DE102020215228B3

DE102020215228B3 - Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten und Verfahren zum Betreiben einer solchen Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102020215228B3
Application number: DE102020215228.4A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gauchel; Tobias Pointner; Frank Baumann; Jochen Auch
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2020-12-02
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2040-12-03

Abstract

Es wird eine Greifvorrichtung (1) zum Greifen von Objekten (10) vorgeschlagen, die mindestens eine Greifeinheit (2) mit einem sich entlang einer Armlängsachse (16) erstreckenden Tragarm (7) und einer an dem Tragarm (7) angeordneten Greifstruktur (6) aufweist. Der Tragarm (7) ist in einer Arbeitsebene (22) krümmbar, um ihn zusammen mit der Greifstruktur (6) an die Kontur eines zu greifenden Objektes (10) anpassen zu können. Der Tragarm (7) hat mehrere viergelenkige adaptive Armsegmente (27) mit vier Segmentgelenken (32), die paarweise an vier Segmentgelenken (32) gelenkig miteinander verbunden sind. Jedes adaptive Armsegment (27) kann mit einer steuerbaren Blockiereinrichtung (33) unverformbar blockiert werden, um den Tragarm (7) in einer durch die Adaption eingestellten Arbeitsgestalt zu versteifen. Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Betreiben der Greifvorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten, mit mindestens einer Greifeinheit, die über einen sich in einer Armlängsrichtung entlang einer Armlängsachse erstreckenden Tragarm und eine an dem Tragarm angeordnete Greifstruktur verfügt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Greifvorrichtung.
Eine aus der EP 1 839 820 A1 bekannte Greifvorrichtung dieser Art hat einen Hauptträger, der mit einer Befestigungsschnittstelle zur Anbringung an einer beispielsweise von einem Roboter gebildeten Handhabungseinrichtung ausgestattet ist und an dem mehrere Greifeinheiten angebracht sind. Jede Greifeinheit hat einen von dem Hauptträger abstehenden Tragarm, der mit einer zum Ergreifen eines Objekts geeigneten Greifstruktur bestückt ist. Als Greifstruktur sind beispielsweise Vakuumsauggreifer vorgesehen. Jede Greifeinheit hat einen von einem Modulgehäuse gebildeten Tragarmträger, an dem der zugeordnete Tragarm befestigt ist. An dem Tragarm angreifende Stellantriebe ermöglichen es, den Tragarm und somit auch die daran angebrachte Greifstruktur zur Anpassung an die Formgebung eines zu greifenden Objekts variabel zu positionieren. Der konstruktive Aufbau der bekannten Greifvorrichtung ist relativ komplex, was mit hohen Herstellungskosten verbunden ist.
Aus der WO 2007/118571 A1 ist ein Gerät zur Kraftabgabe bekannt, das unter anderem auch als Haltevorrichtung verwendbar ist und über eine Kraftabgabestruktur verfügt, die zwei federelastisch biegbare Seitenwangen aufweist, die an mehreren Gelenkstellen über Koppelstreben miteinander verbunden sind. Ein an der Kraftabgabestruktur angreifender Aktuator kann Zugkräfte und/oder Druckkräfte in die Kraftabgabestruktur einleiten, um selbige unter Auferlegung einer Krümmung zu verformen.
Aus der EP 3 150 518 A1 ist es bekannt, Stückgüter mittels einer Fingereinheit zu fördern, wobei die Fingereinheiten nach einem sogenannten Fin-Ray-Effekt konzipiert sind und jeweils zwei relativ zueinander verstellbare Flankenelemente haben, die durch Stege miteinander verbunden sind. Die Flankenelemente können eine gekrümmte Stellung einnehmen und sind zu diesem Zweck federelastisch verformbar. Alternativ können die Flankenelemente als Gliederkette mit beweglich verbundenen Kettengliedern ausgebildet sein.
Die DE 10 2012 001 095 A1 offenbart eine Greifvorrichtung mit einem gelenkigen Verbund aus flexiblen Verbindungsplatten und gelenkig daran angebrachten, funktional als starr anzusehenden Schwenkhebeln. An einigen der Verbindungsplatten ist eine zum Greifen eines Objekts geeignete Haftfolie angebracht.
Aus der DE 10 2016 207 188 A1 ist ein Endeffektor zum Handhaben flächiger Halbzeuge bekannt, der über eine mit einer Greifeinrichtung ausgestattete und an ein handzuhabendes Halbzeug anlegbare, elastisch verformbare Aufnahmeplatte verfügt. An der Aufnahmeplatte angreifende Aktuatoreinrichtungen erlauben ein Krümmen der Aufnahmeplatte, um ein daran fixiertes Halbzeug gestaltmäßig an die Form eines Werkzeuges anzupassen.
Die DE 10 2016 120 808 A1 beschreibt einen Unterdruckgreifer zum Ansaugen und Halten eines Werkstücks. Der Unterdruckgreifer hat ein an einem Roboterarmteil fixierbares Basisteil, an dem eine Mehrzahl von Verbindungsteilen gelenkig angebracht ist, die mit Ansaugteilen versehen sind und an denen Linearantriebsvorrichtungen angreifen, die eine Lageveränderung ermöglichen.
In der DE 10 2009 017 591 A1 ist ein biegsames Manipulatorwerkzeug beschrieben, das zwei sich nebeneinander erstreckende, an einem proximalen Ende miteinander verbundene flexible Wangen aufweist, die durch Scharnierelemente miteinander verbunden sind. Eine der beiden Wangen ist längsbeweglich antreibbar, um ein Verschwenken des Manipulatorwerkzeuges hervorzurufen.
Eine aus der DE 20 2007 013 673 U1 bekannte flexible Greifeinrichtung für Werkstücke hat ein an einem Manipulator befestigbares Gestell, das über mehrere beweglich miteinander verbundene Gestellglieder verfügt, an denen mehrere Greifer angeordnet sind, wobei die Gestellglieder durch mindestens eine Stelleinrichtung gegenseitig verstellbar sind, um die Position der Greifer zu verändern.
Die DE 39 39 349 A1 offenbart eine Einrichtung zur Handhabung von nachgiebigen Gegenständen, die mit einer formveränderlichen Halterung ausgestattet ist. Die Halterung ist aus beweglich miteinander verbundenen Stabelementen aufgebaut, an denen Spannelemente angreifen, sodass die Stabelemente zur Einstellung einer gewünschten Form der Halterung gegeneinander feststellbar sind.
Aus der US 2014 / 0 237 793 A1 ist eine Greifvorrichtung bekannt, die über eine fleible Schiene verfügt, an der mehrere Greifer angeordnet sind. An der Schiene greift über ein Gestänge eine Antriebseinrichtung an, durch die die Schiene verformbar ist, um die Position der Greifer zu verändern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig aufgebaute Greifvorrichtung zu schaffen, mit der sich im Rahmen eines zeitsparenden Verfahrens unterschiedlich konturierte Objekte zuverlässig greifen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Greifvorrichtung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Tragarm zur Adaption an die Kontur eines zu greifenden Objektes quer zu der Armlängsrichtung in einer Arbeitsebene krümmbar ausgebildet ist, wobei er über mehrere in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgend angeordnete Armsegmente verfügt, die zumindest teilweise als beim Krümmen des Tragarmes ihre Gestalt verändernde viergelenkige adaptive Armsegmente ausgebildet sind, die jeweils vier längeninvariante Segmentstreben aufweisen, die paarweise über jeweils eines von vier Segmentgelenken gelenkig miteinander verbunden sind, wobei jedes adaptive Armsegment mit einer steuerbaren Blockiereinrichtung ausgestattet ist, durch die die momentane Relativposition seiner vier Segmentgelenke lösbar blockierbar ist, um den Tragarm in einer durch die Adaption eingestellten Arbeitsgestalt zu versteifen.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung gelöst, bei dem die mindestens eine Greifeinheit bei deaktivierten Blockiereinrichtungen und einem dadurch unblockierten Zustand der Relativposition der Segmentgelenke der adaptiven Armsegmente mit ihrer Greifstruktur an ein zu greifendes Objekt angesetzt wird, wobei der Tragarm in eine an die Kontur des zu greifenden Objekts angepasste Arbeitsgestalt gekrümmt wird, worauf die Blockiereinrichtungen aktiviert werden und dadurch unter Versteifung des Tragarmes die Relativposition der Segmentgelenke jedes adaptiven Armsegmentes blockiert wird.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung ist mit nur einer Greifeinheit oder mit mehreren bei Bedarf gleichzeitig nutzbaren Greifeinheiten ausgestattet. Durch jede Greifeinheit lässt sich ein handzuhabendes Objekt insbesondere unter Ausführung des vorgenannten Verfahrens greifen, um es im Anschluss an einen Greifvorgang im ergriffenen Zustand umzupositionieren. Beispielsweise kann mittels der Greifvorrichtung ein zuvor hergestelltes Werkstück, beispielsweise ein Karosserierohteil, aus einer Maschine, beispielsweise eine Presse, entnommen und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Bei einer mit mehreren Greifeinheiten ausgestatteten Greifvorrichtung können die Greifeinheiten zum gleichzeitigen Greifen ein und desselben Objekts verwendet werden. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäß bestehende Möglichkeit, den Tragarm jeder Greifeinheit und somit auch die am Tragarm angeordnete Greifstruktur hinsichtlich der Kontur des zu greifenden Objektes anzupassen bzw. zu adaptieren. Hierzu hat der Tragarm einen Aufbau, der es erlaubt, den Tragarm in einer Arbeitsebene zu krümmen. Abhängig von der Struktur des Tragarmes kann die erzielbare Krümmung beispielsweise einheitlich in die gleiche Richtung gehen oder - unter Ausbildung einer Wellenstruktur - abwechselnd positiv und negativ sein. Ferner kann die Krümmung abhängig von der Struktur des Tragarmes einen kontinuierlichen oder einen einfach oder mehrfach abgeknickten Längsverlauf haben. Der Tragarm kann selbst dann an gewölbte Konturen eines zu greifenden Objektes adaptiert werden, wenn es sich um eine ungleichförmige Objektwölbung handelt. Ist der Tragarm im Rahmen einer Adaption mit seiner Greifstruktur an ein zu greifendes Objekt angesetzt, nimmt der Tragarm eine im Vergleich zu einer vorherigen Ausgangsgestalt veränderte Arbeitsgestalt ein, wobei sich die eingestellte Arbeitsgestalt unmittelbar an der Kontur des zu greifenden Objektes orientiert. Eine Besonderheit jeder Greifeinheit besteht darin, dass sich die adaptierte Arbeitsgestalt versteifen und somit quasi „einfrieren“ lässt. Der versteifte Tragarm behält die eingestellte Arbeitsgestalt unabhängig davon bei, ob er an ein zu greifendes Objekt angesetzt ist oder von dem Objekt wieder entfernt ist, sodass sich beispielsweise durch das Adaptieren an ein erstes zu greifendes Objekt eine Arbeitsgestalt einstellen und fixieren lässt, die für nachfolgende Greifvorgänge gleichartiger Objekte zur Verfügung steht, sodass sich eine neuerliche Adaption erübrigt, was einen erheblichen Zeitgewinn mit sich bringt. Die Versteifung kann auch jederzeit wieder gelöst werden, um eine neuerliche Adaption hinsichtlich eines zu greifenden Objektes vorzunehmen oder auch, um eine vorhandene Adaption nur geringfügig nachzujustieren. Ermöglicht werden diese Maßnahmen durch den besonderen Aufbau des Tragarmes mit mehreren in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgenden adaptiven Armsegmenten, die jeweils viergelenkig ausgebildet sind und die jeweils vier in ihrer Länge unveränderliche Segmentstreben aufweisen, die immer paarweise über eines von vier Segmentgelenken gelenkig miteinander verbunden sind, sodass sich ein viereckiger, rahmenförmiger Segmentzug ergibt. An jedem der vier Segmentgelenke können die beiden daran angelenkten Segmentstreben relativ zueinander verschwenkt werden, wobei die mögliche Kinematik durch die Viergelenkstruktur vorgegeben ist. Bei in der Armlängsrichtung jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Armsegmenten können zwei Segmentgelenke und eine sich dazwischen erstreckende Segmentstrebe gleichzeitig beiden Armsegmenten angehören, um die Anzahl der erforderlichen Segmentgelenke vorteilhaft zu reduzieren. Jedes adaptive Armsegment ist mit einer betriebsmäßig steuerbaren Blockiereinrichtung ausgestattet, durch die bei entsprechender Ansteuerung die momentane Relativposition zwischen den vier Segmentgelenken des betreffenden Armsegmentes lösbar blockierbar ist, um das zugeordnete Armsegment zu versteiften. Eine eingestellte Arbeitsgestalt ist versteift beziehungsweise eingefroren, wenn sämtliche Blockiereinrichtungen durch entsprechende Ansteuerung aktiviert sind. Bei Bedarf kann durch Deaktivierung der Blockiereinrichtungen die Blockierung wieder aufgehoben werden, um neuerlich Relativbewegungen zwischen den Segmentgelenken beziehungsweise den daran angelenkten Segmentstreben zu ermöglichen und dadurch eine Rückstellung des Tragarmes in eine Ausgangsgestalt zu erlauben oder eine abweichende Arbeitsgestalt des Tragarmes einzustellen.
Zweckmäßigerweise erfolgt das mit einer Anpassung an die Kontur des zu greifenden Objekts einhergehende Ansetzen der Greifstruktur an ein zu greifendes Objekt mittels einer die zugeordnete Greifeinheit tragenden Handhabungseinrichtung und/oder mittels einer in die Greifeinheit integrierten Aktuatoreinrichtung.
Die für den Adaptionsvorgang und die damit zusammenhängenden Krümmungsmaßnahmen des Tragarmes erforderlichen Betätigungskräfte können beispielsweise dadurch hervorgerufen werden, dass die Greifeinheit mittels einer sie tragenden Handhabungseinrichtung an das zu greifende Objekt angedrückt wird, was man als eine passive Adaption bezeichnen kann, oder dadurch, dass mindestens eine optional in die Greifeinheit integrierte Aktuatoreinrichtung betätigt wird, was man als aktive Adaption bezeichnen kann. Bei entsprechender Ausgestaltung können eine passive und eine aktive Adaption auch überlagert ausgeführt werden. Ein und dieselbe Greifeinheit kann ausgebildet sein, um nur eine passive Adaption oder nur eine aktive Adaption ausführen zu können, oder um sowohl eine passive Adaption als auch eine aktive Adaption ausführen zu können. Im letzteren Fall kann die Ausgestaltung der Greifeinheit so getroffen sein, dass die passive Adaption und die aktive Adaption in zeitlicher Aufeinanderfolge und/oder zeitgleich ausführbar sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Eine bevorzugte Greifstruktur der mindestens einen Greifeinheit verfügt über mehrere an dem Tragarm angeordnete Greifeinheiten, die beispielsweise als Vakuumsauggreifer oder als Magnetgreifer ausgebildet sind. Solche Greifeinheiten sind durch eine Steuereinrichtung der Greifvorrichtung nach Bedarf ansteuerbar, um sie zu aktivieren oder zu deaktivieren. Eine andere Möglichkeit zur Realisierung von Greifeinheiten besteht in einer Ausgestaltung als adhäsiv wirksame Greifeinheiten, wobei alternativ auch die Möglichkeit besteht, eine durchgängige, adhäsive wirkende Greiffolie als Greifstruktur vorzusehen.
Zweckmäßigerweise hat der Tragarm der Greifeinheit einen Fußabschnitt und einen diesbezüglich in der Armlängsrichtung beabstandeten Kopfabschnitt, wobei er an dem Kopfabschnitt bevorzugt frei endet. Bei einer Adaption des Tragarmes an einen zu greifenden Gegenstand kann der Tragarm im Bereich des Kopfabschnittes beispielsweise verschwenkt werden. Der Fußabschnitt kann als ein adaptives Armsegment realisiert sein oder als ein nicht adaptives Armsegment.
Bevorzugt hat mindestens eine und zweckmäßigerweise jede Greifeinheit einen Tragarmträger, an dem der Tragarm mit seinem Fußabschnitt befestigt ist. Ein solcher Tragarmträger hat zweckmäßigerweise eine Befestigungsschnittstelle zur Fixierung an einer zur Positionierung der Greifeinheit geeigneten Handhabungseinrichtung. Der Tragarmträger kann alternativ dazu dienen, die Greifeinheit an einem Hauptträger der Greifvorrichtung zu befestigen, der mit noch weiteren Greifeinheiten bestückt ist. Alternativ besteht allerdings die Möglichkeit, eine Greifeinheit ohne Tragarmträger zu realisieren und beispielsweise den Tragarm mit seinem Fußabschnitt direkt an dem Hauptträger zu befestigen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Greifvorrichtung hat der Tragarm der Greifeinheit zwei sich in der Arbeitsebene entlang der Armlängsachse erstreckende Seitenholme, zwischen denen sich in der Armlängsrichtung zueinander beabstandete Querholme erstrecken. Jeder Querholm ist über eines der Segmentgelenke mit einem der beiden Seitenholme verbunden. Die längeninvarianten Segmentstreben jedes Armsegmentes sind hierbei von zwei in der Armlängsrichtung zueinander benachbarten Querholmen und von zwei Seitenholm-Längenabschnitten der Seitenholme, die sich zwischen zwei dem gleichen Seitenholm zugeordneten Segmentgelenken erstrecken, gebildet.
Im Zusammenhang mit der vorgenannten Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn die Greifstruktur an einem der beiden Seitenholme angeordnet ist, wobei dieser Seitenholm zur besseren Unterscheidung als Greif-Seitenholm bezeichnet sei. Zweckmäßigerweise befindet sich die Greifstruktur an einer längsseitigen Außenfläche des Greif-Seitenholmes, die von dem anderen, zweiten Seitenholm abgewandt ist.
Soweit die Greifstruktur über mehrere Greifeinheiten verfügt, ist es zweckmäßig, wenn diese Greifeinheiten in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgend an dem Greif-Seitenholm angeordnet sind.
Es wird als günstig angesehen, wenn mindestens eine Greifeinheit einen Tragarm aufweist, bei dem die beiden Seitenholme in der Armlängsrichtung zu einem vorderen Endbereich des Tragarmes hin konvergierend ausgebildet sind. Dabei nimmt die Länge der sich zwischen den beiden Seitenholmen erstreckenden Querholme zu dem vorderen Endbereich hin ab, das heißt von zwei in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgenden Querholmen ist stets derjenige kürzer, der näher beim vorderen Endbereich des Tragarmes liegt.
Bevorzugt laufen die beiden Seitenholme in Richtung des vorderen Endbereiches des Tragarmes keilförmig aufeinander zu. Der vordere Endbereich definiert zweckmäßigerweise den weiter oben erwähnten Kopfabschnitt des Tragarmes. Ein derart ausgebildeter Tragarm endet an seinem vorderen Endbereich zweckmäßigerweise mit einem dreieckigen Armsegment, das als Kopfsegment bezeichnet werden kann. Das Kopfsegment kann ein starres Armsegment sein, dessen Gestalt sich bei der Adaption des Tragarmes an ein zu greifendes Objekt nicht verändert. Es kann allerdings auch gestaltveränderlich strukturiert sein.
Das dreieckige Kopfsegment setzt sich zweckmäßigerweise aus je einem Längenabschnitt der beiden Seitenholme und einem sich dazwischen erstreckenden Querholm zusammen, wobei dieser Querholm insbesondere eine längeninvariante Segmentstrebe eines auf das Kopfsegment folgenden adaptiven Armsegmentes bildet.
Insbesondere in Zusammenhang mit einer sich zum vorderen Endbereich des Tragarmes verjüngenden Tragarmkontur ist es vorteilhaft, wenn die adaptiven Armsegmente zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes, bei der es sich vorzugsweise um eine Ausgangsgestalt handelt, eine trapezförmige Kontur haben. Die Segmentstreben der adaptiven Armsegmente bilden hierbei eine trapezförmige Rahmenstruktur.
Bei einer ebenfalls vorteilhaft eingestuften Bauform der Greifeinheit sind die beiden Seitenholme des Tragarmes zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes parallel zueinander ausgerichtet. Hierbei ist es zweckmäßig, wenn die adaptiven Armsegmente zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes eine rechteckige Kontur haben. Die Segmentstreben der adaptiven Armsegmente bilden hierbei eine rechteckige Rahmenstruktur. Bei der sich in einer Krümmung äußernden Adaption an ein Objekt können sich die adaptiven Armsegmente rautenförmig verformen.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Greifvorrichtung verfügt über mindestens eine Greifeinheit, bei deren Tragarm die zu zueinander benachbarten adaptiven Armsegmenten gehörenden Seitenholm-Längenabschnitte jedes Seitenholmes federelastisch miteinander verbunden sind. Die federelastische Verbindung kann beispielsweise daraus resultieren, dass Segmentgelenke ohne Federeffekt vorgesehen sind, denen jeweils eine separate Feder zugeordnet ist, um die aneinander angelenkten Seitenholm-Längenabschnitte relativ zueinander in eine Ausgangsposition vorzuspannen. Alternativ kann die Federelastizität im Bereich der Segmentgelenke auch durch insgesamt federelastische Segmentgelenke realisiert werden, beispielsweise durch eine einstückige federelastische Verbindung zwischen den aufeinanderfolgenden Seitenholm-Längenabschnitten.
Ein besonders vorteilhaftes Adaptionsverhalten legt der Tragarm an den Tag, wenn seine beiden Seitenholme gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung jeweils insgesamt über in der Arbeitsebene federelastisch biegbare Eigenschaften verfügen. Eine solche Bauform kommt insbesondere im Zusammenhang mit einer Tragarmstruktur zum Einsatz, bei der die beiden Seitenholme entsprechend den obigen Ausführungen zu einem vorderen Endbereich des Tragarmes hin konvergieren. Derart ausgebildete Tragarme sind nach dem sogenannten Fin-Ray-Effekt verformbar, der beispielsweise in der EP 3 150 518 A1 oder in der WO 2007/118571 A1 beschrieben ist. Während die Seitenholme über ihre gesamte Länge hinweg federelastisch biegbar sind, sind die über Segmentgelenke mit den Seitenholmen verbundenen und sich zwischen den Seitenholmen erstreckenden Querholme hierbei biegesteif, sodass sie bei der Anwendung der Greifeinheit keine oder zumindest keine nennenswerte Durchbiegung erfahren. Die Segmentgelenke können dabei mit oder ohne federelastische Eigenschaften realisiert sein. Beispielsweise sind sie als federelastische Festkörpergelenke ausgebildet.
Bei einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Greifeinheit hat der Tragarm eine Kettenstruktur, wobei die Segmentgelenke derart in die beiden Seitenholme integriert sind, dass die durch ein jeweiliges Segmentgelenk aneinander angelenkten Seitenholm-Längenabschnitte und Querholme ohne einen Federeffekt in der Arbeitsebene relativ zueinander verschwenkbar sind. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht voneinander unabhängige Verformungen der aneinander angereihten Armsegmente, wodurch eine exakte Objektadaption selbst bei sehr unregelmäßiger Kontur des zu greifenden Objektes möglich ist. Bei der kettenartig strukturierten Greifeinheit sind die jeweils ein adaptives Armsegment definierenden längeninvarianten Segmentstreben, die von Seitenholm-Längenabschnitten und von Querholmen des Tragarmes gebildet sind, in sich biegesteif beziehungsweise starr ausgebildet, sodass die bei der Adaption stattfindende Krümmung des Tragarmes nur aus in den Segmentgelenken stattfindenden Schwenkbewegungen resultiert und sich nicht zusätzlich in einem Verbiegen der Segmentstreben äußert. Daraus wird deutlich, dass sich die bei der Adaption stattfindende Krümmung bei den Seitenholmen des Tragarmes nicht zwingend in einer kontinuierlichen, bogenförmigen Krümmung äußern muss, sondern auch mit einem im Bereich der Segmentgelenke abgewinkelten bzw. abgeknickten und somit insgesamt mehrkantigen Längsverlauf der Seitenholme einhergehen kann.
Auch bei einem kettenartig strukturierten Tragarm können in der Arm-Längsrichtung nebeneinanderliegende, als Kettenglieder bezeichenbare Armsegmente partiell die gleichen Segmentgelenke verwenden. Anders ausgedrückt können also einige der Segmentgelenke jeweils gleichzeitig zu zwei in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgenden Armsegmenten gehören.
Rechteckig konturierte Armsegmente eines kettenartig strukturierten Tragarmes können gleichgroß sein, können aber auch eine unterschiedliche Größe haben. Die Größenabweichungen können sich in einer unterschiedlichen Länge in der Armlängsrichtung und/oder in einer unterschiedlichen Breite quer zu der Armlängsrichtung äußern.
Insbesondere bei einem kettenartig strukturierten Tragarm, bei dem in den Segmentgelenken keine interne Federstabilisierung erfolgt, können in der Armlängsrichtung aufeinanderfolgende Armsegmente durch gemeinsam genutzte oder durch jeweils individuell zugeordnete Segmentgelenke miteinander verbunden sein.
Es ist zweckmäßig, wenn bei mindestens einem und bevorzugt bei jedem adaptiven Armsegment des Tragarmes die zugehörige Blockiereinrichtung eine sich in der Arbeitsebene erstreckende und das betreffende adaptive Armsegment in dem von den Segmentstreben umrahmten Bereich durchquerende Blockiereinheit aufweist. Die Blockiereinheit hat zwei Blockiereinheitabschnitte, die an unterschiedlichen Befestigungspunkten am zugeordneten Armsegment fixiert sind, sodass also insbesondere ein erster Blockiereinheitabschnitt an einem ersten Befestigungspunkt und ein zweiter Blockiereinheitabschnitt an einem zu dem ersten Befestigungspunkt beabstandeten zweiten Befestigungspunkt des adaptiven Armsegments fixiert ist. In einem unblockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung sind die beiden Blockiereinheitabschnitte relativ zueinander verschiebbar und gestatten somit eine Gestaltänderung des zugeordneten Armsegmentes bei einem Adaptionsvorgang. In einem blockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung sind die beiden Blockiereinheitabschnitte in lösbarer Weise relativ zueinander unverschiebbar fixiert, wodurch nachfolgende Gestaltänderungen des zugeordneten Armsegmentes ausgeschlossen sind. Um den Tragarm in einer durch die Adaption eingestellten Arbeitsgestalt zu versteifen, werden sämtliche Blockiereinrichtungen in den blockierten Betriebszustand versetzt. Der Betriebszustand ist insbesondere durch eine Steuereinrichtung der Greifvorrichtung vorgebbar.
Die beiden Befestigungspunkte einer jeweiligen Blockiereinheit befinden sich bevorzugt an zwei sich diagonal gegenüberliegenden Segmentgelenken des adaptiven Armgelenkes. Ferner können sie alternativ an zwei unterschiedlichen Segmentstreben angeordnet sein. Von den beiden Befestigungspunkten kann ferner der eine an einem Segmentgelenk und der andere an einer Segmentstrebe angeordnet sein. Wesentlich ist, dass die Befestigungspunkte so gewählt sind, dass bei blockierter Blockiereinrichtung keinerlei Gestaltänderungen beziehungsweise Verschiebungen in der durch die längeninvarianten Segmentstreben definierten Rahmenstruktur des zugeordneten Armsegmentes möglich sind. Bevorzugt hat jede Blockiereinheit zur Vorgabe ihres Betriebszustandes eine durch eine Steuereinrichtung der Greifvorrichtung betätigbare Feststellbremse.
Zur bedarfsgemäßen Realisierung der Blockierfunktion und der daraus resultierenden Versteifungsfunktion kann mindestens eine und bevorzugt jede Blockiereinrichtung beispielsweise einen Arbeitszylinder mit Feststellbremse, eine elektrostatische Bremse, eine durch ein Quetschelement einklemmbare Stange oder einen flüssigkeitsgefüllten Zylinder mit durch ein schaltbares Ventil kurzgeschlossenen Kammern aufweisen.
Mindestens eine Blockiereinrichtung kann auch unmittelbar in ein Segmentgelenk integriert sein. Wenn in nur einem Segmentgelenk die relative Verschwenkbarkeit der daran angelenkten Segmentstreben blockiert ist, hat dies eine Versteifung des gesamten zugeordneten Armsegmentes zur Folge. Zur Realisierung einer Blockiereinrichtung genügen daher prinzipiell Maßnahmen, durch die nur ein einziges Segmentgelenk des Armsegmentes blockierbar ist.
Um eine aktive Adaption beziehungsweise Anpassung an ein zu greifendes Objekt vornehmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine und insbesondere jede Blockiereinrichtung über eine zu der Blockierfunktion zusätzliche Aktuatorfunktion verfügt. Durch entsprechende aktuatorische Betätigung der Blockiereinrichtungen ist auf diese Weise das zugeordnete adaptive Armsegment zu seiner Gestaltänderung aktiv verformbar.
Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Greifeinheit eine bezüglich der Blockiereinrichtungen gesonderte Aktuatoreinrichtung aufweisen, durch die zur Einstellung einer an ein zu greifendes Objekt adaptierten Arbeitsgestalt eine sich auf die Krümmung des Tragarmes auswirkende Adaptionsbewegung des Tragarmes hervorrufbar ist. Eine solche Aktuatoreinrichtung kann beispielsweise an einem Seitenholm des Tragarmes angreifen und ist zweckmäßigerweise zwischen einen Seitenholm und einen Tragarmträger der Greifeinheit zwischengeschaltet.
Die bezüglich der Blockiereinrichtungen gesonderte mindestens eine Aktuatoreinrichtung kann die einzige Komponente der Greifeinheit sein, mit der eine Aktuatorfunktion zur aktiven Gestaltanpassung des Tragarmes hervorrufbar ist, jedoch kann sie ohne weiteres auch mit einer in mindestens eine Blockiereinrichtung integrierten Aktuatorfunktion kombiniert sein.
Zusätzliche, insbesondere kleine Aktuatoren können optional zwischen der Greifstruktur und dem Tragarm angeordnet sein, um ein ergriffenes Objekt bei versteifter Arbeitsgestalt des Tragarmes aktiv zu verformen und beispielsweise in eine gewünschte Gestalt zu zwingen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemä-ßen Greifvorrichtung mit insgesamt sechs an einem Hauptträger fixierten Greifeinheiten in einer Draufsicht,
2-4 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer Greifeinheit der Greifvorrichtung, die einen in der Arbeitsebene federelastisch krümmbaren federelastischen Tragarm aufweist, dessen adaptive Armsegmente mittels durchgängig federelastisch biegbarer Seitenholme realisiert sind, wobei der Tragarm in der 2 in einer nicht adaptierten Ausgangsgestalt, in der 3 in einer adaptierten, aber noch nicht versteiften Arbeitsgestalt und in der 4 in einer adaptierten und versteiften Arbeitsgestalt gezeigt ist,
5-7 eine Greifeinheit mit einem unelastischen, kettenartig strukturierten Tragarm, wobei der Tragarm in der 5 in einer nicht adaptierten Ausgangsgestalt, in der 6 in einer adaptierten, noch nicht versteiften Arbeitsgestalt und in der 7 in einer adaptierten und versteiften Arbeitsgestalt gezeigt ist,
8 eine Greifeinheit mit als Kettenstruktur aufgebautem Tragarm, dessen Armsegmente mit zu einem vorderen Endbereich des Tragarmes abnehmender Größe realisiert sind, und
9 eine weitere Ausführungsform der Greifeinheit mit kettenartig strukturiertem Tragarm, dessen adaptive Armsegmente wie bei der Ausführungsform der 8 in der unadaptierten Ausgangsgestalt rechteckig konturiert sind, untereinander aber die gleiche Größe haben.

Die 1 zeigt in einer Draufsicht eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 1, die mit einer Mehrzahl von Greifeinheiten 2 ausgestattet ist, exemplarisch sechs Stück. Die Anzahl der Greifeinheiten 2 in der Greifvorrichtung 1 ist prinzipiell beliebig und orientiert sich insbesondere an der Gestalt und Größe eines zu greifenden Objektes 10, das in vereinfachter Form gestrichelt angedeutet ist. Die Greifvorrichtung 1 kann beispielsweise auch nur eine einzige Greifeinheit 2 enthalten.
Die 2 bis 9 zeigen jeweils schematisch einen vorteilhaften Aufbau einer Greifeinheit 2 in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1. Sofern die Greifvorrichtung 1 über mehrere Greifeinheiten 2 verfügt, sind diese Greifeinheiten 2 zweckmäßigerweise vom gleichen Typ, können aber auch ohne weiteres aus mehreren unterschiedlichen Typen kombiniert sein.
Eine mit mehreren Greifeinheiten 2 ausgestattete Greifvorrichtung 1 hat zweckmäßigerweise einen Hauptträger 3, an dem die Greifeinheiten 2 unabhängig voneinander befestigt sind. Für diese Befestigung hat zweckmäßigerweise jede Greifeinheit 2 eine Kopplungsschnittstelle 4, der nicht weiter illustrierte Kopplungselemente zugeordnet sind, beispielsweise Befestigungsschrauben oder eine Schnellspanneinrichtung.
Die Kopplungsschnittstelle 4 befindet sich vorzugsweise an einem beispielsweise plattenförmig ausgebildeten, aus den 2 bis 9 ersichtlichen Tragarmträger 5 der Greifeinheit 2, der in 1 nicht weiter illustriert ist. Der Tragarmträger 5 trägt eine wesentliche Komponente der Greifeinheit 2, nämlich einen mit einer Greifstruktur 6 bestückten Tragarm 7. Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel entfällt der Tragarmträger 5 und der Tragarm 7 ist direkt an dem Hauptträger 3 befestigt, wobei sich die Kopplungsschnittstelle 4 an dem Tragarm 7 befindet.
Die Greifvorrichtung 1 hat eine imaginäre Hochachse 8. Die Greifeinheiten 2 sind an dem Hauptträger 3 zweckmäßigerweise um die Hochachse 8 herum verteilt angeordnet.
An dem Hauptträger 3 befindet sich eine Befestigungsschnittstelle 12, über die die Greifvorrichtung 1 während ihrer Nutzung an einer nur strichpunktiert schematisch angedeuteten Handhabungseinrichtung 13 befestigt sein kann. Mit Hilfe der Handhabungseinrichtung 13, bei der es sich beispielsweise um einen Roboter oder um einen sonstigen Manipulator handelt, kann die Greifvorrichtung 1 bei ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch im Raum bewegt werden. Die dabei möglichem Bewegungsfreiheitsgrade hängen von der Bauart der Handhabungseinrichtung 13 ab. Bei ihrem bestimmungsgemäßen Gebrauch kann die Greifvorrichtung 1 unterschiedliche Ausrichtungen einnehmen, wobei die Hochachse 8 nicht nur vertikal, sondern auch anderweitig und beispielsweise horizontal ausgerichtet sein kann.
Die Greifvorrichtung 1 und jede Greifeinheit 2 haben eine Oberseite 14 und eine Unterseite 15, wobei sich die Hochachse 8 zwischen der Oberseite 14 und der Unterseite 15 erstreckt. Die Befestigungsschnittstelle 12 ist bevorzugt im Bereich der Oberseite 14 an dem Hauptträger 3 angeordnet.
Der Tragarm 7 jeder Greifeinheit 2 hat eine imaginäre Armlängsachse 16, entlang der er sich erstreckt und deren Achsrichtung mit dem gleichen Bezugszeichen als Armlängsrichtung 16 bezeichnet wird. Bevorzugt ist jede zu der Greifvorrichtung 1 gehörende Greifeinheit 2 mit quer von der Hochachse 8 wegragender Armlängsachse 16 am Hauptträger 3 befestigt.
Insbesondere anhand der 2 bis 9 werden nachstehend bevorzugte Bauformen der Greifeinheit 2 erläutert. Soweit im Einzelfall keine abweichenden Angaben gemacht werden, beziehen sich die Ausführungen auf sämtliche Ausführungsbeispiele der Greifeinheit 2.
Der Tragarm 7 hat einenends einen auch als Fußabschnitt 17 bezeichneten hinteren Endbereich 17 und andernends einen auch als vorderer Endbereich 18 bezeichneten Kopfabschnitt 18. Die Armlängsachse 16 erstreckt sich zwischen dem Fußabschnitt 17 und dem Kopfabschnitt 18.
Der Tragarm 7 ist mit seinem Fußabschnitt 17 an dem optionalen Tragarmträger 5 oder direkt an dem Hauptträger 3 befestigt. Der Kopfabschnitt 18 definiert zweckmäßigerweise ein freies Ende des Tragarmes 7.
Sofern der Tragarm 7 nicht durch nachstehend noch geschilderte Maßnahmen versteift ist, kann er in einer Arbeitsebene 22 quer zu seiner Armlängsrichtung 16 sich krümmend verformt werden. Die mit einem Krümmungsvorgang einhergehenden internen Verformungen des Tragarmes 7, die sich in Relativbewegungen zwischen in der Armlängsrichtung 16 aufeinanderfolgenden Längenabschnitten des Tragarmes 7 äußern, seien im Folgenden zur besseren Unterscheidung als Adaptionsbewegung 23 des Tragarmes 7 bezeichnet, die durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
Die Arbeitsebene 22 verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene und in den 2 bis 9 parallel zur Zeichenebene.
Die Adaptionsbewegung 23 ist ausführbar, um den Tragarm 7 einschließlich der von ihm getragenen Greifstruktur 6 an die Kontur des zu greifenden Objektes 10 anzupassen beziehungsweise zu adaptieren. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel hat das zu greifende Objekt 10 in dem zu greifenden Bereich eine gewölbte Kontur.
Mit der Adaptionsbewegung 23 kann der Tragarm 7 unter Krümmung so verformt werden, dass die zugeordnete Greifstruktur 6 ungeachtet einer unregelmäßigen Kontur des zu greifenden Objektes 10 so an das Objekt 10 anlegbar ist, dass beim Anlegen oder anschließend eine das Objekt 10 festhaltende Greifkraft ausübbar ist und das ergriffene Objekt 10 durch mittels der Handhabungseinrichtung 13 erfolgende Verlagerung der Greifvorrichtung 1 anwendungsspezifisch umpositioniert werden kann.
Zu nicht an ein Objekt 10 angesetzten Zeiten kann der Tragarm 7 eine Ausgangsgestalt einnehmen, die sich zweckmäßigerweise darin äußert, dass die Armlängsachse 16 eine lineare Erstreckung hat. Die 2, 5, 8 und 9 zeigen die Greifeinheit 2 mit einem eine solche Ausgangsgestalt einnehmenden Tragarm 7.
Wenn die Greifeinheit 2 unter Ausführung der Adaptionsbewegung 23 in einer Weise an das zu greifende Objekt 10 angesetzt ist, dass die Greifstruktur 6 an dem Objekt 10 anliegt, nimmt der Tragarm 7 eine bezüglich der Ausgangsgestalt veränderte, gekrümmte Arbeitsgestalt ein, wie sie beispielsweise aus den 3 und 4 sowie den 6 und 7 hervorgeht. Exemplarisch ist die Armlängsachse 16 in der Arbeitsgestalt des Tragarmes 7 bogenförmig mit durchweg gleichem Vorzeichen beziehungsweise gleicher Krümmungsrichtung gekrümmt.
In den eine Ausgangsgestalt des Tragarmes 7 illustrierenden 8 und 9 ist der bei einer möglichen Arbeitsgestalt vorliegende Verlauf der Armlängsachse 16 gestrichelt angedeutet. Die 9 macht deutlich, dass die Armlängsachse 16 in der Arbeitsgestalt des Tragarmes 7 durchaus auch in der Längsrichtung abwechselnde Krümmungsrichtungen haben kann und beispielsweise einen wellenförmigen Verlauf hat. Dieser wellenförmige Verlauf gilt dann entsprechend auch für den Tragarm 7 insgesamt sowie die daran angebrachte Greifstruktur 6.
Der Tragarm 7 hat eine Tragfläche 24, an der die Greifstruktur 6 angebracht ist. Die Tragfläche 24 erstreckt sich in der Armlängsrichtung 16, was zweckmäßigerweise entsprechend für die Greifstruktur 6 gilt. Beispielhaft setzt sich die Greifstruktur 6 aus einer Mehrzahl einzelner Greifeinheiten 6a zusammen, von denen mehrere und insbesondere alle in der Armlängsrichtung 16 aufeinanderfolgend an der Tragfläche 24 des Tragarmes 7 angebracht sind.
Beispielhaft handelt es sich bei den Greifeinheiten 6a um mit Unterdruck betriebene Vakuumsauggreifer oder um elektrisch betätigbare Magnetgreifer. Es sind allerdings ohne Weiteres auch andere Bauarten von Greifeinheiten 6a möglich. Die Greifstruktur 6 kann ferner einheitlich gestaltet sein, beispielsweise unter Verwendung einer Haftfolie, die über eine Selbstklebeschicht oder eine sogenannte Gecko-Struktur verfügt.
Die Greifvorrichtung 1 verfügt zweckmäßigerweise über eine Steuereinrichtung 25, bei der es sich insbesondere um eine elektronische Steuereinrichtung handelt und die an die Greifstruktur 6 angeschlossen ist, um selbige nach Bedarf aktivieren und deaktivieren zu können. Wenn die Greifstruktur 6 in eine Arbeitsgestalt einnehmendem Zustand des Tragarmes 7 an ein Objekt 10 angesetzt ist, wie dies beispielsweise in den 3, 4, 6 und 7 illustriert ist, kann durch Aktivieren der Greifstruktur 6 erreicht werden, dass das Objekt 10 von der Greifstruktur 6 ergriffen und festgehalten wird. Zum Lösen des Objektes 10 kann die Greifstruktur 6 mittels entsprechender Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 25 bedarfsgemäß deaktiviert werden.
Der Tragarm 7 hat einen in der Armlängsrichtung 16 segmentierten Aufbau. Er verfügt über eine Mehrzahl von Armsegmenten 26, die sich in der Armlängsrichtung 16 aneinander anschließen, wobei insbesondere eine unmittelbare Aufeinanderfolge der Armsegmente 26 realisiert ist.
Bei zumindest einigen der Armsegmente 26 handelt es sich um adaptive Armsegmente 27, die eine viergelenkige Struktur haben. Jedes adaptive Armsegment 27 enthält vier längeninvariante Segmentstreben 28, die unter Bildung eines rahmenartigen Polygonzuges aneinander angereiht sind und die jeweils paarweise über eines von vier Segmentgelenken 32 derart gelenkig miteinander verbunden sind, dass die jeweils aneinander angelenkten Segmentstreben 28 relativ zueinander mit dem zugeordneten Segmentgelenk 32 als Schwenkzentrum in der Arbeitsebene 22 verschwenkbar sind.
Durch die Segmentgelenke 32 wird zweckmäßigerweise jeweils eine zu der Arbeitsebene 22 rechtwinkelige Schwenkachse 31 definiert, um die die durch das Segmentgelenk 32 miteinander verbundenen Segmentstreben 28 relativ zueinander verschwenkbar sind. Die Schwenkachsen 31 sind in der Zeichnung nur in einigen der Abbildungen angedeutet.
Bei den illustrierten Ausführungsbeispielen enthalten die Tragarme 7 jeweils drei unmittelbar aneinandergereihte adaptive Armsegmente 27.
Bei der Adaptionsbewegung 23 können die adaptiven Armsegmente 27 ihre Gestalt verändern. Die Gestaltänderung basiert auf einem Verschwenken der jeweils über ein Segmentgelenk 32 aneinander angelenkten Segmentstreben 28. Anders ausgedrückt ist es die aus den Segmentgelenken 32 resultierende Gestaltänderungsfähigkeit der adaptiven Armsegmente 27, die dem Tragarm 7 die Adaptionsbewegung 23 und somit der Greifstruktur 6 ihre Adaption an die Kontur des zu greifenden Objektes 10 ermöglicht.
Bei zweien der vier Segmentstreben 28 jedes adaptiven Armsegmentes 27 handelt es sich um geradlinig oder mit Schrägverlauf in der Armlängsrichtung 16 sich erstreckende und quer zu der Armlängsrichtung 16 zueinander beabstandete Längsstreben 28a, während es sich bei zwei weiteren Segmentstreben 28 jedes adaptiven Armsegmentes 27 um sich quer zu der Armlängsrichtung 16 erstreckende und in der Armlängsrichtung 16 zueinander beabstandete Querstreben 28b handelt. Die Segmentgelenke 32 verbinden jeweils eine Längsstrebe 28a gelenkig mit einer Querstrebe 28b.
Jedes adaptive Armsegment 27 ist zusätzlich zu den Segmentstreben 28 und den Segmentgelenken 32 mit einer eigenen Blockiereinrichtung 33 ausgestattet. Jede Blockiereinrichtung 33 kann wahlweise in einen unblockierten Betriebszustand oder in einen blockierten Betriebszustand versetzt werden. Hierzu ist sie entsprechend ansteuerbar, wobei zur Ansteuerung zweckmäßigerweise die oben bereits erwähnte Steuereinrichtung 25 ausgebildet ist. Im Folgenden sei der unblockierte Betriebszustand auch als deaktivierter Betriebszustand und der blockierte Betriebszustand auch als aktivierter Betriebszustand bezeichnet.
Im aktivierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung 33 sind die vier Segmentgelenke 32 des zugeordneten adaptiven Armsegmentes 27 in ihrer momentanen Relativposition fixiert. Dadurch sind automatisch auch die zugeordneten Segmentstreben 28 in ihrer Relativposition festgehalten. Insgesamt ist das adaptive Armsegment 27 dadurch versteift. Im Unterschied dazu können die Segmentstreben 28 bei deaktivierter Blockiereinrichtung 33 im Rahmen der durch die Segmentgelenke 32 eröffneten Möglichkeiten unter Veränderung der Segmentgestalt relativ zueinander verschwenkt werden.
Bei einem bevorzugten Verfahren zum Betreiben der Greifvorrichtung 1 wird mindestens eine Greifeinheit 2 ausgehend von einer von einem zu greifenden Objekt 10 entfernten Bereitschaftsposition mit ihrer Greifstruktur 6 an das zu greifende Objekt 10 angesetzt. Dies erfolgt bei deaktivierten Blockiereinrichtungen 33 und einem dadurch unblockierten Zustand der Relativposition der Segmentgelenke 32 der adaptiven Armsegmente 27. Abhängig vom noch näher zu erläuternden weiteren Aufbau der Greifeinheit 2 findet unmittelbar beim Ansetzen an das Objekt 10 oder zumindest partiell erst nach dem Ansetzen an das Objekt 10 eine auf der Adaptionsbewegung 23 basierende Anpassung der Gestalt der Greifstruktur 6 hinsichtlich der Kontur des zu greifenden Objektes 10 statt. Ist die adaptierte Arbeitsgestalt gemäß beispielsweise 3 und 6 erreicht, werden die Blockiereinrichtungen 33 aktiviert, um die Relativposition der Segmentgelenke 32 jedes adaptiven Armsegmentes 27 zu blockieren und dadurch den Tragarm 7 zu versteifen, das heißt die momentan eingenommene Arbeitsgestalt quasi „einzufrieren“. Die Ansteuerung übernimmt zweckmäßigerweise die Steuereinrichtung 25.
Der Tragarm 7 kann entsprechend einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ausschließlich aus als adaptive Armsegmente 27 ausgebildeten Armsegmenten 26 bestehen. Bevorzugt weist der Tragarm 7 allerdings zusätzlich zu den adaptiven Armsegmenten 27 mindestens ein weiteres Armsegment 26 auf, bei dem es sich um ein nicht-adaptives Armsegment 34 handelt, wofür die illustrierten Ausführungsformen einige Beispiele bieten.
Die Tragarme 7 der in den 2 bis 7 illustrierten Ausführungsbeispiele haben jeweils zwei nicht-adaptive Armsegmente 34, wobei es sich im einen Fall um ein den Fußabschnitt 17 bildendes Fußsegment 35 und im anderen Fall um ein den Kopfabschnitt 18 bildendes Kopfsegment 36 handelt. Die Tragarme 7 gemäß 8 und 9 haben hingegen nur ein einziges nicht-adaptives Armsegment 34, bei dem es sich um ein den Fußabschnitt 17 bildendes Fußsegment 35 handelt. Der Kopfabschnitt 18 wird bei diesen beiden Ausführungsbeispielen jeweils von einem der adaptiven Armsegmente 27 gebildet.
Abweichend von diesen vorgenannten Bauformen der Greifeinheit 2 ist bei nicht illustrierten weiteren Ausführungsformen der Greifeinheit 2 das Fußsegment 35 ebenfalls als ein mit einer Blockiereinrichtung 33 ausgestattetes adaptives Armsegment 27 ausgebildet.
Der Tragarm 7 der Greifeinheit 2 hat zweckmäßigerweise zwei sich in der Arbeitsebene 22 entlang der Armlängsachse 16 erstreckende erste und zweite Seitenholme 37, 38. Zwischen diesen beiden Seitenholmen 37, 38 erstrecken sich mehrere in der Armlängsrichtung 16 zueinander beabstandete Querholme 42 des Tragarmes 7, wobei jeder Querholm 42 mit jedem der beiden Seitenholme 37, 38 über eines der zu den adaptiven Armsegmenten 27 gehörenden Segmentgelenken 32 gelenkig verbunden ist. Die längeninvarianten Segmentstreben 28 jedes adaptiven Armsegmentes 27 sind gebildet von zwei in der Armlängsrichtung 16 zueinander benachbarten Querholmen 42 und von zwei sich zwischen zwei Segmentgelenken 32 erstreckenden Seitenholm-Längenabschnitten 37a, 38a jeweils eines der beiden Seitenholme 37, 38.
Bei jedem adaptiven Armsegment 27 bilden die beiden Seitenholm-Längenabschnitte 37a, 38a eine der beiden Längsstreben 28a und bilden die beiden Querholme 42 eine der beiden Querstreben 28b.
Den beiden Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 und 5 bis 7 ist gemeinsam, dass die beiden Seitenholme 37, 38 des Tragarmes 7, unabhängig von der momentanen Gestalt des Tragarmes 7, sowohl in der Ausgangsgestalt als auch in jeder Arbeitsgestalt in der Armlängsrichtung 16 zum Kopfabschnitt 18 beziehungsweise zum vorderen Endbereich 18 hin konvergieren. Entsprechend der daraus resultierenden allmählichen Abnahme des lichten Abstandes zwischen den beiden Seitenholmen 37, 38 haben die sich zwischen den beiden Seitenholmen 37, 38 erstreckenden Querholme 42 eine zu dem Kopfabschnitt 18 hin abnehmende Länge. Der Kopfabschnitt 18 endet zweckmäßigerweise in einer Tragarmspitze 43, in der sich die beiden Seitenholme 37, 38 treffen, wobei sie dort zweckmäßigerweise fest miteinander verbunden sind.
Bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 7 haben die adaptiven Armsegmente 27 zumindest in der ungekrümmten Ausgangsgestalt gemäß den 2 und 5 eine trapezförmige Kontur. In dieser Ausgangsgestalt bilden die beiden Seitenholme 37, 38 die beiden Schenkel eines gleichseitigen Dreieckes, zwischen denen sich winkelmittig die Armlängsachse 16 erstreckt, wobei die Querholme 42 senkrecht zur Armlängsachse 16 ausgerichtet sind.
Das Kopfsegment 36 ist bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 7 gebildet von einem zu der Tragarmspitze 43 unmittelbar benachbarten vorderen Querholm 42, 42a und von zwei vorderen Seitenholm-Längenabschnitten 37b, 38b, die sich zwischen der Tragarmspitze 43 und den beiden dem vorderen Querholm 42a zugeordneten Segmentgelenken 32 erstrecken.
Bei den Ausführungsbeispielen der 8 und 9 sind die beiden Seitenholme 37, 38 des Tragarmes 7 zumindest in der illustrierten Ausgangsgestalt des Tragarmes 7 parallel zueinander ausgerichtet. Bei ungekrümmtem Tragarm 7, wie er in 8 und 9 illustriert ist, haben die adaptiven Armsegmente 27 jeweils eine rechteckige Kontur. Unterschiede zwischen den Ausführungsformen der 8 und 9 bestehen darin, dass gemäß 9 die beiden Seitenholme 37, 38 einen unabgestuften Längsverlauf haben, sodass sie über die gesamte Tragarmlänge hinweg quer zu der Armlängsrichtung 16 einen untereinander gleichen Querabstand haben, während bei dem Ausführungsbeispiel der 8 nur der zweite Seitenholm 38 geradlinig verläuft, während der erste Seitenholm 37 abgestuft ist. Letzteres hat zur Folge, dass die mehreren adaptiven Armsegmente 27 im Vergleich zueinander quer zu der Armlängsrichtung 16 eine unterschiedliche Breite haben, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die Breite zum Kopfabschnitt 18 hin abnimmt. Dementsprechend hat gemäß 8 der Tragarm 7 ebenfalls eine sich zum Kopfabschnitt 18 hin verjüngende Form, die allerdings aus einer nur einseitigen Abstufung an einer der beiden Längsseiten resultiert.
Eine sich zum Kopfabschnitt 18 hin verjüngende Form des Tragarmes 7 kann auch dadurch realisiert sein, dass der Tragarm 7 an beiden seiner Längsseiten einen abgestuften Längsverlauf entsprechend der einseitigen Abstufung der 8 hat. Es können beide Seitenholme 37, 38 einen abgestuften Längsverlauf haben.
Entsprechend den illustrierten Ausführungsbeispielen ist es vorteilhaft, wenn sich die Tragfläche 24 für die Greifstruktur 6 an einem der beiden Seitenholme 37, 38 befindet, wobei exemplarisch der an der Unterseite 15 angeordnete zweite Seitenholm 38 als Träger für die Greifstruktur 6 genutzt wird, sodass er zur besseren Unterscheidung im Folgenden auch als Greif-Seitenholm 44 bezeichnet wird. Die Tragfläche 24 befindet sich dabei vorzugsweise an der vom ersten Seitenholm 37 abgewandten längsseitigen Außenfläche des Greif-Seitenholmes 44.
Die Greifeinheit 2 lässt sich vorteilhaft mit einem quer zu der Armlängsachse 16 federelastischen Tragarm 7 realisieren. Ein derartiger Aufbau ist bei dem Tragarm der 2 bis 4 realisiert. Die Federelastizität ergibt sich hier insbesondere daraus, dass bei jedem Seitenholm 37, 38 die aufeinanderfolgenden Seitenholm-Längenabschnitte 37a, 38a im Bereich der Segmentgelenke 32 federelastisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt und entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist dies dadurch verwirklicht, dass beide Seitenholme 37, 38 durchgängig über in der Arbeitsebene 22 quer zu der Armlängsrichtung 16 federelastisch biegbare Eigenschaften verfügen. Die beiden Seitenholme 37, 38 sind insbesondere als federelastisch biegbare Stabfedern oder Blattfedern ausgebildet. Im Gegensatz dazu sind die Querholme 42 biegesteif und insbesondere vollkommen starr ausgebildet, wobei jeder Querholm 42 an seinen beiden Endbereichen über eines der Segmentgelenke 32 am zugeordneten biegeelastischen Seitenholm 37, 38 verschwenkbar angelenkt ist. Dieser Aufbau bringt es mit sich, dass sich der Tragarm 7 insgesamt in der Arbeitsebene 22 krümmt, wenn quer zu der Armlängsrichtung 16 von außen her eine Kraft auf einen der beiden Seitenholme 37, 38 ausgeübt wird.
Auf diese Weise besteht die vorteilhafte Möglichkeit, die Adaptionsbewegung 23 dadurch hervorzurufen, dass die Greifeinheit 2 mittels der sie tragenden Handhabungseinrichtung 13 mit den Greifstrukturen 6 voraus an das zu greifende Objekt 10 angedrückt wird. Man kann dies als eine passive Anpassung beziehungsweise eine passive Adaption bezüglich des zu greifenden Objektes 10 bezeichnen. Einer intern im Tragarm 7 hervorgerufenen aktiven Verformung des Tragarmes 7 bedarf es dabei nicht.
Dennoch lässt sich auch bei einer Greifeinheit 2 mit federelastischem Tragarm 7 eine aktive Anpassung vornehmen, beispielsweise indem direkt in die Greifeinheit 2 eine Aktuatoreinrichtung 45 integriert ist, mit der sich interne Kräfte erzeugen lassen, durch die zur Einstellung einer an ein zu greifendes Objekt 10 adaptierten Arbeitsgestalt eine sich auf die Krümmung des Tragarmes 7 auswirkende Adaptionsbewegung 23 hervorrufbar ist. Beispielhaft und bevorzugt ist die Aktuatoreinrichtung 45 zwischen den nicht mit der Greifstruktur 6 bestückten ersten Seitenholm 37 und den Tragarmträger 5 zwischengeschaltet. Bei fehlendem Tragarmträger 5 kann die Aktuatoreinrichtung 45 stattdessen auch an dem Hauptträger 3 angreifen.
Mittels der Aktuatoreinrichtung 45 kann der erste Seitenholm 37 in seiner Längsrichtung verschoben werden, was aufgrund der erläuterten Struktur die Adaptionsbewegung 23 zur Folge hat.
Die Aktuatoreinrichtung 45 besteht beispielsweise aus einem elektrischen und/oder mittels Fluidkraft betätigbaren Linearantrieb.
Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann die Aktuatoreinrichtung 45 auch an anderer Stelle in den Tragarm 7 integriert sein, beispielsweise derart, dass sie sich in bezüglich der Armlängsachse 16 schräger Ausrichtung zwischen den beiden Seitenholmen 37, 38 erstreckt und an diesen angreift.
Bei einer ebenfalls vorteilhaften Bauart hat die Greifeinheit 2 einen Tragarm 7 mit einer unelastischen, kettenartigen Struktur. Beispielhaft trifft dies auf die Ausführungsformen der 5 bis 9 zu. Die Armsegmente 26 sind hier nach Art von Kettengliedern schwenkbeweglich aneinandergereiht. Die Segmentgelenke 32 sind direkt in die beiden Seitenholme 37, 38 integriert, sodass sie Bestandteile der Seitenholme 37, 38 sind und jeweils eine gelenkige Verbindung zwischen den beiden die jeweils flankierenden Seitenholm-Längenabschnitten 37a, 38a herstellen.
Soweit sich vorne oder hinten an ein Segmentgelenk 32 ein weiteres Armsegment 26 anschließt, ist der dazugehörige Seitenholm-Längenabschnitt, beispielsweise ein vorderer Seitenholm-Längenabschnitt 37b, 38b, ebenfalls schwenkbar angelenkt. Insgesamt besteht somit für die Segmentstreben 28 der adaptiven Armsegmente 27 die Möglichkeit, in der Arbeitsebene 22 ohne Federeffekt relativ zueinander zu verschwenken.
Der über eine Kettenstruktur verfügende Tragarm 7 ist zweckmäßigerweise analog des federelastischen Tragarmes 7 der 2 bis 4 mit einer integrierten Aktuatoreinrichtung 45 versehen. Hinsichtlich des Aufbaus dieser Aktuatoreinrichtung 45 wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Betriebsmäßig ansteuerbar ist die Aktuatoreinrichtung 45 in allen Fällen zweckmäßigerweise durch die Steuereinrichtung 25.
Allen illustrierten Ausführungsbeispielen der Greifeinheit 2 ist gemeinsam, dass bei mindestens einem und insbesondere bei jedem adaptiven Armsegment 27 die zugehörige Blockiereinrichtung 33 eine sich in der Arbeitsebene erstreckende und das adaptive Armsegment 27 in dem von den längeninvarianten Segmentstreben 28 umrahmten Bereich durchquerende Blockiereinheit 46 aufweist.
Die Blockiereinheit 46 hat einen ersten Blockiereinheitabschnitt 46a und einen diesbezüglich bewegbaren und insbesondere verschiebbaren zweiten Blockiereinheitabschnitt 46b. Der erste Blockiereinheitabschnitt 46a ist an einem ersten Befestigungspunkt 47a und der zweite Blockiereinheitabschnitt 46b an einem zweiten Befestigungspunkt 47b an dem adaptiven Armsegment 27 befestigt. Im unblockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung 33 sind die beiden Blockiereinheitabschnitte 46a, 46b relativ zueinander verschiebbar, während sie im blockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung 33 relativ zueinander unverschiebbar festgesetzt sind.
Beispielhaft sind die Blockiereinheiten 46 strukturell nach Art von Pneumatikzylindern aufgebaut, wobei der erste Blockiereinheitabschnitt 46a ein Zylindergehäuse ist und der zweite Blockiereinheitabschnitt 46b eine in dem Zylindergehäuse linear verschiebbar gelagerte Stange ist, vergleichbar einer Kolbenstange.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die beiden Befestigungspunkte 47a, 47b an zwei sich diagonal gegenüberliegenden Segmentgelenken 32 des zugeordneten adaptiven Armsegmentes 27 angeordnet sind. Alternative Bauformen, die nicht weiter illustriert sind, sehen vor, dass sich die beiden Befestigungspunkte 47a, 47b an zwei unterschiedlichen Segmentstreben 28 befinden oder dass von den beiden Befestigungspunkten 47a, 47b der eine an einem Segmentgelenk 32 und der andere an einer Segmentstrebe 28 angebracht ist.
Die Anbringung an den Befestigungspunkten 47a, 47b ist jeweils insbesondere so ausgeführt, dass der betreffende Blockiereinheitabschnitt 46a, 46b bezüglich der Komponenten des Tragarmes 7, an denen er angebracht ist, in der Arbeitsebene 22 verschwenkbar ist.
Zur wahlweisen Vorgabe des unblockierten oder blockierten Betriebszustandes ist jede Blockiereinrichtung 33 zweckmäßigerweise mit einer durch die Steuereinrichtung 25 betätigbaren Feststellbremse 48 ausgestattet. In der Zeichnung sind in diesem Zusammenhang schematisch mehrere Bremsbacken der Feststellbremse 48 angedeutet, die am ersten Blockiereinheitabschnitt 46a bewegbar angebracht sind und an den zweiten Blockiereinheitabschnitt 46b anlegbar sind, um die beiden Blockiereinheitabschnitte 46a, 46b in ihrer momentanen Relativposition in lösbarer Weise unbeweglich zu blockieren.
Es ist vorteilhaft, wenn die in den adaptiven Armsegmenten 27 enthaltenen Blockiereinrichtungen 33 zusätzlich eine Aktuatorfunktion haben, die es ermöglicht, das zugeordnete adaptive Armsegment 27 bzw. dessen aus den längeninvarianten Segmentstreben 28 gebildete Rahmenstruktur zwecks Adaption an das zu greifende Objekt 10 aktiv zu verformen. Exemplarisch trifft dies auf das Ausführungsbeispiel der 9 zu, wobei eine entsprechende Ausstattung ohne weiteres auch bei den anderen illustrierten Ausführungsbeispielen möglich ist.
Die optionale zusätzliche Aktuatorfunktion der Blockiereinrichtung 33 lässt sich beispielsweise sehr einfach dadurch realisieren, dass die Blockiereinheit 46 als ein Pneumatikzylinder ausgebildet ist, der ein aktives relatives Verstellen der beiden Blockiereinheitabschnitte 46a, 46b ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist in 9 ein an dem stangenartigen zweiten Blockiereinheitabschnitt 46b angebrachter Antriebskolben 52 angedeutet, der in dem als Zylindergehäuse konzipierten ersten Blockiereinheitabschnitt 46a zwei Antriebskammern voneinander abtrennt, die gesteuert mit einem Antriebsfluid beaufschlagbar sind, um eine Antriebskraft zu erzeugen, aus der eine durch Doppelpfeile angedeutete Relativbewegung 49 zwischen den beiden Blockiereinheitabschnitten 46a, 46b resultiert. Die Ansteuerung erfolgt auch hier zweckmäßigerweise über die Steuereinrichtung 25.
Bei den Ausführungsbeispielen der 2 bis 7 und 9 sind den beiden jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend angeordneten adaptiven Armsegmenten 27 jeweils eine von einer Querstrebe 28b gebildete Segmentstrebe 28 und zwei Segmentgelenke 32, an denen diese vorgenannte Querstrebe 28b angelenkt ist, gemeinsam zugeordnet. Es tragen also jeweils eine Segmentstrebe 28 und zwei Segmentgelenke 32 gemeinsam zur Bildung zweier benachbarter adaptiver Armsegmente 27 bei.
Abweichend hiervon zeigt die 8 die alternative Möglichkeit, jeweils nur ein einziges Segmentgelenk 32 gleichzeitig beiden unmittelbar aufeinanderfolgenden adaptiven Armsegmenten 27 zuzuordnen. Beispielsweise haben die Querstreben 28b endseitig jeweils ein Segmentgelenk 32, von denen eines zur Bildung beider benachbarten adaptiven Armsegmente 27 beiträgt, während das andere nur einem der beiden adaptiven Armsegmente 27 zugeordnet ist und das benachbarte adaptive Armsegment 27 ein weiteres Segmentgelenk 32, 32a aufweist, das beabstandet zu den beiden vorgenannten Segmentgelenken 32 an der Querstrebe 28b angebracht ist. Diese Anordnung empfiehlt sich zur Realisierung eines in Längsrichtung abgestuften Seitenholmes, wie dies in 8 bei dem ersten Seitenholm 37 der Fall ist.
Um einen Tragarm 7 zu realisieren, bei dem beide Seitenholme 37, 38 einen abgestuften Längsverlauf haben, ist es vorteilhaft, wenn jedes adaptive Armsegment 27 seine eigenen vier Segmentgelenke 32 aufweist, wobei in diesem Fall zweckmäßigerweise an einer Querstrebe 28b vier Segmentgelenke 32 beabstandet zueinander angebracht sind, von denen jeweils zwei zur Bildung jeweils eines der beiden adaptiven Armsegmente 27 beitragen.
Wenn eine Greifvorrichtung 1 über mehrere Greifeinheiten 2 verfügt, kann den Tragarmen 7 mehrerer Greifeinheiten 2 eine Aktuatoreinrichtung 45 auch als gemeinsamer Antrieb zugeordnet sein.
Während die illustrierten Blockiereinheiten 46 auf einem linearen Verstellprinzip basieren, können alternativ auch Blockiereinheiten 46 verwendet werden, die auf einem rotativen Verstellprinzip beruhen. In beiden Fällen wird im aktivierten Zustand ein im deaktivierten Zustand freigegebener Freiheitsgrad gesperrt, um die auch als Tragwerkstruktur bezeichenbare Struktur des Tragarmes 7 in der eingestellten Arbeitsgestalt zu versteifen bzw. einzufrieren.
Anstelle der erwähnten Pneumatikzylinder zur Realisierung der Aktuatorfunktion einer Blockiereinrichtung 33 könnten beispielsweise auch selbsthemmende Spindelantriebe Anwendung finden.
Die optional in eine Blockiereinrichtung 33 integrierte Aktuatorfunktion kann gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel auch dadurch realisiert sein, dass die Blockiereinrichtung 33 zusätzlich zu einer Blockiereinheit 46 eine funktionell insbesondere parallelgeschaltete zusätzliche Aktuatoreinheit aufweist. In diesem Fall ist mittels der Aktuatoreinheit eine Gestaltänderung des zugeordneten adaptiven Armsegmentes 27 hervorrufbar, die durch die zugeordnete Blockiereinheit 46 bedarfsgemäß blockierbar ist.
Greifeinheiten 2 mit federelastischen Tragarmen 7 gemäß 2 bis 4 haben den Vorteil, dass sich der Tragarm 7 nach Deaktivierung der Blockiereinrichtungen 33 aufgrund der inhärenten Federelastizität selbsttätig aus der Arbeitsgestalt in die Ausgangsgestalt zurückstellt.
Die Tragarme 7 können mit einem modularen Aufbau realisiert sein, sodass je nach Anwendungsfall einzelne Segmentabschnitte angefügt oder weggenommen werden können.
Optional kann die Greifvorrichtung 1 mit einem Messsystem ausgestattet sein, das die Verformung des Tragarmes 7 erfasst. Dadurch wird beispielsweise eine Überwachung des Greifvorganges beziehungsweise der Adaption möglich. Ferner können kleine Aktuatoren zwischen der Greifstruktur 6 und dem Tragarm 7 integriert sein, die eine aktive Verformung des Objekts 10 im gegriffenen Zustand ermöglichen. Dadurch kann das ergriffene Objekt 10 beispielsweise in eine gewünschte Form gebracht werden. Schließlich können, um den Regelkreis für eine aktive Verformung zu schließen, sowohl in die Greifeinheit 2 integrierte oder auch externe Sensoren verwendet werden. Beispiele für solche Sensoren sind Kamerasysteme, optische Abstandssensoren, Streifenprojektionssensoren usw.
Zusammenfassend lässt sich ein wesentlicher Vorteil der Greifvorrichtung insbesondere dahingehend charakterisieren, dass in eine adaptive Tragarmstruktur als Blockiereinrichtungen bezeichnete Versteifungseinrichtungen integriert sind, sodass ein Umschalten möglich ist zwischen wahlweise einem anpassungsfähigen, adaptiven Betriebszustand und einem versteiften, eingefrorenen Betriebszustand. Dadurch kann eine Greifvorrichtung 1 realisiert werden, die verschiedene Derivate von Objekten aufnehmen kann und dennoch sehr leicht und eigensteif ist. Die Greifvorrichtung 1 ist kostengünstig, weil die Greifstruktur 6 nicht schon bei der Herstellung der Greifvorrichtung 1 an die Gestalt eines handzuhabenden Objekts 10 angepasst werden muss, sondern diese Anpassung flexibel im Betrieb geschieht.
Bei einem federelastischen Tragarm 7, der über durchgängig biegeelastische Seitenholme 37, 38 verfügt, bestehen die Segmentgelenke 32 im Übergangsbereich zwischen den aufeinanderfolgenden Seitenholm-Längenabschnitten 37a, 38a aus unmittelbar vom Material der Seitenholme 37, 38 gebildeten Festkörpergelenken. Zur gelenkigen Anbindung der Querholme 42 können die Segmentgelenke 32 relativ zueinander bewegliche Bestandteile haben, beispielsweise dahingehend, dass an den Seitenholmen 37, 38 und an den Querholmen 42 Lagerösen ausgebildet sind, durch die eine rechtwinkelig zur Arbeitsebene 22 ausgerichtete Lagerachse hindurchgesteckt ist. Alternativ besteht jedoch ohne weiteres die Möglichkeit, die Querholme 42 ebenfalls über ein elastisches Festkörpergelenk gelenkig an den Seitenholmen 37, 38 anzubinden, sodass die Segmentgelenke 32 insgesamt jeweils ein Festkörpergelenk bilden, in dessen Bereich die Segmentstreben 28 federelastisch biegbar relativ zueinander verschwenkbar sind.
Soweit Segmentgelenke 32 ohne inhärente Federelastizität gewünscht sind, wie dies insbesondere bei einem kettenartig strukturierten Tragarm 7 der Fall ist, erfolgt die Realisierung der Segmentgelenke 32 bevorzugt vergleichbar der gelenkigen Verbindung von Kettengliedern, wobei die aneinander angelenkten Segmentstreben 28 ohne einen Biegevorgang relativ zueinander verschwenkbar sind.

Claims

Greifvorrichtung zum Greifen von Objekten (10), mit mindestens einer Greifeinheit (2), die über einen sich in einer Armlängsrichtung (16) entlang einer Armlängsachse (16) erstreckenden Tragarm (7) und eine an dem Tragarm (7) angeordnete Greifstruktur (6) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (7) zur Adaption an die Kontur eines zu greifenden Objektes (10) quer zu der Armlängsrichtung (16) in einer Arbeitsebene (22) krümmbar ausgebildet ist, wobei er über mehrere in der Armlängsrichtung (16) aufeinanderfolgend angeordnete Armsegmente (26) verfügt, die zumindest teilweise als beim Krümmen des Tragarmes (7) ihre Gestalt verändernde viergelenkige adaptive Armsegmente (27) ausgebildet sind, die jeweils vier längeninvariante Segmentstreben (28) aufweisen, die paarweise über jeweils eines von vier Segmentgelenken (32) gelenkig miteinander verbunden sind, wobei jedes adaptive Armsegment (27) mit einer steuerbaren Blockiereinrichtung (33) ausgestattet ist, durch die die momentane Relativposition seiner vier Segmentgelenke (32) lösbar blockierbar ist, um den Tragarm (7) in einer durch die Adaption eingestellten Arbeitsgestalt zu versteifen.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifstruktur (6) der Greifeinheit (2) mehrere an dem Tragarm (7) angeordnete Greifstrukturen (6a) aufweist, die beispielsweise als Vakuumsauggreifer oder als Magnetgreifer ausgebildet sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (7) der Greifeinheit (2) einen Fußabschnitt (17) und einen diesbezüglich in der Armlängsrichtung (16) beabstandeten Kopfabschnitt (18) aufweist, wobei er an dem Kopfabschnitt (18) frei endet.
Greifvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Greifeinheit (2) einen Tragarmträger (5) aufweist, an dem der Tragarm (7) mit seinem Fußabschnitt (17) befestigt ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Hauptträger (3) aufweist, an dem mehrere Greifeinheiten (2) im Bereich ihres Fußabschnittes (17) befestigt sind und der zweckmäßigerweise eine Befestigungsschnittstelle (12) zur Anbringung an einer Handhabungseinrichtung (13) aufweist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (7) der Greifeinheit (2) zwei sich in der Arbeitsebene (22) entlang der Armlängsachse (16) erstreckende Seitenholme (37, 38) aufweist, zwischen denen sich in der Armlängsrichtung (16) zueinander beabstandete Querholme (42) erstrecken, wobei jeder Querholm (42) mit jedem der beiden Seitenholme (37, 38) über eines der Segmentgelenke (32) verbunden ist, wobei die längeninvarianten Segmentstreben (28) jedes adaptiven Armsegmentes (27) von zwei in der Armlängsrichtung (16) zueinander benachbarten Querholmen (42) und von zwei sich zwischen zwei Segmentgelenken (32) erstreckenden Seitenholm-Längenabschnitten (37a, 38a) der beiden Seitenholme (37, 38) gebildet sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Seitenholme (37, 38) ein die Greifstruktur (6) der Greifeinheit (2) tragender Greif-Seitenholm (44) ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifstruktur (6) an einer vom anderen Seitenholm (38) abgewandten längsseitigen Außenfläche des Greif-Seitenholmes (55) angeordnet ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Greifeinheit (2) die beiden Seitenholme (37, 38) des Tragarmes (7) unabhängig von der momentanen Gestalt des Tragarmes (7) in der Armlängsrichtung (16) zu einem vorderen Endbereich (18) des Tragarmes (7) hin konvergierend ausgebildet sind, wobei die Länge der Querholme (42) zu dem vorderen Endbereich (18) hin abnimmt.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptiven Armsegmente (27) zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes (7) eine trapezförmige Kontur haben.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Greifeinheit (2) die beiden Seitenholme (37, 38) des Tragarmes (7) zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes (7) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die adaptiven Armsegmente (27) zumindest in einer ungekrümmten Gestalt des Tragarmes (7) eine rechteckige Kontur haben.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Greifeinheit (2) die Seitenholm-Längenabschnitte (37a, 38a) der beiden Seitenholme (37, 38) des Tragarmes (7) im Bereich der Segmentgelenke (32) federelastisch miteinander verbunden sind.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einer Greifeinheit (2) die beiden Seitenholme (37, 38) jeweils insgesamt über in der Arbeitsebene (22) federelastisch biegbare Eigenschaften verfügen.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragarm (7) mindestens einer Greifeinheit (2) kettenartig strukturiert ist, wobei die Segmentgelenke (32) derart in die beiden Seitenholme (37, 38) integriert sind, dass die Seitenholm-Längenabschnitte (37a, 38a) und die Querholme (42) in der Arbeitsebene (22) ohne Federeffekt relativ zueinander verschwenkbar sind.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem adaptiven Armsegment (27) die zugeordnete Blockiereinrichtung (33) eine sich in der Arbeitsebene (22) erstreckende und das adaptive Armsegment (27) in dem von den zugehörigen Segmentstreben (28) umrahmten Bereich durchquerende Blockiereinheit (46) aufweist, die zwei am adaptiven Armsegment (27) an unterschiedlichen Befestigungspunkten (47a, 47b) des adaptiven Armsegmentes (27) fixierte Blockiereinheitabschnitte (46a, 46b) aufweist, die in einem unblockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung (33) relativ zueinander bewegbar und in einem blockierten Betriebszustand der Blockiereinrichtung (33) relativ zueinander unbewegbar sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Befestigungspunkte (47a, 47b) für die Blockiereinheit (46) an zwei sich diagonal gegenüberliegenden Segmentgelenken (32) oder an zwei unterschiedlichen Segmentstreben (28) oder an einem Segmentgelenk (32) und an einer Segmentstrebe (28) angeordnet sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinheiten (46) zur Vorgabe ihres Betriebszustandes jeweils eine durch eine Steuereinrichtung (25) der Greifvorrichtung (1) betätigbare Feststellbremse (48) aufweisen.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Blockiereinrichtung (33) eine zusätzliche Aktuatorfunktion hat, durch die das zugeordnete adaptive Armsegment (27) zu seiner Gestaltänderung aktiv verformbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Greifeinheit (2) eine bezüglich der Blockiereinrichtungen (33) gesonderte Aktuatoreinrichtung (45) aufweist, durch die zur Einstellung einer an ein zu greifendes Objekt (10) adaptierten Arbeitsgestalt eine sich auf die Krümmung des Tragarmes ()7 auswirkende Adaptionsbewegung (23) des Tragarmes (7) hervorrufbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Greifvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Greifeinheit (2) bei deaktivierten Blockiereinrichtungen (33) und einem dadurch unblockierten Zustand der Relativposition der Segmentgelenke (32) der adaptiven Armsegmente (27) mit ihrer Greifstruktur (6) an ein zu greifendes Objekt (10) angesetzt wird, wobei der Tragarm (7) in eine an die Kontur des zu greifenden Objekts (10) angepasste Arbeitsgestalt gekrümmt wird, worauf die Blockiereinrichtungen (33) aktiviert werden und dadurch unter Versteifung des Tragarmes (7) die Relativposition der Segmentgelenke (32)jedes adaptiven Armsegmentes (27) blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer Anpassung an die Kontur des zu greifenden Objekts (10) einhergehende Ansetzen der Greifstruktur (6) an ein zu greifendes Objekt (10) mittels einer die zugeordnete (2) Greifeinheit (2) tragenden Handhabungseinrichtung (13) und/oder mittels einer in die Greifeinheit (2) integrierten Aktuatoreinrichtung (45) erfolgt.