DE102021106667A1

DE102021106667A1 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102021106667A1
Application number: DE102021106667.0A
Authority: DE
Inventors: Simon Scherzer; Jorge Eduardo Morales Avalos; Martin Manns
Original assignee: Universitaet Siegen
Current assignee: Universitaet Siegen De
Priority date: 2021-03-18
Filing date: 2021-03-18
Publication date: 2022-09-22

Abstract

Die Erfindung betrifft Greifvorrichtung, insbesondere Innengreifer zum Greifen von hohlgeformten Gegenständen, vorzugsweise von Trinkgläsern, umfassend ein Montageelement (1) zur Befestigung an einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere an einem Roboterarm, und wenigstens einen von innen druckbeaufschlagbaren Blähkörper (3), dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Blähkörper (3) aufweist, insbesondere die um eine gemeinsame Bezugsachse (8) angeordnet sind, die jeweils ein Greifelement bilden und jeder Blähkörper (3) an einem Anschlagelement (9), vorzugsweise an einem einzigen für alle Blähkörper (3) gemeinsamen Anschlagelement (9) abstützbar ist, vorzugsweise welches zwischen den Blähkörpern (3) oder um die Blähkörper (3) herum angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung, insbesondere einen Innengreifer zum Greifen von hohlgeformten Gegenständen, wie beispielsweise von Trinkgläsern, umfassend ein Montageelement zur Befestigung an einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere an einem Roboterarm, und wenigstens einen, insbesondere an dem Montageelement befestigten, von innen druckbeaufschlagbaren Blähkörper.
Unter einem Blähkörper wird dabei ein hohler Körper aus einem elastischen Material verstanden, der durch innere Druckbeaufschlagung aufgebläht werden kann, hierbei also expandiert und seinen Querschnitt vergrößert. Als elastisches Material kann z.B. ein Silikon oder ein Gummi gewählt sein. Ein Blähkörper kann aus einem elastischen Material urgeformt sein, z.B. durch Gießen, Spritzgießen oder auch generativ, z.B. durch 3D-Druck.
Vorrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik bekannt und dienen zur automatisierten Handhabung von Gegenständen. Die automatisierte Handhabung kann dabei vorzugsweise mittels Roboterarmen erfolgen, an welche die Greifvorrichtung mittels des Montageelementes befestigbar ist. Die Ansteuerung der Blähkörper erfolgt sodann vorzugsweise pneumatisch mit einer geeigneten Steuerung. So können Gegenstände ergriffen und umpositioniert werden, z.B. zur Bearbeitung oder auch zur Verpackung.
Eine Greifvorrichtung, die zum Greifen von Gegenständen geeignet ist, ist z.B. bekannt aus der Publikation DE 10 2007 030 036 A1 . Die bekannte Greifvorrichtung umfasst Greifelemente und einen Blähkörper als Antrieb dieser Greifelemente. Durch Innendruckbeaufschlagung wird eine Querschnittsänderung des Blähkörpers erzeugt, die in eine Lageveränderung der Greifelemente zueinander umgesetzt wird.
Der Gegenstand wird somit nicht vom Blähkörper ergriffen, sondern von durch diesen angetriebenen Greifelementen. Für sehr fragile Gegenstände, wie z.B. empfindliche Trinkgläser ist ein solches Greifelement nicht geeignet oder muss durch Auflagen gepolstert werden. Die Anmelderin forscht im Bereich von Greifvorrichtungen mit Blähkörpern, die auf dem Prinzip basieren, dass der Querschnitt eines Blähkörpers unter Innendruckbeaufschlagung vergrößert wird, so dass die Außenfläche des Blähkörpers zum Greifen an eine zu greifende Fläche angelegt wird. Der Blähkörper selbst bildet hierdurch ein Greifelement mit einer nachgiebigen Hülle. Die Greifvorrichtung der Erfindung betrifft eine solche Vorrichtung.
Solche Greifvorrichtungen, die in einer möglichen Anwendung auch als Lochgreifer bezeichnet werden, haben den Nachteil, dass der spezifische Hub gering ist, denn jede Druckbeaufschlagung führt zu einer Expansion des Blähkörpers in mehrere, ggfs. in alle Richtungen, der erzielte Hub ist hingegen nur in einer bestimmten Greifrichtung nutzbar. Weiterhin haben die Vorrichtungen nur eine geringe Anpassungsfähigkeit an eine unebene Oberflächenkontur von Greifobjekten oder an Greifobjekte unterschiedlicher Gestaltung.
Ein weiteres Problem kann sich durch unvorhergesehene Ausfälle der Blähkörper ergeben, was bei einer Druckbeaufschlagung aller Blähkörper aus einem gemeinsamen Verbindungskörper heraus zum Verlust des gegriffenen Gegenstandes führen kann.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Greifvorrichtung der eingangs genannten Art bereit zu stellen, mit der Gegenstände, insbesondere hohlgeformte Gegenstände, wie z.B. Trinkgläser, von innen oder auch Gegenstände von außen mit geringem Energieaufwand gegriffen werden können. Ebenso ist es eine Aufgabe, die Greifvorrichtung flexibel anwendbar auszubilden und vorzugsweise auch eine in-situ-Überwachung zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch eine Greifvorrichtung gelöst, die mehrere Blähkörper aufweist, die jeweils ein Greifelement bilden, und bei der jeder Blähkörper an einem, insbesondere am Montageelement angeordneten Anschlagelement abstützbar ist, insbesondere während der Expansion zumindest zeitweise abgestützt ist.
Ein Blähkörper wird dabei als Greifelement verstanden, wenn er selbst beim Greifen eines Gegenstandes durch die Greifvorrichtung mit dem zu greifenden Gegenstand in Kontakt gelangt, also insbesondere wenn ein Teil der sich unter Innendruckbeaufschlagung verlagernden Hülle des Blähköpers den Gegenstand kontaktiert. Dabei kann vorgesehen sein, dass bereits durch die Zusammenwirkung mit einer Teilanzahl aller Blähkörper oder durch Zusammenwirkung aller an der Greifvorrichtung vorhandener Blähkörper ein den Gegenstand haltender Zustand der Greifvorrichtung erzielt wird.
Dabei kann jeder Blähkörper sein eigenes, nur mit ihm zusammenwirkendes Anschlagelement aufweisen. Es ist jedoch erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass alle Blähkörper an einem einzigen, für alle Blähkörper gemeinsamen Anschlagelement abstützbar sind.
Vorzugsweise sind die Blähkörper des erfindungsgemäßen Greifers am Montageelement alle um eine gemeinsame Bezugsachse herum angeordnet, insbesondere mit jeweils gleichem radialen Abstand und bevorzugt zueinander mit gleichem Winkelabstand um die Bezugsachse.
Bei einem Innengreifer greifen die Blähkörper mit einem bzgl. der Bezugsachse radial außen an den Blähkörpern liegenden Hüllflächenbereich einen Gegenstand. In dieser Ausführung ist das eine gemeinsame Anschlagelement oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen radial innen von den Blähkörpern, also zwischen diesen angeordnet, vorzugsweise um die Bezugsachse herum angeordnet.
Bei einem Außengreifer greifen die Blähkörper mit einem bzgl. der Bezugsachse radial innen an den Blähkörpern liegenden Hüllflächenbereich einen Gegenstand. In dieser Ausführung ist das eine gemeinsame Anschlagelement oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen radial außen von den Blähkörpern, also um diese herum angeordnet, z.B. als ein gemeinsamer geschlossener Ring um die Bezugsachse herum oder als jeweils zugeordnetes Anschlagelement, z.B. in der radialen Verlängerung zwischen Bezugsachse und Blähkörper. Durch die Abstützbarkeit der Blähkörper an einem Anschlagelement wird ein größerer spezifischer Hub, insbesondere also Hub pro Druckerhöhungseinheit erzielt. Zwar expandiert ein Blähkörper der Erfindung ebenso in mehrere oder alle Richtungen, durch Kontakt mit dem Anschlagelement wird die Expansion sodann aber auch in eine Schwerpunkt- oder Mittelpunktbewegung des Blähkörpers umgesetzt, so dass sich nicht nur die Hülle relativ zum Blähkörpermittelpunkt bewegt, sondern auch der ganze Blähkörper relativ zum Anschlagelement. Der Bereich der Hülle des Blähkörpers, der zu einem zu ergreifenden Gegenstand gerichtet ist, vollzieht somit eine weitere Bewegung im Vergleich zur Expansion ohne Anschlagelement.
Durch die Anordnung des einzigen gemeinsamen Anschlagelementes oder der mehreren Anschlagelemente zwischen den Blähkörpern wird erzielt, dass der Hub nach außen, also vom Anschlagelement weg gerichtet ist, insbesondere von der Bezugsachse weggerichtet ist. Hierdurch ist die Greifvorrichtung zum Innengreifen geeignet, insbesondere nachdem sie durch eine Öffnung in einen hohlgeformten Gegenstand eingeführt wurde.
Durch die Anordnung des einzigen gemeinsamen Anschlagelementes oder der mehreren Anschlagelemente außen um die Blähkörper herum wird erzielt, dass der Hub nach innen, also ebenso vom Anschlagelement weg gerichtet ist, insbesondere auf die Bezugsachse zugerichtet ist. Hierdurch ist die Greifvorrichtung zum Außengreifen geeignet, insbesondere nachdem sie über einen Gegenstand herübergeführt wurde, der sich sodann zwischen den Blähkörpern befindet.
Die mehreren Blähkörper legen sich mit ihrem zum zu greifenden Gegenstand weisenden Hüllenbereich an die Wandung, z.B. die Innenwandung des hohlgeformten Gegenstandes an und können durch unterschiedliche Druckbeaufschlagung auch problemlos an unterschiedliche Querschnitte, insbesondere Innenquerschnitte der Gegenstände angepasst werden. Die Kraftausübung ist im Vergleich zu Greifvorrichtungen ohne Anschlagelement geringer, da der zum Greifen nötige Hub schon bei geringeren Innendrücken der Blähkörper erzielt werden kann. Weiterhin stützen sich die Blähkörper gegenseitig, so dass eine gleichmäßigere Kraftverteilung erzielt wird.
Es können so z.B. Trinkgläser, auch fragile Weingläser, mit unterschiedlichen Öffnungsdurchmessern gehandhabt werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass wenigstens drei Blähkörper in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem gemeinsamen Anschlagelement oder einer Anordnung von mehreren Anschlagelementen zusammenwirken, insbesondere um ein gemeinsames Anschlagelement oder um eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen herum angeordnet sind. So kann ein Dreipunkt-Griff erzielt werden, der zentrierend wirkt, wodurch eine Handhabung von Gegenständen mit hoher Genauigkeit erreicht wird. Weiter bevorzugt sind wenigstens fünf Blähkörper mit einem gemeinsamen Anschlagelement oder einer Anordnung von mehreren Anschlagelementen zusammenwirkend, insbesondere um ein gemeinsames Anschlagelement oder um eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen herum angeordnet.
Es kann bei jeder möglichen Anzahl von Blähkörpern vorzugsweise vorgesehen sein, dass diese in gleichem Winkelabstand zueinander positioniert sind, insbesondere um das gemeinsame Anschlagelement oder um die Anordnung von mehreren Anschlagelementen herum, insbesondere zu denen die eingangs genannte Bezugsachse zentrisch angeordnet ist.
Die Erfindung kann vorzugsweise vorsehen, dass die eingesetzten Blähkörper zueinander separate Bauelemente sind. So kann bei einem Defekt problemlos nur der betroffene Blähkörper ausgetauscht werden.
Vorzugsweise können die Blähkörper jeweils separat mit einem Druckfluid von innen beaufschlagbar sein. Vorzugsweise können sie in dieser Ausführung jeweils einen eigenen, vorzugsweise individuell geregelten oder gesteuerten, Druckversorgungsanschluss aufweisen, insbesondere auch dann, wenn der Druck in allen Blähkörpern beim Greifen gleich eingestellt wird. Es besteht hierdurch auch die Möglichkeit, die Drücke in den Blähkörpern bei Bedarf unterschiedlich einzustellen und so eine noch bessere Anpassung an die zu greifenden Gegenstände zu erzielen. Die Blähkörper können auch trotz eigener Druckversorgungsanschlüsse alle nur durch eine gemeinsame geregelte oder gesteuerte Druckquelle beaufschlagt sein.
Die nachfolgenden bevorzugten Ausführungen bzgl. der bei verschiedenen Grenzdrücken eingenommenen Zustände beziehen sich auf eine Greifvorrichtung zum Innengreifen mit Blähkörpern, die ein gemeinsames Anschlagelement oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen umgeben.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kann es vorsehen, dass die Blähkörper bei einer Druckbeaufschlagung unter einem vorbestimmten ersten Grenzdruck p₁, insbesondere im drucklosen Zustand, alle in Kontakt zum Anschlagelement sind. In einem solchen Zustand können die Blähkörper zusätzlich auch untereinander in Kontakt stehen, insbesondere sich in der Umfangsrichtung kontaktieren oder vorzugsweise ohne Kontakt zueinander sein.
Unter einer Druckbeaufschlagung mit einem Grenzdruck, insbesondere dem hier genannten ersten Grenzdruck p₁ oder auch dem nachfolgend genannten zweiten Grenzdruck p₂ wird vorzugsweise eine positive Druckdifferenz gegenüber dem vorherrschenden Umgebungsdruck p₀ verstanden. Der drucklose Zustand ist der Zustand, in welchem im Blähkörper derselbe Druck herrscht, wie in der Umgebung.
Die vorbeschriebene Situation des Kontaktes aller Blähkörper zum Anschlagelement kann vorzugsweise für Druckbeaufschlagungen der Blähkörper zwischen dem Umgebungsdruck p₀ und dem ersten Grenzdruck p₁ gelten.
In diesem Zustand, vorzugsweise, der bei einer Innendruckbeaufschlagung initial vorliegt, stützen sich die Blähkörper also zumindest zunächst am Anschlagelement ab, was die eingangs genannte Hubvergrößerung direkt ab der ersten Druckbeaufschlagung über dem Umgebungsdruck p₀ erzielt.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Anschlagelement eine die Reibung zwischen dem Material des Anschlagelementes und dem Material des Blähkörpers reduzierende Beschichtung aufweist. Dies ist vorteilhaft, weil die Expansion des Blähkörpers auch zu einer Bewegung des Blähkörpers entlang der kontaktierten Fläche des Anschlagelementes führt. Eine reibungsreduzierende Beschichtung erleichtert somit diese unter Reibschluß stattfindende Bewegung und wirkt einer ungewollten Verformung des Blähkörpers entgegen.
Eine bevorzugte Weiterbildung kann vorsehen, dass bei einer Druckbeaufschlagung über einem zweiten Grenzdruck p₂ benachbarte Blähkörper, insbesondere in der Umfangsrichtung um das Anschlagelement oder um die Anordnung mehrerer Anschlagelemente benachbarte Blähkörper miteinander in Kontakt stehen, insbesondere hierbei jeder Blähkörper zum gemeinsamen Anschlagelement oder seinem individuell zugeordneten Anschlagelement ohne Kontakt ist.
Die Erfindung kann also vorsehen, dass mit zunehmendem Druck und somit zunehmender Querschnittsvergrößerung der Blähkörper sich durch den Kontakt der Blähkörper untereinander ein durch den Kontakt geschlossener Blähkörperring um das Anschlagelement oder die Anschlagelemente ergibt, der zum Anschlagelement kontaktfrei ist, insbesondere vollständig kontaktfrei wird mit Überschreiten des zweiten Grenzdruckes p₂. Es kann dabei vorkommen, dass die Blähkörper nacheinander aus einem den Anschlagelement kontaktierenden Zustand in einen zum Anschlagelement kontaktfreien Zustand übergehen.
Der bestimmte zweite Grenzdruck p₂ ist größer als der zuvor genannte erste Grenzdruck p₁. Insbesondere ist dieser zweite Grenzdruck p₂ erreicht, wenn alle Blähkörper zum Anschlagelement kontaktfrei sind.
In dieser Situation stützen sich die Blähkörper gegenseitig, insbesondere in der Umfangsrichtung, und die Abstützung der Blähkörper am Anschlagelement entfällt und damit auch der zuvor geschilderte Reibschluß zwischen Blähkörpern und Anschlagelement. Da vorzugsweise alle Blähkörper gleich expandieren, ergibt sich an den sich kontaktierenden Hüllflächen untereinander keine wesentliche Relativbewegung und somit kein wesentlicher Reibschluß.
Durch die Abstützung untereinander wird weiterhin die spezifische Hubvergrößerung erzielt. Insbesondere kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass benachbarte Blähkörper aufeinander kontraktierend wirken. Die Blähkörper drücken sich also im Kontaktbereich gegenseitig ein, was eine weitere Hubzunahme bewirkt.
Bzgl. der Grenzdrücke kann es vorgesehen sein, dass unter dem ersten Grenzdruck p₁ alle Blähkörper in Kontakt zum Anschlagelement sind, insbesondere zu einem gemeinsamen oder einem jeweils zugeordneten und über dem zweiten Grenzdruck p₂ alle Blähkörper kontaktfrei zum Anschlagelement und jeder Blähkörper in Kontakt zum jeweils beidseits benachbarten Blähkörper ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Grenzdruck können einzelne Blähkörper (bzw. eine Teilanzahl aller Blähkörper) noch Kontakt zum Anschlagelement und einige andere oder alle Blähkörper (schon) Kontakt zum benachbarten Blähkörper haben. Zwischen den Grenzdrücken kann sich demnach auch eine Mischsituation ergeben.
Es kann vorgesehen sein, dass durch eine Drucksteuerung oder Regelung der Druck in den Blähkörperm bei einem Greifvorgang erhöht wird, insbesondere kontinuierlich, vorzugsweise bis zu einem Maximaldruck, welcher dem zweiten Grenzdruck entsprechen kann oder über diesem liegt. Die vorbeschriebene erste Situation, dass alle Blähkörper am Anschlagelement anliegen und die zweite Situation, dass alle Blähkörper zum Anschlagelement kontaktfrei sind und nur untereinander in Kontakt stehen, sind somit zwei zeitlich aufeinander folgende Situationen bei einem Greifvorgang. Die Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zum Betrieb einer Greifvorrichtung, bei dem die vorbeschriebenen Situationen durch Druckansteuerung der Blähkörper zeitlich nacheinander eingestellt werden.
Die nachfolgenden konstruktiven Ausführungen sind sowohl bei innen als auch außen greifenden Vorrichtungen einsetzbar.
Eine bevorzugte konstruktive Umsetzung kann weiterhin vorsehen, dass das Montageelement eine Montageplatte aufweist, an der das Anschlagelement, oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen angeordnet ist, wobei eine Bezugsachse umgebend in der Montageplatte Montagemittel vorgesehen sind und über jedes der Montagemittel ein Blähkörper an der Montageplatte befestigt ist. Vorzugsweise kann bei einem Innengreifer ein Anschlagelement in der Ausbildung als Zylinder, vorzugsweise Kreiszylinder oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen bzgl. der Bezugsachse radial innen von den Blähkörpern angeordnet ist oder bei einem Außengreifer kann ein Anschlagelement in der Ausbildung als Ring, vorzugsweise Kreisring oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen bzgl. der Bezugsachse radial außen von den Blähkörpern angeordnet sein. Die Bezugsachse kann die eingangs genannte sein. Diese kann auch zentrisch zum Montageelement liegen.
Die Ausbildung eines Zylinders oder eines Ringes kann auch mit polygonaler Querschnittform bzw. facettiert vorliegen, vorzugsweise mit einer Anzahl der Facettenflächen, die der Anzahl der Blähkörper entspricht.
Vorzugsweise ist dabei das jeweilige Montagemittel als eine durch die Montageplatte hindurchgehende Bohrung ausgebildet, in der ein Blähkörper, insbesondere mit einem Anschlussstutzen, aufgenommen ist.
Ein Blähkörper kann dabei allgemein und besonders für diese Befestigungsart an der Montageplatte einen Ballonbereich und einen Anschlussstutzen zum Anschluss an einem Montagemittel der Montageplatte aufweisen. Vorzugsweise ist der Ballonbereich gegenüber anderen Bereichen des Blähkörpers bei einer Druckbeaufschlagung mehr expandierend. Die Mantelfläche bzw. Hüllfläche des Blähkörpers, insbesondere von dessen Ballonbereich, die beim Greifvorgang zum zu greifenden Gegenstand weist, bildet die Kontaktfläche, die mit dem Gegenstand in Kontakt gelangt. Hierdurch bildet der Blähkörper selbst das aktive Greifelement der Greifvorrichtung.
Vorteilhaft ist es, wenn ein Anschlussstutzen des Blähkörpers an seinem freien Ende einen Kragen aufweist, der in einer ringförmigen Randsenkung der Bohrung einliegt. Der Kragen ist nach Befestigung bevorzugt flächenbündig zu umgebenden Montageplattenbereichen.
Durch den Kragen wird die Befestigung in der Bohrung verbessert und die zum Lösen des Blähkörpers benötigte Kraft erhöht. Weiter bevorzugt kann auf der vom Anschlagelement abgewandten Seite der Montageplatte in jeden Anschlussstutzen eines Blähkörpers ein innen durchgängiges Spreizelement eingesteckt sein. Dies erzeugt einen sicheren Sitz des Anschlussstutzens in der Bohrung der Montageplatte. Vorzugsweise kann das Spreizelement als Schlauchanschlusswinkel ausgebildet sein, um so direkt den Anschluss an die Druckversorgung herzustellen.
Die Erfindung kann bei allen möglichen Ausführungen weiter bevorzugt vorsehen, dass der Ballonbereich des Blähkörpers kugelförmig ist oder weiter bevorzugt von der Kugelform abweichend ist, insbesondere der Ballonbereich in Richtung parallel zur Erstreckung der Bezugsachse / des von der Montageplatte vorspringenden Anschlagelementes länger ausgebildet ist als er in Umfangsrichtung um die Bezugsachse oder das Anschlagelement breit ist. Z.B. kann der Ballonbereich zumindest im Wesentlichen einen Ellipsoid ausbilden. Hierdurch wird aufgrund der Anschlagwirkung zum Anschlagelement oder zu benachbarten Blähkörpern ein vergleichsweise längerer Hebel erzeugt, der im Bereich des Anschlussstutzens an der Montageplatte beweglich befestigt ist. Der Anschlussstutzen kann hier z.B. wie eine gelenkige Verbindung wirken. Die Hubvergrößerung kann so durch die Hebelwirkung weiterhin verbessert werden.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass das Montageelement ein für alle Blähkörper gemeinsames Anschlagelement aufweist, wobei die Blähkörper in einem Anschlußbereich des Anschlagelementes aus einem im Anschlagelement verlaufenden Kanal druckbeaufschlagt sind, insbesondere wobei die Blähkörper mit ihren Anschlussstutzen über Winkelverbinder radial am Anschlußbereich des Anschlagelements angeschlossen sind.
Vorzugsweise ist das Anschlagelement in seiner von der Montageplatte oder dem Anschlußbereich wegweisenden Erstreckungsrichtung, insbesondere in der Richtung der Bezugsachse länger ausgebildet ist als der Abstand des senkrecht zu dieser Richtung betrachteten querschnittsgrößten Bereiches des Blähelementes von der Montageplatte bzw. dem Anschlußbereich. Zumindest in der initialen Phase wird so erreicht, dass immer der querschnittsgrößte Bereich des Blähkörpers zum Anschlagelement in Kontakt ist.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das einzige gemeinsame Anschlagelement über seine gesamte Erstreckung entlang den Blähkörpern gleichbleibenden Querschnitt aufweist, z.B. als Zylinder, insbesondere Kreiszylinder. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass das Anschlagelement im Querschnitt zunimmt, bei zunehmender Entfernung von der Montageplatte oder dem Anschlußbereich. Gleiches kann für jedes Anschlagelement einer Anordnung von mehreren gelten. Der querschnittsgrößte Bereich eines Blähkörpers wird sich mit zunehmender Expansion von der Montageplatte oder dem Anschlußbereich entfernen und kommt so mit radial weiter außen liegenden Flächen des Anschlagelementes in Kontakt. Hierdurch kann eine progressive Hubvergrößerung erzielt werden.
Eine Weiterbildung kann auch vorsehen, dass im Anschlagelement, insbesondere dem einzigen gemeinsamen Anschlagelement eine Kamera integriert ist. Hierfür kann das Anschlagelement einen vorzugsweise zentrischen Kanal aufweisen, insbesondere der in eine Stirnfläche des Anschlagelementes mündet, die zwischen den Blähkörpern liegt. Vorzugsweise kann die optische Achse der Kamera parallel ausgerichtet sein zur der Erstreckungsrichtung, in welcher sich das Anschlagelement von der Montageplatte oder vom Anschlußbereich wegerstreckt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Montageelement beabstandet zu einem Anschlußbereich, welcher der vorgenannte oder die Montageplatte sein kann, insbesondere beabstandet über Abstandselement, vorzugsweise ein zentrisch zur Montageplatte liegendes Abstandselement einen Befestigungsflansch aufweist, vorzugsweise mit einem zentrischen Passungsvorsprung, über den das Montageelement bzw. der Befestigungsflansch an einer Handhabungsvorrichtung befestigbar ist. Im Abstandsbereich zwischen der Montageplatte und dem Befestigungsflansch können Schläuche zur Druckbeaufschlagung der Blähkörper an deren Anschlussstutzen angeschlossen oder zumindest anschließbar sein. Eine Druckbeaufschlagung eines im Anschlagelement verlaufenden Kanales, durch den die Blähkörper druckbeaufschlagt sind, kann auch durch das zuvor genannte Abstandselement, vorzugsweise auch radial durch einen Befestigungsflansch erfolgen.
Eine Kabelführung für eine ggfs. vorgesehene Kamera kann durch das Anschlagelement, die Montageplatte, das Abstandselement erfolgen und vorzugsweise radial durch den Befestigungsflansch. Ein Kanal im Anschlagelement kann für eine Kamera und deren Kabelführung und gleichzeitig auch zur Druckfluidführung genutzt werden, um die Blähkörper zu beaufschlagen. Hierfür gehen vorzugsweise radiale Anschlusskanäle von dem zentral in Anschlagelement liegenden Kanal ab und führen in jeweils einen oder mehrere Blähkörper.
Eine Ausführungsform einer innen greifenden Greifvorrichtung wird anhand der Figuren näher beschrieben:

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung. Das Montageelement 1 umfasst in der hier gezeigten Darstellung eine untere Montageplatte 2 zur Befestigung von mehreren Blähkörpern 3. Das Montagelement 1 und die Montageplatte 2 sind um eine Bezugsachse 8 herum angeordnet. Die Montageplatte 2 hat für jeden Blähkörper 3 eine Durchgangsbohrung durch welche der Anschlussstutzen 3b des Blähkörpers 3 hindurchgesteckt ist und mit seinem endseitigen radial nach außen stehenden Kragen 3c in einer ringförmigen Senkung der Bohrung einliegt. Die Blähkörper 3 haben zur Bezugsachse 8 alle denselben radialen Abstand und sind um diese herum im Winkelabstand äquidistant.

Auf der Seite der Montageplatte 2, welche von den Blähkörpern 3 wegweist, ist in die Anschlussstutzen 3b ein Schlauchanschlusswinkel 4 eingesteckt, über welches jeder Blähkörper 3 separat zu den anderen mit Druckfluid versorgbar ist. Der Schlauchanschlusswinkel 4 dient hierbei auch als Spreizelement im Anschlussstutzen 3b des Blähkörpers 3.
Über den auf der Montageplatte 2 auf der von den Blähkörpern 3 abgewandten Seite ist zentrisch zur Montageplatte 2 ein Abstandshalter 5 angeordnet, über den die Montageplatte 2 mit einem Befestigungsflansch 6 verbunden ist. Befestigungsflansch 6 und Montageplatte 2 liegen parallel zueinander, insbesondere senkrecht zur Bezugsachse 8. Der Befestigungsflansch dient zur Befestigung an einer Handhabungsvorrichtung, z.B. einem Roboterarm und weist einen vorzugsweise zentrisch angeordneten Passungsvorsprung 7 auf. Im Befestigungsflansch ist weiterhin eine radiale Nut 13 angeordnet zur Kabelführung für eine evtl. vorgesehene Kamera 12 im hier nicht sichtbaren Anschlagelement, das von den Blähkörpern 3 umgeben ist.
Die 2A und 2B zeigen in seitlicher Aufsicht und die 2C im Schnitt A-A der 2B die Montageplatte 2 mit nur einem von insgesamt z.B. fünf Blähkörpern 3, die um die Bezugsachse 8 angeordnet sind. Das hier gezeigte Anschlagelement 9 ist koaxial zu der Achse 8 um diese herum angeordnet, z.B. als zylindrischer Körper. Die Achse 8 kann auch die Mittenachse der Montageplatte 2 sein, welche z.B. kreisförmig ist. Alle Blähkörper 3 sind vorzugsweise in demselben radialen Abstand und vorzugsweise mit gleichem Winkelabstand um die Achse 8 und das Anschlagelement 9 herum angeordnet. Der jeweilige Blähkörper 3 weist einen Ballonbereich 3a auf und einen sich daran anschließenden Anschlussstutzen 3b, der hier durch eine Bohrung 10 in der Montageplatte 2 geführt ist. Ein radialer Kragen 3c am freien Ende des Anschlussstutzens 3b kann - wie hier dargestellt - vorhanden sein, kann aber auch entfallen. Der Ballonbereich 3a ist hier als Ellipsoid ausgebildet. Die Mantelfläche bzw. Hüllfläche des Ballonbereiches 3a bildet die Greiffläche, welche den zu greifenden Gegenstand kontaktiert.
Im Anschlagelement 9 ist weiterhin eine Kamera 12 in einem Kanal 9a integriert. Die optische Achse der Kamera 12 stimmt vorzugsweise mit der Achse 8 überein. Das Sichtfeld der Kamera 12 ist der Bereich unter der Greifvorrichtung. Z.B. können angefahrene Gegenstände so videografisch erfasst werden. Das Kabel 12a der Kamera 12 ist durch das Anschlagelement 9 und durch die Montageplatte 2 geführt.
Erkennbar ist in den 2 weiterhin, dass der gezeigte Blähkörper 3 mit seinem Ballonbereich 3a im drucklosen Zustand oder auch einem Druck unterhalb eines ersten Grenzdruckes p₁ radial kontaktierend am Anschlagelement 9 anliegt. Dies gilt für alle Blähkörper 3. Der drucklose Zustand ist der Zustand, in welchem im Blähkörper 3 derselbe Druck herrscht, wie in der Umgebung. Der erste Grenzdruck p₁ kann auch ein erster Differenzdruck zur Umgebung sein. Diese Situation gilt somit initial auch zumindest bis zum Erreichen des ersten Grenzdruckes p₁, wenn der Blähkörper 3 mit Druckfluid beaufschlagt wird, sich der Druck im Blähkörper 3 gegenüber der Umgebung erhöht und dieser hierdurch expandiert.
Aufgrund der Expansion und dem Kontakt am Anschlagelement 9 führt die Expansion nicht nur zu einer radialen Verdickung bzgl. der Achse 8, sondern auch zu einer Verlagerung des Blähkörpers 3, insbesondere zu einem Verschwenken um die durch den Anschlussstutzen 3b gegebene Anlenkstelle in der Montageplatte 2 gemäß dem Pfeil 11. Der Hub, den der Blähkörper 3 gegenüber der Mittenachse 8 vollzieht, ist dadurch größer als durch die Expansion alleine.
Die 3 zeigt die Situation gemäß den 2 nachdem eine Expansion der Blähkörper stattgefunden hat, ein zweiter Grenzdruck p₂, insbesondere ein zweiter Differenzdruck zum Umgebungsdruck p₀ aber noch nicht erreicht ist. Es ist erkennbar, dass die Längserstreckungsrichtung gemäß der gestrichelten Linie des gezeigten Blähkörpers 3 aus einer parallelen Lage, z.B. in drucklosen Zustand oder unter dem ersten Grenzdruck p₁, in eine verkippte Lage gemäß Pfeil 11 übergegangen ist. Neben der Expansion trägt diese Verkippung zum Hub der radial außen liegenden Hüllflächenbereiche des Blähkörpers 3 bei.
Die 4 zeigt in einer Schnittebene unter der Montageplatte 2 und parallel zu dieser eine Situation nach einer erfolgten Expansion der Blähkörper 3 aufgrund einer Steigerung des Druckes in den Blähkörpern über einen zweiten Grenzdruck p₂ hinaus. Ab diesem zweiten Grenzdruck p₂, der größer ist als der erste Grenzdruck p₁, sind alle Blähkörper 3 zum Anschlagelement 9 kontaktfrei. In der Umfangsrichtung um das Anschlusselement 9 betrachtet kontaktieren sich benachbarte Blähkörper 3 untereinander und stützen sich so aneinander ab, bzw. können sich auch gegenseitig eindrücken.
Der zweite Grenzdruck kann als Differenzdruck zur Umgebung vorzugsweise kleiner sein als 160 kPa, weiter bevorzugt kleiner sein als 100kPa, noch weiter bevorzugt kleiner sein als 60 kPa.
Es kann vorgesehen sein, dass unter dem ersten Grenzdruck sich benachbarte Blähkörper 3 noch nicht in der Umfangsrichtung kontaktieren oder aber auch, dass sie bereits initial in Kontakt stehen. Sofern sie noch nicht in Kontakt stehen kommen sie zumindest mit Druckerhöhung in Kontakt zueinander und lösen sich vom Anschlagelement 9. Mit Überschreiten des zweiten Grenzdruckes p₂ ist diese Situation für alle Blähkörper 3 erreicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007030036 A1 [0004]

Claims

Greifvorrichtung, insbesondere Innengreifer zum Greifen von hohlgeformten Gegenständen, vorzugsweise von Trinkgläsern, umfassend ein Montageelement (1) zur Befestigung an einer Handhabungsvorrichtung, insbesondere an einem Roboterarm, und wenigstens einen von innen druckbeaufschlagbaren Blähkörper (3), dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Blähkörper (3) aufweist, insbesondere die um eine gemeinsame Bezugsachse (8) angeordnet sind, die jeweils ein Greifelement bilden und jeder Blähkörper (3) an einem Anschlagelement (9), vorzugsweise an einem einzigen für alle Blähkörper (3) gemeinsamen Anschlagelement (9) abstützbar ist, vorzugsweise welches zwischen den Blähkörpern (3) oder um die Blähkörper (3) herum angeordnet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens drei Blähkörper (3), vorzugsweise wenigstens fünf Blähkörper (3) mit einem gemeinsamen Anschlagelement (9) oder einer Anordnung von mehreren Anschlagelementen zusammenwirken, insbesondere um ein gemeinsames Anschlagelement (9) oder um eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen herum angeordnet sind, vorzugsweise in gleichem Winkelabstand zueinander.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blähkörper (3) zueinander separate Bauelemente sind, vorzugsweise die jeweils separat an eine Druckversorgung anschließbar sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blähkörper (3) bei einer Druckbeaufschlagung unterhalb eines vorbestimmten ersten Grenzdrucks (p₁), insbesondere im drucklosen Zustand, alle in Kontakt zum Anschlagelement (9) sind, insbesondere hierbei untereinander in Kontakt oder ohne Kontakt sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (9) eine die Reibung zwischen dem Material des Anschlagelementes (9) und dem Material des Blähkörpers (3) reduzierende Beschichtung aufweist.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Druckbeaufschlagung über einem zweiten Grenzdruck (p₂) benachbarte Blähkörper (3) miteinander in Kontakt stehen, insbesondere hierbei jeder Blähkörper (3) zum Anschlagelement (9) ohne Kontakt ist, vorzugsweise benachbarte Blähkörper (3) aufeinander kontraktierend wirken.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (1) eine Montageplatte (2) aufweist, an der das Anschlagelement (9), oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen angeordnet ist, wobei eine Bezugsachse umgebend in der Montageplatte (2) Montagemittel (10) vorgesehen sind und über jedes der Montagemittel (10) ein Blähkörper (3) an der Montageplatte (2) befestigt ist, vorzugsweise wobei ein Anschlagelement in der Ausbildung als Zylinder oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen bzgl. der Bezugsachse radial innen von den Blähkörpern angeordnet ist oder wobei ein Anschlagelement in der Ausbildung als Ring oder eine Anordnung von mehreren Anschlagelementen bzgl. der Bezugsachse radial außen von den Blähkörpern (3) angeordnet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Montagemittel (10) als durch die Montageplatte (2) hindurchgehende Bohrung (10) ausgebildet ist, in der ein Blähkörper (3), insbesondere mit einem Anschlussstutzen (3b), aufgenommen ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Blähkörper (3) einen Ballonbereich (3a) aufweist, vorzugsweise der gegenüber andern Bereichen des Blähkörpers (3) bei einer Druckbeaufschlagung mehr expandierend ist, und einen Anschlussstutzen (3b) zum Anschluss an einem Montagemittel (10) der Montageplatte (2) aufweist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlussstutzen (3b) des Blähkörpers (3) an seinem freien Ende einen Kragen (3c) aufweist, der in einer ringförmigen Randsenkung der Bohrung (10) einliegt.
Greifvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der vom Anschlagelement (9) abgewandten Seite der Montageplatte (2) in jeden Anschlussstutzen (3b) eines Blähkörpers (3) ein innen durchgängiges Spreizelement (4) eingesteckt ist, insbesondere welches als Schlauchanschlusswinkel (4) ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (1) ein für alle Blähkörper (3) gemeinsames Anschlagelement (9) aufweist, wobei die Blähkörper (3) in einem Anschlußbereich des Anschlagelementes (9) aus einem im Anschlagelement (9) verlaufenden Kanal druckbeaufschlagt sind, insbesondere die Blähkörper mit ihren Anschlussstutzen (3b) über Winkelverbinder radial am Anschlußbereich des Anschlagelements (9) angeschlossen sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ballonbereich (3a) des Blähkörpers (3) von der Kugelform abweichend ist, insbesondere der Ballonbereich (3a) in Richtung parallel zur Bezugsachse oder Erstreckung des von der Montageplatte (2) vorspringenden Anschlagelementes (9) länger ausgebildet ist als er in Umfangsrichtung um die Bezugsachse / das Anschlagelement (9) breit ist, vorzugsweise wobei der Ballonbereich (3a) zumindest im Wesentlichen einen Ellipsoid ausbildet.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagelement (9) in seiner von der Montageplatte (2) wegweisenden Erstreckungsrichtung länger ausgebildet ist als der Abstand des senkrecht zu dieser Richtung betrachteten querschnittsgrößten Bereiches des Blähelementes (3) von der Montageplatte (2).
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschlagelement (9) eine Kamera (12) integriert ist, insbesondere deren optische Achse parallel ist zur der Erstreckungsrichtung in der sich das Anschlagelement (9) von der Montageplatte (2) wegerstreckt.
Greifvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Montageelement (1), beabstandet zu einem Anschlußbereich der Blähkörper (3), insbesondere beabstandet zur Montageplatte (2), vorzugsweise beabstandet über ein Abstandselement, insbesondere über ein zentrisch zur Montageplatte (2) liegendes Abstandselement (5), einen Befestigungsflansch (6), vorzugsweise mit einem Passungsvorsprung (7) aufweist, über den das Montageelement (1) an einer Handhabungsvorrichtung befestigbar ist, vorzugsweise, wobei im Abstandsbereich zwischen der Montageplatte (2) und dem Befestigungsflansch (6) Schläuche zur Druckbeaufschlagung der Blähkörper (3) an deren Anschlussstutzen (3b) angeschlossen oder zumindest anschließbar sind.