DE102021205830A1 - Gripper for the automated picking up of disordered workpieces - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Greifer zur automatisierten Aufnahme von ungeordneten Werkstücken aufweisend einen Grundkörper (8), wobei am Grundkörper (8) Führungselemente (4) translatorisch verfahrbar gelagert sind und die Führungselemente (4) Kontaktelemente (6) aufnehmen, wobei die Kontaktelemente (6) mittels Gelenken (5) an den Führungselementen (4) beweglich gelagert sind.The invention relates to a gripper for the automated picking up of disordered workpieces, having a base body (8), guide elements (4) being mounted on the base body (8) so that they can be moved in a translatory manner and the guide elements (4) receiving contact elements (6), the contact elements (6) are movably mounted on the guide elements (4) by means of joints (5).
Description
Die Erfindung betrifft einen Greifer zur automatisierten Aufnahme von ungeordneten Werkstücken aufweisend einen Grundkörper, wobei am Grundkörper Führungselemente translatorisch verfahrbar gelagert sind, wobei die Führungselemente Kontaktelemente aufnehmen.The invention relates to a gripper for the automated picking up of unordered workpieces, having a base body, with guide elements being mounted on the base body so that they can be moved in a translatory manner, with the guide elements receiving contact elements.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Handhabungseinrichtung mit einem derartigen Greifer sowie ein Verfahren zum automatisierten Greifen von Werkstücken.Furthermore, the invention relates to a handling device with such a gripper and a method for the automated gripping of workpieces.
Es sind Greifer zur automatisierten Aufnahme von Werkstücken bekannt, die mittels Vakuumsaugern oder Magneten Werkstücke automatisiert greifen. Erhöhte Anforderungen sind an Greifervorrichtungen gestellt, die Werkstücke, die ungeordnet in einem Behälter lagern, greifen können. Insbesondere wenn die Werkstücke nicht nur größer und schwerer sind, sondern wie zum Beispiel Karosserieteile eine Vielzahl von Absätzen, Vorsprüngen oder Vertiefungen aufweisen und daher keine oder wenige ebene Bereiche aufweisen, ist ein automatisiertes Greifen werkstückspezifisch und kostenintensiv zu entwickeln, sodass derartige Werkstücke regelmäßig händisch aus Behältern entnommen werden.There are known grippers for the automated picking up of workpieces, which automatically grip workpieces by means of vacuum suction cups or magnets. Greater demands are placed on gripper devices that can grip workpieces that are stored in a container in a disorderly manner. In particular, if the workpieces are not only larger and heavier, but also have a large number of steps, projections or depressions, such as body parts, and therefore have little or no flat areas, automated gripping must be developed specifically for the workpiece and is costly, so that such workpieces are regularly removed by hand containers are removed.
Aus der
Es ist weiterhin durch die
Die
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Greifer sowie eine Handhabungseinrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein automatisiertes, schnelles und sicheres Greifen von ungeordneten Werkstücken kostengünstig realisierbar ist.Against this background, the invention is based on the object of designing a gripper and a handling device and a method of the type mentioned at the outset in such a way that automated, rapid and reliable gripping of unordered workpieces can be implemented cost-effectively.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Greifer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved with a gripper according to the features of
Erfindungsgemäß ist also ein Greifer zur automatisierten Aufnahme von ungeordneten Werkstücken vorgesehen, der einen Grundkörper aufweist, wobei am Grundkörper Führungselemente translatorisch verfahrbar gelagert sind, wobei die Führungselemente Kontaktelemente aufnehmen, wobei die Kontaktelemente mittels Gelenken an den Führungselementen beweglich gelagert sind.According to the invention, a gripper for the automated picking up of unordered workpieces is provided, which has a base body, guide elements being mounted on the base body so that they can move in a translatory manner, the guide elements receiving contact elements, the contact elements being movably mounted on the guide elements by means of joints.
Der Grundkörper des Greifers, der bevorzugt zur Aufnahme in eine Handhabungseinrichtung vorgesehen ist, lagert zumindest ein Führungselement, sodass es translatorisch verfahrbar ist. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Greifer, insbesondere der Grundkörper des Greifers unterschiedliche Positionen zum Greifen des Werkstücks anfahren kann. Kollisionen des Greifers mit Störkonturen können vermieden werden. Der Greifer kann zum Greifen eines Werkstücks somit eine Vielzahl von Positionen anfahren, ein Greifen wird gegebenenfalls erst hierdurch ermöglicht.The main body of the gripper, which is preferably intended to be accommodated in a handling device, supports at least one guide element so that it can be moved in a translatory manner. This advantageously means that the gripper, in particular the base body of the gripper, can move to different positions for gripping the workpiece. Collisions of the gripper with interfering contours can be avoided. The gripper can thus move to a large number of positions for gripping a workpiece; gripping is possibly only made possible by this.
Durch die Lagerung der Kontaktelemente mittels Gelenken an den Führungselementen wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Kontaktflächen der Kontaktelemente zur Oberfläche des Werkstücks ausgerichtet werden können. Winkelfehler zwischen der Kontaktfläche und dem Werkstück können ausgeglichen werden, wodurch ein flächiges Anlegen der Kontaktflächen an Werkstücke ermöglicht wird, auch wenn der Greifer und somit das Führungselement nicht zur Werkstückoberfläche ausgerichtet sind. Die Bahnplanung für den Greifer wird hierdurch vereinfacht und auch die Anforderungen an seine Sensorik werden hierdurch verringert. Des Weiteren wird das Greifen von schlecht zugänglichen Werkstücken erst durch die freiere Positionierbarkeit des Greifers ermöglicht, wobei Kollisionen des Greifers mit Störkonturen vermieden werden. Ungeordnete Werkstücke mit einer Vielzahl von Konturierungen werden gegebenenfalls erst automatisiert greifbar.By mounting the contact elements on the guide elements by means of joints, it is advantageously achieved that the contact surfaces of the contact elements can be aligned with the surface of the workpiece. Angular errors between the contact surface and the workpiece can be compensated for, as a result of which the contact surfaces can be placed flat against workpieces, even if the gripper and thus the guide element are not aligned with the workpiece surface. This simplifies path planning for the gripper and also the requirements for it Sensory are thereby reduced. Furthermore, the gripping of poorly accessible workpieces is only made possible by the freer positioning of the gripper, with collisions of the gripper with interfering contours being avoided. Disorganized workpieces with a large number of contours may only become accessible automatically.
Als bevorzugte Ausführungsformen von Kontaktelementen haben sich Magnetgreifer für ferromagnetische Werkstoffe und Vakuumsauger erwiesen. Magnetgreifer können vorteilhafterweise kleinere Spalte überbrücken und auch in Bereichen mit Aussparungen Werkstücke greifen, wohingegen Vakuumsauger insbesondere bei nicht ferromagnetischen Werkstoffen vorteilhaft sind, da Konturierungen von Werkstücken in gewissen Ausprägungsformen durch den Vakuumsauger selbst kompensiert werden können.Magnetic grippers for ferromagnetic materials and vacuum suction cups have proven to be preferred embodiments of contact elements. Magnetic grippers can advantageously bridge smaller gaps and also grip workpieces in areas with recesses, whereas vacuum suction cups are particularly advantageous for non-ferromagnetic materials, since the contours of workpieces can be compensated for in certain forms by the vacuum suction cup itself.
Eine besonders praxisrelevante Ausführungsform weist Führungselemente auf, die mittels Rücksteller, bevorzugt Pneumatikzylinder sowie auch oder alternativ Federn, in eine Grundstellung, bevorzugt eine ausgefahrene Stellung, verfahren. Durch das Verfahren der Führungselemente in eine Grundstellung befinden sich die Führungselemente, soweit sie nicht im Kontakt zu einem Werkstück stehen, in einer definierten Position, sodass die Position der Führungselemente nicht bestimmt werden muss. Durch eine Grundstellung in der ausgefahrenen Stellung wird erreicht, dass die Kontaktelemente beim Anfahren eines Werkstücks frühzeitig Kontakt mit dem Werkstück aufnehmen und möglichst alle Kontaktelemente mit dem Werkstück kontaktieren. Als kostengünstige sowie beständige Rücksteller haben sich Pneumatikzylinder sowie Federn erwiesen.A particularly practice-relevant embodiment has guide elements that move into a basic position, preferably an extended position, by means of reset devices, preferably pneumatic cylinders and also or alternatively springs. By moving the guide elements into a basic position, the guide elements are in a defined position, insofar as they are not in contact with a workpiece, so that the position of the guide elements does not have to be determined. A basic position in the extended position ensures that the contact elements make early contact with the workpiece when approaching a workpiece and, if possible, contact all contact elements with the workpiece. Pneumatic cylinders and springs have proven to be cost-effective and durable reset devices.
Eine bevorzugte Ausführungsform hat einen Greifer mit genau einem Führungselement, wobei das Führungselement genau ein Kontaktelement aufweist. Es wird nicht nur ein besonders kostengünstig herstellbarer Greifer ermöglicht, sondern auch ein besonders kompakter Greifer, der eine besonders hohe Zugänglichkeit zu ungeordneten Werkstücken aufweist. Eine alternative Ausführungsform weist eine Vielzahl von Führungselementen mit jeweils einem Kontaktelement auf, wobei die Führungselemente bevorzugt in einem Feld zueinander angeordnet sind. Durch eine Vielzahl von Führungselementen und Kontaktelementen wird die Tragkraft des Greifers weiter erhöht. Vorteilhafterweise sind die Führungselemente in einem Feld zueinander angeordnet, befinden sich also nicht auf einer Geraden, wodurch ein besonders kompakter Aufbau des Greifers auch bei einer Vielzahl von Kontaktelementen ermöglicht wird.A preferred embodiment has a gripper with exactly one guide element, the guide element having exactly one contact element. Not only is a gripper that can be produced particularly cost-effectively made possible, but also a particularly compact gripper that has particularly good accessibility to unordered workpieces. An alternative embodiment has a multiplicity of guide elements, each with a contact element, with the guide elements preferably being arranged in a field relative to one another. The load capacity of the gripper is further increased by a large number of guide elements and contact elements. Advantageously, the guide elements are arranged in a field relative to one another, ie they are not located on a straight line, as a result of which a particularly compact design of the gripper is made possible even with a large number of contact elements.
Eine besonders praxisrelevante Ausführungsform weist Führungselemente und Kontaktelemente auf, die jeweils voneinander unabhängig gelagert und verfahrbar sind. Durch die vereinzelte translatorische Verfahrbarkeit und die bewegliche Lagerung der Kontaktelemente an den Führungselementen wird ermöglicht, dass jedes Kontaktelement in Kontakt mit der Werkstoffoberfläche tritt und sich jedes Kontaktelement an der Werkstoffoberfläche ausrichtet, die es kontaktiert; ein besonders effektives Greifen des Werkstücks wird ermöglicht.A particularly practice-relevant embodiment has guide elements and contact elements, which are each mounted and moved independently of one another. The individual translatory mobility and the movable mounting of the contact elements on the guide elements make it possible for each contact element to come into contact with the material surface and for each contact element to align itself with the material surface that it contacts; a particularly effective gripping of the workpiece is made possible.
Eine bevorzugte Ausführungsform hat einen Greifer, der zum Verbinden mit einer Handhabungseinrichtung eine Aufnahme oder Kupplung, insbesondere eine Schnellwechselkupplung, aufweist. Hierdurch wird ein einfacher und schneller Wechsel des Greifers am Handhabungssystem möglich, sodass für verschiedene Werkstücke der Greifer effektiv gewechselt werden kann.A preferred embodiment has a gripper that has a receptacle or coupling, in particular a quick-change coupling, for connection to a handling device. This enables the gripper on the handling system to be changed quickly and easily, so that the gripper can be effectively changed for different workpieces.
Eine besonders praxisrelevante Ausführungsform weist einen Greifer auf, der vorgesehen ist, Bleche, bevorzugt geformte oder bombierte Stahlbleche, weiter bevorzugt Karosseriebleche von Kraftfahrzeugen, zu greifen. Ungeordnete Bleche, insbesondere geformte oder bombierte Stahlbleche, insbesondere Karosseriebleche mit einer hohen Dichte an Verformungen und Bombierungen, sind besonders anspruchsvoll zu greifen, wobei ein derartiger Greifer durch die Vermeidung von händischer Arbeit einen erheblichen Kostenvorteil aufweisen kann.A particularly practice-relevant embodiment has a gripper that is intended to grip sheet metal, preferably formed or cambered sheet steel, more preferably body panels of motor vehicles. Disorganized metal sheets, in particular formed or cambered steel sheets, in particular car body panels with a high density of deformations and cambers, are particularly difficult to grip, and such a gripper can have a considerable cost advantage by avoiding manual work.
Erfindungsgemäß ist des Weiteren eine Handhabungseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Greifer vorgesehen.According to the invention, a handling device with a gripper according to the invention is also provided.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Greifen eines ungeordneten Werkstücks, bevorzugt mit einem erfindungsgemäßen Greifer, ist vorgesehen, wobei die Werkstücke in einem ersten Schritt gescannt werden, um anhand der Scandaten Werkstückkoordinaten zu ermitteln. Folgend wird anhand der Werkstückkoordinaten und Störkonturen eine Bahnplanung ermittelt, die an eine Steuerung ausgegeben wird. Mit der Steuerung werden eine Handhabungseinrichtung und ein Greifer angesteuert, wobei der Greifer unter individueller Anpassung der einzelnen Führungselemente durch einen Widerstand des Werkstücks und der einzelnen Kontaktelemente an eine Werkstückgeometrie durch ein Handhabungssystem verfahren wird.A method according to the invention for gripping a disordered workpiece, preferably with a gripper according to the invention, is provided, with the workpieces being scanned in a first step in order to determine workpiece coordinates using the scan data. A path plan is then determined based on the workpiece coordinates and interference contours, which is output to a controller. A handling device and a gripper are controlled with the controller, the gripper being moved by a handling system with individual adjustment of the individual guide elements by a resistance of the workpiece and the individual contact elements to a workpiece geometry.
Ein effektives Greifen von ungeordneten, insbesondere stark geformten oder bombierten Werkstücken wird durch ein Anliegen und Ausrichten aller Kontaktelemente ermöglicht.An effective gripping of disordered, in particular strongly shaped or cambered workpieces is made possible by abutting and aligning all contact elements.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Diese zeigen in
-
1 einen bekannten magnetischen Greifer; -
2 einen Greifer mit Führungselementen in eingefahrener Stellung; -
3 ein Führungselement mit Kontaktelement; -
4 einen Greifer mit Führungselementen in teilweise ausgefahrener Stellung; -
5 einen Greifer mit Führungselementen in unterschiedlichen Stellungen; -
6 einen Greifer mit drei Führungselementen; -
7 einen Greifer mit zwei Führungselementen; -
8 einen Greifer mit einem Führungselement.
-
1 a known magnetic gripper; -
2 a gripper with guide elements in a retracted position; -
3 a guide element with contact element; -
4 a gripper with guide elements in a partially extended position; -
5 a gripper with guide elements in different positions; -
6 a gripper with three guide elements; -
7 a gripper with two guide elements; -
8th a gripper with a guide element.
Die Führungselemente 4 sind in einem Grundkörper 8 translatorisch entlang ihrer Haupterstreckungsrichtung und parallel zueinander verfahrbar mittels Gleitlagern 9 gelagert. Die Führungselemente 4 werden mittels nicht dargestellten Rückstellern, die als Pneumatikzylinder oder Federn ausführbar sind, in eine ausgefahrene Grundstellung verfahren, soweit keine Kraft sie in die dargestellte eingefahrene Stellung verfährt.The
Der Grundkörper 8 besteht in dieser Ausführungsform aus Blechen, die mittels Umformen oder als Schweißkonstruktion den Grundkörper 8 ausbilden können. Zur einfachen und schnellen Montage beziehungsweise Demontage des Greifers von einem Handhabungssystem weist der Grundkörper 8 auf der den Kontaktelementen 6 gegenüberliegenden Seite eine Aufnahme 10 auf, die als eine Kupplung 11 ausgeführt ist.In this embodiment, the
In
Die
In den
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Polschuhpole shoe
- 22
- Kontaktkörpercontact body
- 33
- Kontaktebenecontact level
- 44
- Führungselementguide element
- 55
- Gelenkjoint
- 66
- Kontaktelementcontact element
- 77
- Kontaktflächecontact surface
- 88th
- Grundkörperbody
- 99
- Gleitlagerbearings
- 1010
- Aufnahmerecording
- 1111
- Kupplungcoupling
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018111647 A1 [0004]DE 102018111647 A1 [0004]
- DE 102014219381 A1 [0005]DE 102014219381 A1 [0005]
- US 10611037 B1 [0006]US 10611037 B1 [0006]
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