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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für einen Roboter, die Greifvorrichtung aufweisend eine Greiferbasis, an der Greiferbasis gelenkig angeordnete Greiferfinger und an der Greiferbasis und/oder an den Greiferfingern angeordnet Wirkmodule. Außerdem betrifft die Erfindung einen Roboter.
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Aus dem Dokument
WO 2010/085952 A1 ist ein Greiferfinger bekannt mit einem Oberflächenbereich zum Klemmen, wobei dieser Bereich mit einer Membrane bedeckt ist, die wenigstens einen Abschnitt aufweist, der überwiegend aus einem Formgedächtnispolymer hergestellt ist. Die Membrane weist interne Hohlräume auf. Wenigstens eine Seite der Membrane weist Profile von mehreren Distanzelementen auf, sodass externe Kavitäten zwischen diesen Distanzelementen gebildet sind. Die Membran weist wenigstens ein Formprofil auf, das an ein korrespondierendes Gegenprofil des Greiferfingers angepasst ist. Zwischen der Membrane und dem Greiferfinger ist wenigstens ein Heizelement angeordnet. Wenigstens einer der internen Hohlräume und/oder wenigstens eine der externen Kavitäten ist mit einem kompressiblen und wärmeleitfähigen Material gefüllt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Greifvorrichtung strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Roboter strukturell und/oder funktionell zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Greifvorrichtung kann zum Aufnehmen, Handhaben, Bearbeiten und/oder Ablegen von Objekten dienen. Objekte können Werkstücke und/oder sonstige Gegenstände sein. Die Greifvorrichtung kann an einem Roboter anordenbar und/oder mithilfe eines Roboters kontrollierbar sein. Die Greifvorrichtung kann als Effektor dienen. Die Greifvorrichtung kann eine handartige Form aufweisen. Die Greifvorrichtung kann dann auch als Roboterhand bezeichnet werden. Die Greiferbasis kann dem Roboter zugeordnet sein und/oder zur Verbindung mit dem Roboter dienen. Die Greifvorrichtung kann wenigstens zwei Greiferfinger aufweisen. Die Greiferfinger können jeweils ein proximales Ende und ein distales Ende aufweisen. Die Greiferfinger können jeweils mehrere Fingerglieder aufweisen. Die Greiferfinger können jeweils wenigstens zwei Fingerglieder aufweisen. Die Fingerglieder können miteinander gelenkig verbunden sein. Die Greifvorrichtung kann Gelenke zur gelenkigen Anordnung der Greiferfinger an der Greiferbasis und/oder zur gelenkigen Verbindung der Fingerglieder miteinander aufweisen. Die Gelenke können jeweils einen Freiheitsgrad f=1, f=2 oder f=3 aufweisen. Die Gelenke können jeweils als Drehgelenk oder als Kugelgelenk ausgeführt sein.
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Die Wirkmodule können an den Fingergliedern angeordnet sein. Die Greiferbasis, die Greiferfinger und/oder die Fingerglieder können jeweils eine Innenseite aufweisen. Die Wirkmodule können an den Innenseiten angeordnet sein. Die Wirkmodule können auswechselbar sein. Die Wirkmodule können auswechselbar sein, um Defekte zu beheben oder andere Typen von Wirkmodulen zu verwenden. Die Wirkmodule können Temperatursensoren aufweisen.
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Die Greifvorrichtung kann kraftregelbar sein. Die Greifvorrichtung kann alternativ oder zusätzlich positionsregelbar sein. Die Greifvorrichtung kann Kraftaufnehmer aufweisen. Mithilfe der Kraftaufnehmer können Kontaktkräfte und/oder Drehmomente messbar sein. Als Kraftaufnehmer können Drucksensoren dienen. Die Kraftaufnehmer können an der Greiferbasis, an den Greiferfingern und/oder an den Wirkmodulen angeordnet sein.
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Die Greiferfinger können mithilfe einer Antriebsvorrichtung koordiniert bewegbar sein. Die Greiferfinger können mithilfe einer Antriebsvorrichtung relativ zu der Greiferbasis und/oder relativ zueinander koordiniert bewegbar sein. Die Antriebsvorrichtung kann Aktuatoren und/oder Getriebe aufweisen. Die Aktuatoren können als Elektromotoren, als Hydraulikmotoren, als Piezomotoren, mithilfe elektroaktiver Polymere (EAP) oder mithilfe von Formgedächtnislegierungen (shape memory alloy, SMA) ausgeführt sein. Die Getriebe können mithilfe von Zugelementen, insbesondere Seilen, und/oder Umlenkungen ausgeführt sein.
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Die Wirkmodule können dazu dienen, mit Objekten, insbesondere mit einer Oberfläche von Objekten, zusammenzuwirken. Die Wirkmodule können dazu dienen, mit Objekten, insbesondere mit einer Oberfläche von Objekten, kraftschlüssig, formschlüssig, stoffschlüssig und/oder thermisch zusammenzuwirken. Die Wirkmodule können dazu dienen, mit Objekten, insbesondere mit einer Oberfläche von Objekten, eine Wirkpaarung zu bilden. Die Wirkmodule können jeweils geschichtet aufgebaut sein.
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Die Kontaktschicht kann dazu dienen, mit Objekten, insbesondere mit einer Oberfläche von Objekten, zusammenzuwirken. „Nach außen wirksam“ kann in diesem Zusammenhang insbesondere eine Wirksamkeit auf Objekte, insbesondere auf eine Oberfläche von Objekten, bezeichnen. Die Kontaktschicht kann flexibel und/oder elastisch sein. Die Kontaktschicht kann außenseitig ein Silikonelastomermaterial aufweisen. Eine Außenseite der Kontaktschicht kann eine einem Objekt zugeordnete Seite sein. Das Silikonelastomermaterial kann wärmebeständig sein. Das Silikonelastomermaterial kann eine vorgegebene Ausgangsform aufweisen. Das Silikonelastomermaterial kann unter Auftreten von inneren Spannungen verformbar sein. Das Silikonelastomermaterial kann unter Wirkung innerer Spannungen in Richtung der vorgegebenen Ausgangsform beaufschlagbar sein. Die Kontaktschicht kann innenliegend ein Thermoplastmaterial aufweisen. Ein Aggregatzustand des Thermoplastmaterials kann durch thermische Beaufschlagung reversibel zwischen fest, thermoelastisch, thermoplastisch und/oder flüssig wechseln. Das Thermoplastmaterial kann ein Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), ein Polylactid (PLA) oder Polyethylen (PE) sein.
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Die Kontaktschicht kann außenseitig thermisch kontrollierbare Hafteigenschaften aufweisen. Eine Adhäsionsfähigkeit der Kontaktschicht kann mit steigender Temperatur erhöhbar und/oder mit sinkender Temperatur reduzierbar sein.
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Die Kontaktschicht kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass eine Wirksamkeit des Temperierelements ermöglicht ist. Die Kontaktschicht kann eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, sodass eine Wirksamkeit des Temperierelements auf Objekte ermöglicht ist. Die Kontaktschicht kann ein Material mit geringer Haftwirkung aufweisen. Die Kontaktschicht kann Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweisen.
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Das Temperierelement kann zum Erwärmen und/oder zum Kühlen dienen. Das Temperierelement kann resistiv, induktiv oder durch Infrarotstrahlung wirken. Das Temperierelement kann zwischen der Kontaktschicht und der Isolierschicht angeordnet sein. Die Kontaktschicht und/oder die Isolierschicht können/kann das Temperierelement umhüllen. Ein Wirkmodul kann ein einziges Temperierelement oder mehrere Temperierelemente aufweisen.
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Die Isolierschicht kann zur Anbindung des Wirkmoduls an die Greiferbasis, an einen Greiferfinger und/oder an ein Fingerglied dienen. Die Isolierschicht kann ein thermisch isolierendes Material aufweisen. Die Isolierschicht kann dazu dienen, einen Wärmeübergang von dem Temperierelement zu der Greiferbasis, einem Greiferfinger und/oder einem Fingerglied zu reduzieren oder zu verhindern.
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Der Roboter kann ein Industrieroboter, ein Erkundungsroboter, ein Medizinroboter, ein Personal Robot, ein Serviceroboter oder ein Transportroboter sein. Der Roboter kann einen Manipulator aufweisen. Die Greifvorrichtung kann an dem Manipulator angeordnet sein. Der Roboter kann eine Kontrollvorrichtung aufweisen. Die Kontrollvorrichtung kann zum Kontrollieren des Roboters und/oder der Greifvorrichtung dienen. Die Kontrollvorrichtung kann dazu dienen, Bewegungen und/oder Aktionen des Roboters /oder der Greifvorrichtung vorzugeben und/oder den Roboter /oder die Greifvorrichtung zu überwachen. Die Kontrollvorrichtung kann programmierbar sein. „Kontrollieren“ bezeichnet vorliegend insbesondere ein steuerungstechnisches und/oder regelungstechnisches Kontrollieren.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Roboterhand mit beheizter Innen- und Außenfläche.
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Der robotische Greifer/die Roboterhand kann mindestens zwei aktuierte Finger aufweisen, die an einer Basis montiert sind. Die Finger und die Basis können Kontaktflächen/-elemente aufweisen, mit denen ein gegriffener Körper in Kontakt stehen kann. Diese Kontaktflächen/-elemente können mit Heizelementen versehen sein und können geregelt auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden. Die Kontaktflächen können zudem entweder einen Thermoplast (Griffstabilität durch angepassten Formschluss), oder einen Kunststoff mit temperaturvariabler Adhäsion (Griffstabilität durch Adhäsion) oder ein nicht haftendes Material (Verbindung zweier Bauteile durch thermisch aktivierte Adhäsion zwischen den zu verbindenden Bauteilen) aufweisen.
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Die Kontaktelemente können austauschbar sein. Die Kontaktflächen/-elemente können kühlbar sein. Die Kontaktflächen/-elemente können Temperatursensoren aufweisen. Der Thermoplast kann mit einem geformten Silikon überzogen sein, welches bei aufgeheiztem, unbelastetem Thermoplast eine ursprüngliche Form der Kontaktfläche wiederherstellt. Die Finger können auf verschiedene Arten direkt oder in Verbindung mit einem Getriebe aktuiert sein (Elektromotor, Hydraulikmotor, EAP, SMA, Piezomotor). Die Finger können eine Drehmoment-/Kontaktkraftmessung aufweisen. Die Finger können kraftgeregelt sein. Die Finger können Drucksensoren aufweisen. Die Heizelemente können resistiv oder induktiv oder durch Infrarotstrahlung wirken. Die Erfindung kann einen Roboter mit dem betreffenden Greifer/der Roboterhand betreffen.
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Mit der Erfindung wird eine Greiffähigkeit verbessert. Eine Anpassungsfähigkeit, insbesondere für unterschiedliche Objektgeometrien, wird erhöht. Ein kraft- und/oder reibschlüssiger Griff kann durch Formschluss unterstützt oder ersetzt werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:
- 1 eine Greifvorrichtung mit Wirkmodulen, wobei die Wirkmodule jeweils eine nach außen wirksame Kontaktschicht mit einem Thermoplastmaterial und einem Silikonelastomermaterial und ein Temperierelement zum Temperieren des Thermoplastmaterials aufweisen, bei einem Anpassen an ein Objekt,
- 2 eine Greifvorrichtung mit Wirkmodulen, wobei die Wirkmodule jeweils eine nach außen wirksame Kontaktschicht mit einem Thermoplastmaterial und einem Silikonelastomermaterial und ein Temperierelement zum Temperieren des Thermoplastmaterials aufweisen, nach Anpassung an ein Objekt,
- 3 eine Greifvorrichtung mit Wirkmodulen, wobei die Wirkmodule jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit thermisch kontrollierbaren Hafteigenschaften aufweist,
- 4 eine Greifvorrichtung mit Wirkmodulen, wobei die Wirkmodule jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bei einem einseitigen gleitenden Anpressen und
- 5 eine Greifvorrichtung mit Wirkmodulen, wobei die Wirkmodule jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bei einem zweiseitigen gleitenden Anpressen.
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1 zeigt eine handförmige Greifvorrichtung 100 für einen Roboter. Die Greifvorrichtung 100 kann als Effektor an einem Roboter angeordnet und mithilfe eines Roboters kontrolliert werden und dient zum Aufnehmen, Handhaben, Bearbeiten und/oder Ablegen von Objekten, wie 102.
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Die Greifvorrichtung 100 weist eine Greiferbasis 104 und Greiferfinger, wie 106, 108, auf. Die Greiferfinger 106, 108 sind an der Greiferbasis 104 mithilfe von Gelenken, wie 110, angeordnet. Die Greiferfinger 106, 108 weisen jeweils Fingerglieder, wie 112, 114, auf. Die Fingerglieder 112, 114, sind mithilfe von Gelenken, wie 116, miteinander verbunden. Wirkmodule, wie 118, 120, 122, dienen dazu, mit einer Oberfläche von Objekten 102 zusammenzuwirken und mit diesen Wirkpaarungen zu bilden, um Objekte 102 zu greifen und/oder zu halten.
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Beispielsweise weist die Greifvorrichtung 100 drei Greiferfinger, wie 106, 108, auf, die an einer flächig ausgebildeten Greiferbasis 104 angebracht sind. Die Greiferfinger 106, 108 haben jeweils drei Gelenke, wie 116, die über Seilzüge von Motoren angetrieben werden, die in der Greiferbasis 104 untergebracht sind. Innere Kontaktflächen der Greiferfinger 106, 108 und der zwischen den Greiferfingern 106, 108 liegende Teil der Greiferbasis 104 sind mit geschichteten Wirkmodule, wie 118, 120, 122, versehen.
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Die Wirkmodule 118, 120, 122 können auch als Kontaktelemente bezeichnet werden. Die Wirkmodule 118, 120, 122 weisen jeweils eine thermisch isolierende Schicht auf, über die sie an eine Struktur der Greiferfinger 106, 108 bzw. der Greiferbasis 104 angebunden sind. Auf diese Schicht sind planare oder dreidimensionale resistive Heizelemente aufgebracht. Diese sind mit einer darüber liegenden Schicht Thermoplast (z.B. ABS, PLA, Polyethylen) verbunden. Eine äußere Silikonschicht bildet den Abschluss der Wirkmodule 118, 120, 122.
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Für das sich wiederholende Greifen eines gleichartigen Objekts 102 wird die Kontaktgeometrie der Handfläche an dieses Objekt angepasst, um einen stabilen Griff durch Formschluss zu ermöglichen. Hierfür wird der Thermoplast durch die Heizelemente erwärmt und wird plastisch verformbar. Dies geschieht je nach Thermoplast bei ca. 60 bis 100°C. Die darüber liegende Silikonschicht ist deutlich temperaturstabiler und erfährt durch das Aufheizen keine maßgebliche Veränderung ihrer Eigenschaften. Wenn der Thermoplast erwärmt ist, wird das Objekt 102, wie in 1 gezeigt, mit einer definierten Kraft gegriffen wodurch sich die Thermoplastschicht verformt und, wie in 2 gezeigt, eine Negativform des Objekts 102 annimmt. Darauf folgend wird das Heizen beendet und der Thermoplast kühlt verformt ab. Danach kann der Griff gelöst werden. In der Folge können gleiche oder formähnliche Objekte einfach gegriffen werden und die Griffe weisen eine hohe Stabilität durch Formschluss auf. Der Prozess ist reversibel und kann für andersgeformte Objekte erneut ausgeführt werden. Der Thermoplast wird erneut aufgeheizt und der geformte Silikonüberzug zieht die Wirkmodule 118, 120, 122 in die ursprüngliche Form.
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3 zeigt eine Greifvorrichtung 200 mit Wirkmodulen, wie 202, 204, 206, wobei die Wirkmodule 202, 204, 206 jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit thermisch kontrollierbaren Hafteigenschaften aufweisen.
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Beispielsweise sind die Heizelemente mit einer Kunststoffschicht überzogen, die durch Erwärmung ihr adhäsives Verhalten ändert und „klebriger“ wird. Ein Objekt 208 kann nun durch eine temperaturgesteuerte Erhöhung der Adhäsionskräfte stabiler gegriffen werden.
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Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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4 zeigt eine Greifvorrichtung 300 mit Wirkmodulen, wie 302, 304, 306, wobei die Wirkmodule 302, 304, 306 jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guter Gleitfähigkeit aufweisen, bei einem einseitigen gleitenden Anpressen.
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Die mehrfingrige, aktuierte Greifvorrichtung 300 weist an Innenflächen von Greiferfingern 308, 310 geschichtete Wirkmodule 302, 304, 306 auf. Die Heizelemente sind jeweils mit einer wärmeleitenden Schicht mit geringer Haftwirkung (z.B. Teflon) abgeschlossen. Zwei dünne Objekte 312, 314 (z.B. Folien oder dünne Platten) können nun über einen thermisch aktivierten Klebstoff verbunden werden. Hierfür werden die Objekte 312, 314 durch die Greifvorrichtung 300 an Klebestellen in Kontakt gebracht und in einer Haltevorrichtung (z.B. zweite Greifvorrichtung, wie Greifvorrichtung 300) fixiert. Mit dem aufgeheizten Kontaktelement der Greifvorrichtung 300 wird nun über die Klebestelle gestrichen und somit der zwischen den Objekten 312, 314 aufgebrachte Kleber aktiviert, wodurch die Objekte 312, 314 durch Klebung verbunden werden.
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Eine Greifvorrichtung 300 mit der beheizten nicht haftenden Kontaktfläche gleitet unter einer definiert geregelten Anpresskraft über ein dünnes erstes Objekt 312. Dieses wird durch die beheizte Kontaktfläche erwärmt und mittels eines thermisch aktivierten Klebstoffs auf der Oberfläche eines zweiten Objekts 314 mit diesem verbunden.
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Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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5 zeigt eine Greifvorrichtung 400 mit Wirkmodulen, wie 402, 404, 406, wobei die Wirkmodule 402, 404, 406 jeweils ein Temperierelement und eine Kontaktschicht mit hoher Wärmeleitfähigkeit aufweisen, bei einem zweiseitigen gleitenden Anpressen.
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Die Greifvorrichtung 400 gleitet unter einer definiert geregelten Anpresskraft über ein erstes und ein zweites dünnes Objekt 408, 410. Diese werden durch die beheizten Kontaktflächen erwärmt und mittels eines thermisch aktivierten Klebstoffs auf der Oberfläche eines dickeren, zwischen erstem und zweitem Objekt 408, 410 liegenden dritten Objekt 412 mit diesem verbunden.
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Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen.
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Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.
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Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Greifvorrichtung
- 102
- Objekt
- 104
- Greiferbasis
- 106
- Greiferfinger
- 108
- Greiferfinger
- 110
- Gelenk
- 112
- Fingerglied
- 114
- Fingerglied
- 116
- Gelenk
- 118
- Wirkmodul
- 120
- Wirkmodul
- 122
- Wirkmodul
- 200
- Greifvorrichtung
- 202
- Wirkmodul
- 204
- Wirkmodul
- 206
- Wirkmodul
- 208
- Objekt
- 300
- Greifvorrichtung
- 302
- Wirkmodul
- 304
- Wirkmodul
- 306
- Wirkmodul
- 308
- Greiferfinger
- 310
- Greiferfinger
- 312
- Objekt
- 314
- Objekt
- 400
- Greifvorrichtung
- 402
- Wirkmodul
- 404
- Wirkmodul
- 406
- Wirkmodul
- 408
- Objekt
- 410
- Objekt
- 412
- Objekt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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