DE102020100567B4

DE102020100567B4 - Handhabungsvorrichtung mit pneumatisch aktivierbarem Endeffektor an einer Schwenkeinheit

Info

Publication number: DE102020100567B4
Application number: DE102020100567.9A
Authority: DE
Inventors: Matthias Frey; Simon Eisele; Florian Schittenhelm; Bernd Heinzmann; Jan Gauß
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2040-01-14
Also published as: CN113103271A; DE102020100567A1; US20210213629A1; US11660766B2

Abstract

Handhabungsvorrichtung (10) zum Handhaben von Gegenständen, umfassend- eine Basiseinheit (16), welche sich insgesamt länglich, insbesondere stabartig, entlang einer Basisachse (20) von einem ersten Ende (22) zu einem zweiten Ende (24) erstreckt, wobei an dem ersten Ende (22) ein Flanschabschnitt (26) zur Befestigung der Handhabungsvorrichtung (10) an einem Roboterarm (12) angeordnet ist undwobei an dem zweiten Ende (24) eine Schwenkeinheit (28) mit einem Schwenkabschnitt (36) angeordnet ist, wobei der Schwenkabschnitt (36) über ein Schwenkgelenk (38) um eine Schwenkachse (40) verschwenkbar gelagert ist,wobei die Basiseinheit (16) einen Pneumatikzylinder (50) zum Verschwenken des Schwenkabschnitts (36) um die Schwenkachse (40) aufweist; und- einen pneumatisch aktivierbaren Endeffektor (42) zum Greifen eines Gegenstands, wobei der Endeffektor an den Schwenkabschnitt (36) ankoppelbar oder angekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (16) eine integrierte Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) umfasst und als Baueinheit mit einem eigenen Modulgehäuse (18) aufgebaut ist, wobei es sich bei der Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) um einen Ejektor zur Erzeugung von Unterdruck aus Druckluft handelt, wobei das Modulgehäuse (18) sich länglich entlang der Basisachse (20) erstreckend ausgebildet ist und insbesondere den Pneumatikzylinder (50) und die Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) umgrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung zum Handhaben von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Handhabungsvorrichtungen finden beispielsweise beim Kommissionieren von Waren in Warenlagern Verwendung und dienen dort insbesondere dazu, Warengegenstände aus einem Lagerbehälter mit einer Mehrzahl von Warengegenständen zu greifen (sog. „bin-picking“ oder „Griff in die Kiste“) und nach dem Greifen die Warengegenstände aus einem anderen Ort zu verbringen. Um Gegenstände auch aus Eckbereichen des Lagerbehälters greifen zu können, weisen derartige Handhabungsvorrichtungen üblicherweise eine länglich erstreckte Basiseinheit auf, an deren Ende ein Endeffektor zum Greifen des Gegenstands angeordnet ist, bspw. ein mit Unterdruck aktivierbarer Sauggreifer.
Aus der WO 2014/040843 A1 ist eine Handhabungsvorrichtung bekannt, mit einem Längsarm, an dessen ersten Ende eine Haltevorrichtung zur Befestigung der Handhabungsvorrichtung an einem Roboterarm angeordnet ist und an dessen zweiten Ende ein Knickarm angeordnet ist, welcher über einen Druckzylinder um eine Schwenkachse verschwenkbar ist. Der Knickarm ist über eine Kopplungseinrichtung mit einem Saugbalg verbunden, welcher zum Ansaugen und Greifen des Gegenstands über eine externe Unterdruckversorgungsleitung mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Zum Verschwenken des Knickarms ist der Druckzylinder über externe Überdruckversorgungsleitungen mit Druckluft beaufschlagbar. Bei einem solchen Aufbau bilden die außenliegenden Unter- und Überdruckversorgungsleitungen Störkonturen und können bei der Handhabung von Gegenständen hinderlich sein, insbesondere beim „bin-picking“. Beispielsweise ist es denkbar, dass sich Gegenstände in den Versorgungsleitungen verhaken und somit entweder ungewollt mitgegriffen werden oder die Versorgungsleitungen abreißen. Zudem kann es vorkommen, dass der außenliegende Druckzylinder beim Greifen in einen Behälter beschädigt wird.
Weitere Handhabungsvorrichtungen sind aus DE 10 2018 114 341 B3 , EP 0 008 379 A1 , DE 10 2017 009 319 B3 und WO 2016/029 299 A1 bekannt.
Hiervon ausgehend beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, die Handhabung von Gegenständen flexibel und möglichst störungsfrei zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch eine Handhabungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Handhabungsvorrichtung umfasst eine Basiseinheit, welche sich insgesamt länglich, insbesondere stabartig, entlang einer Basisachse von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende erstreckt. Darüber hinaus umfasst die Handhabungsvorrichtung einen Flanschabschnitt, welcher an dem ersten Ende der Basiseinheit angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die Handhabungsvorrichtung mit dem Roboterarm zu verbinden.
Die Handhabungsvorrichtung weißt außerdem einen pneumatisch aktivierbaren Endeffektor zum Greifen eines Gegenstands auf. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Endeffektor als Sauggreifer zum Ansaugen und Greifen eines Gegenstands ausgebildet ist. Es ist auch denkbar, dass es sich bei dem Endeffektor um einen pneumatischen aktivierbaren mechanischen Greifer handelt, z.B. in Form von Fluid-Elastomer-Aktoren.
Der Endeffektor ist bei bestimmungsgemäßem Betrieb der Handhabungsvorrichtung an den Schwenkabschnitt angekoppelt. Grundsätzlich ist eine feste Montage des Endeffektors denkbar. Vorteilhaft kann aber auch sein, dass der Endeffektor lösbar an den Schwenkabschnitt ankoppelbar ist. Hierzu kann die Handhabungsvorrichtung eine Kopplungseinrichtung umfassen, mittels welcher der Endeffektor entlang einer Kopplungsachse an den Schwenkabschnitt ankoppelbar oder angekoppelt ist. Vorzugsweise ist die Kopplungseinrichtung derart ausgebildet, dass der Endeffektor an den Schwenkabschnitt wiederholt ankoppelbar und entkoppelbar ist.
Die Handhabungsvorrichtung umfasst außerdem eine Schwenkeinheit, welche an dem zweiten Ende der Basiseinheit angeordnet ist. Die Schwenkeinheit weist einen Schwenkabschnitt und ein Schwenkgelenk auf, wobei der Schwenkabschnitt mittels des Schwenkgelenks um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist. Dabei verläuft die Schwenkachse insbesondere nicht parallel zu der Basisachse, vorzugsweise senkrecht zur Basisachse.
Die Basiseinheit umfasst einen Pneumatikzylinder (im Sinne eines pneumatischen Antriebs), welcher derart mit der Schwenkeinheit zusammenwirkt, dass der Schwenkabschnitt mittels des Pneumatikzylinders um die Schwenkachse zu verschwenkbar ist. Insbesondere umfasst der Pneumatikzylinder einen Kolben, welcher entlang einer Verschiebeachse hin und her bewegbar ist.
Die Basiseinheit umfasst außerdem eine integrierte Unterdruckerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Unterdruck. Bei der Unterdruckerzeugungseinrichtung handelt es sich um einen Ejektor zur Erzeugung von Unterdruck aus Druckluft.
Die Basiseinheit ist als Baueinheit mit einem eigenen Modulgehäuse aufgebaut, wobei das Modulgehäuse sich länglich entlang der Basisachse erstreckend ausgebildet ist. Insbesondere ist das Modulgehäuse derart ausgebildet, dass der Pneumatikzylinder und die Unterdruckerzeugungseinrichtung von dem Modulgehäuse eingefasst, insbesondere umgrenzt, sind.
Eine solche Handhabungsvorrichtung weist besonders geringe Störkonturen beim Greifen von Gegenständen auf. Dadurch, dass ein zur Betätigung des Endeffektors erforderlicher Unterdruck in der Handhabungsvorrichtung selbst erzeugt werden kann, ist es bei einer solchen Handhabungsvorrichtung insbesondere nicht erforderlich, den Endeffektor über externe pneumatisch Versorgungsleitungen, insbesondere Schläuche, mit Unterdruck zu versorgen. Dies vermeidet, dass externe Versorgungsleitungen eine Störkontur beim Handhaben von Gegenständen bilden. Insbesondere muss einer solchen Handhabungsvorrichtung mit integrierter Unterdruckerzeugungseinrichtung überhaupt kein Unterdruck extern zugeführt werden, sondern lediglich Druckluft, was technisch einfacher realisierbar ist. Eine Störkontur ist bei einer derartigen Handhabungsvorrichtung auch dadurch reduziert, dass die Basiseinheit ein Modulgehäuse aufweist, welches insbesondere den Pneumatikzylinder und die Unterdruckerzeugungseinrichtung einfasst. Auf diese Weise sind Pneumatikzylinder und Unterdruckerzeugungseinrichtung vor Umgebungseinflüssen geschützt. Insbesondere ist das Risiko minimiert, dass Gegenstände an Vorsprüngen oder Vertiefungen des Pneumatikzylinders oder der Unterdruckerzeugungseinrichtung hängen bleiben und diese dabei möglicherweise beschädigen. Eine derartige Handhabungsvorrichtung ist insofern besonders robust ausgebildet, sodass auch nach vielen Greifzyklen in einen Lagerbehälter mit einer Mehrzahl von Gegenständen eine zuverlässige Funktion gewährleistet ist.
Eine vorteilhafte Formgebung mit geringer Störkontur ergibt sich beispielsweise dann, wenn das Modulgehäuse zylindrisch um die Basisachse erstreckend ausgebildet ist, also insbesondere im Querschnitt entlang der Basisachse betrachtet eine kreisrunde Außenkontur aufweist. Vorzugsweise ist ein Durchmesser des Modulgehäuses im Querschnitt entlang der Basisachse betrachtet kleiner als ein Durchmesser eines Roboterarms, mit welchen die Handhabungsvorrichtung verbunden ist, zumindest aber nicht größer.
Durch Verschwenken des Schwenkabschnitts um die Schwenkachse ist es möglich, eine Orientierung des Endeffektors zu verändern. Hierdurch können Gegenstände in unterschiedlichen Positionen und Lagen auf einfache Weise gegriffen werden. Dies ist insbesondere beim „bin-picking“ von Vorteil, wobei Warengegenstände regelmäßig ungeordnet, d.h. mit unterschiedlichen Orientierungen, im Lagerbehälter liegen und folglich die zum Greifen geeigneten Bereiche der Außenflächen verschiedener Gegenstände unterschiedlich orientiert sind. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Schwenkabschnitt stufenlos um die Schwenkachse verschwenkbar ist. Insbesondere liegt ein maximaler Schwenkwinkel des Schwenkabschnitts zwischen 0° und einschließlich 90°, insbesondere bei 30°, weiter insbesondere bei 45°.
Die Kopplungseinrichtung ist insbesondere dazu ausgebildet, den Endeffektor an dem Schwenkabschnitt lösbar zu befestigen und gleichzeitig wenigstens eine Fluidverbindung zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt herzustellen. Insbesondere ist die Kopplungseinrichtung derart ausgebildet, dass die wenigstens eine Fluidverbindung beim Befestigen des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt ausgebildet wird. Dies ermöglicht einen einfachen Endeffektor-Wechsel. Insbesondere kann auf diese Weise ein Endeffektor-Wechsel automatisiert durchgeführt werden.
Es ist denkbar, dass die Kopplungseinrichtung eine Magnetverbindung umfasst, welche zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt wirksam ist. Insbesondere umfasst die Magnetverbindung wenigstens ein Magnetelement, welches an dem Schwenkabschnitt angeordnet ist, und wenigstens ein mit dem Magnetelement unter Ausbildung einer Magnetkraft zusammenwirkendes Gegenmagnetelement, welches an dem Endeffektor angeordnet ist. Dann ist zur Befestigung des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt nur eine lineare Relativbewegung zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt entlang der Kopplungsachse erforderlich. Ein Lösen der Magnetverbindung kann auf einfache Weise durch Verkippen des Endeffektors relativ zu dem Schwenkabschnitt erfolgen. Insofern sind lediglich einfache Bewegungsmuster zum An- bzw. Entkoppeln des Endeffektors an den Schwenkabschnitt erforderlich, was einen automatisierten Endeffektor-Wechsel begünstigt. Es ist denkbar, dass das Magnetelement und das Gegenmagnetelement als Permanentmagneten ausgebildet sind. Es ist auch denkbar, dass entweder das Magnetelement oder das Gegenmagnetelement als Permanentmagnet ausgebildet ist und das jeweils andere Element aus einem magnetisierbaren Material, bspw. einem Metall, hergestellt ist. Auch ist es denkbar, dass die Magnetverbindung einen Elektromagneten umfasst.
Zur Versorgung des Endeffektors mit Unterdruck ist es ferner bevorzugt, wenn eine innenliegende Unterdruckführung vorgesehen ist. Die Unterdruckdurchführung ist insbesondere dazu ausgebildet, Unterdruck von der Unterdruckerzeugungseinrichtung zu dem Endeffektor zu leiten. Insbesondere erstreckt sich die Unterdruckführung abschnittsweise in dem Modulgehäuse. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Unterdruckführung schlauchlos ausgebildet ist. Dies vermeidet, dass Schlauchverbindungen eine Störkontur beim Handhaben von Gegenständen bilden. Zudem wird durch die Einsparung des Schlauchmaterials ein geringes Eigengewicht der Handhabungsvorrichtung erzielt, was den Einsatz von Leichtbaurobotern mit vergleichsweise geringer Tragkraft ermöglicht.
Um eine Unterdruckversorgung des Endeffektors auch während einer Verschwenkbewegung des Schwenkabschnitts um die Schwenkachse zu gewährleisten, ist es bevorzugt, wenn die Unterdruckführung durch das Schwenkgelenk verläuft. Insofern ist die Unterdruckführung insbesondere derart ausgebildet, dass Unterdruck durch das Schwenkgelenk durchgeführt wird.
Zu diesem Zweck kann das Schwenkgelenk eine Hohlwelle umfassen, welche insbesondere konzentrisch um die Schwenkachse angeordnet ist. Die Hohlwelle weist insbesondere wenigstens eine erste Fluidöffnung und wenigstens eine zweite Fluidöffnung auf, wobei die erste und die zweite Fluidöffnung miteinander fluidisch verbunden sind. Die wenigstens eine erste Fluidöffnung ist dabei insbesondere mit einem zur Unterdruckerzeugungseinrichtung führenden Fluidkanal der Basiseinheit fluidisch verbunden. Die wenigstens eine zweite Fluidöffnung ist insbesondere mit einem Schwenkabschnittseitigen Fluidkanal fluidisch verbunden. Insbesondere sind die wenigstens eine erste Fluidöffnung und die wenigstens eine zweite Fluidöffnung derart ausgebildet und angeordnet, dass eine jeweilige Fluidverbindung beim Verschwenken des Schwenkabschnitts um die Schwenkachse hergestellt bleibt.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schwenkeinheit als von der Basiseinheit separat bereitgestellte modulare Baueinheit ausgebildet. Dann umfasst die Schwenkeinheit insbesondere einen Verbindungsabschnitt, welcher mit dem Modulgehäuse der Basiseinheit verbindbar ist (insbesondere lösbar verbindbar und insbesondere wiederverbindbar) und an welchem der Schwenkabschnitt über das Schwenkgelenk verschwenkbar gelagert ist. Um Unter- bzw. Überdruck zwischen Basiseinheit und Schwenkeinheit zu übertragen, umfasst der Verbindungsabschnitt vorzugsweise wenigstens eine Fluid-Schnittstelle, welche dazu ausgebildet ist, mit einer an dem Modulgehäuse der Basiseinheit angeordneten Fluid-Schnittstelle verbunden zu werden. Vorzugsweise sind die Fluid-Schnittstellen derart ausgebildet und angeordnet, dass sie beim Befestigen der Schwenkeinheit an der Basiseinheit eine Fluidverbindung ausbilden. Vorzugsweise ist die Fluid-Schnittstelle des Verbindungsabschnitts mit der ersten Fluidöffnung der Hohlwelle fluidisch verbunden.
Zur Versorgung der Handhabungsvorrichtung mit Unter- und/oder Überdruck ist es ferner bevorzugt, wenn der Flanschabschnitt wenigstens einen pneumatischen Versorgungsanschluss zur Verbindung mit einer externen Fluidversorgung (Unter- oder Überdruck) aufweist. Vorzugsweise ist der wenigstens eine pneumatische Versorgungsanschluss an einer Stirnseite des Flanschabschnitts angeordnet, über welche der Flanschabschnitt mit einem Werkzeugflansch eines Roboterarm verbindbar ist. Dann ist der wenigstens eine pneumatische Versorgungsanschluss insbesondere dazu ausgebildet ist, um mit einer Fluid-Schnittstelle des Werkzeugflanschs des Roboterarms verbunden zu werden. Bei einer solchen Ausgestaltung erfolgt insofern eine Versorgung der Handhabungsvorrichtung mit Unter- und/oder Überdruck von „oben“, sodass im Bereich der stabartigen Basiseinheit keine außenliegenden Schläuche erforderlich sind. 30 Hierdurch können Störkonturen weiter reduziert werden.
Insbesondere umfasst der Flanschabschnitt wenigstens einen Überdruck-Versorgungsanschluss, welcher mit der Unterdruckerzeugungseinrichtung über einen im Modulgehäuse eingefassten Überdruckkanal fluidisch verbunden ist. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Flanschabschnitt wenigstens einen Überdruck-Versorgungsanschluss aufweist, welcher mit dem Pneumatikzylinder über einen in dem Modulgehäuse eingefassten Überdruckkanal fluidisch verbunden sind.
Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn der Flanschabschnitt wenigstens einen Überdruck-Versorgungsanschluss aufweist, welcher mit einer Überdruckdurchführung zur Versorgung des Endeffektors mit Überdruck verbunden ist. Die Überdruckdurchführung ist insbesondere dazu ausgebildet, Überdruck von wenigstens einem Überdruck-Versorgungsanschluss des Flanschabschnitts zu dem Endeffektor zu leiten. Vorzugsweise ist die Überdruckdurchführung in dem Modulgehäuse eingefasst und verläuft insbesondere über die volle Länge des Modulgehäuses von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht es einerseits, mit Überdruck betätigbare Endeffektoren zu verwenden (bspw. mit Überdruck verlagerbare mechanische Greiffinger). Zudem ermöglicht es eine solche Ausgestaltung, einen als Sauggreifer ausgebildeten Endeffektor schnell zu belüften und einen angesaugten Gegenstand abzublasen.
In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Kopplungseinrichtung dazu ausgebildet ist, beim Ankoppeln des Endeffektors an den Schwenkabschnitt sowohl eine Unterdruck-Fluidverbindung als auch eine Überdruck-Fluidverbindung zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt herzustellen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht hierzu vor, dass der Schwenkabschnitt an einer Koppelseite einen Unterdruckauslass und einen Überdruckauslass aufweist und dass der Endeffektor an einer entsprechenden Gegenkoppelseite wahlweise einen Unterdruckeinlass und/oder einen Unterdruckeinlass aufweist. Es ist denkbar, dass der Endeffektor nur einen Unterdruckeinlass oder nur einen Überdruckeinlass aufweist. Dann kann der Endeffektor insbesondere derart ausgebildet sein, dass der jeweils andere Auslass an der Koppelseite des Schwenkabschnitts im angekoppelten Zustand abgedichtet ist. Insofern kann wahlweise Unterdruck oder Überdruck abgegriffen werden (modulares System). Es ist auch denkbar, dass der Endeffektor sowohl einen Unterdruckeinlass als auch einen Überdruckeinlass aufweist. Dies ermöglicht es beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Endeffektors als Sauggreifer, einen Gegenstand zunächst über den Unterdruckeinlass anzusaugen und dann zum mittels Überdruck abzublasen. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Endeffektor einen Kopplungsadapter zur Ankopplung an den Schwenkabschnitt umfasst. Insbesondere ist der Kopplungsadapter derart ausgebildet, dass verschiedene Wechseleinsätze mit wahlweise Unterdruckeinlass und/oder Überdruckeinlass in den Kopplungsadapter einsetzbar sind.
Vorzugsweise sind der wenigstens eine Unterdruckauslass und der wenigstens eine Unterdruckeinlass bzw. der wenigstens eine Überdruckauslass und der wenigstens eine Überdruckeinlass derart ausgebildet und relativ zueinander angeordnet, dass der wenigstens eine Unterdruckauslass und der wenigstens eine Unterdruckeinlass bzw. der wenigstens eine Überdruckauslass und der wenigstens eine Überdruckeinlass beim Befestigen des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt eine Fluidverbindung ausbilden und diese beim Entkoppeln wieder getrennt wird. Hierdurch wird ein automatisierter Wechsel des Endeffektors begünstigt.
Zur Abdichtung einer jeweiligen Fluidverbindung zwischen Überdruckauslass und Überdruckeinlass bzw. Unterdruckauslass und Unterdruckeinlass können Dichtungselemente, zum Beispiel in Form von O-Ringen oder Schaumdichtungen, vorgesehen sein.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Handhabungsvorrichtung ist die Kopplungseinrichtung derart ausgebildet, dass sie in mehreren vorgegebenen Drehorientierungen des Endeffektors um die Kopplungsachse relativ zu dem Schwenkabschnitt, insbesondere aber in jeder Drehorientierung des Endeffektors um die Kopplungsachse, zur Ankopplung des Endeffektors wirksam ist. Insofern ist die Kopplungseinrichtung insbesondere derart ausgebildet, dass der Endeffektor in mehreren vorgegebenen Drehorientierungen an dem Schwenkabschnitt befestigt werden kann und zugleich eine Unterdruck-Fluidverbindung und/oder eine Überdruck-Fluidverbindung zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt in diesen Drehorientierungen ausbildbar ist. Dies ermöglicht es, den Endeffektor in unterschiedlichen Drehorientierung an dem Schwenkabschnitt anzuordnen und mit Unter- und/oder Überdruck zu versorgen.
Zur Befestigung des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt kann die Kopplungseinrichtung beispielsweise eine vorstehend beschriebene Magnetverbindung umfassen. Um eine Befestigung des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt in unterschiedlichen Drehorientierungen zu ermöglichen, ist es insbesondere bevorzugt, wenn das wenigstens eine Magnetelement und/oder das wenigstens eine Gegenmagnetelement sich um die Kopplungsachse ring- oder ringabschnittsförmig erstreckend ausgebildet ist.
Um eine Fluidverbindung zwischen Endeffektor und Schwenkabschnitt auch in unterschiedlichen Drehorientierungen des Endeffektors ausbilden zu können, ist es zudem bevorzugt, wenn der wenigstens eine Unterdruckauslass und/oder der wenigstens eine Unterdruckeinlass bzw. der wenigstens eine Überdruckauslass und/oder der wenigstens eine Überdruckeinlass jeweils mit einem Öffnungsquerschnitt in der Koppelseite des Schwenkabschnitts bzw. in der Gegenkoppelseite des Endeffektors ausmünden, wobei der Öffnungsquerschnitt rotationssymmetrisch um die Kopplungsachse herum ausgedehnt ist, insbesondere ring-oder ringabschnittsförmig. Insbesondere sind der wenigstens eine Unterdruckauslass und der wenigstens eine Überdruckauslass konzentrisch um die Kopplungsachse angeordnet. Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn der Überdruckauslass sich kreisförmig um die Kopplungsachse erstreckend ausgebildet ist und wenn der Unterdruckauslass - von dem Unterdruckauslass radial beabstandet - ringförmig um die Kopplungsachse erstreckend ausgebildet ist. Dann weist der Unterdruckauslass einen vergleichsweise großen Öffnungsquerschnitt auf, sodass ein hoher Volumenstrom durchleitbar ist. Dies ermöglicht es, bei Ausgestaltung des Endeffektors als Sauggreifer einen Gegenstand auch bei Leckage sicher anzusaugen. Bei einer Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung mit Magnetverbindung ist das wenigstens eine Magnetelement dann insbesondere derart ausgebildet, dass es sich ring- oder ringabschnittsförmig um die Kopplungsachse herum erstreckt und insbesondere zwischen Unterdruckauslass und Überdruckauslass angeordnet ist.
Um ein unerwünschtes Verdrehen des Endeffektors um die Kopplungsachse relativ zu dem Schwenkabschnitt zu verhindern, ist es ferner bevorzugt, wenn eine Verdrehsicherungseinrichtung vorgesehen ist, welche zwischen Schwenkabschnitt und Endeffektor wirksam ist und welche dazu ausgebildet ist, eine Verdrehsicherung um die Kopplungsachse zu bewirken.
Vorzugsweise umfasst die Verdrehsicherungseinrichtung einen ersten Verdrehsicherungsabschnitt, welcher an dem Schwenkabschnitt angeordnet ist, und einen zweiten Verdrehsicherungsabschnitt, welcher an dem Endeffektor angeordnet ist. Insbesondere sind der erste Verdrehsicherungsabschnitt und der zweite Verdrehsicherungsabschnitt derart ausgebildet, dass sie im angekoppelten Zustand des Endeffektors an dem Schwenkabschnitt in Drehrichtung um die Kopplungsachse gesehen miteinander formschlüssig zusammenwirken. Zu diesem Zweck kann der erste Verdrehsicherungsabschnitt oder der zweite Verdrehsicherungsabschnitt mehrere Vertiefungen, bspw. in Form von lokalen Ausnehmungen, aufweisen, welche entlang eines Umfangs um die Kopplungsachse zueinander versetzt angeordnet sind. Der zweite oder der erste Verdrehsicherungsabschnitt kann dann wenigstens einen Vorsprung, insbesondere mehrere Vorsprünge, aufweisen, wobei der wenigstens eine Vorsprung derart angeordnet ist, dass er - zur Definition einer Drehorientierung des Endeffektors um die Kopplungsachse relativ zu dem Schwenkabschnitt - wahlweise in unterschiedlichen Vertiefungen anordenbar ist. Vorzugsweise sind die Vertiefungen entlang eines Umfangs um die Kopplungsachse gleichmäßig verteilt angeordnet.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Basiseinheit ein Belüftungsventil umfasst, welches mit dem Endeffektor fluidisch verbunden ist. Dies ermöglicht es, beispielsweise bei einer Ausgestaltung des Endeffektors als Sauggreifer, diesen schnell zu belüfteten und somit einen angesaugten Gegenstand schnell abzulegen.
Auch kann es vorteilhaft sein, wenn die Basiseinheit eine Ventileinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, eine Unter- bzw. Überdruckversorgung der Handhabungsvorrichtung zu steuern. Dann kann der Flanschabschnitt optional ferner eine elektrische Schnittstelle zur Ansteuerung der Ventileinrichtung aufweisen. Insbesondere ist die Ventileinrichtung dazu ausgebildet, eine Überdruckversorgung des Pneumatikzylinders zu steuern, und somit eine Schwenkbewegung des Schwenkabschnitts um die Schwenkachse zu steuern. Insbesondere ist die Ventileinrichtung in dem Modulgehäuse angeordnet, vorzugsweise von dem Modulgehäuse umgrenzt.
Es ist auch denkbar, dass die Handhabungseinrichtung ein Ventilmodul umfasst, welches von der Basiseinheit separat bereitgestellt ist und zwischen Flanschabschnitt und Roboterarm anordenbar ist. Insbesondere ist das Ventilmodul dazu ausgebildet, eine Unter- bzw. Überdruckversorgung der Handhabungsvorrichtung zu steuern, insbesondere Überdruck-Werte und/oder Unterdruck-Werte zu überwachen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Handhabungsvorrichtung außerdem ein Kameramodul umfassen mit wenigstens einer Kamera, welche dazu ausgebildet ist, Position und Lage eines zu greifenden Gegenstands, insbesondere Position und Lage einer Außenfläche des Gegenstands, zu erkennen. Dies ermöglicht es, vor dem Anfahren des Endeffektors an einen Gegenstand, den Gegenstand zu charakterisieren, insbesondere eine Greifposition auf dem Gegenstand zu erkennen. Das Kameramodul ist vorzugsweise an der Basiseinheit oder an dem Flanschabschnitt angeordnet. Insbesondere ist das Kameramodul über eine Halteeinrichtung an einer Außenseite des Modulgehäuses oder des Flanschabschnitts gehaltert. Um eine freie Sicht auf einen Greifbereich zu gewährleisten, kann es hierbei vorteilhaft sein, wenn die wenigstens eine Kamera in einer zu der Außenseite des Modulgehäuses radial beabstandeten Position gehaltert ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 vereinfachte schematische Darstellung einer Ausgestaltung der Handhabungsvorrichtung im befestigten Zustand an einem Roboterarm;
2 skizzierte Darstellung einer Ausgestaltung der Handhabungsvorrichtung mit Schwenkabschnitt in einer Ausgangskonfiguration in einer Vorderansicht;
3 skizzierte Darstellung der Handhabungsvorrichtung gemäß 2 mit Schwenkabschnitt in einer Verschwenkkonfiguration in einer Seitenansicht;
4 skizzierte Darstellung der Handhabungsvorrichtung gemäß 3 in einem Vertikalschnitt;
5 skizzierte Darstellung einer Basiseinheit der Handhabungsvorrichtung gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht;
6 skizzierte Darstellung einer Schwenkeinheit der Handhabungsvorrichtung gemäß 2 in einer perspektivischen Ansicht;
7 skizzierte Darstellung der Schwenkeinheit gemäß 7 in einer Schnittansicht;
8 skizzierte Darstellung einer Ausgestaltung eines Endeffektors der Handhabungsvorrichtung; und
9a, 9b skizzierte Darstellung eines Kopplungsadapters des Endeffektors gemäß 8 in einer Unterdruck-Konfiguration (Ansicht a) und in einer Überdruck-Konfiguration (Ansicht b), jeweils in Draufsicht.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Handhabungsvorrichtung 10 zum Greifen und Handhaben von Gegenständen (nicht dargestellt). Die Handhabungsvorrichtung 10 ist, wie in 1 schematisch dargestellt, insbesondere dazu ausgebildet, um mit einem Roboterarm 12 eines Roboters 14 verbunden zu werden und von diesem manövriert zu werden.
Die Handhabungsvorrichtung 10 umfasst eine Basiseinheit 16, welche sich mit einem Modulgehäuse 18 stabartig entlang einer Basisachse 20 zwischen einem ersten Ende 22 und einem zweiten Ende 24 erstreckt. Beispielhaft und bevorzugt ist das Modulgehäuse 18 kreiszylindrisch ausgebildet.
Die Handhabungsvorrichtung 10 umfasst ferner einen Flanschabschnitt 26, welcher an dem ersten Ende 22 der Basiseinheit 16 angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, die Handhabungsvorrichtung 10 mit dem Roboterarm 12 zu verbinden. Zu diesem Zweck kann der Flanschabschnitt 26 in an sich bekannter Weise entsprechende Befestigungsmittel (nicht dargestellt) zur Verbindung des Flanschabschnitts 26 mit einem Werkzeugflansch des Roboterarms 12 umfassen.
Die Handhabungsvorrichtung 10 umfasst außerdem eine, vorzugsweise von der Basiseinheit 16 separat bereitgestellte, Schwenkeinheit 28, welche an dem zweiten Ende 24 der Basiseinheit 16 angeordnet ist. Die Schwenkeinheit 28 umfasst einen Verbindungsabschnitt 30, welcher mit einer Stirnseite 32 des Modulgehäuses 18 lösbar verbindbar ist, beispielhaft und bevorzugt über eine entsprechend ausgebildete Schraubverbindung 34 (vgl. 5 und 6). Die Schwenkeinheit 28 umfasst außerdem einen Schwenkabschnitt 36, welcher über ein Schwenkgelenk 38 an dem Verbindungsabschnitt 30 um eine Schwenkachse 40 verschwenkbar gelagert ist. Die Schwenkachse 40 ist hierbei beispielhaft und bevorzugt orthogonal zu der Basisachse 20 orientiert (vgl. 1 und 3) .
Die Handhabungsvorrichtung 10 umfasst außerdem einen pneumatisch betätigbaren Endeffektor 42 zum Greifen eines Gegenstands (nachfolgend noch im Detail beschrieben). In dem dargestellten Beispiel ist der Endeffektor 42 als Sauggreifer zum Ansaugen eines Gegenstands ausgebildet. Bei nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Endeffektor 42 aber auch als pneumatisch betätigbarer mechanischer Greifer ausgebildet sein.
Wie nachfolgend noch im Detail erläutert, ist der Endeffektor 42 über eine Kopplungseinrichtung 44 entlang einer Kopplungsachse 46 an den Schwenkabschnitt 36 ankoppelbar. Im angekoppelten Zustand ist dann eine Orientierung des Endeffektors 42 über eine Verschwenkbewegung (Schwenkbewegung) des Schwenkabschnitts 36 um die Schwenkachse 40 veränderbar.
Wie beispielsweise aus 2 ersichtlich, weist der Verbindungabschnitt 30 der Schwenkeinheit 28 und das Modulgehäuse 18 der Basiseinheit 16 im Querschnitt entlang der Basisachse 20 betrachtet die gleiche, vorzugsweise kreisrunde, Form und Fläche auf. Insofern bilden Verbindungsabschnitt 30 und Modulgehäuse 18 im verbundenen Zustand eine gemeinsame Außenkontur.
Der Schwenkabschnitt 36 weist in einem Kopplungsbereich 48, an welchen der Endeffektor 42 ankoppelbar ist, vorzugsweise ebenfalls eine zylindrische Außenform auf (vgl. 6), sodass das Modulgehäuse 18, der Verbindungsabschnitt 30 und der Schwenkabschnitt 36 in einer in 2 dargestellten Ausgangskonfiguration eine insgesamt stabartige Außenform ausbilden.
Der Schwenkabschnitt 36 ist ausgehend von dieser Ausgangskonfiguration in eine in 3 dargestellte Verschwenkkonfiguration überführbar, in welcher der Schwenkabschnitt 36 um einen Schwenkwinkel α um die Schwenkachse 40 relativ zu der Basiseinheit 16 verschwenkt ist. Ein maximaler Schwenkwinkel α liegt dabei vorzugsweise zwischen 0° und 90°, insbesondere bei 30°, weiter insbesondere bei 45°.
Zur Betätigung einer Verschwenkbewegung des Schwenkabschnitts 36 um die Schwenkachse 40 umfasst die Handhabungsanlage 10 einen mit Druckluft betätigbaren Pneumatikzylinder 50. Wie aus den 4 und 5 ersichtlich, ist der Pneumatikzylinder 50 in dem Modulgehäuse 18 der Basiseinheit 16 eingefasst. Der Pneumatikzylinders 50 weist einen Kolben 52 auf, welcher entlang einer Verschiebeachse 54 hin und her bewegbar ist (vgl. 4). Der Pneumatikzylinder 50 ist dabei derart orientiert, dass die Verschiebeachse 54 parallel zu der Basisachse 20 verläuft. Wie aus 4 ersichtlich, ist der Kolben 52 über eine Gelenkeinrichtung 56 mit dem Schwenkabschnitt 36 derart mechanisch gekoppelt, dass eine Bewegung des Kolbens 52 entlang der Verschiebeachse 54 zu einer Verschwenkbewegung des Schwenkabschnitts 36 um die Schwenkachse 40 führt.
Um den Kolben 52 entlang der Verschiebeachse 54 hin und her zu bewegen, ist der Pneumatikzylinder 50 über zwei Überdruckkanäle 58, 60 mit Druckluft beaufschlagbar. Wie aus 5 ersichtlich, sind die Überdruckkanäle 58, 60 im Modulgehäuse 18 der Basiseinheit 16 eingefasst und münden jeweils in einen entsprechenden Überdruck-Versorgungsanschluss 62, 64 am Flanschabschnitt 26. Beispielhaft und bevorzugt sind die Überdruck-Versorgungsanschlüsse 62, 64 an einer Stirnseite 66 des Flanschabschnitts 26 angeordnet, mit welcher Stirnseite 66 der Flanschabschnitt 26 mit dem Roboterarm 12 verbindbar ist. Insofern sind die Überdruck-Versorgungsanschlüsse 62, 64 vorzugsweise derart ausgebildet, um mit einer Überdruck-Schnittstelle eines Werkzeugflansches (nicht dargestellt) des Roboterarms 12 verbunden zu werden.
Zur Steuerung des Pneumatikzylinders 50, insbesondere zur Steuerung einer Bewegung des Kolbens 52 entlang der Verschiebeachse 54, kann die Basiseinheit 16 ferner eine Ventileinrichtung 68 aufweisen, welche vorzugsweise ebenfalls in dem Modulgehäuse 18 angeordnet ist (vgl. 5).
Die Basiseinheit 16 umfasst außerdem eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 70, welche dazu ausgebildet ist, Unterdruck aus Druckluft zu erzeugen. Wie aus den 4 und 5 ersichtlich, ist die Unterdruckerzeugungseinrichtung 70 in dem Modulgehäuse 18 angeordnet und von diesem vorzugsweise umgrenzt. Die Unterdruckerzeugungseinrichtung 70 ist über einen Überdruckkanal 72 mit Druckluft beaufschlagbar (vgl. 5). Der Überdruckkanal 72 mündet in einen entsprechenden Überdruck-Versorgungsanschluss 74 an der Stirnseite 66 des Flanschabschnitts 26. Der Überdruck-Versorgungsanschluss 74 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mit einer externen Druckluftversorgung (nicht dargestellt), insbesondere einer Druckluft-Schnittstelle des Werkzeugflanschs des Roboterarms 12, verbunden zu werden.
Die Unterdruckerzeugungseinrichtung 70 weist ferner einen Überdruckausgang 76 zur Ausgabe von Druckluft auf. Der Überdruckausgang 76 mündet in einen Überdruckauslass 78 an einer Mantelfläche 80 des Modulgehäuses 18 aus (vgl. 4).
Beispielhaft und bevorzugt ist der Überdruckauslass 78 mit einem Schalldämpfer 82 besetzt.
Die Unterdruckerzeugungseinrichtung 70 weist ferner einen Unterdruckauslass 84 (Saugeingang) auf, welcher mit einer Unterdruckführung 86 zur Führung von Unterdruck von der Unterdruckerzeugungseinrichtung 70 zu dem Endeffektor 42 fluidisch verbunden ist (vgl. 5). Beispielhaft und bevorzugt ist die Unterdruckführung 86 schlauchlos ausgebildet. Die Unterdruckführung 86 umfasst einen ersten Fluidkanal 88, welcher von dem Modulgehäuse 18 der Basiseinheit 16 eingefasst ist und an dem zweiten Ende 24 der Basiseinheit 16 in eine an der Stirnseite 32 des Modulgehäuses 18 angeordnete Unterdruck-Fluidschnittstelle 90 mündet (vgl. 5). Diese Unterdruck-Fluidschnittstelle 90 ist mit einer entsprechenden Unterdruck-Fluidschnittstelle 92 des Verbindungsabschnitts 30 der Schwenkeinheit 28 (vgl. 7) fluidisch verbindbar, sodass Unterdruck von der Basiseinheit 16 zu der Schwenkeinheit 28 geleitet werden kann. Die Unterdruck-Fluidschnittstellen 90, 92 sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie beim Befestigen der Schwenkeinheit 28 an dem Modulgehäuse 18 mittels der Schraubverbindung 34 eine Fluidverbindung herstellen. Wie aus 7 ersichtlich, können zur Abdichtung der Fluidverbindung entsprechende Dichtungselemente 94, beispielsweise in Form von O-Ringen, vorgesehen sein.
Um den Endeffektor 42 auch während einer Verschwenkbewegung um die Schwenkachse 40 mit Unterdruck versorgen zu können, verläuft die Unterdruckführung 86 vorzugsweise durch das Schwenkgelenk 38. Zu diesem Zweck umfasst das Schwenkgelenk 38 eine Hohlwelle 96 mit einer Hohlwellenwandung 98, welche einen inneren Hohlraum 100 der Hohlwelle 96 begrenzt (vgl. 7). Die Hohlwelle 96 ist konzentrisch um die Schwenkachse 40 angeordnet und vorzugsweise mit dem Verbindungsabschnitt 30 drehfest verbunden. Der Schwenkabschnitt 36 ist hingegen an der Hohlwelle 96 um die Schwenkachse 40 verschwenkbar gelagert. Die Hohlwelle 96 weist mehrere erste Fluidöffnungen 102 auf, welche beispielhaft als die Hohlwellenwandung 98 in radialer Richtung durchsetzende Bohrungen 104 ausgebildet sind und vorzugsweise entlang eines Umfangs um die Hohlwelle 96 verteilt angeordnet sind. Wie aus 7 ersichtlich, sind die ersten Fluidöffnungen 102 mit der Unterdruck-Fluidschnittstelle 92 des Verbindungsabschnitts 30 über einen Fluidkanal 106 fluidisch verbunden, sodass der Hohlraum 100 der Hohlwelle 96 mit Unterdruck beaufschlagbar ist.
Die Hohlwelle 96 weist ferner mehrere zweite Fluidöffnungen 108 auf, welche von den ersten Fluidöffnungen 102 axial beabstandet angeordnet sind, im Übrigen aber analog zu den ersten Fluidöffnungen 102 ausgebildet sind. Die zweiten Fluidöffnungen 108 sind mit einem schwenkabschnittsseitigen Unterdruck-Fluidkanal 110 fluidisch verbunden, sodass dieser mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Dadurch, dass die ersten und die zweiten Fluidöffnungen 102, 108 entlang eines Umfangs um die Hohlwelle 96 verteilt angeordnet sind, kann der schwenkabschnittsseitige Unterdruck-Fluidkanal 110 auch bei einer Verschwenkbewegung des Schwenkabschnitts 36 um die Schwenkachse 40 mit Unterdruck beaufschlagt werden.
Der schwenkabschnittsseitige Unterdruck-Fluidkanal 110 ist mit einem Unterdruckauslass 112 fluidisch verbunden, welcher mit einem Öffnungsquerschnitt 114 in einer Koppelseite 116 des Schwenkabschnitts 36 ausmündet, an welcher Koppelseite 116 der Endeffektor 42 an den Schwenkabschnitt 36 ankoppelbar ist. Wie aus 6 ersichtlich, ist der Öffnungsquerschnitt 114 des Unterdruckauslasses 112 ringförmig und konzentrisch um die Kopplungsachse 40 herum ausgedehnt.
Bei dem dargestellten Beispiel umfasst die Handhabungsvorrichtung 10 ferner eine Überdruckdurchführung 118, welche dazu ausgebildet ist, Überdruck von einem Überdruck-Versorgungsanschluss 120 des Flanschabschnitts 26 zu dem Endeffektor 42 zu leiten (vgl. 5). Wie aus 5 ersichtlich, ist die Überdruckdurchführung 118 im Modulgehäuse 18 der Basiseinheit 16 eingefasst und durchläuft das Modulgehäuse 18 von dem ersten Ende 22 zu dem zweiten Ende 24. Die Überdruckdurchführung 118 mündet dabei an dem ersten Ende 22 in den Überdruck-Versorgungsanschluss 120 des Flanschabschnitts 26. An dem zweiten Ende 24 der Basiseinheit 16 mündet die Überdruckdurchführung 118 in eine Überdruck-Fluidschnittstelle 122 an der Stirnseite 32 des Modulgehäuses 18.
Die Überdruck-Fluidschnittstelle 122 des Modulgehäuses 18 ist mit einer entsprechenden Überdruck-Fluidschnittstelle 124 des Verbindungsabschnitts 30 der Schwenkeinheit 28 (vgl. 7) fluidisch verbindbar. Analog zu den vorstehend erläuterten Unterdruck-Fluidschnittstellen 90, 92 sind die Überdruck-Fluidschnittstellen 122, 124 ebenfalls vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie beim Befestigen des Verbindungsabschnitts 30 an dem Modulgehäuse 18 mittels der Schraubverbindung 34 eine Fluidverbindung herstellen. Wie aus 7 ersichtlich, können zur Abdichtung der Fluidverbindung entsprechende Dichtungselemente 94, beispielsweise in Form von O-Ringen, vorgesehen sein.
Die Überdruck-Fluidschnittstelle 124 des Verbindungsabschnitts 30 ist über eine Schlauchverbindung 126 mit einem Schwenkabschnittsseitigen Überdruckauslass 128 verbunden (vgl. 7). Wie aus 7 ersichtlich, mündet der Überdruckauslass 128 mit einem Öffnungsquerschnitt 130 mittig in die Koppelseite 116 des Schwenkabschnitts 36 aus. Der Öffnungsquerschnitt 130 des Überdruckauslasses 128 erstreckt sich dabei kreisförmig und konzentrisch um die Kopplungsachse 46.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist der Endeffektor 42 mittels einer Kopplungseinrichtung 44 an den Schwenkabschnitt 30 ankoppelbar. Die Kopplungseinrichtung 44 ist einerseits dazu ausgebildet, den Endeffektor 42 an dem Schwenkabschnitt 36 lösbar zu befestigen. Darüber hinaus ist die Kopplungseinrichtung 44 dazu ausgebildet, beim Befestigen des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 eine Unterdruck-Fluidverbindung und/oder eine Überdruck-Fluidverbindung zwischen Endeffektor 42 und Schwenkabschnitt 36 herzustellen. Zu diesem Zweck weist der Endeffektor 42, wie nachfolgend noch im Detail erläutert, an einer Gegenkoppelseite 132, welche mit der Koppelseite 116 des Schwenkabschnitts 36 zusammenwirkt, wahlweise einen Unterdruckeinlass 134 zur Verbindung mit dem Unterdruckauslass 112 des Schwenkabschnitts 36 und/oder einen Überdruckeinlass 136 zur Verbindung mit dem Überdruckauslass 128 des Schwenkabschnitts 36 auf.
Wie aus 8 ersichtlich, erstreckt sich der Endeffektor 42 im Wesentlichen entlang einer zentralen Achse 138, welche im angekoppelten Zustand des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 der Kopplungsachse 46 entspricht. Der Endeffektor 42 weist einen Kopplungsadapter 140 auf, mittels welchem der Endeffektor 42 mit dem Schwenkabschnitt 36 verbindbar ist.
In dem dargestellten Beispiel ist der Endeffektor 42 als Sauggreifer ausgebildet umfassend einen Saugkörper 142, welcher über einen Zwischenadapter 144 mit dem Kopplungsadapter 140 verbunden ist. In dem dargestellten Beispiel weist der Saugkörper 142 einen Anschlussnippel 146 auf, über welchen der Saugkörper 142 mit dem Zwischenadapter 144 verbunden ist und über welchen der Saugkörper 142 mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Der Saugkörper 142 weist außerdem eine Saugkörperwandung 148 auf, welche sich von dem Anschlussnippel 146 weg erstreckt und in einen Anlageabschnitt 150 zur Anlage an einen zu greifenden Gegenstand mündet.
Wie aus 8 ersichtlich, weitet sich die Saugkörperwandung 148 in Richtung von dem Anschlussnippel 146 zu dem Anlageabschnitt 150 trichterförmig auf, wobei eine Materialdicke der Saugkörperwandung 148 im Verlauf von dem Anschlussnippel 146 zu dem Anlageabschnitt 150 abnimmt. Ein solcher Saugkörper 142 kann sich daher besonders gut mit seinem dünnwandigen und somit flexiblen Anlageabschnitt 150 an die Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands anschmiegen; gleichzeitig ist durch die Wandungsabschnitte mit größerer Materialdicke eine hinreichende Formstabilität des Saugkörpers 142 gewährleistet.
Bei nicht dargestellten Ausführungsformen kann der Endeffektor 42 auch als pneumatisch betätigbarer mechanischer Greifer ausgebildet sein. Dann kann der Endeffektor 42 beispielsweise einen Fluid-Elastomer-Aktor aufweisen, welcher über einen entsprechend ausgebildeten Zwischenadapter mit dem Kopplungsadapter 140 verbunden ist. Insofern kann der Kopplungsadapter 140 vorzugsweise universell verwendet werden.
Der Kopplungsadapter 140 weist einen zylindrischen Anschlussabschnitt 152 auf, über welchen der Kopplungsadapter 140 mit dem Zwischenadapter 144 verbunden ist. Der Kopplungsadapter 140 weist ferner eine Wandung 154 auf, welche sich, trichterförmig aufweitend, von dem Anschlussabschnitt 152 weg erstreckt und in einen Aufnahmeabschnitt 156 zur Aufnahme eines nachfolgend noch im Detail beschriebenen Wechseleinsatzes 158 mündet. Die Wandung 154 begrenzt einen Fluidraum 160, über welchen Unterdruck und/oder Überdruck zu dem Zwischenadapter 144 und weiter zu dem Saugkörper 142 geleitet werden kann.
Der Wechseleinsatz 158 ist beispielhaft und bevorzugt scheibenförmig ausgebildet, wobei eine Deckelfläche 162 des Wechseleinsatzes 158 die Gegenkoppelseite 132 bildet. Vorzugsweise ist der Wechseleinsatz 158 mit dem Kopplungsadapter 140 fest verbunden, bspw. eingepresst. Der Wechseleinsatz 158 kann in Abhängigkeit einer Ausgestaltung des Endeffektors 42 unterschiedlich ausgebildet sein.
Die 9a zeigt eine Ausgestaltung des Kopplungsadapters 140 mit einem Wechseleinsatz 158 in einer Unterdruck-Konfiguration, wie er beispielsweise bei dem Endeffektor gemäß 8 verwendet ist. In der Unterdruck-Konfiguration weist der Wechseleinsatz 158 mehrere Aussparungen 164 auf, welche den Wechseleinsatz 158 durchsetzen und mit einem ringabschnittsförmigen Öffnungsquerschnitt 166 in die Deckelfläche 162 ausmünden. Die Aussparungen 164 sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie im befestigten Zustand des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 mit dem ringförmigen Unterdruckauslass 112 des Schwenkabschnitts 36 unter Bildung einer Unterdruck-Fluidverbindung zusammenwirken. Insofern bilden die ringabschnittsförmigen Aussparungen 164 den Unterdruckeinlass 134 des Endeffektors 42. Zur Abdichtung der Unterdruck-Fluidverbindung können entsprechende Dichtungselemente 94, bspw. in Form von O-Ringen, vorgesehen sein (vgl. 7). In einem zu dem Überdruckauslass 128 des Schwenkabschnitts 36 korrespondierenden Bereich des Wechseleinsatzes 158 sind in der Unterdruck-Konfiguration gemäß 9a hingegen keine Öffnungen vorgesehen, sodass der Überdruckauslass 128 in einem befestigten Zustand des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 von der Deckelfläche 162 des Wechseleinsatzes 158 abgedichtet ist.
Die 9b zeigt den Wechseleinsatz 158 in einer Überdruck-Konfiguration. Bei einer solchen Ausgestaltung weist der Wechseleinsatz 158 eine mittige Aussparung 168 auf, welche den Wechseleinsatz 158 durchsetzt und mit einem kreisrunden Öffnungsquerschnitt 170 in die Deckelfläche 162 des Wechseleinsatzes 158 ausmündet. Die Aussparung 168 ist derart angeordnet, dass sie - wenn der Endeffektor 42 an dem Schwenkabschnitt 36 befestigt ist - mit dem Überdruckauslass 128 des Schwenkabschnitts 36 unter Bildung einer Überdruck-Fluidverbindung zusammenwirkt. Die Aussparung 168 bildet insofern den Überdruckeinlass 136 des Endeffektors 42. Zur Abdichtung der Überdruck-Fluidverbindung können entsprechende Dichtungselemente 94, bspw. in Form von O-Ringen, vorgesehen sein (vgl. 7). Im Bereich des Unterdruckauslasses 112 des Schwenkabschnitts 36 weist der Wechseleinsatz 158 in der Überdruck-Konfiguration gemäß 9b hingegen keine Öffnungen auf, sodass der Unterdruckauslass 112 im befestigten Zustand des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 von der Deckelfläche 162 des Wechseleinsatzes 158 abgedichtet ist.
Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen kann der Wechseleinsatz 158 auch sowohl einen Unterdruckeinlass 134 als auch einen Überdruckeinlass 136 aufweisen. Dann kann beispielsweise ein Gegenstand zunächst mittels Unterdruck angesaugt und dann mittels Überdruck abgeblasen werden.
Zur Befestigung des Endeffektors 42 an dem Schwenkabschnitt 36 weist die Kopplungseinrichtung 44 in dem dargestellten Beispiel eine Magnetverbindung 172 auf. Die Magnetverbindung 172 umfasst ein Magnetelement 174, welches an der Koppelseite 116 des Schwenkabschnitts 36 angeordnet ist und sich ringförmig um die Kopplungsachse 46 herum erstreckt. Wie aus 7 ersichtlich, ist das Magnetelement 174 in dem dargestellten Beispiel zwischen Überdruckauslass 128 und Unterdruckauslass 112 angeordnet. Die Magnetverbindung 172 umfasst in dem dargestellten Beispiel ferner zwei Gegenmagnetelemente 176, welche an dem Wechseleinsatz 158 des Endeffektors 42 angeordnet sind und mit dem Magnetelement 174 unter Ausbildung einer Magnetkraft zusammenwirken. Es ist denkbar, dass sowohl das Magnetelement 174 als auch das Gegenmagnetelement 176 von einem Permanentmagneten gebildet ist. Es ist auch denkbar, dass entweder das Magnetelement 174 oder das Gegenmagnetelement 176 von einem Permanentmagnet gebildet ist und das jeweils andere Element von einem magnetisierbaren Material, bspw. einem Metall, gebildet ist.
Um den Endeffektor 42 in einer vorgegebenen Drehorientierung um die Kopplungsachse 46 fixieren zu können, ist ferner eine Verdrehsicherungseinrichtung 178 vorgesehen, welche zwischen Schwenkabschnitt 36 und Endeffektor 42 wirksam ist. Die Verdrehsicherungseinrichtung 178 umfasst einen ersten Verdrehsicherungsabschnitt 180, welcher an dem Schwenkabschnitt 36 angeordnet ist und einen zweiten Verdrehsicherungsabschnitt 182, welcher an dem Endeffektor 42 angeordnet ist. Der erste Verdrehsicherungsabschnitt 180 umfasst mehrere Vertiefungen 184, welche entlang eines Umfangs um die Kopplungsachse in einem Winkel von 15° zueinander versetzt angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel sind die Vertiefungen 184 durch lokale Ausnehmungen an einer Außenfläche des Schwenkabschnitts 36 gebildet. Der zweite Verdrehsicherungsabschnitt 182 umfasst mehrere Vorsprünge 186, welche derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie - zur Definition einer Drehorientierung des Endeffektors 42 um die Kopplungsachse 46 - wahlweise in unterschiedlichen Vertiefungen 184 anordenbar sind (vgl. 3). In dem dargestellten Beispiel sind die Vorsprünge 186 durch entsprechende Wandungsvorsprünge der Wandung 154 des Kopplungsadapters 140 des Endeffektors 42 gebildet (vgl. 8 und 9).
Optional kann die Handhabungseinrichtung 10 ferner ein Kameramodul 188 umfassen mit einer Kamera 190, welche dazu ausgebildet ist, Position und Lage eines zu greifenden Gegenstands zu erkennen (vgl. 1). Die Kamera 190 kann bspw. über eine Halteeinrichtung 192 mit der Mantelfläche 80 des Modulgehäuses 18 der Basiseinheit 16 (vgl. 1) oder dem Flanschabschnitt 26 (vgl. 3) verbunden sein. Vorzugsweise ist die Kamera 190 radial zur Basisachse 20 von dem Modulgehäuse 18 beabstandet angeordnet, um eine freie Sicht auf einen zu greifenden Gegenstand zu ermöglichen.

Claims

Handhabungsvorrichtung (10) zum Handhaben von Gegenständen, umfassend - eine Basiseinheit (16), welche sich insgesamt länglich, insbesondere stabartig, entlang einer Basisachse (20) von einem ersten Ende (22) zu einem zweiten Ende (24) erstreckt, wobei an dem ersten Ende (22) ein Flanschabschnitt (26) zur Befestigung der Handhabungsvorrichtung (10) an einem Roboterarm (12) angeordnet ist und wobei an dem zweiten Ende (24) eine Schwenkeinheit (28) mit einem Schwenkabschnitt (36) angeordnet ist, wobei der Schwenkabschnitt (36) über ein Schwenkgelenk (38) um eine Schwenkachse (40) verschwenkbar gelagert ist, wobei die Basiseinheit (16) einen Pneumatikzylinder (50) zum Verschwenken des Schwenkabschnitts (36) um die Schwenkachse (40) aufweist; und - einen pneumatisch aktivierbaren Endeffektor (42) zum Greifen eines Gegenstands, wobei der Endeffektor an den Schwenkabschnitt (36) ankoppelbar oder angekoppelt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (16) eine integrierte Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) umfasst und als Baueinheit mit einem eigenen Modulgehäuse (18) aufgebaut ist, wobei es sich bei der Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) um einen Ejektor zur Erzeugung von Unterdruck aus Druckluft handelt, wobei das Modulgehäuse (18) sich länglich entlang der Basisachse (20) erstreckend ausgebildet ist und insbesondere den Pneumatikzylinder (50) und die Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) umgrenzt.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei eine Unterdruckführung (86) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, Unterdruck von der Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) zu dem Endeffektor (42) zu leiten, insbesondere wobei die Unterdruckführung (86) schlauchlos ausgebildet ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die Unterdruckführung (86) durch das Schwenkgelenk (38) verläuft.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 3, wobei das Schwenkgelenk (38) eine Hohlwelle (96) mit wenigstens einer ersten Fluidöffnung (102) und wenigstens einer zweiten Fluidöffnung (108) umfasst, wobei die wenigstens eine erste Fluidöffnung (102) mit einem Fluidkanal (106, 88) fluidisch verbunden ist, welcher zur Unterdruckerzeugungseinrichtung (70) führt, und wobei die wenigstens eine zweite Fluidöffnung (108) mit einem Schwenkabschnittseitigen Fluidkanal (110) fluidisch verbunden ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schwenkeinheit (28) als von der Basiseinheit (16) separat bereitgestellte Baueinheit ausgebildet ist, umfassend einen Verbindungsabschnitt (30), welcher mit dem Modulgehäuse (18) der Basiseinheit (16) verbindbar ist und an welchem der Schwenkabschnitt (36) verschwenkbar gelagert ist, insbesondere wobei der Verbindungsabschnitt (30) wenigstens eine Fluid-Schnittstelle (92, 124) zur Verbindung mit einer an dem Modulgehäuse (18) der Basiseinheit (16) angeordneten Fluid-Schnittstelle (90, 122) umfasst.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flanschabschnitt (26) wenigstens einen pneumatischen Versorgungsanschluss (62, 64, 74, 120) zur Verbindung mit einer externen Fluidversorgung aufweist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei der Flanschabschnitt (26) wenigstens einen Überdruck-Versorgungsanschluss (62, 64, 120) aufweist und wobei eine Überdruckdurchführung (118) vorgesehen ist, welche dazu ausgebildet ist, Überdruck von wenigstens einem Überdruck-Versorgungsanschluss (120) des Flanschabschnitts (26) zu dem Endeffektor (42) zu leiten.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend ferner eine Kopplungseinrichtung (44), mittels welcher der Endeffektor (42) entlang einer Kopplungsachse (46) an den Schwenkabschnitt (36) lösbar ankoppelbar ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Kopplungseinrichtung (44) dazu ausgebildet ist, sowohl eine Unterdruck-Fluidverbindung als auch eine Überdruck-Fluidverbindung zwischen Endeffektor (42) und Schwenkabschnitt (36) herzustellen.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 9, wobei der Schwenkabschnitt (36) an einer Koppelseite (116) einen Unterdruckauslass (112) und einen Überdruckauslass (128) aufweist und wobei der Endeffektor (42) an einer entsprechenden Gegenkoppelseite (132) einen Unterdruckeinlass (134) und/oder einen Überdruckeinlass (136) aufweist, wobei der Unterdruckauslass (112) und der Unterdruckeinlass (134) bzw. der Überdruckauslass (128) und der Überdruckeinlass (136) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass der Unterdruckauslass (112) und 5 der Unterdruckeinlass (134) bzw. der Überdruckauslass (128) und der Überdruckeinlass (136) beim Befestigen des Endeffektors (42) an dem Schwenkabschnitt (36) eine Fluidverbindung ausbilden.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8-10, wobei die Kopplungseinrichtung (44) derart ausgebildet ist, dass sie in mehreren vorgegebenen Drehorientierungen des Endeffektors (42) um die Kopplungsachse (46) relativ zu dem Schwenkabschnitt (36) zur Ankopplung des Endeffektors (42) wirksam ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach den Ansprüchen 9 und 10, wobei der wenigstens eine Unterdruckauslass (112) und/oder der wenigstens eine Unterdruckeinlass (134) bzw. der wenigstens eine Überdruckauslass (128) und/oder der wenigstens eine Überdruckeinlass (136) jeweils mit einem Öffnungsquerschnitt (114, 130, 166, 170) in der Koppelseite (116) bzw. Gegenkoppelseite (132) ausmünden, wobei der Öffnungsquerschnitt (114, 130, 166, 170) rotationssymmetrisch um die Kopplungsachse (46) herum ausgedehnt ist, insbesondere ring- oder ringabschnittsförmig
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8-12, wobei eine Verdrehsicherungseinrichtung (178) vorgesehen ist, welche zwischen Schwenkabschnitt (36) und Endeffektor (42) wirksam ist und dazu ausgebildet ist, eine Verdrehsicherung um die Kopplungsachse (46) zu bewirken.
Handhabungsvorrichtung (10) nach Anspruch 13, wobei die Verdrehsicherungseinrichtung (178) einen ersten, an dem Schwenkabschnitt (36) angeordneten Verdrehsicherungsabschnitt (180) und einen zweiten, an dem Endeffektor (42) angeordneten Verdrehsicherungsabschnitt (182) aufweist, wobei der erste oder der zweite Verdrehsicherungsabschnitt (180, 182) mehrere entlang eines Umfangs um die Kopplungsachse (46) zueinander versetzt angeordnete Vertiefungen (184) aufweist und wobei der zweite oder der erste Verdrehsicherungsabschnitt (180,182) wenigstens einen Vorsprung (186) aufweist, wobei der wenigstens eine Vorsprung (186) - zur Definition einer Drehorientierung des Endeffektors (42) um die Kopplungsachse (46) relativ zu dem Schwenkabschnitt (36) - wahlweise in unterschiedlichen Vertiefungen (184) anordenbar ist.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Basiseinheit (16) wenigstens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aufweist: a) Die Basiseinheit (16) umfasst außerdem ein mit dem Endeffektor (42) fluidisch verbundenes Belüftungsventil; b) Die Basiseinheit (16) umfasst außerdem eine Ventileinrichtung (68), welche dazu ausgebildet ist, eine Unter- bzw. Überdruckversorgung der Handhabungsvorrichtung (10) zu steuern.
Handhabungsvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend ein insbesondere an der Basiseinheit (16) angeordnetes Kameramodul (188) mit wenigstens einer Kamera (190), welche dazu ausgebildet ist, Position und Lage eines zu greifenden Gegenstands, insbesondere einer Außenfläche des Gegenstands, zu erkennen.