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Die Erfindung betrifft Greifer, wie sie insbesondere in der Fertigungs- / Automatisierungstechnik eingesetzt werden. Ein solcher Greifer ist zum Beispiel an einem Freiende eines Roboterarms oder einem sonstigen in der Regel beweglichen Anlagenteil einer Fertigungsanlage befestigt. Derartige Greifer dienen dann im Fertigungsprozess zum Greifen / Loslassen von Objekten, um diese zu handhaben, zum Beispiel örtlich umzusetzen, für eine Bearbeitung zu halten, mit anderen Komponenten zusammenzufügen usw. Die in Rede stehenden Greifer werden z.B. auch als Greiferanordnung, Robotergreifer oder Greifsystem bezeichnet.
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Zum Beispiel ist aus der
DE 10 2007 056 577 A1 eine Greiferanordnung für einen Roboter zum Erfassen eines zylinder- und/oder ringförmigen Werkstückes bekannt, mit wenigstens einem Greiferfingerpaar, die das Werkstück von außen oder bei ringförmigem Werkstück von innen erfassen, mit einem Gehäuse zur Halterung der einzelnen Komponenten der Greiferanordnung, welches an das freie Ende eines Armes des Roboters anschließbar ist. Zum Antrieb des jeweiligen Fingers wenigstens eines Greiferpaares ist ein Elektromotor vorgesehen, der von einer speicherprogrammierbaren Steuereinheit (SPS) ansteuerbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbesserungen hinsichtlich eines Greifers vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Greifer gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Der Greifer dient zum bedarfsweisen Greifen oder Loslassen eines Objekts.
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Der Greifer enthält einen Grundkörper, der z.B. als Gehäuse des Greifers oder dessen sonstiges Strukturteil ausgeführt sein kann. Dieser dient unmittelbar oder mittelbar zur Befestigung des Greifers an einem Führungsteil. Das Führungsteil ist eine Vorrichtung, die den Greifer trägt, hält oder führt, zum Beispiel das freie Ende eines Roboterarms, ein - in der Regel bewegliches - Strukturteil einer Fertigungsanlage usw.
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Der Greifer enthält weiterhin mindestens ein relativ zum Grundkörper bewegliches Greifelement, auch Greiferfinger genannt. Die Bewegung, die das Greifelement bzw. ein am Objekt angreifender Fixpunkt des Greifelements, bezüglich des Grundkörpers durchführt, wird hier als Greifbewegung bezeichnet. Die Greifbewegung folgt hierbei bzw. verläuft entlang einer Greifbahn. Sie beginnt insbesondere in einer Ruhe- oder Ausgangsposition bei noch nicht gegriffenem Objekt und endet in einer Greifposition, in der das Objekt dann gegriffen ist.
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Der Greifer enthält weiterhin einen Aktor. Dieser dient zur Erzeugung der Greifbewegung des Greifelements bzw. des hierzu nötigen Bewegungshubs und der Greifkraft. Der Aktor treibt also das Greifelement mechanisch an, damit dieses seine Greifbewegung ausführen kann. Der Aktor enthält eine Saugfläche. Diese ist relativ zum Grundkörper beweglich. Die Saugfläche ist insbesondere die Oberfläche einer Komponente des Greifers und somit nicht zwangsweise eigene volumenhafte Komponente.
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Die Beweglichkeit bzw. Bewegung der Saugfläche bzw. eines Fixpunktes dieser, verläuft entlang einer Saugbahn. Die Saugbahn kann eine Gerade oder auch eine Kurve, insbesondere ein Kreisbahnabschnitt, sein. Die Bewegung der Saugfläche wird hier als Saugbewegung bezeichnet. Die Saugfläche ist mit dem Greifelement bewegungsgekoppelt. Diese Bewegungskopplung ist so eingerichtet, dass die Saugbewegung der Saugfläche entlang der Saugbahn zu der Greifbewegung des Greifelements führt bzw. diese verursacht; insbesondere auch umgekehrt die Greifbewegung des Greifelements zu einer Saugbewegung der Saugfläche entlang der Saugbahn führt (vor allem beim Loslassen des Objekts, also in umgekehrter Richtung der Greif- / Saugbewegung). Durch die Bewegungskopplung wird also die Saugbewegung der Saugfläche entlang der Saugbahn in eine Greifbewegung des Greifelements relativ zum Grundkörper übertragen.
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Der Aktor enthält einen Saugnapf. Ein derartiger Saugnapf wird auch als Sauger, Vakuumsauger, Balg usw. bezeichnet. Der Saugnapf ist pneumatisch betätigbar. Diese Betätigung ist insbesondere eine Evakuierung des Saugnapfes bzw. dessen Innenraums, also dessen Beaufschlagung mit einem Unterdruck / „Vakuum“ gegenüber der Umgebung. Der Innenraum wird durch den Abschluss des Saugnapfes an seinem - zur Anlage an einem anzusaugenden Gegenstand - offenen Saugende durch den anzusaugenden Gegenstand, hier die Saugfläche, hergestellt bzw. gebildet bzw. abgeschlossen. Der Saugnapf weist ein am Grundkörper befestigtes Fixierende und ein an der Saugfläche pneumatisch dicht anliegendes Saugende auf. Das Saugende und das Fixierende sind über einen flexiblen Napfabschnitt miteinander verbunden. Eine pneumatische Betätigung des Saugnapfes findet an dessen Pneumatikanschluss statt. Sobald der Saugnapf dort mit Unterdruck beaufschlagt wird, saugt er sich an einer Gegenfläche, hier der Saugfläche, fest. Die pneumatische Betätigung ist also eine Evakuierung des Innenraumes des Saugnapfes bzw. die Erzeugung eines Unterdrucks im Inneren des Saugnapfes.
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Der Saugnapf ist dazu eingerichtet, dass sich bei dessen pneumatischer Betätigung („Aktivzustand“, Anlegen von Unterdruck an den Saugnapf) das Saugende unter Verformung des Napfabschnitts und unter saugender Mitnahme der Saugfläche entlang der Saugbahn bewegt. Diese Bewegung erfolgt insbesondere zum Fixierende hin. Mit anderen Worten zieht bei seiner pneumatischen Betätigung der Saugnapf sein Saugende unter Mitnahme der Saugfläche zum Fixierende hin an. Die Saugbewegung entspricht also der Kontraktionsbewegung des Saugnapfes bei dessen pneumatischer Betätigung. Das Saugende bewegt sich also relativ zum Fixierende, weil sich der Napfabschnitt zwischen Saugende und Fixierende kontrahiert, das Fixierende jedoch am Grundkörper fixiert ist. Der Napfabschnitt verformt / bewegt sich; wobei hier verschiedene Bewegungsanteile (Kontraktion, Einstülpung, Zusammenziehen eines Faltenbalges usw.) zusammenwirken können, jedenfalls erfolgt dabei eine Kontraktion des gesamten Saugnapfes. Diese Kontraktionsbewegung schafft den eigentlichen Antrieb / Hub / Kraft des Greifelements.
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Der Saugnapf bildet damit im Greifer das eigentliche Antriebselement bzw. den Antrieb oder auch Motor, welcher die Kraft und den Hub für die Greifbewegung erzeugt. Dabei wird die ansonsten bei einem derartigen Saugnapf eher „parasitär“ auftretende Verformung des Napfabschnitts bewusst ausgenutzt, um den Hub bzw. Kraftweg im Greifer zu erzeugen, der letztendlich die Bewegung des Greifelements erzeugt. Ein derartiger Hub wird in aus der Praxis bekannten Greifarm z.B. durch einen Elektromotor / elektrischen Linearantrieb, Hydraulik- oder Pneumatikzylinder usw. erzeugt.
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Im Greifer liegt das Saugende stets dicht an der Saugfläche an, selbst bei Nichtbeaufschlagung des Saugnapfes mit Unterdruck („Passivzustand“). Dies ist zum Beispiel dadurch erreicht, dass der Saugnapf auch im Passivzustand bereits durch die mechanischen Gegebenheiten im Greifer - zum Beispiel den Abstand zwischen Saugfläche und Fixierende - geringfügig komprimiert ist. Der Saugnapf als elastisches, insbesondere federndes, Bauteil (z.B. Silikon- / Gummiwerkstoff) ist also dauerhaft gegen seine Eigenspannung geringfügig komprimiert. Somit wird sichergestellt, dass im Moment der Beaufschlagung mit Unterdruck ein dichtes Volumen im Innenraum des Saugnapfes dadurch besteht, dass die Saugfläche das Saugende stets (auch im Passivzustand) dichtend verschließt. So kann die Beaufschlagung mit Unterdruck auch zu einer sofortigen und sicher erfolgenden Saugbewegung und damit Greifbewegung führen.
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Das eigentliche Greifen des Greifers wird bewirkt, indem ein Greifbereich / Greifende des Greifelements durch die Greifbewegung an das Objekt angelegt wird und dieses zum Beispiel reibschlüssig, kraftschlüssig, formschlüssig usw. zu greifen. Hierzu kann das Greifelement zum Beispiel mit einer Anlagefläche, z.B. einem Abschnitt des Grundkörpers, als Gegenstück zusammenwirken. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Greifelemente nach Art einer Greifzange zusammenwirken. Das eigentliche Greifen kann also insbesondere ein Zusammenführen oder Auseinanderspreizen von Greifenden / Greifabschnitten usw. sein.
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Der Saugnapf treibt den Greifer bzw. dessen Greifelemente / -arme insbesondere in einer bestimmten Bewegungsrichtung an, insbesondere in derjenigen, um das Objekt zu greifen. Das Loslassen des Objekts erfolgt dann durch Rückstellen der Greifarme. Dieses Rückstellen erfolgt insbesondere nicht durch einen „aktiven“, d.h. pneumatischen oder motorischen Antrieb in Gegenrichtung, sondern z.B. durch Federkraft, Schwerkraft usw. insbesondere wird eine Federkraft durch das Rückfedern des beim Greifen verformten Saugnapfes bzw. eines federnd ausgebildeten Napfabschnittes erzeugt. Es können jedoch auch externe Rückstell- / Federelemente jeglicher Art vorgesehen sein, die z.B. am Greifelement, der Saugfläche oder einem Anlageteil / Getriebe (siehe unten) angeordnet sind. Der Antrieb der Greifelemente durch die Aktoren erfolgt also insbesondere durch aktives Aufbringen einer Antriebskraft vermittels Unterdruck in lediglich einer Bewegungsrichtung der Greifbewegung.
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Der vorgeschlagene Greifer bietet den Vorteil, dass er hinsichtlich seines Antriebs bzw. seiner Krafterzeugung besonders einfach und kostengünstig ausgeführt ist. Insbesondere ist kein elektrischer / elektromotorischer Antrieb notwendig. Eine Pneumatik / Unterdruckquelle usw. steht insbesondere in einer Fertigungsanlage etc., in welcher der Greifer einzusetzen ist, in der Regel ohnehin zur Verfügung.
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Insbesondere können im Greifer auch mehrere Greifelemente und/oder mehrere Aktoren vorgesehen sein, die in beliebiger Weise zusammengeschaltet sind, d.h. ein oder mehrere Aktoren können jeweils ein oder mehrere der Greifelemente antreiben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Aktor ein Anlageteil für den Saugnapf. Das Anlageteil weist die Saugfläche auf. Daher ist das Anlageteil und zusammen mit diesem die Saugfläche relativ zum Grundkörper entlang der Saugbahn durch die Saugbewegung beweglich. Das Anlageteil ist - wie die Saugfläche - mit dem Greifelement derart bewegungsgekoppelt, dass die Saugbewegung des Anlageteils entlang der Saugbahn zu der Greifbewegung des Greifelements führt und insbesondere umgekehrt. Das Anlageteil stellt also eine Art Ansaugstück / -platte dar, das ein Gegenstück für den Saugnapf darstellt, an welchem dieser anliegt bzw. festgesaugt ist. Die Bewegungskopplung ist also sinngemäß wie oben ausgeführt, nur eben für das gesamte Anlageteil und nicht nur für die Saugfläche. Das Anlageteil kann eine beliebige Form aufweisen. Entscheidend ist nur, dass es eine Möglichkeit für eine dichte Anlage des Saugendes an der Saugfläche bietet. Diese Ausführungsform bietet die Möglichkeit, Zwischenelemente, wie zum Beispiel eine Umlenkung, ein Getriebe usw. zwischen Anlenkelement und Greifelement vorzusehen, um beliebig komplexe Greifelemente bzw. Greifer bzw. entsprechende Greifbewegungen realisieren zu können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine, insbesondere alle der Saugflächen ein Teil der Oberfläche des Greifelements / der Greifelemente. Der Saugnapf erzeugt dann die Greifbewegung direkt am Greifelement. Das Greifelement weist in diesem Fall also einen „Teil“ des Aktors, nämlich dessen Saugfläche, auf. So kann ein Greifer mit besonders wenigen Einzelteilen realisiert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Greifer wenigstens ein mechanisch bzw. bewegungsgekoppelt zwischen Anlageteil und Greifelement geschaltetes Anlenkelement. Dieses ist dazu eingerichtet, die Saugbewegung des Anlageteils entlang der Saugbahn in die Greifbewegung des Greifelements entlang der Greifbahn relativ zum Grundkörper umzusetzen. Das Anlenkelement bewirkt also eine Bewegungskopplung von Aktor bzw. dessen Saugfläche und Greifelement über das Anlageteil. Das Anlenkelement kann starr sein und/oder starr mit dem Anlageteil und/oder dem Greifelement verbunden sein. Insbesondere ist so eine einstückige Ausführung von Greifelement und/oder Anlenkelement und/oder Anlageteil möglich. Das Anlenkelement kann jedoch auch beliebig komplex ausgeführt sein, zum Beispiel als Seilzug- oder Hebelanordnung, usw. Insbesondere kann ein Anlenkelement vorgesehen sein, um die Bewegung eines einzelnen Aktors auf mehrere Greifelemente zu übertragen oder umgekehrt.
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Für den oben genannten Fall, dass das Greifelement direkt die Saugfläche aufweist, könnte man auch davon sprechen, dass Anlenkelement und Anlageteil zu einem Nullelement entarten, da deren Zwischenschaltung zwischen Greifelement und Saugfläche entfällt bzw. diese einstückig mit dem Greifelement ausgeführt sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines, insbesondere alle der Anlenkelemente ein Getriebe. „Getriebe“ ist hier im weiten Sinne zu verstehen und umfasst - einzeln oder in Kombination - Hebel-, Gelenk-, Zahnrad-, Zahnstangen-, Seilzug- und sonstige Getriebemittel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer, insbesondere alle der Saugnäpfe ein kommerziell erhältliches Standardbauteil. „Standardbauteil“ ist dabei so zu verstehen, dass dieses in vielen Varianten und/oder von einer Vielzahl von Anbietern erhältlich ist. Insbesondere handelt es sich um ein COTS (components / commercial off the shelf) Bauteil. Derartige Saugnäpfe werden auch als „Vakuumaktuatoren“ bezeichnet und dienen insbesondere zum Ansaugen und Loslassen von Bauteilen in einer Fertigungsanlage. Vorliegend erfährt das Standardbauteil damit eine Zweckentfremdung: Das Saugende liegt stets dicht an der Saugfläche an. Diese Saugfläche wird nie „losgelassen“. Beim üblichen Einsatz eines solchen Saugnapfes wird dieser zum „Greifen“ durch direktes Ansaugen eines Objekts verwendet. Vorliegend erfolgt das Greifen durch das Greifelement. Der Saugnapf dient dabei lediglich als „Motor“ bzw. „Antrieb“ für das Greifelement. Ziel bzw. Gegenstand des Saugvorgangs des Saugnapfes ist also nicht das zu greifende Objekt selbst, sondern die Saugfläche im Greifer als Kraftübertragungselement.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens einer, insbesondere alle der Saugnäpfe im Greifer auswechselbar. So kann ein Saugnapf, der nach einer bestimmten Anzahl von Betätigungen zum Beispiel Materialermüdung zeigt, z.B. Verschleiß des Napfabschnitts, durch einen anderen baugleichen oder alternativen Saugnapf ausgetauscht werden. Dies entspricht gewissermaßen einem Austausch des „Motors“ im Greifer. Der Austausch kann somit besonders einfach und kostengünstig - insbesondere im Gegensatz zum Austausch eines Elektromotors / Hydraulikzylinders / Pneumatikzylinders - erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines, insbesondere alle der Greifelemente ein am Grundkörper geführter Linearschlitten. Die Greifbewegung zum Greifen des Objekts ist damit bezüglich des Grundkörpers ebenfalls eine Linearbewegung entlang einer Geraden als Greifbahn, die durch diese Ausführungsform ermöglicht wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eines der Greifelemente ein am Grundkörper um eine Schwenkachse schwenkbar gelagerter Schwenkarm. Die Greifbewegung zum Greifen des Objekts ist damit bezüglich des Grundkörpers eine Schwenk- bzw. Kreisbewegung um die Schwenkachse entlang einer kreisförmigen Greifbahn, die durch diese Ausführungsform ermöglicht wird. Hier ist insbesondere die Kombination mit der o.g. Ausführungsform vorgesehen, dass der oder die schwenkbaren Schwenkarme (insbesondere Greifzange, siehe unten) unmittelbar die Saugflächen aufweisen. Eine Verschwenkbewegung der Saugfläche gegenüber dem am Grundkörper fixierten Fixierende des Saugnapfes wird dann durch eine Verformung des flexiblen Napfabschnittes ausgeglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Greifer mindestens zwei am Grundkörper beweglich gelagerte Greifelemente, die zusammenwirkend als mindestens eine Greifzange ausgeführt sind. Dabei können die zusammenwirkenden Greifelemente von einem gemeinsamen oder individuellen Aktoren und/oder Anlenkelementen angetrieben sein. Je eines oder mehrere oder alle der Greifelemente der Greifzange können hierbei insbesondere die oben genannten Linearschlitten oder Schwenkarme sein. Somit werden zangen- / klemmenartige Greifbewegungen durch den Greifer ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Greifer wenigstens eine vom Pneumatikanschluss des Saugnapfes zu einem Anschlussende führende Pneumatikleitung. Die Pneumatikleitung ist insbesondere integral im Grundkörper ausgeführt. Dies ist insbesondere dadurch bewerkstelligt, dass der Grundkörper durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere 3D-Druck, hergestellt ist. Somit kann eine Pneumatikversorgung bzw. ein Anschlussende der Versorgung für den Saugnapfes an eine beliebige Stelle des Greifers, insbesondere des Grundkörpers, geführt werden und muss nicht direkt am Saugnapf erfolgen.
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Insbesondere durch Greifelemente, die im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden, ist eine freie Gestaltbarkeit / besonders freie Anpassbarkeit des Greifelements bzw. des Greifers an zu greifende Objekte / Produkte realisierbar. Auch kann so das Greifelement / der Greifer besonders einfach skaliert (Änderung der Größe ohne Veränderung des Grundaufbaus) werden. Mit anderen Worten kann der Greifer an ein bestimmungsgemäß zu greifendes Objekt angepasst werden, um z.B. den Greifvorgang zu optimieren. Dies kann insbesondere durch Austausch eines Greifelements gegen ein anderes Greifelement am selben Grundkörper erfolgen.
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Für die Greifelemente können insbesondere Anschlagelemente am Grundkörper oder durch am Grundkörper anbringbare Zusatzelemente vorgesehen sein. Diese begrenzen dann z.B. den Öffnung- und/oder Schließhub eines Greifelements.
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Der Greifer kann entweder so gestaltet sein, dass ein Greifen oder so, dass ein Loslassen / Freigeben eines Objekts durch den oder die Greifelemente bei Beaufschlagen des Saugnapfes mit Unterdruck erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Greifer jeweils wenigstens einen Kanal und/oder wenigstens eine Sensoraufnahme und/oder wenigstens einen Anschluss und/oder wenigstens eine Schnittstelle auf. Hierbei handelt es sich insbesondere um Luft- bzw. Pneumatikkanäle als Kanäle, insbesondere zur Versorgung der Saugnäpfe / Saugelemente, Aufnahmeräume / -schnittstellen / -bohrungen etc. oder sonstige - insbesondere mechanische - Aufnahmen, Schnittstellen usw. für Sensoren, Zusatzbauteile usw., mit denen der Greifer, insbesondere am Grundkörper, auszurüsten ist. Eine derartige Schnittstelle kann auch eine solche zum Führungsteil sein, zum Beispiel ein Formschlusselement, ein Gewinde, eine Bohrung, ein Hinterschnitt oder Ähnliches. Die entsprechenden Kanäle / Aufnahmen / Anschlüsse / Schnittstellen sind dann insbesondere allesamt insbesondere integrale Bestandteile des Greifers, insbesondere des Grundkörpers. Insbesondere wenn der Greifer bzw. zumindest Teile dessen mit Hilfe eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt sind, ist die Integration der betreffenden Aufnahmen, Schnittstellen usw. besonders einfach bzw. werden diese mithilfe des additiven Fertigungsverfahrens zusammen mit dem Greifer bzw. dessen Bestandteilen (Grundkörper, Greifelement, Anlageteil, Anlenkelement, ...) - insbesondere einstückig - hergestellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Greifer wenigstens ein zusätzliches pneumatisch (insbesondere durch Unterdruck) betätigtes Saugelement zum Ansaugen eines Objekts. Das Saugelement kann ein weiterer Saugnapf oder auch ein sonstiges, pneumatisches, insbesondere durch Unterdruck, betriebenes Saugelement sein, zum Beispiel eine Saugplatte oder ähnliches. Unter dem hier angesprochenen „Objekt“ ist entweder das selbe Objekt zu verstehen, welches auch vom Greifelement zu greifen ist. Das zusätzliche Saugelement dient dann zum Beispiel zur Unterstützung des Greifens. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem „Objekt“ auch um ein weiteres, von dem oben genannten Objekt verschiedenes, also abweichendes Objekt handeln. Der Greifer ist dann zum Aufnehmen, Transportieren, Halten usw. mehrerer Objekte ausgerüstet. Das zusätzliches Saugelement kann insbesondere am Grundkörper, aber auch am Greifarm oder einem sonstigen Strukturteil des Greifers angebracht sein. Die Pneumatikanschlüsse des oder der Saugnäpfe und des oder der zusätzlichen Saugelemente können dabei zusammengeführt oder getrennt für das jeweilige zu versorgende saugende Element ausgeführt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil des Greifers - z.B. alle Komponenten mit Ausnahme des Saugnapfes durch ein additives Fertigungsverfahren hergestellt. Der Saugnapf ist gegebenenfalls ausgenommen, da er in der Regel aus einem flexiblen Material wie Gummi oder Silikon hergestellt ist und daher nicht durch ein derartiges Fertigungsverfahren herstellbar ist, das sich zur Herstellung des restlichen Greifers eignet. Sollte dies dennoch möglich sein, kann auch der Saugnapf durch das bzw. ein additives Fertigungsverfahren hergestellt sein. Das Fertigungsverfahren ist insbesondere 3D-Druck. Insbesondere ist also der gesamte Greifer außer den durch das gewählte Fertigungsverfahren nicht herstellbaren Teilen wie zum Beispiel Saugnapf / Saugelement / Schrauben / Stifte / Dichtungen etc., durch dasselbe oder auch unterschiedliche additive Fertigungsverfahren hergestellt. Somit ergeben sich die bekannten Vorteile derartiger additiver Fertigungsverfahren, insbesondere in Bezug auf die Realisierbarkeit von komplexen Formgestaltungen, auch für den vorliegenden Greifer.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14. Dieses dient zum Antreiben des Greifelements des erfindungsgemäßen Greifers, wie er oben erläutert wurde. Bei dem Verfahren wird der Saugnapf an dessen Pneumatikanschluss pneumatisch betätigt, insbesondere evakuiert. Hierdurch wird das Saugende des Saugnapfes unter Verformung des Napfabschnitts entlang der Saugbahn bewegt. Insbesondere wird das Saugende dabei zum Fixierende hin bewegt. Da das Saugende an der Saugfläche fest gesaugt ist, bewirkt die Bewegung des Saugendes die Mitnahme der Saugfläche entlang der Saugbahn. Im Ergebnis wird auch die Saugfläche - insbesondere zum Fixierende hin - bewegt bzw. diese entsprechende Bewegung durch den sich kontrahierenden Saugnapf angetrieben. Die Bewegung bzw. der Antrieb der Saugfläche stellt einen Antriebshub im Greifer dar und erzeugt in diesem eine Antriebskraft. Über die Bewegungskopplung der Saugfläche mit dem Greifelement führt die Saugbewegung der Saugfläche, d.h. der Antriebshub, zu der Greifbewegung des Greifelements, so dass schlussendlich das Greifelement durch den vom Aktor bzw. dem sich kontrahierenden Saugnapf erzeugten Arbeitshub angetrieben wird.
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Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Greifer erläutert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch eine Verwendung nach Anspruch 14 eines Saugnapfes in dem oben erläuterten Verfahren. Somit erfährt ein, an sich für das direkte Greifen eines Objekts vorgesehener, Saugnapf eine Zweckentfremdung wie oben erläutert. Dieser wird nämlich als Antriebselement bzw. Hub- oder Krafterzeugungselement in einem Greifer bzw. dessen Aktor und damit eben nicht zum unmittelbaren Greifen des Objekts eingesetzt. Das unmittelbare Greifen würde durch Anlegen des Saugnapfes an einer entsprechenden Gegenfläche des Objekts erfolgen und daher nicht wie vorliegend an einer eigens hierfür im Aktor vorgesehenen Saugfläche.
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Die Verwendung und zumindest ein Teil deren möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Greifer und dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert.
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Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
- 1 einen Greifer a) vor und b) nach dem Antreiben seines Greifelements als Linearschlitten,
- 2 einen alternativen Greifer mit Anlageteil und Anlenkelement a) vor und b) nach dem Antreiben seines Greifelements,
- 3 einen alternativen Greifer mit Getriebe a) vor und b) nach dem Antreiben seiner Greifelemente als Greifzange aus Schwenkarmen,
- 4 einen alternativen Greifer ohne Anlageteil a) vor und b) nach dem Antreiben seiner Greifelemente als Greifzange aus Schwenkarmen.
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1 zeigt einen Greifer 2, hier einen Robotergreifer. Dieser ist an einem Führungsteil 4, hier dem Freiende eines nicht näher dargestellten Roboterarms befestigt. Der Roboterarm bewegt den gesamten Greifer 2 in einer nicht näher dargestellten Fertigungsanlage, um ein Objekt 6, hier ein in der Fertigungsanlage zu bearbeiten des Bauteil, von einer Unterlage 8 zu greifen bzw. abzuheben und später wieder abzusetzen. 1a) zeigt hier eine Situation, bevor der Greifer 2 das Objekt 6 aufnimmt. Dieses ruht also noch auf der Unterlage 8. 1 b) zeigt dagegen eine Situation, nachdem der Greifer 2 das Objekt 6 gegriffen hat und festhält und von der Unterlage 8 abgehoben hat.
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Der Greifer 2 weist einen Grundkörper 10 auf, der wiederum eine mechanische Schnittstelle 12 zum Führungsteil 4 enthält. Die Schnittstelle 12 ist ein hier nur symbolisch angedeuteter speziell ausgeformter und auf das Führungsteil 4 zugeschnittener Flansch, der in einem entsprechenden Befestigungsmittel am Führungsteil 4 gehalten ist, so dass der gesamte Greifer 2 am Führungsteil 4 gehalten ist.
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Der Greifer 2 enthält weiterhin ein Greifelement 14, welches entlang einer Greifbahn 16 relativ zum Grundkörper 10 beweglich gelagert ist. Durch seine Bewegung entlang der Greifbahn 16 führt das Greifelement 14 beim Greifen des Objekts 6 eine in der 1 durch einen Pfeil angedeutete Greifbewegung 18 durch. Die Greifbahn 16 ist hier eine Gerade, die Greifbewegung 18 daher eine Linearbewegung. Das Greifelement 14 ist daher hier ein im Grundkörper 10 geführter Linearschlitten 58.
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Der Greifer 2 enthält weiterhin einen Aktor 20. Dieser dient zur Verursachung der Greifbewegung 18 bzw. des hierzu notwendigen Antriebs für das Greifelement 14. Der Aktor 20 enthält einen Saugnapf 22 und eine Saugfläche 24. Die Saugfläche 24 ist relativ zum Grundkörper 10 entlang einer Saugbahn 26 beweglich. Bei der entsprechenden Bewegung führt die Saugfläche 24 eine hier wiederum durch einen Pfeil angedeutete Saugbewegung 28 entlang einer Saugbahn 26 durch. Die Saugbahn 26 ist hier auch einer Gerade.
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Die Saugfläche 24 ist mit dem Greifelement 14 bewegungsgekoppelt, hier indem die Saugfläche 24 ein Abschnitt der Oberfläche des Greifelements 14 ist. Die Saugbewegung 28 der Saugfläche 24 führt aufgrund der Bewegungskopplung zur Greifbewegung 18 des Greifelements 14, die hier hinsichtlich Richtung und Amplitude zur Saugbewegung 28 identisch ist. Vorliegend ist die Saugbahn 26 daher durch die Führung des Greifelements 14 am Grundkörper 10 vorgegeben bzw. bewerkstelligt.
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Der Aktor 20 enthält außerdem den Saugnapf 22, der pneumatische betätigbar ist. Der Saugnapf 22 weist ein Fixierende 30 sowie ein Saugende 32 auf. Saugende 32 und Fixierende 30 sind durch bzw. über einen flexiblen Napfabschnitt 34 miteinander verbunden. Das Saugende 32 liegt pneumatische dicht an der Saugfläche 24 an. Mit anderen Worten verschließt die Saugfläche 24 einen Innenraum 38 des Saugnapfes 22 pneumatisch dicht.
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Der Saugnapf 22 weist außerdem einen Pneumatikanschluss 36 auf. Dieser befindet sich im Beispiel am Fixierende 30. Die pneumatische Betätigung des Saugnapfes 22 erfolgt durch Anlegen eines Unterdrucks am Pneumatikanschluss 36. Dies führt zu einer Unterdruckbeaufschlagung bzw. Evakuierung des Innenraumes 38. Der Napfabschnitt 34 verformt sich, um das Volumen des Innenraums 38 zu verkleinern. Hierdurch bewegt sich das Saugende 32 auf das Fixierende 30 zu. Wegen des Ansaugens an der Saugfläche 24 wird die Saugfläche 24 bei dieser Bewegung mitgenommen bzw. angetrieben. Über die Bewegungskopplung mit der Saugfläche 24 wird auch das Greifelement 14 mitgenommen bzw. angetrieben und führt die Greifbewegung 18 durch.
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2b zeigt unter anderem den verformten Napfabschnitt 34 aufgrund des durch pneumatischen Unterdruck verkleinerten Innenraums 38. Die pneumatische Betätigung bzw. Evakuierung des Aktors 20 erfolgt durch Zuführen eines Unterdrucks am Pneumatikanschluss 36 über eine nicht näher erläuterte Unterdruck- bzw. Pneumatikleitung 42.
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Das Objekt 6 wird dadurch vom Greifer 2 gegriffen, dass es über die Greifbewegung 18 an eine Anlagefläche 40 des Grundkörpers 10 gedrückt wird. Das Greifen erfolgt also hier durch Reibschluss, wobei ein Greifbereich 43, hier das abgewinkelte Ende des Greifelements 14 in Form eines Greifarmes am Objekt 6 zu liegen kommt.
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2 zeigt einen alternativen Greifer 2. Entsprechend 1 sind in den 2a) und 2b) wieder die Zustände vor und nach dem Greifen und Aufnehmen des Objekts 6 gezeigt. Im Gegensatz zu 1 weist hier das Greifelement 14 nicht die Saugfläche 24 auf. Stattdessen enthält der Aktor ein Anlageteil 44, das die Saugfläche 24 aufweist. Der Saugnapf 22 liegt also mit seinem Saugende 32 am Anlageteil 44 bzw. dessen Saugfläche 24 pneumatisch dicht an. Das Anlageteil 44 ist relativ zum Grundkörper 10 beweglich gelagert bzw. geführt, sodass dieses die Saugbewegung 28 entlang der Saugbahn 26 ausführen kann.
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Um die oben genannte Bewegungskopplung der Saugfläche 24 mit der Greifelement 14 zu bewerkstelligen, ist hier das Anlageteil 44 mit dem Greifelement 14 derart bewegungsgekoppelt, dass die Saugbewegung 28 des Anlageteils 44 entlang der Saugbahn 26 die Greifbewegung 18 des Greifelements 14 entlang der Greifbahn 16 bewirkt.
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Um diese Bewegungskopplung zu realisieren, enthält der Greifer 2 hier ein Anlenkelement 46. In der Ausführungsform nach 2 ist dieses ein starres Verbindungselement zwischen Greifelement 14 und Anlageteil 44, das an beiden Elementen fest und starr angebracht ist. Die gesamte Struktur aus Greifelement 14, Anlenkelement 46 und Anlageteil 44 ist also eine starre Anordnung. Aufgrund der starren Verbindung entspricht daher auch hier wieder die Saugbewegung 28 der Greifbewegung 18. Greifbahn 16 und Saugbahn 26 sind wieder Geraden. Richtung und Amplitude sind identisch. Die Führung des Anlageteils 44 und damit der Saugfläche 24 relativ zum Grundkörper 10 wird dadurch bewerkstelligt, dass dieses starr und fest am Greifelement 14 vermittels des Anlenkelements 46 befestigt ist und das Greifelement 14 wiederum in nicht dargestellter Weise am Grundkörper 10 linear verschiebbar gelagert ist.
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In den 1 und 2 sind die Greifelemente 14 also jeweils am Grundkörper geführte Linearschlitten 58.
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In 2 enthält der Greifer 2 neben dem Saugnapf 22, der zum Antrieb des Greifers 2 bzw. des Greifelements 14 dient, ein zusätzliches Saugelement 48, hier ebenfalls einen Saugnapf. Das Saugelement 48 ist mit seinem Fixierende 30 am Grundkörper 10 befestigt. Das Saugelement 48 dient vorliegend zur Unterstützung beim Greifen des Objekts 6, in dem das Objekt 6 vom zusätzlichen Saugelement 48 angesaugt und am Grundkörper 10 gehalten wird, so dass das Halten durch das Greifelement 14 unterstützt wird. Das Saugelement 48 ist über eine Pneumatikleitung 42 mit Unterdruck versorgt, um seine Saugwirkung zu entfalten. Die Pneumatikleitung 42 ist hierbei im Grundkörper 10 integriert. Die Integration ist derart bewerkstelligt, dass der gesamte Greifer 2 mit Ausnahme des Saugnapfes 22 und des Saugelements 48 anhand eines additiven Fertigungsverfahrens, hier 3D-Druck, hergestellt ist. Die Pneumatikleitung 42 ist dabei integral als Aussparung im Vollmaterial hergestellt, also nicht erst nachträglich in den Grundkörper 10 eingebracht. Die Pneumatikleitung 42 führt vom Saugelement 48 bzw. dessen Pneumatikanschluss 36 zu einem Anschlussende 54. Dort wird das Saugelement 48 bedarfsweise mit Unterdruck versorgt.
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3 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform eines Greifers 2. Dieser verfügt über zwei Greifelemente 14 statt nur einem, die hier nicht als Linearschlitten, sondern als am Grundkörper 10 schwenkbar gelagerte Schwenkarme 52 ausgeführt sind. Die Schwenkbewegung erfolgt um eine jeweilige Schwenkachse 50. Die Greifbahn 16 des jeweiligen Greifelements 14 ist daher eine Kreisbahn um die Schwenkachse 50. Die Greifbewegung 18 ebenfalls eine Kreisabschnittsbewegung entlang der Greifbahn 16. Die zusammenwirkenden Greifelemente 14 bilden eine Greifzange 64, hier eine Spreizzange, zum Halten eines Objekts 6 durch Aufspreizen und Loslassen des Objekts durch Zusammenziehen.
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Greifbewegung 18 und Saugbewegung 28 sind in 3 der Übersichtlichkeit halber vergrößert dargestellt, erfolgen jedoch wie vor auf der Greifbahn 16 bzw. Saugbahn 26.
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Wie in der Ausführungsform nach 2 ist ein Anlenkelement 46 zwischen einem Anlageteil 44 und den Greifelementen 14 vorgesehen, um die Bewegungskopplung zwischen der Saugfläche 24 am Anlageteil 44 und den Greifelementen 14 zu bewerkstelligen. Das Anlageteil 44 ist hier selbst in nicht dargestellter Weise am Grundkörper 10 linear geführt, so dass es der linearen Saugbewegung 28 folgen kann.
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Das Anlenkelement 46 ist hier ein Getriebe 56, das hier als Seilzuggetriebe ausgeführt ist. Die lineare Bewegung der Saugfläche 24 entlang der Saugbahn 26 in Form einer Geraden, also die lineare Saugbewegung 28, wird über das Getriebe 56 in die beiden Greifbewegungen 18 der Schwenkarme 14 umgesetzt.
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In dieser Ausführungsform ist auch der Saugnapf 22 bzw. dessen Pneumatikanschluss 36 über eine Pneumatikleitung 42 mit Unterdruck versorgt. Auch diese Pneumatikleitung 42 ist entsprechend 2 innerhalb des Grundkörpers 10 als Kanal 60 realisiert, in dem der Grundkörper 10 durch das additive Fertigungsverfahren hergestellt ist. Hier ist auch die Schnittstelle 12 durch das additive Fertigungsverfahren bei der Herstellung des Grundkörpers 10 mit hergestellt, hier als spezielles Formschlusselement zur Verbindung mit dem hier nicht dargestellten Führungsteil 4.
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Weiterhin ist im Grundkörper 10 durch das additive Fertigungsverfahren eine Sensoraufnahme 62, also eine mechanische Aufnahmeschnittstelle für einen Sensor 66 gefertigt. Der Sensor 66 dient hier in nicht näher erläuterter Weise zur Detektion der Anwesenheit eines Objekts 6, welches durch den Greifer 2 zu greifen ist.
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In sämtlichen dargestellten Greifern 2 sind die Saugnäpfe 22 als Verschleißteile auswechselbar. Die Saugnäpfe 22 sind zugekaufte COTS-Standardbauteile, die vom jeweiligen Hersteller eigentlich zum direkten Ansaugen von Objekten 6 vorgesehen sind, jedoch hier zweckentfremdet als Antrieb für die Greifelemente 14 verwendet werden.
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Die Saugbewegung 28 stellt also jeweils einen Antriebshub 68 im Sensor 2 dar, der durch die genannten Bewegungskopplungen auf das oder die Greifelemente 14 übertragen wird.
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4 zeigt einen weiteren alternativen Greifer 2, bei dem ebenfalls - wie in 3 - eine Greifzange 64 aus zwei Greifelementen 14 als Schwenkarmen 52 gebildet ist, die ebenfalls schwenkbar um die Schwenkachsen 50 am Grundkörper 10 gelagert sind. Im Unterschied zu oben weisen hier jedoch die Greifelemente 14 unmittelbar die Saugflächen 24 auf. Die hier ungleichmäßige Kontraktion der Saugnäpfe 22 bzw. der Napfabschnitte 34 (Beaufschlagen mit Unterdruck, von 2a zu 2b) gleicht dabei die Schwenkbewegung der Saugflächen 24 um die Schwenkachsen 50 in Relation zu den Fixierenden 30 am Grundkörper 10 aus.
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Das Ansaugen der Saugnäpfe 22 bewirkt hier ein Loslassen bzw. Freigeben des Objekts 6, so dass dieses gemäß 2b auf der Unterlage 8 abgesetzt werden kann.
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Beide Saugnäpfe 22 sind hier durch einen gemeinsamen Kanal 60 bzw. Saugleitung 42 mit dem Anschlussende 54 verbunden, Bei Unterdruck am Anschlussende 54 werden also beide Saugnäpfe 22 und Greifelemente 14 gleichermaßen betätigt.
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Am Grundkörper 10 ist hier ein Anschlagelement 70 als separates Bauteil angebracht. In der Greifposition des Objekts 6 gemäß 4a liegen die Greifelement 14 an diesem Anschlagelement 70 an, d.h. dieses begrenzt deren Bewegungsweg. Das Objekt 6 ist daher auch nur formschlüssig über Greifnasen 72 der Greifelement 14 gehalten, nicht jedoch kraftschlüssig. So kann das Objekt 6 besonders schonend gehandhabt werden.
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In einer gestrichelten optionalen Ausführungsform sind zusätzlich Federelemente 74, hier Schraubenfedern, vorhanden, die sich unter Ausübung einer Druckkraft zwischen Grundkörper 10 und Greifelementen 14 abstützen. Diese befördern die Rückstellbewegung der Greifelement 14 von der Position aus 4b nach 4a, d.h. beim Entfernen des Unterdrucks in den Saugnäpfen 22, also beim Greifen eines Objekts 6. Die Federelemente 74 unterstützen oder bewirken, ggf. vollständig, auch die Rückformung der Napfabschnitte 34 beim Übergang in den nicht komprimierten Zustand, also von 4b zu 4a.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Greifer
- 4
- Führungsteil
- 6
- Objekt
- 8
- Unterlage
- 10
- Grundkörper
- 12
- Schnittstelle (zum Führungsteil)
- 14
- Greifelement
- 16
- Greifbahn
- 18
- Greifbewegung
- 20
- Aktor
- 22
- Saugnapf
- 24
- Saugfläche
- 26
- Saugbahn
- 28
- Saugbewegung
- 30
- Fixierende
- 32
- Saugende
- 34
- Napfabschnitt
- 36
- Pneumatikanschluss
- 38
- Innenraum
- 40
- Anlagefläche
- 42
- Pneumatikleitung
- 43
- Greifbereich
- 44
- Anlageteil
- 46
- Anlenkelement
- 48
- zusätzliches Saugelement
- 50
- Schwenkachse
- 52
- Schwenkarm
- 54
- Anschlussende
- 56
- Getriebe
- 58
- Linearschlitten
- 60
- Kanal
- 62
- Sensoraufnahme
- 64
- Greifzange
- 66
- Sensor
- 68
- Antriebshub
- 70
- Anschlagelement
- 72
- Greifnase
- 74
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007056577 A1 [0002]
