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Die Erfindung betrifft ein Unterdruckmodul eines Greifsystems, ein Greifsystem mit einem Unterdruckmodul und einem Greifmodul, sowie einen zugehörigen Baukasten.
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Die steigende Komplexität heutiger Produktions- oder Intralogistiksysteme erfordert eine Flexibilisierung von automatisierten Greifsystemen. Diese sind in der Regel jedoch für genau ein Werkstück ausgelegt. Ein Großteil der industriellen Greifaufgaben lassen sich durch einen ZweiFinger-Parallel oder einen Drei-Finger-Zentrisch-Griff lösen. Neben dem Prinzip des Klemmgreifens nehmen vor allem bei der Handhabung flexibler oder nicht aus Regelgeometrien ableitbaren Objekten, wie diese vermehrt im außerindustriellen Umfeld vorkommen, Sauggreifer eine zentrale Rolle ein.
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Eine Kombination von Sauggreifern (also insbesondere Saug-, Vakuum- oder Bernoulligreifer) und Klemmgreifern ist bekannt.
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Die meisten Lösungen kombinieren dabei die Funktion Zwei- oder Dreifingerkraftschlussgriff mit einem Saugsystem.
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In der
DE 201 11 196 U 1 wird ein Zweifinger- mit einem Sauggreifer derart kombiniert, dass der Greifer eine zusätzliche Reibkraft auf das zu greifende Objekt einbringt und hierdurch die Greifkraft des Sauggreifers vergrößert wird.
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Aus der
DE 10 2007 031 847 B3 ist eine weitere Kombination eines Sauggreifers mit einem Klemmgreifer bekannt.
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In der
DE 10 2017 211 580 A1 wird eine Parallelschaltung aus Saug- und Parallelgreifer beschrieben. Die Greifmittel befinden sich jeweils auf dem anderen Ende des Greiferfingers und können somit voneinander unabhängig genutzt werden. Die Greiferfinger lassen sich dazu gemeinsam auf der Basis des Greifers drehen. Die zwei Sauggreifer sind in ihrem Abstand zueinander veränderbar was eine Flexibilität in den Werkstücken begünstigt. Zusätzlich sind an den Fingern Haken zur passiven Manipulation von Werkstücken wie beispielsweise Kanban- Boxen.
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Aus der Veröffentlichung „Robotic pick-and-place of novel objects in clutter with multi-affordance grasping and crossdomain image matching", IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1-8, 2018, (https://vision.princeton.edu/projects/2017/arc/) ist eine Parallelschaltung von Zweifingergreifer und Sauggreifer bekannt geworden. Die Erzeugung des Vakuums erfolgt extern; neben der elektrischen Versorgung ist auch eine pneumatische Versorgung vorgesehen.
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Aus der
DE 10 2018 114 341B3 ist ein Sauggreifer zum Greifen von Gegenständen bekannt, wobei der Sauggreifer als mehr gliedriges Fingerelement konzipiert ist und einzelne Fingerglieder gegeneinander verschwenkbar sind. Die
DE 10 2005 061 193A1 offenbart dem Fachmann eine Möglichkeit, einen Sauggreifer und einen Klemmgreifer an einer Trägerplatte zu befestigen und unabhängig voneinander zu verwenden. Aus der
DE 33 44 903 A1 ist ein Baukastensystem bekannt, bei dem an einen Träger eines Roboters verschiedene Greiferkomponenten durch Um- und Ankuppeln miteinander kombiniert werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Unterdruckmodul für ein Greifsystem, das auch ein Greifmodul umfasst, bereitzustellen, mit dem zu greifende Gegenstände mit dem Greifmodul und/oder mit dem Saufinger des Unterdruckmoduls gegriffen werden können, wobei das Greifsystem einen einfachen, bauraumsparenden Aufbau und eine einfache Energieversorgung aufweisen soll. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Greifsystem sowie eine flexible Anpassung des Greifsystems an die Greifaufgabe bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Unterdruckmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ein solches Greifsystem zeichnet sich folglich insbesondere dadurch aus, dass das Unterdruckmodul wenigstens einen Saugfinger mit einem Ansaugabschnitt zum Sauggreifen von Gegenständen, einen Befestigungsflansch zur Befestigung des Unterdruckmoduls an einem Roboterarm und einen Modulflansch zur Anordnung eines Greifmoduls mit zwei oder mehreren verfahrbaren Greiffinger zum Klemmgreifen von Gegenständen aufweist, wobei im oder am Unterdruckmodul eine elektrische Unterdruckpumpe zur Versorgung des Ansaugabschnitts mit Unterduck vorgesehen ist. Ferner ist vorgesehen, dass im oder am Unterdruckmodul eine Systemschnittstelle vorhanden ist, über die die Unterdruckpumpe mit elektrischer Energie versorgt wird, und dass im oder am Unterdruckmodul ein mit von der Unterdruckpumpe bereitgestellter Druckluft betreibbarer Aktivierungsantrieb zum Verlagern des Saugfingers zwischen der Deaktivierungslage und der Aktivierungslage vorgesehen ist.
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Ein derartiges Unterdruckmodul hat also den Vorteil, dass über lediglich die eine Systemschnittstelle das Unterdruckmodul, und insbesondere die Unterdruckpumpe, mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Das Unterdruckmodul kann aufgrund des Vorsehens der Unterdruckpumpe im oder am Unterdruckmodul unabhängig von externen, dem Unterdruckmodul zuzuführenden Druckluftanschlüssen betrieben werden. Eine Druckluftleitung am Roboterarm zum Unterdruckmodul kann also entfallen. Insgesamt bieten sich damit Vorteile für den Einsatz auf einer mobilen Plattform. Durch Vorsehen des Aktivierungsantriebs, der ebenfalls mit von der Unterdruckpumpe bereitgestellter Druckluft, insbesondere Abluft-Druckluft betrieben wird, kann zudem auf einfache Art und Weise ein Verlagern des Saugfingers aus einer Deaktivierungslage, in der die Störgeometrie des Unterdruckmoduls verkleinert und insbesondere minimiert wird, in eine Aktivierungslage verlagert werden, in der der Saugfinger, bzw. dessen Ansaugabschnitt, Gegenstände sauggreifen kann. In der Deaktivierungslage ist der Saugfinger vorzugsweise im oder am Gehäuse des Unterdruckmoduls angeordnet, so dass er eine vergleichsweise kleine oder vorzugsweise keine Störgeometrie bildet. In der Aktivierungslage kann der Saugfinger insbesondere geradlinig abstehend ausgebildet sein, so dass mit seinem freien Ende, an welchem vorzugsweise der Ansaugabschnitt vorgesehen ist, zu greifende Gegenstände sauggegriffen werden können. Zudem kann durch Vorsehen des Modulflansches das Greifmodul am Unterdruckmodul frei austauschbar angeordnet werden. Je nach Greifaufgabe kann am Unterdruckmodul ein geeignetes Greifmodul mit entsprechend ausgebildeten Greiffingern Verwendung finden. Denkbar ist, dass das Unterdruckmodul, je nach Anwendungsfall, auch ohne Greifmodul aus Sauggreifer Verwendung finden kann.
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Insgesamt ergibt sich ein sehr flexibel einsetzbares Unterdruckmodul, welches unabhängig von Druckleitungen oder Sauganschlüssen funktionssicher einsetzbar ist. Insbesondere durch das Verlagern des Saugfingers in die Deaktivierungslage kann ein am Unterdruckmodul angeordnetes Greifmodul mit dessen Greiffingern ungestört vom Saugfinger Gegenstände entsprechend Klemmgreifen.
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Vorteilhafterweise ist der Aktivierungsantrieb als Zylinder-Kolben-Einheit ausgebildet. Derartige Zylinder-KolbenEinheiten können vergleichsweise klein bauen und können dennoch ausreichend Kräfte übertragen. Am oder im Unterdruckmodul sind dann Leitungen vorgesehen, welche die Unterdruckpumpe mit der Zylinder-Kolben-Einheit verbinden. Die Zylinder-Kolben-Einheit kann so ausgebildet sein, dass der Kolben beidseitig mit Druck beaufschlagbar ist. Denkbar ist auch, dass der Kolben einseitig mit einem Federelement vorgespannt ist und letztlich zur Verlagerung einseitig mit Druckluft beaufschlagbar ist.
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Der Saugfinger als solcher kann vorzugsweise zwei oder mehrere relativ zueinander beweglich angeordnete Fingerglieder aufweisen, so dass der Saugfinger zwischen der platzsparenden Deaktivierungslage und der Aktivierungslage verlagerbar ist.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn die einzelnen Fingerglieder insbesondere um parallel zueinander verlaufende Schwenkachsen verschwenkbar angeordnet sind. Ein derartiger Saugfinger kann dann so ausgebildet sein, dass er in der Deaktivierungslage zusammengeklappt und damit seine Störgeometrie verkleinert werden kann. Allerdings kann auch vorgesehen sein, dass die einzelnen Fingerglieder teleskopierbar angeordnet sind, so dass der Saugfinger entlang der Fingerachse ausfahrbar oder einfahrbar ist. Auch denkbar ist, dass die einzelnen Fingerglieder scherenartig zur Bildung einer Scheren- bzw. Parallelkinemathek miteinander verbunden sind.
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Das Unterdruckmodul kann ferner eine senkrecht zum Modulflansch verlaufende Fingerplatte aufweisen, an der der Saugfinger und/oder der Aktivierungsantrieb um eine senkrecht zur Fingerplatte verlaufende Schwenkachse verschwenkbar angeordnet sind. Die Fingerplatte dient folglich in erster Linie zur Anordnung des Saugfingers, bzw. dessen Fingergliedern. Die Fingerplatte kann so ausgebildet sein, dass ihre Kontur wenigstens abschnittsweise und der Kontur des Greifmoduls entspricht, so dass bei am Unterdruckmodul angeordnetem Greifmodul die Greifplatte keine oder nur eine möglichst geringe zusätzliche Störgeometrie bietet.
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Der Saugfinger ist dabei vorzugsweise derart an der Fingerplatte angeordnet und ausgebildet, dass er in der Aktivierungslage sich im Wesentlichen parallel zu den Greiffingern, die ein am Modulflansch angeordnetes Greifmodul aufweist, erstreckt und die Greiffinger des Greifmoduls in Fingerlängsrichtung überragt. Mit einem derart ausgebildeten Saugfinger kann erreicht werden, dass Gegenstände vom Saugfinger mittels Saugen gegriffen werden können, ohne dass die Greiffinger eine maßgebliche Störgeometrie bilden.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn der Saugfinger ein Ausgleichselement aufweist, das beim Anliegen des Ansaugabschnitts am zu greifenden Gegenstand einen Ausgleich in Fingerlängsrichtung ermöglicht. Dadurch wird eine Belastung beim Aufbringen des Anpressdrucks auf das zu greifende Bauteil minimiert, wobei dennoch ein sicheres Sauggreifen gewährleistet werden kann.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn die Systemschnittstelle nicht nur zur Übertragung von elektrischer Energie, sondern auch zur Übertragung von Informationen eingerichtet ist. Damit können weitere Schnittstellen am Unterdruckmodul entfallen.
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Ferner ist vorteilhaft, wenn im oder am Unterdruckmodul ein oder mehrere elektrisch betätigbare Pneumatikventile vorgesehen sind, mittels dem oder mittels denen der Unterdruck am Ansaugabschnitt und/oder der Aktivierungsantrieb ein- und ausschaltbar ist. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Unterdruckpumpe während des Betriebs fortwährend einen Unterdruck erzeugt, so dass über Betätigen der Pneumatikventile letztlich ein Unterdruck am Ansaugabschnitt eingeschalten und ausgeschalten werden kann, sowie der Aktivierungsantrieb zur Verlagerung des Saugfingers zwischen der Aktivierungslage und der Deaktivierungslage geschalten werden kann.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Greifsystem mit einem erfindungsgemäßen Unterdruckmodul und mit einem Greifmodul, welches zwei oder mehrere verfahrbare Greiffinger zum Klemmgreifen von Gegenständen aufweist, wobei das Greifmodul einen Modulflansch zur Anordnung an den Modulflansch des Unterdruckmoduls aufweist und wobei im oder am Greifmodul ein Greifantrieb zum Verfahren der Greiffinger vorgesehen ist.
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Dabei ist denkbar, dass der Greifantrieb so ausgebildet ist, dass er zum Verfahren der Greiffinger entweder mit über die Systemschnittstelle zugeführter elektrischer Energie oder mit vom Unterdruckerzeuger erzeugter Druckluft betrieben wird. Derartige Ausbildungen reduzieren den Verschlauchungs- und Verkabelungsaufwand. Allerdings ist auch denkbar, dass der Greifantrieb über eine separate Leitung mit Energie versorgt wird. Vorzugsweise kann der Greifantrieb als Elektromotor ausgebildet sein.
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Das Greifsystem kann neben dem Unterdruckmodul und dem Greifmodul ein Trägermodul vorsehen, welches einen Trägerhaken zum insbesondere Handhaben von Kleinladungsträgern aufweist. Mit einem derartigen Greifsystem kann der Automatisierungsgrad weiter erhöht werden, da zusätzliche Greifaufgaben bzw. ein Manipulieren von Kleinladungsträgern ermöglicht wird.
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Das Trägermodul ist dabei vorzugsweise wenigstens abschnittsweise zwischen dem Unterdruckmodul und dem Greifmodul angeordnet oder ist dort anordenbar. Selbstverständlich ist ebenfalls denkbar, dass das Trägermodul am Unterdruckmodul und/oder am Greifmodul montierbar ist.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird zudem gelöst durch einen Baukasten zur Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Greifsystems, wobei der Baukasten eine Auswahl von unterschiedlichen Unterdruckmodulen und/oder unterschiedlichen Greifmodulen und/oder unterschiedlichen Trägermodulen umfasst. Je nach gestellter Greifaufgabe und je nach Systemanforderungen kann folglich aus dem Baukasten ein geeignetes Greifsystem bereitgestellt werden.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
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Es zeigen:
- 1 ein Greifsystem in Explosionsdarstellung;
- 2 das Unterdruckmodul des Greifsystems gemäß 1 in perspektivischer Ansicht;
- 3 die Vorderansicht des Greifsystems gemäß 1 mit deaktiviertem Saugfinger;
- 4 die Rückansicht des Greifsystems gemäß 3;
- 5 das Greifsystem gemäß 3 in Vorderansicht mit aktiviertem Saugfinger;
- 6 die Rückansicht des Greifsystems gemäß 5;
- 7 das Greifsystem gemäß 1 beim Klemmgreifen eines Gegenstands;
- 8 das Greifsystem gemäß 1 beim Sauggreifen eines Gegenstands; und
- 9 das Greifsystem gemäß 1 beim Handhaben eines Kleinladungsträgers.
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Das in der 1 gezeigte Greifsystem 10 umfasst ein Unterdruckmodul 12, ein Greifmodul 14 und ein Trägermodul 16. Das Unterdruckmodul 12 sieht einen Saugfinger 18 vor, der an seinem freien Ende einen Ansaugabschnitt 20 zu Sauggreifen von Gegenständen aufweist. Ein mit dem Saugfinger 18, bzw. dem Ansaugabschnitt 20, sauggegriffener Gegenstand ist in der 8 mit dem Bezugszeichen 22 gekennzeichnet.
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Das Greifmodul 14 umfasst zwei aufeinander zu und voneinander weg verfahrbare Greiffinger 24, die über einen nicht näher dargestellten Greifantrieb angetrieben werden können. Mit den Greiffingern 24 können Bauteile 22, wie in 7 gezeigt, klemmgegriffen werden.
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Das Trägermodul 16 umfasst einen Trägerhaken 26, mit dem, wie in 10 angedeutet, Kleinladungsträger 28 gehandhabt werden können.
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Wie aus der Explosionsdarstellung gemäß 1 deutlich wird, kann das Trägermodul 16 wenigstens abschnittsweise zwischen dem Unterdruckmodul 12 und dem Greifmodul 14 angeordnet werden.
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Das Unterdruckmodul 12 weist auf seiner dem Greifmodul 14 abgewandten Oberseite einen Befestigungsflansch 30 zur Befestigung an insbesondere an einen in den Figuren dargestellten Wechseladapter 31, der am freie Ende eines Roboterarms anordenbar ist, auf. Auf der dem Befestigungsflansch 30 abgewandten Unterseite des Unterdruckmoduls 12 ist ein Modulflansch 32 vorgesehen, an dem das Greifmodul 14 anordenbar ist. Das Greifmodul 14 weist dazu ebenfalls einen greifmodulseitigen Modulflansch 34 auf, der dem Modulflansch 32 entsprechend ausgebildet ist. Zwischen den Modulflanschen 32 und 34 ist, wie insbesondere aus 1 und 4 deutlich wird, das Trägermodul 16 angeordnet. Die Ausbildung ist dabei derart, dass das Greifmodul 14 auch unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung des Trägermoduls 16, an das Unterdruckmodul 12 angeordnet werden kann.
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Das Unterdruckmodul 12 weist eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe 36 auf, welche zur Versorgung des Ansaugabschnitts 20 mit Unterdruck vorgesehen ist. Die Unterdruckpumpe 36 wird dabei über am Befestigungsflansch 30 vorgesehene, in den Figuren vom Wechseladapter 31 abgedeckten Systemschnittstelle 38 mit elektrischer Energie versorgt. Die Unterdruckpumpe 36 ist mit in den 1 und 2 gezeigten Pneumatikleitungen 37 mit einem Pneumatikventil 40 und mit einer weiteren Pneumatikleitung 39 mit dem Ansaugabschnitt 20 verbunden. Ferner ist die Unterdruckpumpe 36 mit in den 1 und 2 gezeigten Pneumatikleitungen 41 mit einem weiteren Pneumatikventil 42 verbunden, welches ebenfalls über Pneumatikleitungen 43 mit einem Aktivierungsantrieb 44 verbunden. Mit dem Aktivierungsantrieb 44 kann der Saugfinger 18 zwischen einer in den 2, 3 und 4 dargestellten Deaktivierungslage in eine in der 5 und 6 dargestellte Aktivierungslage verlagert werden. Der Aktivierungsantrieb 44 wird dabei von einer Zylinder-Kolben-Einheit gebildet, so dass bei Druckbeaufschlagung eines vom Kolben begrenzten Druckraums ein Betätigungsglied 46 in Axialrichtung verlagert wird. Das freie Ende des Betätigungsglieds 46 ist dabei mit einer Umlenkmechanik 48 gekoppelt.
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Wie aus den Figuren deutlich wird, umfasst das Unterdruckmodul 12 eine Fingerplatte 50, die im Wesentlichen senkrecht zum Modulflansch 32 verlaufend angeordnet ist. An der Fingerplatte 50 sind der Saugfinger 18, der Aktivierungsantrieb 44 sowie das Pneumatikventil 40 angeordnet.
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Wie aus den Figuren deutlich wird, weist der Saugfinger 18 zwei Fingerglieder 52 und 54 auf, welche über eine senkrecht zur Fingerplatte 50 verlaufende Schwenkachse 56 miteinander verbunden sind. Das dem Fingerglied 54 abgewandte Ende des Fingerglieds 52 ist ferner über eine Schwenkachse 58 an der Fingerplatte 50 verschwenkbar angeordnet. Wie insbesondere aus 6 deutlich wird, sind die beiden Fingerglieder 52, 54 im Bereich ihrer Schwenkachse 56 mit einer weiteren Umlenkmechanik 60 bewegungszwangsgekoppelt.
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Die Kontur der Fingerplatte 50 ist, wie insbesondere aus 3 und 5 deutlich wird, gleich bzw. kleiner ausgebildet als die Kontur des Greifmoduls 14, wodurch die Störgeometrie der Fingerplatte 50 minimiert wird. Wie ebenfalls aus insbesondere 2 und 3 deutlich wird, befinden sich die Fingerglieder 52 und 54 im Wesentlichen seitlich neben dem Greifmodul 14, wodurch auch hier die Störgeometrie des Saugfingers 18 in der Deaktivierungslage minimiert ist.
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Die Ausbildungen der Umlenkmechanik 48 und der Umlenkmechanik 60 sind dabei derart, dass beim axialen Ausfahren des Betätigungsglieds 46 die Fingerglieder 52 und 54 aus ihrer Deaktivierungslage (2, 3) in ihre Aktivierungslage (5, 6, 8) verfahren werden. Die beiden Fingerglieder 52 und 54 werden dabei um die Schwenkachsen 56 und 58 verschwenkt, so dass sie in der Aktivierungslage entlang einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind. In der Aktivierungslage verläuft die Fingerlängsrichtung 62 des Saugfingers 18 im Wesentlichen parallel zu den Fingerlängsrichtungen 64 der Greiffinger 24, was insbesondere aus den 5 und 6 deutlich wird.
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Wie insbesondere aus 8 deutlich wird, überragt der Saugabschnitt 20 des Saugfingers 18 in Längsrichtung die freien Enden 66 der Greiffinger 24. Dadurch wird erreicht, dass mit dem Saugfinger 18 Bauteile 22 gegriffen werden können, ohne dass hierbei die Greiffinger 24 störend im Weg sind.
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Der Greifantrieb des Greifmoduls 14 kann als elektrischer Antrieb, insbesondere als Elektromotor ausgebildet sein. Die Zuführung der elektrischen Energie kann dabei über die Systemschnittstelle 38 erfolgen. Denkbar ist allerdings auch, dass eine separate Leitung zur Energieversorgung des Greifantriebs vorgesehen ist. Allerdings ist auch denkbar, dass der Greifantrieb mit von der Unterdruckpumpe 36 erzeugter Druckluft betrieben wird.
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Die Unterdruckpumpe 36 kann dabei einen Unterdruckausgang sowie einen Abluft-/Druckluftausgang aufweisen, wobei der Unterdruckausgang insbesondere mit dem Ansaugabschnitt 20 verbunden werden kann und der Druckausgang mit dem Aktivierungsantrieb 44 verbunden werden kann. Die Pneumatikventile 40 und 42 werden insbesondere elektrisch betätigt, wobei die Betätigung über eine Steuerung erfolgt. Die Datenübertragung der entsprechenden elektrischen Signale kann dabei über die Systemschnittstelle erfolgen.
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Der Saugfinger 18 weist im Bereich vor dem Ansaugabschnitt 20 ein Ausgleichselement 68 auf, das beim Anliegen des Ansaugabschnitts 20 am zu greifenden Bauteil 22 einen Ausgleich in Fingerlängsrichtung ermöglicht. Der Saugfinger 18 kann dabei in Fingerlängsrichtung beim Aufsetzen auf das zu greifende Bauteil nachgeben, um ein sicheres Greifen zu ermöglichen.
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Je nach zu lösender Greifaufgabe können aus einem Baukasten zur Bereitstellung eines Greifsystems 10 unterschiedlichen Unterdruckmodulen 12 und/oder unterschiedlichen Greifmodulen 14 und/oder unterschiedlichen Trägermodulen 16 ausgewählt werden. Für die jeweiligen Greifmodule können auch je nach Aufgabe unterschiedliche Greiffinger 24 Verwendung finden. Insgesamt kann dadurch ein jeweiliges geeignetes Greifsystem 10 auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden.
