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Die Erfindung betrifft eine Messhalterung für einen Greifer, eine Messvorrichtung mit einer solchen Messhalterung, dem Messmittel und dem Greifer sowie ein Messverfahren zur Messung einer Greifkraft des Greifers.
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Insbesondere bei Mensch-Roboter-Kollaboration eingesetzte Greifer werden mittels eines Messmittels hinsichtlich der von ihnen aufgebrachten Kräfte vermessen. Dazu ist es bekannt, das Messmittel per Hand derart zu führen, dass eine Messspitze des Messmittels zwischen den Greiffingern des Greifers geklemmt wird. Mittels des Messmittels können die an der Messspitze angreifenden Greifkräfte der Greiffinger, insbesondere Impulskräfte (transiente Belastung) und Quetsch- oder Klemmkräfte (quasistatische Belastung), gemessen werden. Es hat sich gezeigt, dass die bei mehrmaligem Messen entsprechend dieses Verfahrens ermittelten Messergebnisse stark voneinander variieren können. So variieren bei den einzelnen Messungen insbesondere die gemessenen Impulskräfte um bis zu 30% voneinander. Dementsprechend ist es wünschenswert, das Messen von Greifkräften vom Greifern derart zu realisieren, dass die absolute Messgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit von Messungen möglichst hoch ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Messhalterung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorgeschlagen wird dementsprechend eine Messhalterung für einen Greifer, wobei die Messhalterung einen Grundkörper, einen auf dem Grundkörper angeordneten Befestigungsarm, ein an dem Befestigungsarm angeordnetes erstes Befestigungsmittel zur Befestigung eines Messmittels zur Messung einer Greifkraft eines Greifers und ein auf dem Grundkörper angeordnetes zweites Befestigungsmittel zur Befestigung des Greifers aufweist, wobei das erste Befestigungsmittel und das zweite Befestigungsmittel derart relativ zueinander angeordnet sind, dass eine Messspitze des Messmittels zwischen zwei entlang einer Verfahrachse verfahrbaren Greiffingern des Greifers positionierbar ist, und wobei die Messhalterung eine Federführung zur Führung des Befestigungsarmes und/oder des Messmittels entlang einer X-Achse, die parallel zu der Verfahrachse ist, aufweist, sodass die Messspitze bei Beaufschlagung durch zumindest einen der beiden Greiffinger entlang der X-Achse in einer Position zwischen den beiden Greiffingern eine Ausgleichsmittenstellung einnehmen kann.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Messspitze bei Handführung des Messmittels nicht parallel zu den Greiffingern geführt werden kann. Beim Klemmen der Messspitze zwischen den Greiffingern wird daher ein Teil der Impulskraft von den Greiffingern dazu aufgewendet, die Messspitze parallel zu den Greiffingern auszurichten. Entsprechend kommt es bei mehreren konsekutiven Messungen zu einer großen Variation in den gemessenen Impulskräften.
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Die erfindungsgemäße Messhalterung hingegen ermöglicht durch das Positionieren der Messspitze in der durch die Messhalterung definierten Ausgleichsmittenstellung eine hohe absolute Messgenauigkeit und eine hohe Wiederholgenauigkeit. Die Federführung des Befestigungsarmes entlang der X-Achse ermöglicht dabei das Ausrichten der Messspitze im Mikrometerbereich, wodurch die Verfälschung der Impulskräfte vermieden oder zumindest erheblich reduziert wird. Die erfindungsgemäße Messhalterung ermöglicht darüber hinaus eine erhöhte Prozesssicherheit beim Messen.
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Bevorzugt ist, dass die Federführung zumindest zwei jeweils in entgegengesetzte Richtung entlang der X-Achse wirkende Federn aufweist. Ferner können zwei solcher Paare von Federn vorgesehen werden, um den Befestigungsarm und/oder das erste Befestigungsmittel besser zu stützen.
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Außerdem ist bevorzugt, dass der Befestigungsarm auf einem ersten Trägerkörper angeordnet ist, wobei die zumindest zwei Federn der Federführung des Befestigungsarmes entlang der X-Achse in einem zweiten Trägerkörper, der zwischen dem ersten Trägerkörper und dem Grundkörper angeordnet ist, angeordnet ist. Entsprechend ist der erste Trägerkörper gegenüber dem zweiten Trägerkörper mittels der Federführung verschiebbar. Dadurch wird bei kompakter Anordnung der Federführung in der Messhalterung eine einfache und stabile Verschieblichkeit des Messmittels erreicht.
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Dabei ist bevorzugt, dass eine Federkraft zumindest einer Feder der Federführung zumindest 5% der zu messenden Greifkraft des Greifers beträgt. Insbesondere kann die Federkraft der zumindest einen Feder zumindest 10%, bevorzugt zumindest 20% der Greifkraft des Greifers betragen. Insbesondere können die Federkräfte der entgegengesetzt wirkenden Feder betragsmäßig gleich groß sein.
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Bevorzugt ist, dass das erste Befestigungsmittel entlang einer Z-Achse, die entlang des Befestigungsarmes und/oder senkrecht zu der X-Achse verläuft, verschiebbar ausgebildet ist. Insbesondere ist das erste Befestigungsmittel auch entlang der Z-Achse fixierbar. Bevorzugt ist das erste Befestigungsmittel kontinuierlich entlang der Z-Achse verschiebbar und fixierbar. Dadurch lässt sich das Messmittel entlang der Z-Achse verschieben und die Messhalterung kann für unterschiedliche Greifer einfach angepasst werden.
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Dabei ist bevorzugt, dass der Befestigungsarm eine Führungsnut oder einen Führungsschlitz aufweist, in dem das erste Befestigungsmittel verschiebbar ist. In einer Führungsnut oder in einem Führungsschlitz kann das erste Befestigungsmittel auf einfache Weise kontinuierlich geführt und an beliebiger Position an der Z-Achse oder mit anderen Worten in beliebiger Höhe gegenüber dem Grundkörper fixiert werden.
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Ferner ist bevorzugt, dass der Befestigungsarm entlang einer Y-Achse, die senkrecht zu der X-Achse ist, verschiebbar auf dem Grundkörper angeordnet ist. Die Y-Achse ist insbesondere auch senkrecht zu der Z-Achse. Dadurch lässt sich das Messmittel entlang der X-Achse verschieben und die Messhalterung kann für unterschiedliche Greifer einfach angepasst werden.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass das zweite Befestigungsmittel als ein dritter Trägerkörper mit einem zu einem Anschlussmittel des Greifers korrespondierenden Anschlussstück ausgebildet ist, das während der Messung der Greifkraft auf dem Grundkörper angeordnet ist. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Befestigung des Greifers an dem zweiten Befestigungsmittel.
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Darüber hinaus ist bevorzugt, dass das erste Befestigungsmittel als eine Befestigungsschiene zur Aufnahme des Messmittels ausgebildet ist oder eine solche umfasst. Dies ermöglicht ein Verschieben des Messmittels entlang der Befestigungsschiene und damit eine Anpassung der Messhalterung an unterschiedliche Messmittel und/oder unterschiedliche Greifer.
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Ferner ist bevorzugt, dass das erste Befestigungsmittel um eine parallel zu der Verfahrachse verlaufende Schwenkachse verschwenkbar ist. Die Schwenkachse kann auch parallel zu der X-Achse verlaufen oder der X-Achse entsprechen. Dadurch wird ein weiterer Freiheitsgrad zur Verstellung des Messmittels in Bezug auf den an der Messhalterung befestigten Greifer bereitgestellt.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Messvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Messhalterung, wobei das Messmittel an dem ersten Befestigungsmittel befestigt ist und der Greifer an dem zweiten Befestigungsmittel befestigt ist, sodass die Messspitze entlang der X-Achse in der Position zwischen den beiden Greiffingern eine Ausgleichsmittenstellung einnimmt.
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Bevorzugt ist dabei, dass das Messmittel dazu ausgebildet ist, die beim Greifen der Messspitze mittels des Greifers auf die Messspitze wirkende Impulskraft und Klemmkraft zu messen. Insbesondere die Impulskraft kann in der erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit besonders hoher absoluter Messgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit gemessen werden.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Messverfahren zur Messung einer Klemmkraft eines Greifers in einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit den Schritten: (a) Verfahren der Greiffinger entlang der Verfahrachse aufeinander zu, (b) Beaufschlagen der Messspitze durch zumindest einen der beiden Greiffinger, sodass die Messspitze die Ausgleichsmittenstellung einnimmt, (c) Greifen der in der Ausgleichsmittenstellung befindlichen Messspitze von den Greiffingern, und (d) Aufzeichnen der Greifkraft des Greifers mittels des Messmittels.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert wird.
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Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Messvorrichtung in einer perspektivischen Seitenansicht;
- 2 die erfindungsgemäße Messhalterung der Messvorrichtung aus 1 in einer perspektivischen Seitenansicht;
- 3 die erfindungsgemäße Messhalterung aus 2 in einer Querschnittsansicht.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 mit einer Messhalterung 10 zu sehen. Die Messhalterung 10 weist einen Grundkörper 11 auf. Der Grundkörper 11 ist vorliegend als eine Grundplatte ausgebildet. Auf dem Grundkörper 11 ist ein Befestigungsarm 16 angeordnet. Der Befestigungsarm 16 erstreckt sich entlang einer Z-Achse senkrecht von dem Grundkörper 11 weg. Die Z-Achse kann auch als Höhenachse der Messvorrichtung 1 bezeichnet werden, da sie sich einer Höhe nach über den Grundkörper 11 erstreckt.
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Der Befestigungsarm 16 weist einen Führungsschlitz 17 auf, der entlang der Z-Achse bzw. entlang des Befestigungsarmes 16 in dem Befestigungsarm 16 ausgebildet ist. An einem oberen Ende des Befestigungsarmes 16 ist ein erstes Befestigungsmittel 18 angeordnet, an dem ein Messmittel 30 befestigt ist. Das erste Befestigungsmittel 18 ist in dem Führungsschlitz 17 geführt und entlang des Führungsschlitzes 17 verschiebbar, um das Messmittel 30 bzw. eine Messspitze 31 des Messmittels 30 relativ in Bezug zu Greiffingern 42, 43 eines Greifers 40 der Messvorrichtung 1 auszurichten. Mittels eines Fixiermittels 19, vorliegend mit einem Hebel, kann der Befestigungsarm 16 an einer gewünschten Position in dem Führungsschlitz 17 fixiert werden. Ferner ist das erste Befestigungsmittel 18 um eine parallel zu der Verfahrachse V verlaufende Schwenkachse S (siehe 2) verschwenkbar.
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Das erste Befestigungsmittel 18 ist vorliegend als eine Befestigungsschiene ausgebildet, die das Messmittel 30 umgreift. Entlang des ersten Befestigungsmittels 18 kann das Messmittel 30 entsprechend verschoben werden. Das Messmittel 30 weist neben der Messspitze 31 eine Messanzeige 32 und einen Griff 33 auf.
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Der Befestigungsarm 16 ist mit dem Grundkörper 11 mittels eines ersten Trägerkörpers 15 und eines zweiten Trägerkörpers 12, der zwischen dem ersten Trägerkörper 15 und dem Grundkörper 11 angeordnet ist, verbunden. Der erste Trägerkörper 15 ist vorliegend als eine Trägerplatte ausgebildet. Der zweite Trägerkörper 12 ist vorliegend als eine Trägerplatte ausgebildet. Mittels des ersten Trägerkörpers 15 ist der Befestigungsarm 16 entlang einer X-Achse federgeführt bzw. mit einer Federführung 50 (siehe 3) ausgebildet.
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Der zweite Trägerkörper 12 ist verschiebbar entlang einer Y-Achse, die senkrecht zu der Z-Achse und zu der X-Achse ist, auf dem Grundkörper 11 angeordnet. Dazu kann der Grundkörper 11, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, in einer Führung des zweiten Trägerkörpers 12 geführt werden. Mittels von Fixiermitteln 13.1, 13.2, vorliegend mit Hebeln, kann der zweite Trägerkörper 12 in einer gewünschten Position entlang der Y-Achse an dem Grundkörper 11 fixiert werden. Da der Befestigungsarm 16 mittels des ersten Trägerkörpers 11 mit dem zweiten Trägerkörper 12 verbunden, insbesondere starr verbunden, ist, kann der Befestigungsarm 16 und somit das erste Befestigungsmittel 18 mit dem daran befestigten Messmittel 30 und seiner Messspitze 31 entlang der Y-Achse verschoben werden. Die Verschiebbarkeit des zweiten Trägerkörpers 12 entlang der Y-Achse wird vorliegend durch einen Anschlag 14 begrenzt.
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Auf dem Grundkörper 11 ist ferner ein zweites Befestigungsmittel 20 mit einem daran befestigten Greifer 40 angeordnet. Das zweite Befestigungsmittel 20 ist vorliegend als ein dritter Trägerkörper 20 mit einem zu einem Anschlussmittel 44 des Greifers 40 korrespondierenden Anschlussstück 21 (siehe 2) ausgebildet. Vorliegend ist der dritte Trägerkörper 20 als eine Trägerplatte ausgebildet. Das Anschlussmittel 44 wird von dem Anschlussstück 21 aufgenommen, wodurch der Greifer 40 sicher an dem zweiten Befestigungsmittel 20 fixiert wird. Selbstverständlich können weitere Befestigungsmittel zur Befestigung des Greifers 40 an dem dritten Trägerkörper 20 bzw. zur Verbindung mit dem Grundkörper 11 vorgesehen sein.
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Der Greifer 40 weist eine Antriebseinrichtung 41 auf, mittels derer die Greiffinger 42, 43 entlang der Verfahrachse V aufeinander zu und voneinander weg verfahren werden können. Die X-Achse ist dabei parallel zu der Verfahrachse V ausgebildet. Beim Verfahren der Greiffinger 42, 43 aufeinander zu wird die dazwischen positionierte Messspitze 31 durch Beaufschlagung von einem oder beiden der Greiffinger 42, 43 in eine Ausgleichsmittenstellung gebracht und von den beiden Greiffingern 42, 43 geklemmt. Die dabei auf die Messspitze 31 wirkende Impulskraft und Klemmkraft werden von dem Messmittel 30 gemessen und auf der Messanzeige 32 angezeigt.
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In der 2 ist die erfindungsgemäße Messhalterung 10 der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 aus 1 gezeigt, wobei zusätzlich zu dem ersten Befestigungsmittel 18.1 ein weiteres erstes Befestigungsmittel 18.2 an dem Befestigungsarm 16 angeordnet ist, wodurch die Versatilität der Messhalterung 10 zusätzlich erweitert wird. Die Messhalterung 10 ist hier ohne das Messmittel 30 und den Greifer 40 gezeigt.
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3 zeigt die erfindungsgemäße Messhalterung 10 aus 2 in einer Querschnittsansicht. Der Schnitt verläuft entlang der X-Achse durch den Grundkörper 11, den ersten Trägerkörper 15 und den zweiten Trägerkörper 12. In dieser Querschnittsansicht ist die Federführung 50 zu sehen.
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Die Federführung 50 befindet sich mit zwei in entgegengesetzte Richtungen entlang der X-Achse wirkenden Federn 51.1, 51.2 innerhalb des zweiten Trägerkörpers 12. Die beiden Federn 51.1, 51.2 sind jeweils in dem zweiten Trägerkörper 12 angelegt und drücken jeweils gegen einen Führungsabschnitt 52 der Federführung 50 an dem ersten Trägerkörper 15, der sich von dem ersten Trägerkörper 15 aus in Richtung zu dem zweiten Trägerkörper 12 und innerhalb des zweiten Trägerkörpers 12 erstreckt. Dadurch, dass der erste Trägerkörper 15 starr mit dem Befestigungsarm 16 verbunden ist, kann der Befestigungsarm 16 entlang der X-Achse mittels der Federführung 50 federgeführt verschoben werden.
