DE102020207035A1

DE102020207035A1 - Greiferfinger und Greifer mit solchen Greiferfingern

Info

Publication number: DE102020207035A1
Application number: DE102020207035.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Riedel; Till Schulte-Rebbelmund
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2021-12-09
Also published as: WO2021244938A1; EP4161741A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Greiferfinger (1), aufweisend ein Getriebe (5), welches ausgebildet ist zum Schwenken des Greiferfingers (1) um eine dem Fingerwurzelglied (2.1) zugeordnete Schwenkachse (S) und zum Krümmen der kinematischen Kette der Fingerglieder (2) durch Ziehen an dem ersten Zugmittel (3), wobei das Getriebe (5) ein schwenkbar gelagertes erstes Getriebeglied (5.1) aufweist, welches mit dem ersten Zugmittel (3) verbunden ist und ein schwenkbar gelagertes zweites Getriebeglied (5.2) aufweist, welches mit dem Fingerwurzelglied (2.1) verbunden ist, und das erste Getriebeglied (5.1) mittels einer Getriebekoppel (6) an das zweite Getriebeglied (5.2) angekoppelt ist, derart, dass bei einer gemeinsamen Schwenkbewegung von erstem Getriebeglied (5.1) und zweitem Getriebeglied (5.2) ein Schwenken des Greiferfingers (1) bewirkt wird und bei einer alleinigen Schwenkbewegung des ersten Getriebeglieds (5.1) relativ zum zweiten Getriebeglied (5.2) eine Zugkraft in das erste Zugmittel (3) eingeleitet und an das Fingerspitzenglied (2.2) weitergeleitet wird, um das Krümmen des Greiferfingers (1) zu bewirken. Die Erfindung betrifft außerdem einen Greifer (14) mit solchen Greiferfingern (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Greiferfinger, aufweisend eine kinematische Kette von mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingergliedern, von denen ein in der kinematischen Kette proximales Fingerglied ein Fingerwurzelglied bildet und ein in der kinematischen Kette distales Fingerglied ein Fingerspitzenglied bildet, und aufweisend wenigstens ein sich entlang der kinematischen Kette der Fingerglieder längserstreckendes erstes Zugmittel, das mit dem Fingerspitzenglied verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem einen Greifer mit solchen Greiferfingern.
Die DE 10 2006 009 559 B3 beschreibt eine Greifervorrichtung in der Art einer künstlichen Hand mit wenigstens zwei an einem Rahmen angebrachten Fingern, von denen zumindest ein Finger längs einer dem Finger zuordenbaren Bewegungsebene mittels eines Aktors aus einer langgestreckten in eine gekrümmte Fingerposition überführbar ist, wobei der Finger einstückig ausgebildet ist und eine Längserstreckung aufweist, längs der wenigstens ein Bereich vorgesehen ist, um den der Finger in der ihm zugeordneten Bewegungsebene krümmbar ist, wobei der wenigstens eine Bereich, um den der Finger in der ihm zugeordneten Bewegungsebene krümmbar ist, gelenkartig ausgebildet ist, dass längs des wenigstens einen aktorisch krümmbaren Fingers ein Zug- und Druckkräfte übertragendes, länglich ausgebildetes Stellelement mit zwei Stellelementenden vorgesehen ist, von denen ein Stellelementende mit einem dem Rahmen gegenüberliegenden Fingerspitzenbereich des Fingers und das andere Stellelementende mit dem Aktor einstückig verbunden sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Greiferfinger und einen Greifer mit wenigstens einem Paar solcher Greiferfinger zu schaffen, der jeweils einen besonders zuverlässigen konstruktiven Aufbau aufweist und dennoch sehr flexibel für unterschiedlichste Greifanforderungen eingesetzt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Greiferfinger, aufweisend eine kinematische Kette von mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingergliedern, von denen ein in der kinematischen Kette proximales Fingerglied ein Fingerwurzelglied bildet und ein in der kinematischen Kette distales Fingerglied ein Fingerspitzenglied bildet, und aufweisend wenigstens ein sich entlang der kinematischen Kette der Fingerglieder längserstreckendes erstes Zugmittel, das mit dem Fingerspitzenglied verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Getriebe, welches ausgebildet ist zum Schwenken des Greiferfingers um eine dem Fingerwurzelglied zugeordnete Schwenkachse und zum Krümmen der kinematischen Kette der Fingerglieder durch Ziehen an dem ersten Zugmittel, wobei das Getriebe ein schwenkbar gelagertes erstes Getriebeglied aufweist, welches mit dem ersten Zugmittel verbunden ist und ein schwenkbar gelagertes zweites Getriebeglied aufweist, welches mit dem Fingerwurzelglied verbunden ist, und das erste Getriebeglied mittels einer Getriebekoppel an das zweite Getriebeglied angekoppelt ist, derart, dass bei einer gemeinsamen Schwenkbewegung von erstem Getriebeglied und zweitem Getriebeglied ein Schwenken des Greiferfingers bewirkt wird und bei einer alleinigen Schwenkbewegung des ersten Getriebeglieds relativ zum zweiten Getriebeglied eine Zugkraft in das erste Zugmittel eingeleitet und an das Fingerspitzenglied weitergeleitet wird, um das Krümmen des Greiferfingers zu bewirken.
Der Greiferfinger kann, je nach Anwendung, als Einzelgreiferfinger, in Kombination mit festen oder beweglichen anderen Greifelementen oder in Kombination mit mehreren erfindungsgemäß ausgebildeten Greiferfingern, beispielsweise paarweise oder in Form einer anthropomorphen Greiferhand verwendet werden. Demgemäß kann der Greiferfinger einzeln oder in mehrfacher Ausführung als Komponente eines Greifers verwendet werden. Der erfindungsgemäße Greiferfinger kann insbesondere bei teil- oder vollautomatisierten robotischen Greifaufgaben eingesetzt werden. Insofern kann der Greiferfinger oder ein Greifer, der einen oder mehrere solche Greiferfinger aufweist, ein Greifwerkzeug bilden, das von einem Roboterarm in einem Handfahrbetrieb oder programmgesteuert automatisch gehandhabt, insbesondere bewegt und betätigt werden kann. Der Greiferfinger kann insbesondere programmgesteuert automatisch geschwenkt und gekrümmt bzw. wieder gestreckt werden.
Die Fingerglieder des Greiferfingers können starre Einzelglieder sein, analog den Fingergelenken einer Hand eines Menschen. Diese Fingerglieder sind über Gelenke miteinander verbunden. Zur Bildung eines anthropomorphen Fingers können die Fingerglieder seriell nacheinander angeordnet verbunden sein, so dass sich stets ein starres Fingerglied und ein bewegliches Fingergelenk abwechseln.
Die mehreren Fingerglieder und mehreren Fingergelenke bilden demgemäß eine kinematische Kette von mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingergliedern. Der Greiferfinger kann prinzipiell eine weitgehend beliebige Anzahl von Fingergliedern und Fingergelenken aufweisen. Eine in den meisten allgemeinen Fällen sinnvolle Anzahl von Fingerglieder kann beispielsweise zwischen drei Fingergliedern und zwölf Fingergliedern liegen.
Die Kette von mehreren Fingergliedern und mehreren Fingergelenken weist an einem Ende ein erstes Endglied auf, welches das proximale Fingerglied ist und insoweit ein Fingerwurzelglied des Greiferfingers bildet. Das Fingerwurzelglied kann dasjenige Fingerglied sein, mit dem der gesamte Greiferfinger beispielsweise an einem Grundkörper eines Greifers oder einer Roboterhand gelagert ist.
Die Kette von mehreren Fingergliedern und mehreren Fingergelenken weist außerdem an dem anderen Ende ein zweites Endglied auf, welches das distale Fingerglied ist und insoweit ein Fingerspitzenglied des Greiferfingers bildet.
Das längserstreckende erste Zugmittel kann innerhalb der Hüllfläche des Greiferfingers angeordnet sein. Das erste Zugmittel liegt dabei bezogen auf die neutrale Faser des Greiferfingers näher an der konkaven Seite des gekrümmten Greiferfingers. Das erste Zugmittel kann ein einziges Einzelzugmittel sein. Alternativ kann das erste Zugmittel von zwei oder mehreren Einzelzugmitteln gebildet werden. Beispielsweise können zwei Einzelzugmittel an einem Greiferfinger vorgesehen sein, die in einem Abstand voneinander, parallel zueinander entlang des Greiferfingers verlaufen. Die Fingerglieder des Greiferfingers können Durchbrüche, Löcher, randoffene Aussparungen, Rillen oder Nuten aufweisen, in denen das erste Zugmittel bzw. die ein oder mehreren Einzelzugmittel geführt sind. Das erste Zugmittel ist ausgebildet zumindest Zugkräfte zu übertragen. Insoweit kann das Zugmittel beispielsweise durch Seile, Kabel, Drähte oder Schnüre gebildet werden. Das erste Zugmittel kann aber gegebenenfalls auch ausgebildet sein, sowohl Zugkräfte als auch Druckkräfte zu übertragen, wobei dies im Allgemeinen nicht notwendig ist, insbesondere dann nicht, wenn andere Einrichtungen vorgesehen werden, um den Greiferfinger wieder in seinen gestreckten Zustand zu bringen, wie beispielsweise die im Folgenden noch näher beschriebenen Rückholmittel. Zur Übertragung von Zugkräften und Druckkräften kann das erste Zugmittel beispielsweise von biegeelastischen Stäben, wie beispielsweise Kunststoffleisten, insbesondere aus Polyamid gebildet werden.
Das Getriebe kann in seiner allgemeinsten Ausführung von beliebigen mechanischen Stellgliedern gebildet werden, welche wenigstens ein Getriebeeingangsglied umfassen, das von einem Antriebsmotor angetrieben wird und mit dem ersten Zugmittel verbunden ist und wenigstens ein Getriebeausgangsglied umfassen, das mit dem Fingerwurzelglied des Greiferfingers verbunden ist.
Ein Stellglied des Getriebes, d.h. das Getriebeausgangsglied ist ausgebildet zum Schwenken des Greiferfingers um eine dem Fingerwurzelglied zugeordnete Schwenkachse und ein anderes Stellglied des Getriebes, d.h. das Getriebeeingangsglied ist ausgebildet zum Krümmen der kinematischen Kette der Fingerglieder durch Ziehen an dem ersten Zugmittel. Das eine Stellglied und das andere Stellglied sind dabei mechanisch gekoppelt. Die mechanische Koppelung des einen Stellglieds des Getriebes mit dem anderen Stellglied des Getriebes kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, wie dies im Folgenden anhand unterschiedlicher Ausführungsvarianten noch näher beschrieben ist.
In der grundlegenden Ausführung weist der Greiferfinger ein schwenkbar gelagertes erstes Getriebeglied auf, welches mit dem ersten Zugmittel verbunden ist und ein schwenkbar gelagertes zweites Getriebeglied auf, welches mit dem Fingerwurzelglied verbunden ist. Das erste Getriebeglied ist dabei mittels einer Getriebekoppel an das zweite Getriebeglied angekoppelt.
Indem das erste Getriebeglied, das zweite Getriebeglied und die Getriebekoppel ausgebildet sind, bei einer gemeinsamen Schwenkbewegung von erstem Getriebeglied und zweitem Getriebeglied ein Schwenken des Greiferfingers zu bewirken und bei einer alleinigen Schwenkbewegung des ersten Getriebeglieds relativ zum zweiten Getriebeglied eine Zugkraft in das erste Zugmittel einzuleiten und an das Fingerspitzenglied weiterzuleiten, um das Krümmen des Greiferfingers zu bewirken, kann die Kraft und/oder die Schwenkstellung des Greiferfingers definiert werden, bis zu welcher der Greiferfinger gestreckt bleibt, und der Moment wann der Greiferfinger beginnt sich zu krümmen, definiert werden, insbesondere je nach Ausführungsform des Greiferfingers konstruktiv variabel vorgegeben werden, und zwar je nach Ausbildung, Einstellung, Konfiguration und/oder Ansteuerung der Getriebekoppel. Die Getriebekoppel bestimmt insoweit in welcher Weise und in welchem Umfang bzw. unter welcher Kraft das erste Getriebeglied relativ zum zweiten Getriebeglied eine Relativbewegung ausführt bzw. ausführen kann oder nicht ausführt bzw. nicht ausführen kann. Dies bestimmt den Zustand des Greiferfingers, wann eine Schließbewegung des Greiferfingers im gestreckten Zustand in einen gekrümmten Zustand des Greiferfingers übergeht. Die Getriebekoppel kann aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften diesen Übergangsbereich zwischen getrecktem Greiferfinger und gekrümmten Greiferfinger konstruktiv fest vorgeben. Alternativ kann die Getriebekoppel variabel ausgebildet sein, wahlweise in Form von diskreten Zuständen oder in Form von stetig veränderbaren Zuständen, wie beispielsweise mittels einer Kupplung oder eines Drehmomentwandlers, so dass der Übergangsbereich variabel ansteuerbar sein kann.
Die Getriebekoppel kann in einer ersten Ausführungsform wenigstens ein Federmittel aufweisen, das ausgebildet ist, das erste Getriebeglied federelastisch an das zweite Getriebeglied anzukoppeln, derart, dass durch Antreiben des ersten Getriebeglieds aufgrund des Federmittels auch das angekoppelte zweite Getriebeglied mitbewegt wird, solange die an dem Federmittel wirkende Antriebskraft die Federkraft des Federmittels nicht übersteigt.
Ein relatives Verdrehen des ersten Getriebeglieds bezüglich des zweiten Getriebeglieds erfolgt hierbei in Abhängigkeit der Federsteifigkeit des Federmittels. Nur wenn eine relative Verdrehung des ersten Getriebeglieds bezüglich des zweiten Getriebeglieds stattfindet, wird der Greiferfinger gekrümmt. Bewegen sich das erste Getriebeglied und das zweite Getriebeglied gleichförmig, d.h. ohne, dass ein relatives Verdrehen des ersten Getriebeglieds bezüglich des zweiten Getriebeglieds stattfindet, so wird der Greiferfinger nicht gekrümmt, sondern lediglich um sein Fingerwurzelglied verschwenkt.
Neben der Federsteifigkeit des Federmittels ist ein relatives Verdrehen des ersten Getriebeglieds bezüglich des zweiten Getriebeglieds auch abhängig von der Steifigkeit des Greiferfingers als solches, also die Steifigkeit, die gegen ein Krümmen des Greiferfingers wirkt. Diese Steifigkeit kann sich aus dem konstruktiven Aufbau der Fingerglieder des Greiferfingers ergeben (innere Steifigkeit) und/oder durch separate Mittel, die gegen ein Krümmen des Greiferfingers wirken, wie beispielsweise die im Folgenden noch näher beschriebenen zweiten Rückholmittel, eingestellt bzw. vorgegeben werden.
Die Getriebekoppel oder das wenigstens eine Federmittel kann ausgebildet und/oder eingerichtet sein, das erste Getriebeglied derart an das zweite Getriebeglied anzukoppeln, dass ein vom ersten Getriebeglied auf das zweite Getriebeglied übertragene Moment auch nach Überschreiten eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments weiterhin auf das zweite Getriebeglied übertragen wird, auch wenn das zweite Getriebeglied bei überschrittenem Antriebsschwellmoment zumindest im Wesentlichen nicht weiterbewegt wird und lediglich das erste Getriebeglied weiterbewegt wird.
Das Moment, das von dem ersten Getriebeglied auf das zweite Getriebeglied übertragen wird, wird somit auch nach Lösen der direkten Koppelung von erstem Getriebeglied und zweiten Getriebeglied, d.h. wenn sich das erste Getriebeglied alleine weiterbewegt, ohne das zweite Getriebeglied, noch weiter übertragen und kann in dieser Phase sogar noch weiter ansteigen. Wird ein weitergehendes Antriebsmoment überschritten, erfolgt eine Übertragung der Kraft auf das Zugmittel, welches den Greiferfinger krümmt. Dabei bleibt das von dem ersten Getriebeglied auf das zweite Getriebeglied übertragen Moment erhalten oder steigt sogar noch weiter an.
In der ersten Phase schließt der Greifer. Wenn das zu greifende Objekt berührt wird, geht man in eine zweite Phase über, an deren Anfang die Koppelung gelöst wird. Das hat zur Folge, dass sich das Schließmoment auf den Greiferfinger bzw. die Greiferfinger weiter erhöht, ohne dass sich die Greiferfinger schwenkend bewegen. Ab einem weiteren Grenzmoment kommt dann eine dritte Phase, in der das Schließmoment weiter vorhanden ist bzw. noch weiter gesteigert wird, wobei gleichzeitig der Greiferfinger bzw. die Greiferfinger sich krümmen und sich um das Objekt legen. Die zusätzliche Momenterhöhung in der zweiten Phase sorgt dafür, dass der Greiferfinger sich nicht wieder vom Objekt weg wölbt. Ein Wegwölben würde nämlich passieren, wenn ein Schließen der Greiferfinger nur über das Zugmittel erfolgen würde ohne, dass das Moment auch nach Überschreiten des vorgegebenen Antriebsschwellmoments auf das zweite Getriebeglied übertragen würde.
Die Federkraft des Federmittels kann eingestellt sein, im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds unterhalb eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied und das zweite Getriebeglied gemeinsam zu bewegen und im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds oberhalb des vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied alleine zu bewegen, wobei das zweite Getriebeglied dabei zumindest im Wesentlichen nicht weiterbewegt wird.
Dies hat zur Folge, dass der Greiferfinger während eines Antreibens des ersten Getriebeglieds unterhalb eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments zumindest im Wesentlichen in einem gestreckten Zustand bleibt und erst bei Überschreiten des Antriebsschwellmoments der Greiferfinger sich krümmt.
Die Getriebekoppel kann alternativ oder ergänzend zu einem Federmittel eine Kupplung aufweisen, die ausgebildet ist, in ihrer Schließstellung das erste Getriebeglied starr mit dem zweiten Getriebeglied zu verbinden und in ihrer Offenstellung die starre Verbindung zwischen dem ersten Getriebeglied und dem zweiten Getriebeglied zu lösen.
Ist die Kupplung geschlossen und damit das erste Getriebeglied starr mit dem zweiten Getriebeglied verbunden, dann wird der Greiferfinger unter Beibehaltung seines gestreckten Zustands geschwenkt, wenn der Antriebsmotor das erste Getriebeglied antreibt. Ist die Kupplung geöffnet und damit die starre Verbindung zwischen dem ersten Getriebeglied und dem zweiten Getriebeglied gelöst, dann wird der Greiferfinger gekrümmt, wenn der Antriebsmotor das erste Getriebeglied antreibt.
Eine Kupplung kann das oben beschriebene Federmittel ersetzen. Alternativ kann der Greiferfinger unter Beibehaltung eines Federmittels zusätzlich mit einer solchen Kupplung versehen sein. Eine Kupplung hat den Vorteil, dass das Auslösemoment der Kupplung einstellbar sein kann. Ein weiterer Vorteil kann sich einstellen, wenn die Kupplung ansteuerbar ausgebildet ist, wenn also die Kupplung beispielsweise elektromechanisch aktiviert, d.h. wahlweise geöffnet oder geschlossen werden kann. So kann das Umschalten des Greiferfingers zwischen seinem gestreckten Zustand und seinen krümmbaren Zustand aktiv angesteuert werden.
In allen Ausführungsformen kann das erste Getriebeglied generell einen ersten Scheibensektor mit einer bogenförmigen ersten Mantelwand aufweisen, die wenigstens eine erste Führungsrinne für das wenigstens eine erste Zugmittel bildet und/oder einen zweiten Scheibensektor mit einer bogenförmigen zweiten Mantelwand aufweisen, die eine zweite Führungsrinne für ein zweites Zugmittel bildet, das zum Antreiben des ersten Getriebeglieds eingerichtet ist.
Die jeweilige Bogenform der Mantelwand des ersten Scheibensektors und/oder des zweiten Scheibensektors kann einen frei wählbaren Verlauf aufweisen. Der Verlauf der jeweilige bogenförmigen ersten Mantelwand und/oder zweiten Mantelwand kann aber auch kreisbogenförmig sein. Die Bogenform der ersten Mantelwand kann einen anderen Verlauf aufweisen, als die Bogenform der zweiten Mantelwand. Die jeweilige Bogenform gibt den Radius bzw. die Hebelarmlänge vor, welche auf das erste Zugmittel bzw. das zweite Zugmittel wirkt. Haben die erste Mantelwand und die zweite Mantelwand unterschiedliche Bogenformen, so kann eine gewünschte Übersetzung erzielt werden vom zweiten Zugmittel zum ersten Zugmittel.
Der Greiferfinger kann generell einen Antriebsmotor und eine von dem Antriebsmotor angetriebene Seilwinde aufweisen, welche ausgebildet ist, eine Zugkraft auf ein als Seil ausgebildetes zweites Zugmittel auszuüben, um mittels der Zugkraft auf dem Seil das erste Getriebeglied anzutreiben. Insoweit bewirkt derselbe Antriebsmotor durch eine gleichförmige Zugbewegung sowohl das Schwenken des Greiferfingers in seinem gestreckten Zustand, als auch das Krümmen des Greiferfingers.
Als Seil werden auch andere flexible Zugmittel verstanden, wie beispielsweise Kabel, Drähte oder Schnüre. Sie können unterschiedliche Materialien umfassen, wie beispielsweise Stahl oder Kunststoff, insbesondere Polyamid.
Der Greiferfinger kann ein erstes Rückholmittel aufweisen, das ausgebildet ist, das Fingerwurzelglied entgegen der angetriebenen Schwenkbewegung des zweiten Getriebeglieds in eine Offenstellung des Greiferfingers vorzuspannen.
Wenn beispielsweise ein Antriebsmotor des Greiferfingers eine Seilwinde in einer entgegen der Zugrichtung gesetzten Richtung drehen lässt, bei der das zweite Zugmittel wieder abgewickelt wird, zieht das erste Rückholmittel den Greiferfinger bzw. dessen Fingerwurzelglied in eine öffnende Stellung zurück, wobei das zweite Zugmittel dadurch gespannt bleibt.
Die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder können als ein einteiliger Greiferfingerkörper ausgebildet sein, wobei jeweils zwei benachbarte Fingerglieder über einen filmscharnierartigen Steg verbunden sind und die mehreren Stege eine sich innerhalb des Greiferfingers längserstreckende Stützsäule des Greiferfingers bilden.
In einer solchen Ausführung kann jedes Fingerglied, mit Ausnahme des Fingerwurzelglieds, einen vorzugsweise elastischen Hohlkörper aufweisen, der jeweils einen Tastkörper bildet, mit dem der Greiferfinger an einem zu greifenden Objekt berührend anliegt. Der jeweilige Hohlkörper kann hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei die Zylinderachsen sich jeweils parallel zur Schwenkachse des Greiferfingers erstrecken. Die Schwenkachse geht durch das zweite Getriebeglied, welches ebenso einteilig mit dem Fingerwurzelglied ausgebildet sein kann.
Jeder Hohlkörper kann obenseitig und untenseitig beispielsweise zwei Löcher aufweisen, durch welche jeweils eines von beispielsweise zwei ersten Zugmitteln hindurchgefädelt wird. In einem solchen Fall liegen in einem montierten Zustand die ersten Zugmittel innerhalb der Kontur der Fingerglieder bzw. innerhalb der Kontur der Hohlkörper. Die Hohlkörper erstrecken sich ausgehend von der neutralen Faser, die durch die filmscharnierartigen Stege definiert wird, in Richtung des zu greifenden Objekts hin und zwar mit solchen Querschnittskonturen, dass sich die Hohlkörper zum zu greifenden Objekt hin verjüngen. In Folge werden in einem gestreckten Zustand des Greiferfingers zwischen jeweils zwei benachbarten Hohlkörpern Zwischenräume geschaffen, die es ermöglichen, dass sich der Greiferfinger krümmen kann.
Gegenüberliegend der Hohlkörper können auf der anderen Seite der neutralen Faser bzw. der Stege sich rückseitige, angeformte Stützkörper erstrecken, welche sich in dem gestreckten Zustand des Greiferfingers aufeinander abstützen. Dazu können die Stützkörper außenseitig flächige, druckstabile Stützwandabschnitte aufweisen, welche in dem gestreckten Zustand des Greiferfingers stirnseitig aneinander stoßen. Die flächigen, druckstabilen Stützwandabschnitte können zusammen mit den filmscharnierartigen Stegen, welche die Stützsäule des Greiferfingers bilden, einen in Öffnungsrichtung biegesteifen Kastenrahmen bilden.
Am oberen Ende des Greiferfingers kann an dem Fingerspitzenglied ein Pinzettengriffvorsprung angeformt sein. Der Pinzettengriffvorsprung kann außerdem eine innenseitige Kehle aufweisen, die ausgebildet ist zum Greifen von stabförmigen Gegenständen an deren Mantelwand, und kann außerdem eine Greifkante aufweisen, die ausgebildet ist, den Pinzettengriff durchzuführen.
Der Greiferfinger kann ein zweites Rückholmittel aufweisen, das ausgebildet ist, die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder entgegen der Zugkraft des ersten Zugmittels in eine Strecklage des Greiferfingers vorzuspannen.
Dazu kann das zweite Rückholmittel beispielsweise als gummibandartiger Seilzug ausgeführt sein. Das zweite Rückholmittel kann einerseits an dem Fingerwurzelglied fixiert sein und andererseits an dem Fingerspitzenglied fixiert sein. Die Fingerglieder können rückseitig ihrer Greifflächen randoffene Aussparungen oder Nuten aufweisen, die miteinander betrachtet einen Kanal bilden, in dem das zweite Rückholmittel innerhalb der Außenkontur des Greiferfingers geführt sein kann.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch einen Greifer, aufweisend einen Greifergrundkörper, einen am Greifergrundkörper angeordneten Antriebsmotor und wenigstens ein Paar von Greiferfingern jeweils nach einem oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen, die an dem Greifergrundkörper gelagert sind, wobei die ersten Getriebeglieder des wenigstens einen Paares von Greiferfingern von dem Antriebsmotor gemeinsam angetrieben sind.
Die beschriebenen erfindungsgemäßen Greiferfinger können je nach Ausführungsform die bestehenden Nachteile bekannter Greifer, wie beispielsweise Soft-Greifer, Parallelgreifer oder multi-aktuierter, anthropomorpher Greiferhände beheben. Beispielsweise die bekannten seilbasierten Soft-Greifer verfügen bisher nur über eine eingeschränkte Tauglichkeit beim Greifen von kleinen oder flachen Objekten. Ebenso ist das Greifen von schwereren Objekten mit parallelen Flächen, die nicht umschlossen werden können, problematisch. Ein erforderliches festeres Schließen der meist schwenkenden Greiffinger führt bisher zu einem Aufbäumen der Finger am Objekt, sodass nur noch die Fingerkuppe aufliegt. Ist das Objekt so klein, dass die Finger fast geschlossen sind, oder ist das Objekt relativ zur Fingerlänge flach, dann existiert bei solchen Greifern kein weiterer Berührpunkt am Objekt mit dem Finger und der Greifzustand kann beim Zugreifen instabil werden. Das Aufrollen oder Aufbäumen der Finger bei bekannten Fingergreifern resultiert aus dem Moment, welches aus der Zugkraft des Seiles und dem Abstand zur Biegefaser entsteht.
Wird der Finger am untersten Fingerglied nur gedreht, werden nur Druckkräfte auf der Fingerrückseite übertragen. Der Finger wird in solchen Fällen stets gestreckt bleiben und kann kleinere Objekte sehr gut in einem Pinzettengriff greifen. Allerdings können mit einem gestreckten Finger keine größeren Objekte umschlossen werden, wenn sich die Finger nicht mehr eigenständig krümmen.
Mit den erfindungsgemäßen Ausführungen von Greiffingern können verschiedene Greiferhand-Konfigurationen geschaffen werden, die eine hybride Lösung darstellen, bei der sowohl kleine bzw. flache Objekte gegriffen werden können, als auch grö-ßere voluminösere Objekte gegriffen werden können. Es kann demnach also sowohl Präzisions- bzw. Pinzettengriff, als auch Powergriff ermöglicht werden.
Das charakteristische Einrollen oder Aufbäumen, wie es bei bekannten Fingergreifern auftritt, kann deutlich reduziert oder sogar ganz verhindert werden. Der erfindungsgemäße Greifer soll außerdem auch sehr kostengünstig aufzubauen sein, aber dennoch ein breites Spektrum an unterschiedlichen Objekten greifen können.
Der erfindungsgemäße Greiferfinger basiert auf einer mechanischen Entkopplung der direkten Seilkraft im Finger von der Krafteinleitung durch den Antrieb. Dies bedeutet, dass die Fingerposition und die Fingerkrümmung nicht durch den Antrieb zwangsvorgegeben sind, sondern beispielsweise kraftbasiert oder angesteuert gezielt ausgelenkt werden. Anders als im Stand der Technik wird das Zugseil, welches über Durchgangsbohrungen in den Fingersegmenten bis zur Fingerspitze verläuft, dabei beispielsweise nicht direkt angetrieben bzw. durch eine angetriebene Seilrolle gezogen, sondern beispielsweise eingangsseitig auf einer insbesondere als Kreissegment ausgeführten bogenförmigen Seilzwischenscheibe befestigt, die wiederum dreh- oder schwenkbar, vorzugsweise und im Wesentlichen im Drehpunkt des Fingers gelagert ist. Eine solche beispielshafte Seilzwischenscheibe, sowie weitere Seilzwischenscheiben anderen Finger, können gleichzeitig durch einen gemeinsamen Antrieb aktuiert werden. Dies kann beispielsweise mittels eines zweiten Seils oder mittels einer beispielhaften Schneckenradstufe, wie einer Seilzwischenscheibe mit Schneckenradverzahnung und innenliegender Schneckenwelle realisiert werden.
In einer ersten Ausführungsart kann das Seil des Fingers derart mit der Seilzwischenscheibe verbunden sein, dass es erst nach einer gewissen Drehwinkelbewegung der Seilzwischenscheibe, beispielsweise nach 10°, insbesondere 30° oder 45° freier Drehung, von dieser mitgenommen und der Finger danach gekrümmt wird. Während der gesamten Fingerbewegung, also auch in dieser frei beweglichen Phase kann die Seilzwischenscheibe jedoch ein Moment auf das erste, proximale Segment des Fingers übertragen. Hierzu können Seilzwischenscheibe und Fingerbasis federnd so miteinander verbunden sein, dass bei einer Greiferaktuierung durch den Antrieb stets ein fingerschließendes Moment übertragen wird. Dieses Moment auf die Fingerbasis wird in dieser Entkopplungsphase als Druckkräfte über die Anlageflächen der Segmente an der Fingerrückseite bis in die Fingerspitze übertragen und hält den Finger bei Objektberührung gestreckt. Überschreitet die Seilzwischenscheibe den entkoppelten Bereich, wird das Seil im Finger gezogen und der Finger legt sich um das Bauteil, jedoch mit einem zusätzlich stabilisierenden Moment.
Das von der Seilzwischenscheibe auf die Fingerbasis übertragende Moment sollte in diesem Fall möglich von Anfang an vorhanden und konstant verlaufen, welches beispielsweise mit einer vorgespannten Feder mit flacher Kennlinie möglich ist. Konstruktiv besonders vorteilhaft sind beispielsweise bandartige Federn, insbesondere Gummibänder, welche beispielsweise in einer bogenförmigen Nut auf der Seilzwischenscheibe verlaufen.
Die Streckung des Fingers in seine Ausgangslage kann dabei beispielsweise entweder über eine integrierte Biegefeder erfolgen oder über eine Zugfeder. Die Zugfeder kann insbesondere ein Gummiband sein, welches auf der Rückseite des Fingers im Bereich der Anlageflächen der Segmente verläuft und die Fingerspitze mit der Fingerbasis, d.h. dem Fingerwurzelglied verbindet.
Über die Fingerbasis hinaus kann dieses Band auch mit dem Rahmen eines Greifers verbunden werden. Das Band kann nicht nur eine Fingerstreckung bewirken, sondern auch ein öffnendes Fingerschwenken nach außen bewirken.
Dieser Aufbau kann sehr vorteilhaft sein, da er eine stabilisierende Wirkung besitzt und ein vorzeitiges oder übermäßiges Krümmen der Finger auch bei höherer Greifkraft merklich reduziert.
Eine zweite Ausführungsvariante kann ermöglichen, bis zu einer definierten Kraft ebenso zunächst mit gestreckten Fingern einen Präzisionsgriff durchzuführen und dann in einen formadaptiven Powergriff, d.h. Umschlingungsgriff überzugehen.
Dabei ist in dieser Variante das Zugseil des Fingers direkt, d.h. ohne Schleppseil bzw. entkoppelt an der Seilzwischenscheibe angebunden. Zusätzlich ist die Seilzwischenscheibe in diesem Fall jedoch temporär fest mit der Fingerbasis verbunden und kann das erforderliche fingerstreckende Moment vollständig auf den Finger übertragen. Diese Kopplung ist kraftabhängig und kann schlagartig getrennt oder kontinuierlich reduziert werden. Vorteilhaft sind dabei Ausführungen mit kraftschlüssigen Schnapphaken oder magnetischen Verbindungen zwischen Scheibe und Finger, also jegliche Arten von Kupplungen. Dadurch wird der Finger zunächst für den Pinzettengriff gestreckt gehalten. Nach dem kraftgesteuertem Lösen, beispielsweise der Magnetverbindung, kann der Finger das Objekt umschließen. Das Umschließen der zweiten Ausführungsvariante erfolgt im Gegensatz zur ersten Ausführungsvariante frei, d.h. nicht gegen eine gespannte Feder, wodurch die Antriebskraft besser in die Umschlingungskraft überführt wird, jedoch ohne zusätzlichen stabilisierenden Effekt in dieser Phase.
Eine dritte Ausführungsvariante kombiniert die erste und zweite Ausführungsvariante, indem sie sowohl die kuppelnde Koppelung, beispielsweise die magnetische Kopplung, als auch die Federvorspannung, beispielsweise mittels Bandfeder, zwischen Seilzwischenscheibe und Fingerbasis nutzt.
Die Fingerspitze besitzt in einer Basisvariante eine in distaler Richtung deutlich abgerundete Kontaktfläche, die ein zusätzliches Verspannen des letzten Fingerelements mit dem Objekt ermöglicht. Sollen jedoch flache, auf einer Oberfläche flach liegende Objekte gegriffen werden, ist dies mit der Basisgeometrie des Fingers nicht möglich. Abhilfe schafft hier eine optional zusätzliche distal angefügte, leicht nach hinten versetzte Fingerkuppenerweiterung, die wie ein Fingernagel wirkt und das flache Objekt mit seinen scharfen Kanten aufnimmt und beispielsweise in einer konkaven Aussparung festhält. Dieser Griff und die Greifelementerweiterung funktionieren gut in Kombination mit den vorgestellten Ausführungsvarianten und erweitern das Spektrum an greifbaren Objekten zusätzlich. Die Fingerkuppenerweiterung, d.h. der Fingerspitzenaufsatz ist dabei so versetzt positioniert, dass er beim Krümmen der Finger zum Umschließen des Objektes dieses nicht berührt. Die distale Berührung erfolgt mittels der abgerundeten Fingerkuppen.
Der beschriebene Aufbau mit nur einem im Wesentlichen mittig liegendem Antrieb, inklusive der verschiedenen Aufführungsvarianten, kann sowohl für einen Greiferaufbau mit zwei, als auch mit mehreren, insbesondere drei oder vier zentrisch angeordneten Fingern, Anwendung finden.
Darüber hinaus können auch zwei Antriebe bei vier zentrischen Fingern verwendet werden, um die gegenüberliegenden Finger paarweise anzusteuern. So können zylindrische Objekte beispielsweise mit zwei Fingern seitlich gegriffen werden, indem die Mantelfläche des zylindrischen Objekts mantelseitig übergreifend gefasst wird, oder beispielsweise mit vier Fingern gegriffen werden, indem eine Stirnseite des zylindrischen Objekts übergriffen wird.
Die einzelnen Finger können aus einzelnen Segmenten aufgebaut sein, die gelenkig, insbesondere über eine Biegefeder miteinander verbunden sind. Die Biegefeder fungiert als Mittelsehne, um die sich der Finger nach vorne hin krümmen kann, sobald das Fingerseil am distalen Segment eine Zugkraft aufbringt. Es kann vorgesehen sein, dass der Finger nach hinten hin nicht oder nur wenig gebogen werden kann. Dies kann über kreissegmentförmige Anlageflächen verhindert werden, die eine Druckkraft auf der Rückseite übertragen können. Durch die spezielle Form der Anlageflächen können sowohl Kräfte nach hinten als auch nach unten übertragen werden, ohne dass die Fingersegmente relativ zueinander verschoben werden.
Die Fingersegmente können innenliegend die Kontaktflächen aufweisen, vorzugsweise können diese gummiert ausgeführt sein. Zusätzliche Auflageflächen neben den Kontaktflächen können dazu dienen, das Objekt an seiner Kante einzuhängen bzw. stabil abzustützen, während die distale Fingerkuppe dagegenhält. Das Objekt wird somit pro Finger an mindestens zwei Punkten eingespannt. Die proximalen Segmente sind in einer Ausführungsform länger ausgeführt, um diesen Effekt noch weiter zu verstärken.
Auf der Rückseite des Fingers kann eine zusätzliche Feder, insbesondere ein elastisches Band verlaufen, welches den Finger bei Entspannung stets wieder streckt.
Eine weitere Feder oder ein weiteres Band kann zwischen Finger und Rahmen angeordnet sein und wirkt öffnend und lenkt den kompletten Finger inklusive der Seilzwischenscheibe aus, beispielsweise mindestens 45°, insbesondere 60° oder mehr als 80°, damit auch größere Objekte gegriffen werden können.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Greiferfingers in Alleinstellung in seinem gestreckten Zustand,
2 eine schematische Darstellung des beispielhaften erfindungsgemäßen Greiferfingers gemäß 1 in Alleinstellung in seinem gekrümmten Zustand,
3 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Greifers mit einem Paar von erfindungsgemäßen Greiferfingern gemäß 1 und einem gemeinsamen Antriebsmotor,
4 eine schematische Darstellung des beispielhaften Greifers gemäß 3 mit dem ersten Zugmittel und dem zweiten Zugmittel,
5 eine schematische Darstellung des beispielhaften Greifers gemäß 3 mit dem ersten Rückholmittel und dem zweiten Rückholmittel,
6 eine Seitenansicht eines einteilig ausgebildeten Greiferfingers gemäß 1 in Alleinstellung in seinem gestreckten Zustand,
7 eine perspektivische Darstellung des einteilig ausgebildeten Greiferfingers gemäß 6 in Alleinstellung in seinem gestreckten Zustand, und
8 eine perspektivische Darstellung eines Greifers mit einem Paar von erfindungsgemäßen Greiferfingern gemäß 1 mit einem gegriffenen Objekt.

In der 1 und 2 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Greiferfingers 1 dargestellt. Die 1 zeigt den Greiferfinger 1 in seinem gestreckten Zustand und die 2 zeigt den Greiferfinger 1 in seinem gekrümmten Zustand.
Der Greiferfinger 1 weist eine kinematische Kette von mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingergliedern 2 auf, von denen ein in der kinematischen Kette proximales Fingerglied 2 ein Fingerwurzelglied 2.1 bildet und ein in der kinematischen Kette distales Fingerglied 2 ein Fingerspitzenglied 2.2 bildet.
Der Greiferfinger 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels zwei sich entlang der kinematischen Kette der Fingerglieder 2 längserstreckende erste Zugmittel 3 auf. Die beiden ersten Zugmittel 3 sind mit dem Fingerspitzenglied 2.2 verbunden. Die ersten Zugmittel 3 sind ausgebildet Zugkräfte zu übertragen. Die ersten Zugmittel 3 können beispielsweise durch Seile, Kabel, Drähte oder Schnüre gebildet werden. Die Fingerglieder 2 des Greiferfingers 1 können, wie dargestellt, Durchbrüche 4 oder alternativ Löcher, randoffene Aussparungen, Rillen oder Nuten aufweisen, in denen die ersten Zugmittel 3 geführt sind.
Der Greiferfinger 1 umfasst außerdem ein Getriebe 5, welches ausgebildet ist zum Schwenken des Greiferfingers 1 um eine dem Fingerwurzelglied 2.1 zugeordnete Schwenkachse S und zum Krümmen der kinematischen Kette der Fingerglieder 2 durch Ziehen an den ersten Zugmitteln 3, wobei das Getriebe 5 ein schwenkbar gelagertes erstes Getriebeglied 5.1 aufweist, welches mit dem ersten Zugmittel 3 verbunden ist und ein schwenkbar gelagertes zweites Getriebeglied 5.2 aufweist, welches mit dem Fingerwurzelglied 2.1 verbunden ist.
Das erste Getriebeglied 5.1 ist mittels einer Getriebekoppel 6 an das zweite Getriebeglied 5.2 angekoppelt, derart, dass bei einer gemeinsamen Schwenkbewegung von erstem Getriebeglied 5.1 und zweitem Getriebeglied 5.2 ein Schwenken des Greiferfingers 1 bewirkt wird und bei einer alleinigen Schwenkbewegung des ersten Getriebeglieds 5.1 relativ zum zweiten Getriebeglied 5.2 (2) eine Zugkraft in das erste Zugmittel 3 eingeleitet und an das Fingerspitzenglied 2.2 weitergeleitet wird, um das Krümmen des Greiferfingers 1 zu bewirken.
Im Falle der Ausführungsform gemäß 1 und 2 ist die Getriebekoppel 6 als ein Federmittel 6a ausgebildet, das ausgebildet ist, das erste Getriebeglied 5.1 federelastisch an das zweite Getriebeglied 5.2 anzukoppeln, derart, dass durch Antreiben des ersten Getriebeglieds 5.1, wie dies insbesondere in 3 mittels eines Antriebsmotors 7 dargestellt ist, aufgrund des Federmittels 6a auch das angekoppelte zweite Getriebeglied 5.2 mitbewegt wird, solange die an dem Federmittel 6a wirkende Antriebskraft die Federkraft des Federmittels 6a nicht übersteigt.
Die Federkraft des Federmittels 6a kann eingestellt sein, im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds 5.1 mittels des Antriebsmotors 7 unterhalb eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied 5.1 und das zweite Getriebeglied 5.2 gemeinsam zu bewegen und im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds 5.1 oberhalb des vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied 5.1 alleine zu bewegen, wobei das zweite Getriebeglied 5.2 dabei zumindest im Wesentlichen nicht weiterbewegt wird, wie dies insbesondere in 2 dargestellt ist.
Wie insbesondere in 3 ersichtlich ist, kann das erste Getriebeglied 5.1 einen ersten Scheibensektor 8.1 mit einer bogenförmigen ersten Mantelwand 9.1 aufweisen, die wenigstens eine erste Führungsrinne 10.1 für das wenigstens eine erste Zugmittel 3 bildet. An einem zweiten Scheibensektor 8.2, der eine bogenförmige zweite Mantelwand 9.2 aufweist kann eine zweite Führungsrinne 10.2 für ein zweites Zugmittel 11 ausgebildet sein, das zum Antreiben des ersten Getriebeglieds 5.1 eingerichtet ist.
Der Antriebsmotor 7 weist eine Motorwelle auf, welche eine von dem Antriebsmotor 7 angetriebene Seilwinde 12 trägt. Die Seilwinde 12 ist ausgebildet, eine Zugkraft auf das als Seil ausgebildete zweite Zugmittel 11 auszuüben, um mittels der Zugkraft auf dem Seil das erste Getriebeglied 5.1 anzutreiben, d.h. um die Schwenkachse S zu schwenken.
Die 3 bis 5 und 8 zeigen eine spezielle Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Greifers 14, aufweisend einen Greifergrundkörper 13, den am Greifergrundkörper 13 angeordneten Antriebsmotor 7 und im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels genau ein Paar von erfindungsgemäßen Greiferfingern 1, die jeweils an dem Greifergrundkörper 13 schwenkbar gelagert sind.
Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, können die beiden ersten Getriebeglieder 5.1 des wenigstens einen Paares von Greiferfingern 1 von dem Antriebsmotor 7 gemeinsam angetrieben werden. Dazu gehen von dem Antriebsmotor 7 bzw. von der Seilwinde 12 zwei Seile, d.h. zwei zweite Zugmittel 11 aus, von denen jeweils ein Seil bzw. ein zweites Zugmittel 11 an das jeweilige erste Getriebeglied 5.1 des jeweiligen Greiferfingers 1 geführt ist. Werden die beiden zweiten Zugmittel 11 mittels des Antriebsmotors 7 und der Seilwinde 12 aufgewickelt, so schwenken die beiden Greiferfinger 1 aufeinander zu und der Greifer 14 führt demgemäß eine Schließbewegung aus, wobei zunächst die beiden Greiferfinger 1 in ihrem jeweiligen gestreckten Zustand bleiben.
Um die beiden Greiferfinger 1 entgegen der Schließbewegung wieder zu öffnen, kann der Greifer 14 an jedem Greiferfinger 1 jeweils ein erstes Rückholmittel 15.1 aufweisen, wie dies insbesondere in 5 ersichtlich ist, Die ersten Rückholmittel 15.1 sind ausgebildet, das Fingerwurzelglied 2.1 entgegen der angetriebenen Schwenkbewegung des zweiten Getriebeglieds 5.2 in eine Offenstellung der Greiferfinger 1 vorzuspannen. Wenn also der Antriebsmotor 7 die Seilwinde 12 in einer entgegengesetzten Richtung drehen lässt, bei der die beiden zweiten Zugmittel 11 wieder abgewickelt werden, ziehen die ersten Rückholmittel 15.1 die Greiferfinger 1 bzw. die Fingerwurzelglieder 2.1 in eine öffnende Stellung zurück, wobei die zweiten Zugmittel 11 dadurch gespannt bleiben.
Die Federmittel 6a sind in 5 ebenso ersichtlich. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Federmittel 6a von gummibandartigen Seilzügen gebildet, welche einerseits (in 5 oben) an dem zweiten Getriebeglied 5.2 bzw. an einem auch mit dem Fingerwurzelglied 2.1 verbundenen Zapfen 16 festgelegt sind und andererseits (in 5 unten) jeweils an dem ersten Getriebeglied 5.1 festgelegt sind, beispielsweise an einem Fixierpunkt 17 des ersten Getriebeglieds 5.1, wie dies beispielsweise in 1 und 2 dargestellt ist.
Die 5 zeigt außerdem, wie die beiden Greiferfinger 1 jeweils ein zweites Rückholmittel 18 aufweisen können, das jeweils ausgebildet ist, die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder 2 entgegen der Zugkraft des ersten Zugmittels 3 in eine Strecklage des jeweiligen Greiferfingers 1 vorzuspannen. Dazu kann das jeweilige zweite Rückholmittel 18 auch als gummibandartiger Seilzug ausgeführt sein. Das zweite Rückholmittel 18 kann dabei jeweils einerseits an dem Fingerwurzelglied 2.1 fixiert sein und andererseits an dem Fingerspitzenglied 2.2 fixiert sein. Die Fingerglieder 2 können rückseitig ihrer Greifflächen randoffene Aussparungen 19 oder Nuten aufweisen, die miteinander betrachtet einen Kanal bilden, in dem das zweite Rückholmittel 18 innerhalb der Außenkontur des Greiferfingers 1 geführt sein kann.
Die 6 und 7 zeigen den Greiferfinger 1 jeweils in Alleinstellung. In dieser Ausführung sind die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder 2 als ein einteiliger Greiferfingerkörper ausgebildet, wobei jeweils zwei benachbarte Fingerglieder 2 über einen filmscharnierartigen Steg 20 verbunden sind und die mehreren Stege 20 eine sich innerhalb des Greiferfingers 1 längserstreckende Stützsäule des Greiferfingers 1 bilden.
Jedes Fingerglied 2, mit Ausnahme des Fingerwurzelglieds 2.1, weist einen vorzugsweise elastischen Hohlkörper 21 auf, der jeweils einen Tastkörper bildet, mit dem der Greiferfinger 1 an einem zu greifenden Objekt berührend anliegt. Der jeweilige Hohlkörper 21 kann hohlzylindrisch ausgebildet sein, wobei die Zylinderachsen sich jeweils parallel zur Schwenkachse S des Greiferfingers 1 erstrecken. Die Schwenkachse S geht durch das zweite Getriebeglied 5.2, welches ebenso einteilig mit dem Fingerwurzelglied 2.1 ausgebildet ist. Die Zapfen 16 sind auch einteilig mit dem Fingerwurzelglied 2.1 ausgebildet.
Jeder Hohlkörper 21 weist obenseitig und untenseitig (in 7 verdeckt) zwei Löcher 22 auf, durch welche jeweils eines der zwei ersten Zugmittel 3 hindurchgefädelt wird. Somit liegen in einem montierten Zustand die ersten Zugmittel 3 innerhalb der Kontur der Fingerglieder 2 bzw. innerhalb der Kontur der Hohlkörper 21. Die Hohlkörper 21 erstrecken sich ausgehend von der neutralen Faser, die durch die filmscharnierartigen Stege 20 definiert wird, in Richtung des zu greifenden Objekts hin und zwar mit solchen Querschnittskonturen, dass sich die Hohlkörper 21 zum zu greifenden Objekt hin verjüngen. In Folge werden in einem gestreckten Zustand des Greiferfingers 1 zwischen jeweils zwei benachbarten Hohlkörpern 21 Zwischenräume geschaffen, die es ermöglichen, dass sich der Greiferfinger 1 krümmen kann.
Gegenüberliegend der Hohlkörper 21 sind auf der anderen Seite der neutralen Faser bzw. der Stege 20 rückseitige Stützkörper 23 angeformt, welche sich in dem gestreckten Zustand des Greiferfingers 1 aufeinander abstützen. Dazu weisen die Stützkörper 23 außenseitig flächige, druckstabile Stützwandabschnitte auf, welche in dem gestreckten Zustand des Greiferfingers 1 stirnseitig aneinander stoßen. Die flächigen, druckstabilen Stützwandabschnitte bilden zusammen mit den filmscharnierartigen Stegen 20, welche die Stützsäule des Greiferfingers 1 bilden, einen in Öffnungsrichtung biegesteifen Kastenrahmen.
Am jeweiligen oberen Ende jedes Greiferfingers 1 ist an dem jeweiligen Fingerspitzenglied 2.2 ein Pinzettengriffvorsprung 24 angeformt. Der Pinzettengriffvorsprung 24 weist im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels eine innenseitige Kehle 25 auf, die ausgebildet ist zum Greifen von stabförmigen Gegenständen an deren Mantelwand, und eine Greifkante 26 auf, die ausgebildet ist, den Pinzettengriff durchzuführen.
Die 8 zeigt den beispielhaften Greifer 14 gemäß 5, wie er ein kreiszylindrisches Objekt 27 an seiner Mantelwand fest einklemmt. Dabei sind die beiden Greiferfinger 1 um das kreiszylindrische Objekt 27 herum gekrümmt, um es großflächig mit radialer Spannkraft festzuhalten. Um dies zu erreichen, werden die beiden Greiferfinger 1 aus ihren Offenstellungen, analog 5, in jeweils gestrecktem Zustand aufeinander zubewegt, bis die gestreckten Greiferfinger 1 die Mantelwand des kreiszylindrischen Objekts 27 berühren. Dann steigt die Klemmkraft an, ohne dass sich die Greiferfinger 1 wesentlich weiterschwenken. Bei Erreichen eines Antriebsschwellmoments beginnen sich die Greiferfinger 1 zu krümmen und die Hohlkörper 21 der Fingerglieder 2 legen sich sukzessive an die Mantelwand des kreiszylindrischen Objekts 27 an. Dabei werden zusätzliche radiale Haltekräfte über die Hohlkörper 21 der Fingerglieder 2 auf das kreiszylindrische Objekt 27 übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006009559 B3 [0002]

Claims

Greiferfinger, aufweisend eine kinematische Kette von mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingergliedern (2), von denen ein in der kinematischen Kette proximales Fingerglied (2) ein Fingerwurzelglied (2.1) bildet und ein in der kinematischen Kette distales Fingerglied (2) ein Fingerspitzenglied (2.2) bildet, und aufweisend wenigstens ein sich entlang der kinematischen Kette der Fingerglieder (2) längserstreckendes erstes Zugmittel (3), das mit dem Fingerspitzenglied (2.2) verbunden ist, gekennzeichnet durch ein Getriebe (5), welches ausgebildet ist zum Schwenken des Greiferfingers (1) um eine dem Fingerwurzelglied (2.1) zugeordnete Schwenkachse (S) und zum Krümmen der kinematischen Kette der Fingerglieder (2) durch Ziehen an dem ersten Zugmittel (3), wobei das Getriebe (5) ein schwenkbar gelagertes erstes Getriebeglied (5.1) aufweist, welches mit dem ersten Zugmittel (3) verbunden ist und ein schwenkbar gelagertes zweites Getriebeglied (5.2) aufweist, welches mit dem Fingerwurzelglied (2.1) verbunden ist, und das erste Getriebeglied (5.1) mittels einer Getriebekoppel (6) an das zweite Getriebeglied (5.2) angekoppelt ist, derart, dass bei einer gemeinsamen Schwenkbewegung von erstem Getriebeglied (5.1) und zweitem Getriebeglied (5.2) ein Schwenken des Greiferfingers (1) bewirkt wird und bei einer alleinigen Schwenkbewegung des ersten Getriebeglieds (5.1) relativ zum zweiten Getriebeglied (5.2) eine Zugkraft in das erste Zugmittel (3) eingeleitet und an das Fingerspitzenglied (2.2) weitergeleitet wird, um das Krümmen des Greiferfingers (1) zu bewirken.
Greiferfinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekoppel (6) wenigstens ein Federmittel (6a) aufweist, das ausgebildet ist, das erste Getriebeglied (5.1) federelastisch an das zweite Getriebeglied (5.2) anzukoppeln, derart, dass durch Antreiben des ersten Getriebeglieds (5.1) aufgrund des Federmittels (6a) auch das angekoppelte zweite Getriebeglied (5.2) mitbewegt wird, solange die an dem Federmittel (6a) wirkende Antriebskraft die Federkraft des Federmittels (6a) nicht übersteigt.
Greiferfinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekoppel (6) oder das wenigstens eine Federmittel (6a) ausgebildet und/oder eingerichtet ist, das erste Getriebeglied (5.1) derart an das zweite Getriebeglied (5.2) anzukoppeln, dass ein vom ersten Getriebeglied (5.1) auf das zweite Getriebeglied (5.2) übertragene Moment auch nach Überschreiten eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments weiterhin auf das zweite Getriebeglied (5.2) übertragen wird, auch wenn das zweite Getriebeglied (5.2) bei überschrittenem Antriebsschwellmoment zumindest im Wesentlichen nicht weiterbewegt wird und lediglich das erste Getriebeglied (5.1) weiterbewegt wird.
Greiferfinger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft des Federmittels (6a) eingestellt ist, im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds (5.1) unterhalb eines vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied (5.1) und das zweite Getriebeglied (5.2) gemeinsam zu bewegen und im Falle eines Antreibens des ersten Getriebeglieds (5.1) oberhalb des vorgegebenen Antriebsschwellmoments, das erste Getriebeglied (5.1) alleine zu bewegen, wobei das zweite Getriebeglied (5.2) dabei zumindest im Wesentlichen nicht weiterbewegt wird.
Greiferfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebekoppel (6) eine Kupplung aufweist, die ausgebildet ist, in ihrer Schließstellung das erste Getriebeglied (5.1) starr mit dem zweiten Getriebeglied (5.2) zu verbinden und in ihrer Offenstellung die starre Verbindung zwischen dem ersten Getriebeglied (5.1) und dem zweiten Getriebeglied (5.2) zu lösen.
Greiferfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Getriebeglied (5.1) einen ersten Scheibensektor (8.1) mit einer bogenförmigen ersten Mantelwand (9.1) aufweist, die wenigstens eine erste Führungsrinne (10.1) für das wenigstens eine erste Zugmittel (3) bildet und/oder einen zweiten Scheibensektor (8.2) mit einer bogenförmigen zweiten Mantelwand (9.2) aufweist, die eine zweite Führungsrinne (10.2) für ein zweites Zugmittel (11) bildet, das zum Antreiben des ersten Getriebeglieds (5.1) eingerichtet ist.
Greiferfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferfinger (1) ein erstes Rückholmittel (15.1) aufweist, das ausgebildet ist, das Fingerwurzelglied (2.1) entgegen der angetriebenen Schwenkbewegung des zweiten Getriebeglieds (5.2) in eine Offenstellung des Greiferfingers (1) vorzuspannen.
Greiferfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder (2) als ein einteiliger Greiferfingerkörper ausgebildet sind, wobei jeweils zwei benachbarte Fingerglieder (2) über einen filmscharnierartigen Steg (20) verbunden sind und die mehreren Stege (20) eine sich innerhalb des Greiferfingers (1) längserstreckende Stützsäule des Greiferfingers (1) bilden.
Greiferfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferfinger (1) ein zweites Rückholmittel (18) aufweist, das ausgebildet ist, die mehreren aufeinander folgenden, gegeneinander verstellbar gelagerten Fingerglieder (2) entgegen der Zugkraft des ersten Zugmittels (3) in eine Strecklage des Greiferfingers (1) vorzuspannen.
Greifer, aufweisend einen Greifergrundkörper (13), einen am Greifergrundkörper (13) angeordneten Antriebsmotor (7) und wenigstens ein Paar von Greiferfingern (1) jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die an dem Greifergrundkörper (13) gelagert sind, wobei die ersten Getriebeglieder (5.1) des wenigstens einen Paares von Greiferfingern (1) von dem Antriebsmotor (7) gemeinsam angetrieben sind.