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Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch insbesondere für einen industriellen Einsatz von Robotern.
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Greifvorrichtungen sind hinlänglich bekannt. Sie dienen zum Aufnehmen, Fixieren und Abgeben von Gegenständen mittels Greifen. Für industrielle Anwendungen sind derartige Greifvorrichtungen Teile von Robotern, Manipulatoren, Fixierungen oder anderen Handhabungsvorrichtungen, wobei die Greifvorrichtung an den jeweiligen Zweck angepasst ist. Insbesondere beim Einsatz von Robotern in der Fertigung, in der Logistik oder Kommissionierung von Bauteilen besteht ein Bedarf an Greifwerkzeugen. Dabei kommen insbesondere Sauggreifer und/oder Backengreifer wie z.B. Parallelgreifer oder formschlüssig greifende Konturgreifer zum Einsatz.
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Bereits die
DE 431 142 aus dem Jahr 1925 zeigt beispielhaft einen Fingergreifer als Greifvorrichtung für Heizstoffe, insbesondere Briketts, die mit mehreren Greifklauen gegriffen und gehalten werden können. Ein Greifsystem mit Parallelgreifern für Roboter offenbart beispielsweise
DE 42 02 856 A1 .
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Auch Sauggreifer zum Ansaugen und Halten von Werkstücken sind allgemein geläufig.
DE 10 2012 109 888 A1 beschreibt z.B. eine Ausgestaltung eines Sauggreifers zum Ansaugen und Halten von biegeschlaffen luftdurchlässigen Halbzeugen. Der Sauggreifer weist hierzu ein Gehäuse mit einer Vielzahl von Saugöffnungen in einer Saugfläche auf.
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Für das Greifen von Objekten mit einer hohen Varianten- Oberflächen- oder Formvielfalt, wie es beispielsweise bei Montagearbeiten oder einer Sortierung von Stückgutmischungen, von Postsendungen oder von Müll erforderlich ist, wird im Rahmen des Stands der Technik ein Greiferwechsel vorgeschlagen.
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Insbesondere im automatisierten Fertigungsbereich sind Wechselsysteme für Greifer oder andere Werkzeuge bekannt.
DE 36 25 218 A1 repräsentiert hierfür z.B. eine Werkzeugmaschine mit einem Revolverkopf für Werkzeughalter oder Greifvorrichtungen.
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Aus der
DE 200 21 440 U1 sowie der
DE 10 2007 031 847 B3 sind zudem Greifvorrichtung mit Backen- oder Fingergreifer bekannt, welcher zusätzlich mit einem Sauggreifer zwischen den vorgenannten Greifern ausgestattet ist. Ein aufzunehmender Gegenstand wird zunächst durch den Sauggreifer in den Wirkbereich der Greiffinger angesaugt und festgehalten, um dann von den Greiffingern aufgegriffen zu werden. Der Sauggreifer dient dabei nur als Hilfsvorrichtung und nicht als eigenständiges Greifelement.
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Die
CN 208 231 793 U zeigt zudem eine Greifvorrichtung mit Sauggreifer und um diese angeordnete Parallelgreifflächen auf einem Roboterarm.
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Ein drehbares System, das auf einer Seite einen montierten Sauggreifer, auf der anderen Seite einen vollständigen Parallelgreifer aufweist, beschreibt Wade-McCue et al. (Design of a Multi-Modal End-Effector an Grasping System: How Integrated Design helped win the Amazon Robotics Challenge; ACRV Technical Report, Report-Nr.: ACRV-TR-2017-03; arXiv:1710.01439). Der Greifer verfügt sowohl über Rotationmittel für einen Saugnapf auf einer Seite als auch über einen vollständigen Parallelgreifer auf der anderen Seite.
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Ferner wird in der
DE 33 44 903 A1 eine Greiferanordnung für einen Industrieroboter beschrieben, bei an einem Roboterarm ein schwenkbarer Doppelarm befestigt ist, der an den Enden über Schnellkupplungen mit Spezialgreifern, vorzugsweise Vakuumgreifer zur Handhabung von Leiterplatten und Folien verbunden ist.
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Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Greifvorrichtung der vorgenannten Art so auszugestalten, dass sie sich für eine Handhabung von Waren mit zumindest zwei unterschiedlichen Greiferkonzepten, insbesondere Klemmung und/oder Ansaugung gleichermaßen eignet und sich dabei durch einen geringen Umrüstungsaufwand auszeichnet.
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Weilerhin liegt eine Aufgabe darin, eine Greifvorrichtung so auszugestalten, dass Sie sich für die Bestückung und Entladung in bzw. aus Kisten oder Kartons oder anderen Innenvolumina in besonderem Maße eignet.
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Die Aufgabe wird mit einer Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Hierauf rückbezogene Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltungen wieder.
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Eine Lösung der Aufgabe basiert auf einem Greifvorrichtungskonzept zur Handhabung von Gegenständen mittels zwischen jeweils vorwählbaren Arbeitspositionen hin- und herschaltbarer Greifelemente, umfassend zumindest einen Sauggreifer sowie Greifflächen. Die Greifelemente sind hierzu auf einer Wechselvorrichtung angeordnet. Die Greifflächen selbst lassen sich einerseits in einer Arbeitsposition paarweise, vorzugsweise planparallel zueinander an je einem Greiffinger angeordnet als Zangengreifer nutzen. Andererseits sind die Greifflächen auch einzeln als bevorzugt keilförmiges Werkzeug nutzbar, beispielsweise als Positionierwerkzeug für ein Abrücken von Gegenständen von einer Wandung durch ein Zwischenschieben einer Greiffläche. Der Sauggreifer dient dagegen als alternatives Werkzeug zur Handhabung, d.h. zur Aufnahme, Festhalten und wieder Lösen eines Gegenstands.
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Die zur Lösung vorgeschlagene Greifvorrichtung umfasst folglich mindestens zwei Greiffinger sowie mindestens eine bewegliche Wechselvorrichtung für zwei unterschiedliche Greifelemente auf zumindest einem der Greiffinger, vorzugsweise zwei Greiffingern. Für jedes Greifelement ist somit mindestens eine vorgebbare Arbeitsposition in der Greifvorrichtung vorgesehen, die sich von den Arbeitspositionen der jeweils anderen Greifvorrichtung unterscheidet und durch die Wechselvorrichtung einstellbar ist. In jeder Arbeitsposition ist eines der Greifelemente am distalen Ende der jeweiligen Greiffinger positioniert.
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Die Greifelemente umfassen dabei zumindest eine Greiffläche sowie ein Sauggreifelement. Mindestens eine der Greifflächen verjüngt sich distal, vorzugsweise bis hin zu einer Punkt- oder Linienform auslaufend.
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Die Wechselvorrichtung umfasst vorzugsweise ein verschiebbares oder schwenkbares Fingerelement, auf dem die Greifelemente angeordnet (z.B. aufgesetzt) und/oder in dem die Greifelemente integriert sind. Weiter bevorzugt ist das vorgenannte Fingerelement abseits der Greifelemente um eine Schwenkachse schwenkbar angeordnet, wobei das Fingerelement für jedes Greifelement an mindestens einer zuvor auswählbaren Position arretierbar ist. Die Greifelemente sind damit in vorteilhafter Weise jeweils über das Fingerelement in ihre jeweiligen Arbeitspositionen positionierbar, ohne dass ein zusätzlicher Montageaufwand erforderlich wäre. Entsprechend bevorzugt sind die Greifelemente starr in oder an dem Fingerelement integriert bzw. angeordnet.
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Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Wechselvorrichtung sieht vor, das Fingerelement als einen schwenkbaren Doppelfinger mit zwei exponierten Elementen auszugestalten. An den Enden der exponierten Elemente sind dabei jeweils ein Greifelement angeordnet.
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Die Wechselvorrichtung ist beweglich und in den vorgenannten Arbeitspositionen für die Greifelemente einstell- und arretierbar. Dies erfolgt vorzugsweise motorisch über eine motorische Antriebseinheit für die Bewegung der Wechselvorrichtung zwischen den genannten Arbeitspositionen der Greifelemente. Die motorische Antriebseinheit umfasst weiter bevorzugt einen Motor sowie Übertragungsmittel zur Wechselvorrichtung. Der Motor ist dabei vorzugsweise fest im Greiffinger angeordnet. Die Übertragungsmittel zwischen Motor und Wechselvorrichtung greifen vorzugsweise auf eine Kette, ein Reibrad, ein Riemen, Zahnräder und/oder eine Zahnstange zurück.
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Ketten, Zahnräder und/oder Zahnstangen sind Übertragungsmittel, bei denen zwei Komponenten formschlüssig ineinandergreifen, weisen eine erheblich geringere bis gar keine Schlupfgefahr bei der Weiterleitung einer Bewegung auf. Sie eignen sich insbesondere dann, wenn die Einstellung und Arretierung der Arbeitspositionen über die Motorstellung an der motorischen Antriebeinheit (d.h. proximal im Fingerelement) und nicht an der Wechselvorrichtung (d.h. distal im Fingerelement) erfolgt und kontrolliert wird. Für die Erfassung der Arbeitspositionen sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Erfassungsmittel (an der Wechselvorrichtung oder überhaupt im Greiffinger) erforderlich. Der Motor ist dabei bevorzugt ein Schrittmotor (z.B. Synchronmotor, Stepper) mit der Möglichkeit einer selektiven Statorspulenansteuerung zur exakten Einstellung einer exakten Winkel- oder Linearwegverstellung.
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Dagegen lassen insbesondere reibschlüssige Übertragungsmittel mit beispielsweise Riemen oder Reibräder einen entsprechenden Schlupf zu, d.h. die Arbeitspositionen müssen vorzugsweise direkt an der Wechselvorrichtung oder den Greifelementen aufgenommen werden, was wiederum den apparativen Aufwand erhöht. Andererseits werden mit einer solche Ausgestaltung der Übertragungsmittel auch eine reibschlüssige Rutschkupplung und damit eine besonders unkomplizierte Möglichkeit, die Greifkraft des Greifsystems zu begrenzen, realisiert.
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Der Vollständigkeit halber werden auch pneumatische oder hydraulische Übertragungsmittel vorgeschlagen. Diese Übertragungsmittel eignen sich insbesondere dann, wenn eine motorische Antriebseinheit nicht nahe oder in der Wechselvorrichtung positionierbar ist und die Übertragung von einer hydraulischen oder pneumatischen Quelle insbesondere über komplexe Leitungswege hin zur Wechselvorrichtung erfolgen muss. Auch hier, insbesondere bei pneumatischen Übertragungen, müssen die Arbeitspositionen vorzugsweise direkt an der Wechselvorrichtung oder den Greifelementen aufgenommen werden.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung des Greifsystems sieht vor, mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei gegeneinander schwenkbare oder vorzugsweise linear bewegbare Greiffinger und Greifflächen vorzusehen, die durch die Greiffinger in jeweilig zugehöriger Arbeitsposition planparallel ineinandergreifend zueinander angeordnet und bewegbar sind. Eine alternative Ausgestaltung sieht ebene und/oder planparallel zueinander angeordnete Greifflächen vor.
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Eine weitere bevorzugte Ausführung des Greifsystems sieht vor, mindestens eine Greiffläche einschließlich der Wechselvorrichtung und des Greiffingers in ihrer Dicke distal kontinuierlich zu verjüngen. Die bedeutet, dass die Umrisse der Greiffläche einschließlich der Wechselvorrichtung und des Greiffingers distal spitz zulaufen. Diese sind dann, ähnlich wie ein Keil, zwischen zwei Gegenstände oder einen Gegenstand und einer Wandung (z.B. einer Innenwandung eines Kartons oder einer Kiste) einschiebbar, wobei die Gegenstände mit zunehmenden Einschub durch die Keilform voneinander oder der Gegenstand von der Wandung auseinander gedrückt werden. Vorzugsweise sind die Greifflächen hierfür eben. Gegenstände und Wandungsbereichen lassen sich einfach und beschädigungsarm lateral verschieben.
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Eine bevorzugte Ausführung sieht Sauggreifelemente vor, die in einer Arbeitsposition axial zum Greiffinger ausrichtbar sind. Das Sauggreifelement ist dabei vorzugsweise am distalen Ende eines Greiffingers angeordnet und in distale Richtung ausgerichtet. Die Greifvorrichtung lässt sich damit in vorteilhafter Weise axial an einen Gegenstand heranfahren, wobei der Gegenstand durch Ansaugen von dieser aufnehmbar ist. Optional weist die Greifvorrichtung mehrere Greiffinger und/oder Sauggreifelemente auf, wobei vorzugsweise jeweils ein Greiffinger genau eine Saugvorrichtung aufweist, die weiter bevorzugt in den Arbeitspositionen parallel nebeneinander und auf gleicher Ebene zueinander positioniert sind.
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Vorzugsweise werden die Sauggreifelemente durch ein dauerelastisches Element mit Ansaugkanal und Saugnapf gebildet. Weiter bevorzugt ist der Saugnapf in Bezug auf den Greiffinger distal ausgerichtet. Der Saugnapf weist einen vorzugsweise eben umlaufenden Rand auf, der eine vorzugsweise konkav einbuchtende Fläche mit zumindest einer Ausmündung des Ansaugkanals umschließt. Optional weist das Sauggreifelement eine Lochplatte als Ansaugfläche auf, die mit dem Rand abschließt und mit der konkav einbuchtenden Fläche ein Volumen bildet. Letztere Ausgestaltung eignet sich insbesondere für die Aufnahme von dünnen Gegenständen wie Papier oder Folien oder eben auch Verpackungen, Kartonagen oder Pakete.
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Die elastischen Eigenschaften des Elements werden von einem Elastomer (wie z.B. Gummi oder Silikonkautschuk) und/oder einer elastisch nachgiebigen Konstruktion (z.B. Metallschlauch) hervorgerufen. Die damit erzeugte Nachgiebigkeit ermöglicht eine ggf. erforderliche Ausrichtung und Anpassung des Saugnapfes an die Oberfläche des jeweils aufzunehmenden Gegenstands. Vorzugsweise befindet sich zwischen der Fixierung des Sauggreifelements auf dem Wechselträger und dem Saugnapf ein Bereich mit diesen elastischen Eigenschaften, womit eine Kippung und axiale und laterale Verschiebungen des Saugnapfes zum anzusaugenden Gegenstand während einer Ansaugung grundsätzlich möglich wird.
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Die Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf die konkret dargestellten Ausführungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen
- 1a bis 1c die Ausführungsform eines Greiffingers der Greifvorrichtung mit einer Greiffläche und einem Sauggreifelement als Greifelemente in drei Perspektiven, wobei sich die Greiffläche in einer ersten Arbeitsposition befindet,
- 2 die Ausführungsform eines Greiffingers gemäß 1a bis 1c, wobei sich die Greiffläche in einer zweiten Arbeitsposition befindet,
- 3a und b die Ausführungsform eines Greiffingers gemäß 1a bis 1c, wobei sich das Sauggreifelement in einer Arbeitsposition befindet,
- 4 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Fingerelements der Wechselvorrichtung als schwenkbares Fingerelement mit zwei exponierten Elementen und einer Ansaugleitung,
- 5a und b zwei Greiffinger einer Greifvorrichtung mit einem gegriffenen Gegenstand, wobei sich die Greifflächen in der ersten Arbeitsposition befinden,
- 6a und b ein Greiffinger einer Greifvorrichtung mit einem Gegenstand 16, wobei sich die Greiffläche in der zweiten Arbeitsposition befindet,
- 7a und b zwei Greiffinger einer Greifvorrichtung jeweils mit einem gegriffenen Gegenstand 16, wobei sich die Greifflächen in der ersten Arbeitsposition befinden,
- 8a und b jeweils ein mit zwei Greiffingern einer Greifvorrichtung aufgenommener Gegenstand, wobei jeweils bei einem Greiffinger ein Sauggreifelement und bei dem zweiten Greiffinger eine Greiffläche in einer jeweiligen Arbeitsposition aktiv sind sowie
- 9 zwei Greiffinger einer Greifvorrichtung beim Ansaugen eines Gegenstands durch nur ein Sauggreifelement eines Greiffingers, wobei die Greifelemente des zweiten Greiffingers in einer Ruheposition zurückgefahren sind.
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Alle Figuren zeigen Komponenten einer bevorzugte Ausführungsform eines Greiffingers 1 sowie einer Greifvorrichtung mit zwei Greiffingern 1 mit jeweils einer Wechselvorrichtung 2 für zwei unterschiedliche Greifelemente 3, umfassend eine Greiffläche 4 sowie einem Sauggreifelement 5. Die Wechselvorrichtung weist in allen Figuren ein um eine Schwenkachse 8 schwenkbares Fingerelement 6 auf, auf dem die vorgenannten Greifelemente 3 angeordnet sind. Wie dargestellt wird das Fingerelement 6 durch einen schwenkbaren Doppelfinger mit zwei exponierten Elementen 7 gebildet, an deren Enden jeweils eines der beiden vorgenannten Greifelemente angeordnet ist. Die beiden exponierten Elemente sind in Bezug auf die Schwenkachse in einem bevorzugten Winkel von 180° zueinander angeordnet.
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Das schwenkbare Fingerelement 6 ist vorzugsweise zwischen zwei als Fachwerk ausgestaltete Rahmenelemente 9 des Greiffingers 1 eingesetzt, wobei es vorzugsweise beidseitig in Kugel- oder bevorzugt Gleitlagern 22 in den am Rahmenelementen gelagert ist. Durch eine von einer motorischen Antriebseinheit 10 mit Motor und Getriebe angetriebene Rotation, welche über zwei Zahnräder 11, 12 und einen nur in 1b und 3b schematisch angedeuteten Kettentrieb 13 übertragen wird, ist das Fingerelement 6 im Greiffinger 1 zwischen den Arbeitspositionen der Greifelemente schwenkbar und positionierbar. Die motorischen Antriebseinheit 10 mit Motor und Getriebe befindet sich hierbei am proximalen Ende des Greiffingers 1, bevorzugt wie dargestellt zwischen den beiden Rahmenelementen 9.
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Eine Arretierung des Fingerelements 6 an den Arbeitspositionen erfolgt bei der vorgeschlagenen Übertragung ebenfalls mit Hilfe des Kettentriebs 13 oder auch bei einer anderen schlupffreien Übertragung (z.B. via formschlüssiger Übertragungsmittel wie z.B. Zahnräder, Zahnstangen, Zahnriemen oder Spindelwellen etc.) vorzugsweise dadurch, dass das Getriebe der motorischen Antriebseinheit entweder mechanisch blockierbar oder selbstblockierend ausgestaltet ist (z.B. Schneckengetriebe). Ergänzend oder alternativ wird vorgeschlagen, den Motor als Schritt- oder Steppermotor vorzusehen. Die steife Übertragung zwischen Motor und Fingerelement vereinfacht zudem eine mittelbare Kraftmessung durch die motorische Antriebseinheit.
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Bei einer alternativen Übertragung via zumindest unter Einbeziehung reibschlüssiger Übertragungsmittel, umfassend z.B. Riemen, Keilriemen (z.B. auf Riemenscheiben anstelle der dargestellten Zahnrädern) Rutschkupplungen oder Reibrädern, und/oder Übertragungsmitteln unter Einbeziehung ausgeprägt elastisch nachgiebigen Übertragungselementen (z.B. Gummikupplungen, Torsionswellen) ist eine schlupffreie Übertragung zwischen Motor und Fingerelement nicht sichergestellt. Entsprechend wird in solchen Fällen eine Arretierung direkt am Fingerelement erforderlich, vorzugsweise formschlüssig mittels eines formschlüssig eingreifenden Elements (z.B. Riegel), alternativ durch eine reibschlüssige Feststellbremse. Dennoch hätte eine derartige Ausgestaltung der Übertragung den sicherheitsrelevanten Vorteil einer Rutschkupplung oder nachgiebiger Elemente, die beispielsweise unerwartete Belastungsspitzen durch Blockierungen von Elementen z.B. beim Anstoßen an Wandungen etc. in vorteilhafter Weise reduzieren.
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Die Greiffläche 4 ist als Greifelement 3 in der dargestellten Ausführung fest, vorzugsweise starr am Ende eines von zwei exponierten Elementen des Fingerelement 6 angeordnet, wobei die Greiffläche 4 distal zu einer Punkt- oder Linienform verjüngt oder ausläuft. Umgesetzt ist dies im Rahmen der dargestellten Ausführungsform gemäß 1a bis 1c und 2 in der Weise, dass sich das exponierte Element 7 des Fingerelements 6, an dem die Greiffläche seitlich angesetzt ist, unter Ausbildung eines bevorzugt ebenen Fläche 15 distal verjüngt, wobei exponiertes Element und die Greiffläche in eine distale Kantenfläche 14 der Greiffläche 4, d.h. zu einer Linienform zusammenläuft. Ein Zusammenlaufen in eine Punktform wäre durch eine zusätzlich distal spitz zusammenlaufende Greiffläche realisierbar. Im Rahmen einer optionalen Ausgestaltung ist Lagerung der Greiffläche im Fingerelement elastisch oder passiv kippbar, sodass sich hierdurch eine individuelle Anpassung an den jeweils zu greifenden Gegenständen ermöglicht wird.
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Das Sauggreifelement 5 ist als Greifelement 3 in der dargestellten Ausführung am Ende des anderen der zwei exponierten Elemente des Fingerelement 6 angeordnet. Das Sauggreifelement 5 wird vorzugsweise durch ein Element mit Ansaugkanal und Saugnapf oder offenporige oder durchbrochene Saugfläche gebildet. Es sollte geeignet sein, sich an eine Kontur oder eine Ausrichtung einer Oberfläche eines zu greifenden Gegenstands ausrichten zu können. Eine bevorzugte Ausgestaltung des Sauggreifelement umfasst folglich eine dauerelastische Ausgestaltung des vorgenannten Elements und/oder des Saugnapfes oder des Saugfläche, was trotz einer bevorzugt starren Anbindung des Sauggreifelements am Ende eines exponierten Elements des Fingerelement 6 eine elastische Ausrichtung und/oder Anpassung an die Oberfläche eines anzusaugenden Gegenstands 16 zulässt. Weiter bevorzugt umfasst das elastische Element einen quer geriffelten Schlauch aus einem dünnwandigen Metall oder einem Elastomer (z.B. Gummimanschette, Spiralschlauch).
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1a bis 1c zeigen die bevorzugte Ausführungsform eines Greiffingers 1 der Greifvorrichtung mit einer Greiffläche 4 und einem Sauggreifelement 5 als Greifelemente 3 in drei Perspektiven, wobei sich die Greiffläche in einer ersten Arbeitsposition befindet. 2 zeigt diese Ausführungsform ebenfalls, wobei sich die Greiffläche jedoch in einer zweiten Arbeitsposition befindet. Die dargestellten Arbeitspositionen der Greiffläche zeichnen sich dadurch aus, dass das Fingerelement 6 so ausgeschwenkt ist, dass die Greiffläche 4 am distalen Endbereich der Greifvorrichtung positioniert ist. Die Schwenkachse 8 des Fingerelements 6 befindet sich vorzugsweise am distalen Ende eines Greiffingers 1.
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In der vorgenannten ersten Arbeitsposition ist die Greiffläche 4 vorzugsweise fluchtend und parallel zum Greiffinger 1 ausgerichtet (vgl. 1a). In dieser Arbeitsposition ist eine Greifvorrichtung mit zwei linear gegeneinander verschiebbaren Greiffingern 1 als Parallelgreifer zum Greifen eines Gegenstands 16 wie z.B. ein Paket oder eine Verpackung einsetzbar (schematisch in 5a und 5b dargestellt). Hierbei sind mindestens zwei, vorzugsweise genau zwei gegeneinander schwenkbare oder vorzugsweise linear bewegbare Greiffinger und Greifflächen vorgesehen, die durch die Greiffinger in jeweilig in der ersten Arbeitsposition planparallel ineinandergreifend zueinander angeordnet und bewegbar sind. Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht plane Greifflächen vor, die planparallel zueinander angeordnet gegeneinander verschiebbar sind.
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In der vorgenannten zweiten Arbeitsposition ist dagegen die rückwärtig zur Greiffläche 4 auf dem Fingerelement angeordnete ebenen Fläche 15 vorzugsweise fluchtend und parallel zum Greiffinger 1 ausgerichtet (vgl. 2). Die Greiffläche und die ebene Fläche laufen distal einander zu und bilden einen Keil, mit dem sich Gegenstände für eine nachfolgende Aufnahme durch einem Parallelgreifer der vorgenannten Art auseinanderschiebbar oder von einer Wandung weg bewegbar sind. 6a und b zeigen beispielhaft einen Greiffinger 1 mit einer in die zweite Arbeitsposition ausgeschwenkten Greiffläche beim Einschieben zwischen einen Gegenstand 16 und einer Wandung 17, beispielsweise einer Innenwandung einer Versandkiste. Der Gegenstand lässt sich so von der Wandung oder von einem anderen Gegenstand wegschieben, und zwar in vorteilhafter Weise ohne einen aufwendigeren Wechsel des Greifwerkzeugs.
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3a und b zeigen die Ausführungsform eines Greiffingers gemäß 1a bis 1c, bei dem das Sauggreifelement 5 in eine distale Position ausgeschwenkt ist und dort in einer Arbeitsposition befindet. Das Sauggreifelement ist lediglich schematisch als Rechteck dargestellt. Es weist eine distale Ansaugfläche 18 auf, mit dem Gegenstände 16 ansaugbar und damit aufnehmbar sind. 7a zeigt bespielhaft zwei parallel zueinander angeordnete Greiffinger in der vorgenannten Arbeitsposition der jeweiligen als Hohlmanschetten aus Gummi oder einem Elastomer ausgestaltete Sauggreifelemente 5 beim Anheben eines Gegenstandes mit ebener Angreiffläche über die Ansaugflächen 18. Ist die Angreiffläche des anzuhebenden Gegenstands nicht eben, sondern wie in 7b dargestellt z.B. sphärisch, lassen sich die zuvor beschriebene bevorzugte dauerelastische Ausgestaltung des Sauggreifelement, d.h. des Elements und/oder der Saugfläche kleinere Kippbewegungen zu. Sind diese Kippbewegungen im Rahmen der vorgenannten Arbeitsposition gemäß 3a, b und 7a nicht ausreichend, wird für eine Ausrichtung der Ansaugflächen 18 auf die Oberfläche des Gegenstands 16 eine beispielhaft in 7b dargestellte abweichende Schwenkbewegung der Greiffinger 1 vorgeschlagen.
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Das Fingerelement 6 der dargestellten Ausführungsform weist vorzugsweise eine hohle Innenstruktur auf, welche als Ansaugleitung 19 für das Sauggreifelement heranziehbar ist (4).
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Diese Innenstruktur ist so gestaltet, dass sie einen saugnapfseitigen Lufteinlass 20 aufweist und einen an der Schwenkachse 8 liegenden Luftauslass 21 aufweist, welcher zum Erstellen des zum Saugen benötigten Vakuums mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden werden kann. Der Luftauslass 21 befindet sich vorzugsweise entlang der Rotationsachse des schenkbaren Fingerelements 6. Am Luftauslass ist weiter bevorzugt eine in 4 nicht weiter dargestellte Gleitlagerdichtung mit einer dichtenden Drehdurchführung angesetzt, welche es dem Fingerelement eine Endlosdrehung mit nur einer minimalen Nebenluftansaugung erlaubt, ohne die Saugfunktion zu beeinträchtigen.
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Die Länge der Greiffinger 1 ist so dimensioniert, dass die Wechselvorrichtung 6 mit den Greifelementen 3 zwischen den Arbeitspositionen darin abseits der motorischen Antriebseinheit 10 schwenkbar ist. Eine abseits der Wechselvorrichtung angeordnete motorische Antriebseinheit, insbesondere verbunden mit einem bevorzugten Kettenantrieb 13 begünstigt eine schützende Isolierung der nicht dargestellten Antriebs- und Sensorelektronik sowie der nicht dargestellten Pumpenelemente vom gegriffenen Gegenstand 16. Bei ausgeschwenkter Greifbacke (1a bis 1c) nimmt zudem der Greiffinger die Sauggreifelement 5 zwischen den beiden Rahmenelementen 9 auf und schützt ihn so mechanisch vor möglichen Beschädigungen von außen. Dies wiederum ermöglicht einen Einsatz insbesondere für die Handhabung in verschmutzten oder feuchten Umgebungen.
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Grundsätzlich umfasst die Erfindung auch Greifvorrichtungen mit mehr als eine Schwenkachse, vorzugsweise zwei Schwenkachsen mit den entsprechenden Freiheitsgraden, integriert beispielsweise in Greifvorrichtungen mit mehr als zwei, vorzugsweise drei oder vier Greiffingern. Dabei wird vorgeschlagen, mehr als eine Greiffläche an einem Ende eines jeden Fingerelementes vorzusehen, wobei die Greifflächen unterschiedlich so ausgerichtet sind, dass sich diese jeweils in distaler erster Arbeitsposition (wie z.B. in 1a bis 1c dargestellt) paarweise mit benachbarten Greiffingern gegeneinander und vorzugsweise planparallel zueinander positionierbar sind.
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8a und b zeigen jeweils eine Aufnahme eines Gegenstands 16 mit zwei Greiffinger einer Greifvorrichtung, wobei jeweils bei einem Greiffinger ein Sauggreifelement und bei dem zweiten Greiffinger eine Greiffläche in einer jeweiligen Arbeitsposition aktiv sind.
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8a zeigt eine mögliche Konstellation, bei dem ein auf einem Boden liegender Gegenstand 16 von oben durch ein Sauggreifelement eines Greiffingers aufgenommen wird, wobei der Saugvorgang durch ein untergreifendes Greifelement eines zweiten Greiffingers unterstützt wird. Dieses Greifelement umfasst vorzugsweise eine Greiffläche, wobei dieser proximal mit einem Absatz 23 abschließt. Mit diesem Absatz greift ein Greiffinger unter einen Vorsprung des Gegenstands. Speziell hierfür ist auch die dargestellte besondere Ausgestaltung einer Greifvorrichtung vorteilhaft, die sich durch ein exzentrisch im Greiffinger 1 schwenkbar gelagerten Fingerelement 6 auszeichnet. Insbesondere weist das exponierte Element 7 des Fingerelements, auf dem die Greiffläche 4 angeordnet ist, eine wesentlich größere Länge auf als das zum Sauggreifelement 5 hin gerichtete exponierte Element. Entsprechend sind auch die Greiffinger 1 entsprechend länger ausgelegt, sodass der Abstand zur motorischen Antriebseinheit ein Einschwenken des zur Greiffläche hin gerichteten exponierten Elements zwischen die beiden Rahmenelemente 9 des Greiffingers 1 zulässt (vgl. 8a).
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht eine Greifvorrichtung mit variabler Verstellung oder weiter bevorzugt mit motorischen Verstellmitteln für die Schwenkachse im Fingerelement vor. Die Greifvorrichtung weist hierzu ein Fingerelement 6 vor, das auf der Schwenkachse 8 verschiebbar angeordnet ist, d.h. Verstellmittel für eine bevorzugt axiale Verschiebbarkeit des Fingerelements auf der Schwenkachse vorgesehen sind.
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8b repräsentiert beispielhaft ein Greifen eines Gegenstands 16 durch Ansaugen, wobei die Aufnahme durch einen zusätzlichen Untergriff durch die Greiffläche der vorgenannten Art eines zweiten Greiffingers unterstützt wird. Dabei werden die jeweiligen Arbeitspositionen der eingreifenden Greifwerkzeuge so angeordnet, dass die Greiffläche den Gegenstand in Richtung des Sauggreifelements drückt und somit das Ansaugen unterstützt. Dies kann insbesondere bei schweren Objekten vorteilhaft sein, oder/und wenn durch die Geometrie und Positionierung (Bsp. An einer Wandung) des Objekts eine Seite nicht gegriffen, aber angesaugt werden kann.
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9 zeigt eine weitere Konstellation einer Greifvorrichtung mit zwei Greiffingern beim Ansaugen eines Gegenstands 16 durch nur ein Sauggreifelement 5 eines Greiffingers (links in 9, Arbeitsposition gemäß 3a und 3b), wobei die Greifelemente des anderen Greiffingers (rechts im 9) in einer Ruheposition als eine weitere Arbeitsposition zurückgefahren sind.
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9 repräsentiert somit eine Nutzung der Greifvorrichtung in einer ungünstigen Umgebung, in der beispielsweise ein zu greifende Gegenstand 16 sich zwischen anderen Gegenständen 24 oder Wandungen 17 befindet und so nicht mittels eines Parallelgreifers (vgl. 5a und 5b) greifbar ist. Es fehlt einerseits seitlich, insbesondere beidseitig an Platz für ein Heranfahren der Greifflächen, andererseits an einer geeigneten Ansaugfläche (Beschaffenheit, Größe, Zugang) für zwei Sauggreifelemente. Um bei dem zur Verfügung stehenden Zugang für ein Sauggreifelement eine Aufnahme des Gegenstands 16 zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, einen Greiffinger zu deaktivieren. Dies erfolgt vorzugsweise durch die dargestellte und vorgenannte horizontale Querstellung dieses Fingerelements um die Schwenkachse 8 am Greiffinger 1 (in 9 links), womit die distale Erstreckung des entsprechenden Greiffingers mit dem Fingerelement reduziert wird. Damit entsteht Platz für die Aufnahme des Gegenstands 16 mit dem Sauggreifelement des anderen Greiffingers.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Greiffinger
- 2
- Wechselvorrichtung
- 3
- Greifelement
- 4
- Greiffläche
- 5
- Sauggreifelement
- 6
- Fingerelement
- 7
- Exponiertes Element
- 8
- Schwenkachse
- 9
- Rahmenelement
- 10
- motorische Antriebseinheit
- 11
- Zahnrad an der Antriebseinheit
- 12
- Zahnrad an der Wechselvorrichtung
- 13
- Kettentrieb
- 14
- Distale Kantenfläche der Greiffläche
- 15
- ebene Fläche
- 16
- Gegenstand
- 17
- Wandung
- 18
- Ansaugfläche
- 19
- Ansaugleitung
- 20
- Lufteinlass
- 21
- Luftauslass
- 22
- Gleitlager
- 23
- Absatz
- 24
- anderer Gegenstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 431142 [0003]
- DE 4202856 A1 [0003]
- DE 102012109888 A1 [0004]
- DE 3625218 A1 [0006]
- DE 20021440 U1 [0007]
- DE 102007031847 B3 [0007]
- CN 208231793 U [0008]
- DE 3344903 A1 [0010]
