base jaw along the travel path is smaller than the stroke H ,

Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass ein Vorspanweg begrenzt und damit sicherheitstechnisch unbedenklich ist.In this way it can be achieved that a pre-tensioning path is limited and therefore safe in terms of safety.

Bevorzugt enthält das Greifmodul einen Mechanismus zur Greifkrafterhaltung mit einer Bremse für das Hemmen einer Drehbewegung der Antriebswelle des Antriebsmotors. Diese Bremse kann an die Antriebswelle des Antriebsmotors angeschlossen sein. Wenn die Kopplungseinrichtung in dem Greifmodul ein Getriebe mit Getriebestufen enthält, das für das Übertragen einer Drehbewegung der Antriebswelle auf Bewegungskopplungselement ausgebildet ist, kann die Bremse auch an eine Getriebestufe des Getriebes angeschlossen sein. Insbesondere kann die Bremse als eine elektrisch betätigbare Haltebremse ausgebildet sein.The gripping module preferably contains a mechanism for maintaining the gripping force with a brake for inhibiting a rotary movement of the drive shaft of the drive motor. This brake can be connected to the drive shaft of the drive motor. If the coupling device in the gripping module contains a transmission with gear stages, which is designed to transmit a rotary movement of the drive shaft to the motion coupling element, the brake can also be connected to a gear stage of the transmission. In particular, the brake can be designed as an electrically actuated holding brake.

Indem ein Sensor für das Bestimmen einer Position eines an der verstellbaren Grundbacke aufgenommenen Greiffingers bzw. für das Bestimmen einer Position eines an der verstellbaren ersten Grundbacke aufgenommenen Greiffingers und/oder eines an der verstellbaren weiteren Grundbacke aufgenommenen Greiffingers vorgesehen ist, lässt sich insbesondere durch Ansteuern des Antriebsmotors sowohl ein Sichern der Position der Grundbacke als auch ein Sichern der von dieser in einen mittels des Greifmoduls aufgenommenen Gegenstand eingeleiteten Greifkraft erreichen.By providing a sensor for determining a position of a gripping finger received on the adjustable base jaw or for determining a position of a gripping finger picked up on the adjustable first base jaw and / or for a gripping finger picked up on the adjustable further base jaw, it is possible, in particular, to control the Drive motor both secure the position of the base jaw and secure the gripping force introduced by the latter into an object received by means of the gripping module.

Bevorzugt enthält das Greifmodul eine Steuerungseinheit, die für das Auslösen des Mechanismus zur Greifkrafterhaltung bei Abfallen einer Versorgungsspannung für den elektrischen Antriebsmotor unter einen Schwellwert durch Schließen der Bremse ausgebildet ist. Die Steuerungseinheit kann dabei für das Zurücksetzen des Mechanismus zur Greifkrafterhaltung bei Vorliegen einer Versorgungsspannung für den elektrischen Antriebsmotor durch Öffnen der Bremse ausgebildet sein.The gripping module preferably contains a control unit which is designed to trigger the mechanism for maintaining the gripping force when a supply voltage for the electric drive motor drops below a threshold value by closing the brake. The control unit can be designed to reset the gripping force maintenance mechanism when a supply voltage for the electric drive motor is present by opening the brake.

Auf diese Weise kann die Erhaltung der Greifkraft von elektrisch angetriebenen Greifmodulen erreicht werden, wobei eine zuverlässige Greifkraftsicherung im stromlosen Zustand sichergestellt und eine einstellbare Greifkraft ermöglicht ist.In this way, the gripping force of electrically driven gripping modules can be maintained, reliable gripping force securing in the de-energized state being ensured and an adjustable gripping force being made possible.

Das Bewegungskopplungselement mit einem elastisch verformbaren Abschnitt kann ein Zahnriemen oder ein Bewegungskopplungselement aus der Gruppe Riemen, Kupplung, Elastomerkupplung, Mutter, Ritzel, Spindel-Mutter-Kombination, Zahnstangen-Ritzel-Kombination sein.The movement coupling element with an elastically deformable section can be a toothed belt or a movement coupling element from the group of belt, coupling, elastomer coupling, nut, pinion, spindle-nut combination, rack and pinion combination.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Greifen eines Gegenstands mit einer Greifkraft F, insbesondere eines Werkstücks mittels eines vorstehend angegebenen Greifmoduls wird die Greifkraft F durch elastisches Verformen des Bewegungskopplungselements erzeugt, indem durch Einleiten eines Drehmoments in das Bewegungskopplungselement das Bewegungskopplungselement elastisch verformt wird.In a method according to the invention for gripping an object with a gripping force F , in particular a workpiece by means of a gripping module specified above, the gripping force F generated by elastic deformation of the movement coupling element, in that the movement coupling element is elastically deformed by introducing a torque into the movement coupling element.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Greifen eines Gegenstands mit einer Greifkraft F, z. B. eines Werkstücks, mittels eines vorstehend angegebenen Greifmoduls kann eine absolute Position eines an der verstellbaren Grundbacke aufgenommenen Greiffingers ermittelt werden, wenn die Antriebswelle bewegungsgehemmt ist, darauf mittels des Antriebsmotors ein der elastischen Verformung des Bewegungskopplungselements entsprechendes Drehmoment erzeugt und die Bewegungshemmung der Antriebswelle dann aufgehoben wird.In a method according to the invention for gripping an object with a gripping force F , e.g. B. a workpiece, by means of a gripping module specified above, an absolute position of a gripping finger picked up on the adjustable base jaw can be determined when the drive shaft is inhibited from movement, thereupon generated by the drive motor a torque corresponding to the elastic deformation of the movement coupling element and the movement inhibition of the drive shaft is then released becomes.

Gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik kann die hier vorgeschlagene Vorrichtung bzw. das Verfahren zur Greifkraftsicherung den Vorteil haben, dass sowohl Position als auch die Greifkraft tatsächlich gesichert werden.Compared to solutions according to the prior art, the device proposed here or the method for securing the gripping force can have the advantage that both the position and the gripping force are actually secured.

Indem ein klassischer Federmechanismus z. B. mit Tellerfedern zur Vorspannung des Bewegungsapparats des Greifmoduls vermieden wird, lässt sich erreichen, dass das Greifmodul nicht „schnappen“ kann, was für das Greifmodul und das Verfahren insbesondere den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen ermöglicht, beispielsweise in der Mensch-Roboter-Kooperation.By a classic spring mechanism z. B. with disc springs for pretensioning the movement apparatus of the gripping module can be achieved that the gripping module cannot "snap", which enables the gripping module and the method in particular to be used in safety-critical applications, for example in human-robot cooperation.

Insbesondere bei Greifmodulen mit einstellbarer Greifkraft kann die Vorrichtung bzw. das Verfahren den Vorteil bieten, dass die zuletzt am Greifmodul eingestellte Greifkraft ohne weiteres Zutun nahezu vollständig erhalten bleibt. Das Verfahren ist somit für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, insbesondere auch wenn empfindliche Werkstücke gehandhabt werden sollen. In particular in the case of gripping modules with adjustable gripping force, the device or the method can offer the advantage that the gripping force last set on the gripping module is almost completely retained without further action. The method is therefore suitable for a large number of applications, in particular even when sensitive workpieces are to be handled.

Auch wirkt sich die Vorrichtung bzw. das Verfahren sehr positiv auf die Regelbarkeit der Fingerposition des Greifers aus, denn ein klassischer, z. B. Tellerfedern aufweisender Federmechanismus im Kraftpfad verursacht bekanntermaßen eine Totzeit, welche die Regelgüte der Strecke stark verschlechtert. Bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist hingegen keine Feder vorhanden, so dass die Regelbarkeit nicht eingeschränkt wird.The device and the method also have a very positive effect on the controllability of the finger position of the gripper, because a classic, e.g. B. disc springs having spring mechanism in the power path is known to cause dead time, which greatly deteriorates the control quality of the route. In the proposed device, however, there is no spring, so that the controllability is not restricted.

Die vorgeschlagene Vorrichtung und das Verfahren sind nicht richtungsabhängig, das heißt sie funktioniert sowohl beim Greifen eines Werkstücks von außen als auch beim Greifen von innen. Zudem kommt es ohne Komponenten außerhalb des Greifmoduls aus. Es kann daher in universellen Greifmodulen genutzt werden, auch wenn die eigentliche Anwendung unbekannt ist oder sich ändern kann.The proposed device and the method are not direction-dependent, that is, they work both when gripping a workpiece from the outside and when gripping from the inside. In addition, there are no components outside the gripping module. It can therefore be used in universal gripping modules, even if the actual application is unknown or can change.

Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Advantageous exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen:

1 ein elektrisch angetriebenes Greifmodul mit einem Antriebsstrang, der für das Bewegen der Grundbacken einen Antriebsmotor und einen Zahnriemen aufweist, an dem die Grundbacken befestigt sind, und mit einer Bremse; und
2 ein servo-elektrisch angetriebenes Greifmodul mit einem Antriebsstrang, der für das Bewegen der Grundbacken einen Antriebsmotor und einen Zahnriemen aufweist, an dem die Grundbacken befestigt sind, mit einer Bremse und mit zusätzlichen Gebern sowie mit einer Greifersteuerung.

Show it:

1 an electrically driven gripping module with a drive train, which has a drive motor for moving the base jaws and a toothed belt to which the base jaws are fastened, and with a brake; and
2 a servo-electric gripping module with a drive train, which has a drive motor for moving the base jaws and a toothed belt to which the base jaws are attached, with a brake and with additional encoders and with a gripper control.

Ein parallel greifendes Greifmodul mit erfindungsgemäßer Erhaltung der Greifkraft ist in 1 dargestellt. Das Greifmodul wird von einem Motor 1 angetrieben. Die Rotationsbewegung wird über ein Getriebe 2 in einer Kopplungseinrichtung für die Bewegungskopplung des Antriebsmotors 1 mit einer entlang einem Verfahrweg mit einem Hub H verlagerbaren ersten und einer entlang einem Verfahrweg mit dem Hub H verlagerbaren zweiten Grundbacke 4, 5 übertragen, wobei die Kopplungseinrichtung als ein Bewegungskopplungselement 3 einen Zahnriemen enthält, der die Rotationsbewegung der Antriebswelle 10 des Antriebsmotors 1 in eine translatorische Bewegung umwandelt. In dem Greifmodul bilden der Antriebsmotor 1 und die Kopplungseinrichtung mit den Grundbacken 4, 5 die Komponenten des Bewegungsapparats des Greifmoduls. Das als Zahnriemen ausgebildete Bewegungskopplungselement 3 weist bevorzugt einen Zugträger auf, der ein Stahlchord oder auch Kunstfasern enthalten kann und der einen Körper aus Polyurethan hat. Am ersten Trum des Zahnriemens ist eine Grundbacke 4 befestigt und am zweiten eine andere Grundbacke 5, so dass sich diese zwingend gegensätzlich bewegen. An den Grundbacken sind die Greiffinger 6, 7 befestigt, die das Werkstück 8 greifen, in dem Sie eine vorzugsweise variierbare Greifkraft F darauf aufbringen. Bemerkenswert an dieser erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass der Zahnriemen sowohl die Bewegung der Greiffinger synchronisiert als auch gleichzeitig das teilelastische Element gibt. Es sind also keine zusätzlichen kraftspeichernden Komponenten notwendig, wodurch der Aufbau des Bewegungsapparats nicht aufwendiger als der eines gewöhnlichen Greifmoduls ist. Der Zahnriemen ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren so ausgelegt, dass er beim Greifen stets ein wenig gedehnt wird. Die Dehnung ist erfindungsgemäß so bemessen, dass sie einerseits den Greifprozess nicht behindert und andererseits die notwendige mechanische Energie zur Erhaltung der Greifkraft speichern kann. Beim Greifen wird der gesamte Bewegungsapparat in Greifrichtung kräftemäßig vorgespannt. Dabei ist zu bemerken, dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren der Vorspannweg beim Greifen gemessen an den Grundbacken nur einen Bruchteil des gesamten Verfahrwegs (Hub) ausmacht, vorzugsweise maximal 10%, also beispielsweise 0,3 mm Vorspannweg bei 30 mm. Durch dieses minimale vorspannungsbedingte Nachgreifen zur Erhaltung der Greifkraft ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sicherheitstechnisch unkritisch zu bewerten, da die Greiffinger bei manueller Entnahme des Werkstücks aus dem Greifer nicht gefährdend zuschnappen können.A parallel gripping module with maintenance of the gripping force according to the invention is shown in 1 shown. The gripping module is powered by a motor 1 driven. The rotational movement is via a gear 2 in a coupling device for the movement coupling of the drive motor 1 with a along a travel path with a stroke H relocatable first and one along a travel path with the hub H relocatable second base jaw 4 . 5 transmitted, wherein the coupling device as a movement coupling element 3 a timing belt containing the rotational movement of the drive shaft 10 of the drive motor 1 converted into a translational movement. The drive motor forms in the gripping module 1 and the coupling device with the base jaws 4 . 5 the components of the musculoskeletal system of the gripping module. The motion coupling element designed as a toothed belt 3 preferably has a tension member, which can contain a steel cord or synthetic fibers and which has a body made of polyurethane. There is a base jaw on the first run of the toothed belt 4 attached and on the second another base jaw 5 , so that they move in opposite directions. The gripper fingers are on the base jaws 6 . 7 attached to the workpiece 8th grasp by using a preferably variable gripping force F apply to it. What is remarkable about this arrangement according to the invention is that the toothed belt both synchronizes the movement of the gripping fingers and at the same time gives the partially elastic element. No additional energy-storing components are therefore necessary, which means that the structure of the musculoskeletal system is no more complex than that of an ordinary gripping module. The toothed belt is designed according to the inventive method so that it is always stretched a little when gripping. The elongation is dimensioned according to the invention in such a way that on the one hand it does not hinder the gripping process and on the other hand it can store the necessary mechanical energy for maintaining the gripping force. When gripping, the entire musculoskeletal system is biased in the gripping direction. It should be noted that in the device according to the invention and the method according to the invention, the pretensioning path when gripping, measured on the base jaws, only makes up a fraction of the total travel path (stroke), preferably a maximum of 10%, for example 0.3 mm pretensioning path at 30 mm. This minimal pre-stress-related gripping to maintain the gripping force means that the device according to the invention is not critical in terms of safety, since the gripping fingers cannot snap dangerously when the workpiece is manually removed from the gripper.

Das als ein Zahnriemen ausgebildete Bewegungskopplungselement 3 ist in dem Greifmodul für das Erzeugen einer aus der Kopplungseinrichtung in die verstellbare Grundbacke 4 und die verstellbare Grundbacke 5 eingeleiteten Greifkraft F um eine zu der Antriebswelle 10 erste ortsfeste Achse 14 und um eine weitere zu der Antriebswelle 10 ortsfeste Achse 15 verlagerbar, wobei das als ein Zahnriemen ausgebildete Bewegungskopplungselement 3 beim Verlagern um die erste ortsfeste Achse 14 und die weitere ortsfeste Achse 15 elastisch verformt wird. Hat das Greifmodul ordnungsgemäß ein Werkstück gegriffen, ist der Bewegungsapparat deshalb vorgespannt.The motion coupling element designed as a toothed belt 3 is in the gripping module for generating a from the coupling device in the adjustable base jaw 4 and the adjustable base jaw 5 initiated gripping force F one to the drive shaft 10 first fixed axis 14 and one more to the drive shaft 10 stationary axis 15 displaceable, the movement coupling element designed as a toothed belt 3 when moving around the first fixed axis 14 and the other fixed axis 15 is elastically deformed. If the gripping module has gripped a workpiece properly, the movement apparatus is therefore preloaded.

Wird die Greifkrafterhaltung aktiviert, beispielsweise durch einen Ausfall der Energieversorgung, fällt eine vorzugsweise elektrisch betätigte Bremse 9 ein und hemmt die Bewegung der Antriebswelle 10. Die Bremse 9 wirkt damit als ein Organ 9 zur Festlegung des Bewegungsapparats des Greifmoduls bei einem Stromausfall. Die im Zahnriemen gespeicherte mechanische Energie wirkt dann als Haltekraft F weiterhin auf das Werkstück. Bei richtiger Auslegung der Nachgiebigkeit entspricht die Haltekraft F der zuvor eingestellten Greifkraft. Hierzu muss die gespeicherte mechanische Energie so bemessen sein, dass diese die Verlagerung der Greiffinger in dem Zeitbereich zwischen Nachlassen des durch den Antriebsmotor im Betrieb eingeleiteten Drehmoments zur Erzeugung der Greifkraft und der Positionssicherung durch die einfallende Bremse kompensiert.If the gripping force maintenance is activated, for example due to a failure of the energy supply, a preferably electrically operated one falls brake 9 and inhibits the movement of the drive shaft 10 , The brake 9 thus acts as an organ 9 for determining the movement apparatus of the gripping module in the event of a power failure. The mechanical energy stored in the toothed belt then acts as a holding force F continue on the workpiece. If the flexibility is correctly designed, the holding force corresponds F the gripping force previously set. For this purpose, the stored mechanical energy must be dimensioned such that it compensates for the shifting of the gripping fingers in the time range between the reduction in the torque initiated by the drive motor during operation to generate the gripping force and the securing of the position by the brake applied.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das elastische Element so bemessen, dass mindestens 80% der Greifkraft erhalten werden.In the method according to the invention, the elastic element is dimensioned such that at least 80% of the gripping force is obtained.

Die Bremse wird vorzugsweise als normal-geschlossene permanentmagnetische Haltebremse ausgeführt sein, so dass sie erst öffnet, wenn an ihr eine ausreichend hohe Versorgungsspannung anliegt. Sie wird parallel mit dem Antrieb mit Energie versorgt. Sollte die Versorgung ausfallen, fällt damit auch automatisch die Bremse ein und die Greifkrafterhaltung ist aktiv. Des Weiteren muss die Bremse dabei nicht zwingend auf der Antriebswelle am Motor sitzen, sondern kann auch Teil des Getriebes sein und so beispielsweise auch auf einer der Getriebestufen wirken, hier dargestellt mit 9'.The brake will preferably be designed as a normally closed permanent magnetic holding brake, so that it only opens when there is a sufficiently high supply voltage. It is supplied with energy in parallel with the drive. If the supply fails, the brake is automatically applied and the gripping force maintenance is active. Furthermore, the brake does not necessarily have to be seated on the drive shaft on the motor, but can also be part of the transmission and thus, for example, also act on one of the transmission stages, shown here with 9 ' ,

Bei einer weiteren Ausführungsform verfügt das in 2 dargestellte und zuvor beschriebene Greifmodul über einen geregelten servo-elektrischen Antriebsmotor 1 mit angebautem Geber 11, mit dem die Finger 6, 7 über den gesamten Verfahrweg frei positioniert werden können. Eine Steuerungseinheit 13 übernimmt die Regelung und steuert die Bremse 9 an. Sie ist vorzugsweise im Greifmodul integriert, kann aber auch extern angeordnet sein. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, die Position der Finger während dem Warten auf eine neue Aktion zu bremsen, um Energie zu sparen und Abwärme zu reduzieren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich in Verbindung mit einem zusätzlichen als Drehgeber 12 ausgebildeten Sensor. Dieser absolut wirkende Drehgeber ist mit dem Riemen derart verbundenen, dass die Steuerungseinheit die absolute Position der Finger ohne eine Referenzfahrt bestimmen kann. Zusammen mit dem zuvor remanent gespeicherten Greifzustand, also „Teil gegriffen“, „Greifer geöffnet“, „kein Teil im Greifer“ usw., kann das Greifmodul nach Wiederherstellung der Stromversorgung seinen Betrieb korrekt fortsetzen, ohne dass ein etwa vor Unterbrechung der Stromversorgung gegriffenes und durch die erfindungsgemäße Greifkrafterhaltung gesicherte Werkstück dabei losgelassen wird oder sich die Finger des Greifmoduls sonst wesentlich bewegen.In a further embodiment, the in 2 shown and previously described gripping module via a controlled servo-electric drive motor 1 with attached encoder 11 with the fingers 6 . 7 can be freely positioned over the entire travel path. A control unit 13 takes over the control and controls the brake 9 on. It is preferably integrated in the gripping module, but can also be arranged externally. This makes it possible, for example, to brake the position of the fingers while waiting for a new action in order to save energy and reduce waste heat. Another advantage arises in connection with an additional encoder 12 trained sensor. This absolute-acting rotary encoder is connected to the belt in such a way that the control unit can determine the absolute position of the fingers without a reference run. Together with the previously stored gripping state, ie "part gripped", "gripper open", "no part in gripper" etc., the gripping module can continue to operate correctly after the power supply has been restored, without having to grasp and before the power supply was interrupted released workpiece secured by the gripping force maintenance according to the invention or the fingers of the gripping module otherwise move significantly.

Eine hiervon abgewandelte Ausführung nutzt anstelle der Bremse einen mechanisch sich selbst hemmenden Antriebsstrang. Dieser ist so ausgeführt, dass die Selbsthemmung zwischen Motor und dem elastischen Element, beispielsweise einem Zahnriemen, entsteht, beispielsweise durch ein selbsthemmend ausgelegtes Schneckengetriebe.A variant modified from this uses a mechanically self-locking drive train instead of the brake. This is designed so that the self-locking between the motor and the elastic element, for example a toothed belt, is created, for example by a self-locking worm gear.

Das elastische Element muss nicht zwingend ein Zahnriemen sein. So wird bei einem weiteren Ausführungsbeispiel anstelle des Riemens eine Zahnstangen-Ritzel Kombination zur Erzeugung der gegensätzlichen Bewegung der Grundbacken eingesetzt oder eine Spindel-Mutter Kombination. Zur Speicherung der mechanischen Energie wird nachgiebiges Element, beispielsweise eine Elastomerkupplung zwischen Getriebe und das Ritzel der Zahnstangen bzw. der Mutter eingebracht, deren Nachgiebigkeit so ausgelegt ist, dass sie durch ihre beim Greifen entstehende Verspannung genug Kraft speichert, damit die Greifkraft beim Einfallen der Bewegungshemmung am Werkstück zumindest größtenteils erhalten bleibt, vorzugsweise mindestens 80% der zuvor eingestellten Greifkraft.The elastic element does not necessarily have to be a toothed belt. In a further exemplary embodiment, instead of the belt, a rack and pinion combination is used to generate the opposite movement of the base jaws, or a spindle-nut combination. To store the mechanical energy, a flexible element, for example an elastomer coupling between the gearbox and the pinion of the toothed racks or the nut, is introduced, the flexibility of which is designed in such a way that, due to the tension created during gripping, it stores enough force so that the gripping force when the movement arrest occurs at least largely retained on the workpiece, preferably at least 80% of the previously set gripping force.

Ein erfindungsgemäßes Greifmodul kann auch mehr als zwei Fingern aufweisen. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Greifmodul als ein Dreifinger-Zentrischgreifer oder aber als ein Vierfinger-Greifer ausgebildet sein, der analog zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eine erfindungsgemäße Greifkrafterhaltung aufweisen kann.A gripping module according to the invention can also have more than two fingers. For example, a gripping module according to the invention can be designed as a three-finger centric gripper or as a four-finger gripper, which can have a gripping force maintenance according to the invention analogous to the exemplary embodiments described above.

Zusammenfassend sind insbesondere folgende bevorzugte Merkmale der Erfindung festzuhalten:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhaltung der Greifkraft eines elektrisch durch einen Motor 1 angetriebenen Greifmoduls im Falle einer plötzlichen Unterbrechung der Stromversorgung durch Zusammenspiel eines während des Greifens vorgespannten elastischen Elements 3 und eines Organs 9 zur Festlegung des Bewegungsapparats bei Stromausfall. Das Verfahren betrifft die Auslegung des elastischen Elements 3 derart, dass ein vollständiges Zuschnappen der Greiffinger 6, 7 bei manueller Entnahme des Werkstücks 8 nicht möglich ist.

In summary, the following preferred features of the invention are to be noted:

The invention relates to a device and a method for maintaining the gripping force of an electric motor 1 driven gripping module in the event of a sudden interruption of the power supply through the interaction of an elastic element that is prestressed during gripping 3 and an organ 9 to determine the musculoskeletal system in the event of a power failure. The procedure concerns the design of the elastic element 3 such that a complete snapping of the gripper fingers 6 . 7 with manual removal of the workpiece 8th not possible.

Insbesondere kann die Erfindung folgende Aspekte aufweisen:

1. Elektrisch angetriebenes Greifmodul bestehend aus einem Bewegungsapparat, der zumindest bei Abfall der Versorgungsspannung bewegungsgehemmt ist und über mindestens zwei Grundbacken (4), (5) zur Anbringung von Greiffingern (6), (7) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsapparat zwischen Grundbacken und Antrieb ein zumindest teilweise elastisches Element (3) aufweist, welches derart angeordnet ist, dass es beim ordnungsgemäßen Greifen eines Werkstücks (8) vorgespannt wird und durch die Bewegungshemmung die Greifkraft am Werkstück zumindest größtenteils erhält.
2. Vorrichtung nach Aspekt 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsapparat beim Greifen einen im Verhältnis zum Hub des Greifmoduls kleinen Vorspannweg hat.
3. Vorrichtung nach einem der vorigen Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass das teilweise elastische Element (3) der Zahnriemen ist, der die rotatorische Bewegung des Antriebs (1), (2), (9) in eine translatorische Bewegung der Grundbacken (4), (5) wandelt.
4. Vorrichtung nach einem der vorigen Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegungshemmung eine vorzugsweise elektrisch betätigte Bremse (9) eingesetzt wird.
5. Vorrichtung nach einem der vorigen Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der Mechanismus zur Greifkrafterhaltung durch eine Steuerungseinheit (13) aktiv ausgelöst und wieder zurückgestellt werden kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorigen Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsapparat einen Sensor (12) zur Bestimmung der absoluten Fingerposition enthält.
7. Vorrichtung nach einem der vorigen Aspekte, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit (13) nach Wiederherstellung der Versorgungsspannung die absolute Fingerposition und den aktuellen Greifzustand ermittelt und den Betrieb ohne Loslassen eines etwa im Greifer befindlichen Werkstücks fortsetzt.
8. Verfahren zur Erhaltung der Greifkraft eines elektrisch angetriebenen Greifmoduls, dadurch gekennzeichnet, dass ein zumindest teilweise elastisches Element und ein Mechanismus zur Bewegungshemmung im Bewegungsapparat eines Greifmoduls so gekoppelt werden, dass die zuvor eingestellte Greifkraft am Werkstück bei Aktivierung des Mechanismus zumindest größtenteils aufrechterhalten wird.
9. Verfahren nach Aspekt 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannweg beim ordnungsgemäßen Greifen eines Werkstücks ein der Weg des vorspannungsbedingten Nachgreifens der Finger bei manuellem Entfernen des Werkstücks klein im Verhältnis zum Hub des Greifmoduls ist.
10. Verfahren nach Aspekt 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinheit nach Wiederherstellung der Spannungsversorgung den letzten Greifzustand wiederherstellt, ohne dass dabei ein etwa bereits gegriffenes Werkstück losgelassen wird.

In particular, the invention can have the following aspects:

1. Electrically driven gripping module consisting of a musculoskeletal system, which is inhibited from movement at least when the supply voltage drops and via at least two base jaws ( 4 ), ( 5 ) for attaching gripper fingers ( 6 ), ( 7 ), characterized by that the musculoskeletal system between the base jaws and the drive is an at least partially elastic element ( 3 ) which is arranged in such a way that when a workpiece is properly gripped ( 8th ) is preloaded and the gripping force on the workpiece is at least largely maintained by the movement inhibition.
2. Device according to aspect 1 , characterized in that the musculoskeletal system has a small pretensioning path in relation to the stroke of the gripping module.
3. Device according to one of the preceding aspects, characterized in that the partially elastic element ( 3 ) is the toothed belt that controls the rotational movement of the drive ( 1 ), ( 2 ), ( 9 ) in a translational movement of the base jaws ( 4 ), ( 5 ) changes.
4. Device according to one of the preceding aspects, characterized in that a preferably electrically operated brake ( 9 ) is used.
5. Device according to one of the preceding aspects, characterized in that the mechanism for gripping force maintenance by a control unit ( 13 ) can be actively triggered and reset again.
6. Device according to one of the preceding aspects, characterized in that the movement apparatus has a sensor ( 12 ) for determining the absolute finger position.
7. Device according to one of the preceding aspects, characterized in that a control unit ( 13 ) after restoration of the supply voltage, the absolute finger position and the current gripping condition are determined and the operation continues without releasing a workpiece that is in the gripper.
8. A method for maintaining the gripping force of an electrically driven gripping module, characterized in that an at least partially elastic element and a mechanism for inhibiting movement in the movement apparatus of a gripping module are coupled so that the previously set gripping force on the workpiece is at least largely maintained when the mechanism is activated.
9. Method by aspect 8th , characterized in that the pretensioning path when properly gripping a workpiece is a path of pretensioning-related gripping of the fingers when manually removing the workpiece in relation to the stroke of the gripping module.
10. Procedure by aspect 8th or 9 , characterized in that a control unit restores the last gripping state after restoration of the power supply without letting go of a workpiece that has already been gripped.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Antriebsmotordrive motor
22: Getriebetransmission
33: Bewegungskopplungselement / elastisches ElementMovement coupling element / elastic element
44: erste Grundbackefirst base jaw
55: zweite Grundbackesecond base jaw
66: Greiffingergripping fingers
77: Greiffingergripping fingers
88th: Werkstückworkpiece
9, 9'9, 9 ': Bremsebrake
1010: Antriebswelledrive shaft
1111: Gebergiver
1212: Drehgeberencoders
1313: Steuerungseinheitcontrol unit
1414: erste ortsfeste Achsefirst fixed axis
1515: weitere ortsfeste Achse further stationary axis
FF: Greifkraft / HaltekraftGripping force / holding force
HH: Hubstroke
VV: Verlagerung der GrundbackeRelocation of the base jaw

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 0134819 A1 [0003, 0010]
DE 102016111124 A1 [0004, 0010]
US 2008/0181757 A1 [0005]

Claims

Gripping module for gripping an object, in particular a workpiece (8), with an electric drive motor (1) which has a drive shaft (10), and with a movement apparatus which has an adjustable base jaw (4) for receiving a gripping finger (6) and having a coupling device for the coupling of the movement of the drive motor (1) with the base jaw (4), wherein the coupling means includes a movement coupling element (3) with an elastically deformable section, which serves for biasing the moving apparatus by moving the drive shaft (10), characterized that the movement coupling element (3) for generating a gripping force F which is introduced from the coupling device into the adjustable base jaw (4) can be at least partially displaced under elastic deformation about an axis (14, 15) which is fixed to the drive shaft (10).

Gripping module Claim 1 , characterized in that the base jaw (4) can be adjusted by moving the drive motor (1) with a stroke H along a travel path and the elastically deformable movement coupling element (3) is designed in such a way that a displacement V. associated with the release of a pretension of the movement apparatus the base jaw (4) along the travel path is smaller than the stroke H.

Gripping module Claim 1 or 2 , characterized by a sensor (12) for determining a position of a gripping finger (6) picked up on the adjustable base jaw (4).

Gripping module for gripping an object, in particular a workpiece, with an electric drive motor (1) which has a drive shaft (10), with a movement apparatus which has a first adjustable base jaw (4) for receiving a gripping finger (6) and at least one further one Has base jaw (5) for receiving a further gripping finger (7), and with a coupling device for coupling the movement of the drive motor (1) with the first base jaw (4) and with the further base jaw (5), the coupling device being an elastically deformable movement coupling element (3), which is used for pretensioning the movement apparatus by moving the drive shaft (10), characterized in that the movement coupling element (3) for generating a from the coupling device in the first adjustable base jaw (4) and in the second adjustable base jaw (5) initiated gripping force F around an axis (14, 15) stationary to the drive shaft (10) is at least partially displaceable under an elastic deformation.

Gripping module Claim 1 , characterized in that the first base jaw (4) and the further base jaw (5) are adjustable by moving the drive motor (1) with a stroke H along a travel path and the elastically deformable movement coupling element (3) is designed such that one with the Removal of a preload on the movement apparatus associated displacement V of the first base jaw (4) and the further base jaw (5) along the travel path is smaller than the stroke H.

Gripping module Claim 4 or 5 , characterized by a sensor (12) for determining a position of a gripping finger (6) received on the adjustable first base jaw (4) and / or a gripping finger (7) picked up on the adjustable further base jaw (5).

Gripping module according to one of the Claims 1 to 6 , characterized by a mechanism for gripping force maintenance with a brake (9) for inhibiting a rotary movement of the drive shaft (10) of the drive motor (1).

Gripping module Claim 7 , characterized in that the brake is connected to the drive shaft (10) of the drive motor (1).

Gripping module Claim 8 , characterized in that the coupling device contains a gear (2) with gear stages, which is designed for transmitting a rotary movement of the drive shaft (10) to the motion coupling element.

Gripping module Claim 9 , characterized in that the brake (9) is connected to a gear stage of the gear (2).

Gripping module according to one of the Claims 7 to 10 , characterized in that the brake (9) is designed as a preferably electrically actuated holding brake.

Gripping module according to one of the Claims 7 to 11 , characterized by a control unit (13) which is designed to trigger the mechanism for maintaining the gripping force when a supply voltage for the electric drive motor (1) drops below a threshold value by closing the brake (9).

Gripping module Claim 12 , characterized in that the control unit (13) is designed to reset the mechanism for maintaining the gripping force when a supply voltage is present for the electric drive motor (1) by opening the brake (9).

Gripping module according to one of the Claims 1 to 13 , characterized in that the movement coupling element (3) is a toothed belt or a movement coupling element from the group of belt, coupling, elastomer coupling, nut, pinion, spindle-nut combination, rack and pinion combination.

Method for gripping an object with a gripping force F, in particular a workpiece (8), by means of a gripping module according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that the gripping force F is generated by elastically deforming the movement coupling element (3) by elastically deforming the movement coupling element (3) by introducing a torque into the movement coupling element (3).

Method for gripping an object, in particular a workpiece (8), by means of a gripping module according to one of the Claims 1 to 14 , characterized in that an absolute position of a gripping finger (5) received on the adjustable base jaw (4) is determined when the drive shaft (10) is restricted in motion, thereupon by means of the drive motor (1) a corresponding one of the elastic deformation of the movement coupling element (3) Torque is generated and the movement of the drive shaft (10) is then released.