DE19817426A1 - Greifersystem, insbesondere Vakuumgreifersystem - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein an einer Roboterhand befestigbares Greifersystem mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Greifelementen, wobei jedes Greifelement mit wenigstens einem Kraftsensor zum Ermitteln einer Kraft in einer vorgegebenen Richtung versehen ist. Mit diesem Greifersystem können Bauteile zuverlässiger ergriffen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Greifersystem mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Greifelementen, bzw. ein Vakuumgreifersystem mit wenigstens einem unabhängigen Greifelement.

Beim Handling von Werkstücken ist es derzeit unbedingt erforderlich, dass das Werkstück eine definierte Ausgangsposition bzw. eine definierte Position im Raum besitzt, um das Werkstück mit einem Greifersystem, welches an einer Roboterhand befestigt ist, exakt ergreifen zu können. In der Regel liegen die zulässigen Lageabweichungen im Bereich von ± 0,2 mm. Derart exakt positionierte Werkstücke können von einem Roboter blind ergriffen und blind gehandhabt und gefügt werden. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass insbesondere große Werkstücke, zum Beispiel Blechformteile, zwar exakt positioniert sind, aber dennoch nicht fehlerfrei ergriffen werden können, da sie zum Beispiel verzogen oder verformt sind. Daneben besteht die Gefahr, dass ein ergriffenes Werkstück aufgrund seines Verzuges nicht oder nur fehlerhaft gefügt werden kann. Ein derartiges Handlingsystem bedarf daher der permanenten Überwachung.

Außerdem bedarf es relativ teurer Werkstückaufnahmen, welche sicherstellen, dass die Werkstücke eine definierte Ruhelage besitzen. Ein weiteres Problem wird darin gesehen, dass im Falle eines Greifercrashes dieser eventuell verformt wird. Der Greifer fährt dann mit dieser Verformung weiter, was entweder zu einer ungenauen Aufnahme des Werkstücks und/oder zu einem ungenauen bzw. fehlerhaften Fügevorgang führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Greifersystem bereit zustellen, welches einer geringeren Überwachung bedarf und mit dem auch Werkstücke ergriffen werden können, die außerhalb des Toleranzbereiches positioniert sind, wobei diese Werkstücke dennoch exakt gefügt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Greifersystem gelöst, welches wenigstens zwei voneinander unabhängige Greifelemente aufweist, wobei jedes Greifelement mit wenigstens einem Kraftsensor zum Ermitteln einer Kraft in einer vorgegebenen Richtung versehen ist. Diese Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß mit einem Vakuumgreifersystem gelöst, welches wenigstens ein unabhängiges Greifelement aufweist, welches mit wenigstem einem Kraftsensor zum Ermitteln einer Kraft in einer vorgegebenen Richtung versehen ist.

Zum einen erlauben bei der erstgenannten Lösung die beiden voneinander unabhängigen Greifelemente ein sicheres Greifen des Werkstücks, wobei über die Kraftsensoren die Qualität des Greifvorganges ermittelt wird. Liegt zum Beispiel ein Greifelement korrekt am Werkstück an bzw. greift dieses Greifelement das Werkstück gemäß den Sollvorgaben, dann liegt der vom Kraftsensor ermittelte Wert ebenfalls innerhalb des vorgegebenen, Toleranzbereiches. Ist das Werkstück jedoch falsch positioniert, so greift das Greifelement versetzt am Werkstück an. Der Kraftsensor ermittelt beim Anheben des Werkstücks einen Wert, der außerhalb des Toleranzbereiches liegt. Es besteht nun die Möglichkeit, dass das Werkstück wieder abgesetzt und erneut ergriffen wird, wobei nun das Greifsystem geringfügig, insbesondere abhängig von den von den Kraftsensoren ermittelten Kräftewerten verschoben wird. Dabei kann auf in einem Datenspeicher abgelegte Daten zurückgegriffen werden. Aus den ermittelten Kräften kann jedoch auch die Positionierung des Werkstücks errechnet werden.

Vorteilhaft ist das Greifersystem an einer Roboterhand befestigbar. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass das Werkstück trotz fehlerhaften Ergreifens weitertransportiert wird, wobei über die Werte der Kraftsensoren die Roboterhand derart angesteuert wird, dass der Greiffehler kompensiert wird, so dass das Werkstück dennoch exakt gefügt wird.

Das erfindungsgemäße Greifersystem hat den wesentlichen Vorteil, dass auch Werkstücke ergriffen werden können, die außerhalb der vorgegebenen Toleranz von ± 0,2 mm liegen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass beim erfindungsgemäßen Greifersystem eine wesentlich größere Lagetoleranz für die Werkstücke vorgegeben werden kann, die bei ± 2 cm liegen kann, also um einen Faktor 100 höher liegt.

Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, dass beim Handling des ergriffenen Werkstücks, d. h. beim Verschwenken des ergriffenen Werkstücks, die an den Greifelementen einwirkenden Kräfte, die Gewichtskraft und die dynamischen Massenkräfte bzw. Fliehkräfte in allen Freiheitsgraden, ermittelt werden können, und dadurch die Position des Werkstücks an den Greifelementen bzw. am Greifsystem bestimmbar ist. Außerdem kann die Roboterhand bzw. kann der Roboterarm abgebremst werden, falls die auf das Werkstück einwirkenden Kräfte Grenzwerte überschreiten, so dass sich das Werkstück nicht von den Greifelementen ablöst. Durch die Möglichkeit, dynamische Massenkräfte bzw. Fliehkräfte zu ermitteln besteht auch die Möglichkeit, ein verdreht positioniertes Werkstück zu ergreifen, die verdrehte Position zu erkennen und zu korrigieren. Sowohl eine Positionsfehler-Erkennung als auch eine Drehlage-Erkennung sind möglich. Der Drehlagefehler kann bei einer Ausführungsform auch unmittelbar aus den gemessenen Kräften ermittelt werden.

So können zum Beispiel zum Ergreifen eines Balkens zwei Greifelemente verwendet werden, mit denen die Kraft und die x-Position des Balkens ermittelt werden. Bei der Verwendung von drei Greifelementen kann die eingeleitete Kraft senkrecht zur x-y-Richtung sowie die x-y-Position des Werkstücks ermittelt werden. Bei der Verwendung von vier Greifelementen kann die Gewichtskraft, die x-y-Position sowie der Positionswinkel, d. h. die Drehlage des Werkstücks ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Greifersystem hat außerdem den wesentlichen Vorteil, dass mit ihm unterschiedliche Werkstücke ergriffen werden können und dass das Greifersystem erkennt, welche Werkstücke ergriffen worden sind. Greift z. B. ein Greifelement ins Leere oder hat in der Summe eine abweichende Kraft, dann kann dies z. B. einem speziellen Bauteil bzw. Werkstück zugeordnet werden.

Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kraftsensor derart am Greifelement angeordnet ist, dass mit ihm die in Aufnahmerichtung des Greifelements wirkende Kraftkomponente ermittelbar ist. Dadurch wird auf einfache Weise die optimale Anlage des Greifersystems am zu ergreifenden Werkstück ermittelt. Außerdem kann über die ermittelte Kraftkomponente in Aufnahmerichtung die Anlagekraft des Greifersystems am Werkstück erfasst werden, so dass das Werkstück beim Ergreifen auch dann nicht beschädigt wird, wenn das Werkstück nicht seine Sollposition einnimmt. Außerdem ist es möglich, beim Fügen die erforderlichen Fügekräfte zu überwachen, d. h. ein kontrolliertes Anpressen einer Frontscheibe in eine PKW- Karosserie, oder eine Kraftverlauf zu überwachen, z. B. bei Einrastvorgängen, wodurch eine integrierte Füge- Erfolgskontrolle erzielt wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Greifelemente als Module, insbesondere als Steckmodule ausgebildet sind. Steckmodule können relativ einfach und vertauschungssicher zusammengebaut werden, so dass das Greifersystem schnell und problemlos durch Zusammenstecken der einzelnen Bauteile aufgebaut werden kann. Außerdem weisen Module den besonderen Vorteil auf, dass sie aufgrund ihres gleichartigen Aufbaus relativ preiswert erstellbar sind und mit ihnen nahezu jede gewünschte Konfiguration erzeugt werden kann.

Um große Bauteile bzw. Werkstücke ergreifen zu können- sind die Greifelemente über Verbindungskomponenten miteinander verbunden. Dabei sind die Verbindungskomponenten entweder starr ausgestaltet, z. B. als gerade oder gebogene Verbindungstücke, Eckstücke oder Weichen. Außerdem können die Komponenten einen eigenen Code für ihre Form und Größe aufweisen. Diese Verbindungskomponenten erlauben den Aufbau unterschiedlicher Strukturen, so dass das Greifersystem optimal an die Form des Werkstücks angepasst werden kann. Dabei weisen jedoch die Greifelemente allesamt gleiche Verbindungsanschlüsse auf.

Jedoch können die Verbindungskomponenten in ihrer räumlichen Struktur auch veränderbar sein und z. B. als ebenes oder räumliches Gelenk oder als Teleskopstück ausgebildet und insbesondere motorisch angetrieben sein. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass das Greifersystem nicht starr sondern flexibel ist, so dass Werkstücke nicht nur an einer Seite ergriffen sondern auch umgriffen werden können, was eventuell einem besseren Handling, einem besseren Fügen oder der Erkennung des Werkstücks beim Greifen zugute kommt. So kann z. B. das Greifersystem dem Werkstück so lange angenähert werden, bis das erste Greifelement am Werkstück mit der vorgegebenen Kraft anliegt. Anschließend werden durch Verstellung der flexiblen Verbindungskomponenten die anderen Greifelemente dem Werkstück angenähert, bis diese ebenfalls mit der vorgegebenen Kraft am Werkstück anliegen. Das Werkstück kann also wie mit einer Hand umgriffen und ergriffen werden. Außerdem können aufgrund der Flexibilität des Greifersystems mit einer einzigen Struktur verschiedene Werkstücke gegriffen werden, da sich das System in einem begrenzten Rahmen der Werkstückgeometrie selbständig anpassen kann. Bevorzugt ist das Greifsystem an einem externen Bildschirm reproduzierbar, so dass die momentane Lage bzw. Bewegungsabläufe verfolgt werden können. Eine Messung des Winkels erlaubt ein adaptives bzw. gesteuertes Greifen. Eine Verstellung des Winkels ist manuell oder motorisch möglich und kann z. B. durch eine vorgegebene Kraft, einen vorgegebenen Unterdruck, eine vorgegebene Verstellzeit, einen vorgegebenen Winkel oder durch andere Sensoren beendet werden. Die Winkelverstellung kann auch durch elektrochemische Aktuatoren oder durch rheologische Flüssigkeiten erfolgen.

Um die Angreifsmöglichkeit des Greifersystems weiter zu erhöhen und um dieses flexibler zu gestalten, sind die Greifelemente mittelbar oder unmittelbar mit Endplatten oder Adapterplatten verbindbar. Auch an diesen Platten können andere Bauteile, Funktionselemente oder Werkzeuge, z. B. Kameras, Schweißeinrichtungen und dergleichen befestigt werden. Diese zusätzlichen Bauteile bzw. Werkzeuge können jedoch auch an den Verbindungselementen, z. B. in an diesen vorgesehenen Klemmschienen befestigt werden.

Um die Greifelemente und/oder die aktiven Verbindungskomponenten jeweils einzeln ansteuern zu können, sind diese an ein Bussystem angeschlossen und besitzen eine eigene Adresse. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit über eine relativ geringe Anzahl von Datenleitungen, z. B. über einen CAN-Bus, die einzelnen Greifelemente bzw. Komponenten anzusteuern. Es bedarf dann lediglich noch einer Energieversorgung für die Elektronik und der mechanischen Antriebe der einzelnen Elemente.

Vorteilhaft ist jedes Greifelement mit einem Unterdruckerzeuger, z. B. einem Ejektor ausgestattet. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass kein zentrales Unterdrucksystem erforderlich ist, sondern auf das in der Regel vorhandene Druckluftsystem zurückgegriffen werden kann. Durch Messung des Unterdrucks, insbesondere beim Greifen kann festgestellt werden, ob das Greifelement das Werkstück ergriffen hat und wie gut es ergriffen wurde. Außerdem ist die Regelung des Vakuums möglich.

Vorteilhaft ist jedes Greifelement mit einer zentralen Rechen- und Datenspeichereinheit verbunden, mit der das Greifelement kommuniziert. Diese Rechen- und Datenspeichereinheit steuert jedes Greifelement an und bewirkt den Bewegungsablauf des Greifersystems.

Bevorzugt weist jedes Greifelement einen eigenen Mikrokontroller für Rechenaufgaben und einen Datenspeicher auf. Auf diese Weise kann jedes Greifelement unabhängig von der ersten Zahlenrecheneinheit Rechenaufgaben durchführen, die z. B. darin liegen, ob das jeweilige Greifelement korrekt am Werkstück anliegt (Messungen des Unterdrucks bei einem Sauggreifer). Abhängig hiervon können z. B. andere Saugelemente oder Verbindungskomponenten angesteuert werden. Die Greifelemente können sowohl mit der zentralen Recheneinheit als auch untereinander Daten austauschen und Entscheidungen treffen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Kraftsensor ein Dehnmessstreifen. Über diesen Kraftsensor können Kräfte relativ einfach und exakt gemessen werden. Ein Piezo-Element als Kraftsensor ist ebenfalls denkbar. Andere Sensoren können auf induktiver, pneumatischer, magnetostriktiver, optischer Basis arbeiten.

Ein einfacher Aufbau des Greifersystem wird dadurch realisiert, dass alle Elemente und Komponenten, insbesondere über ein Stecker-Muffe-System steckbar sind. Auf diese Weise können die einzelnen benötigten Greifelemente mit den erforderlichen Verbindungskomponenten durch Ineinanderstecken vertauschsicher miteinander verbunden werden. Dabei werden nicht nur die Versorgungsleitungen, wie elektrische Leitungen und Druckluftleitungen, sondern auch die Datenleitungen, insbesondere CAN-Bus (oder ein anderer Bus) durch jedes Bauteil hindurchgeführt. Ein Abschluss der einzelnen Leitungen wird zum Beispiel über Endplatten ermöglicht.

Vorteilhaft weisen die Greifelemente Anzeigeelemente auf, z. B. für die Zustandsanzeige diverser Funktionen sowie für eine Fehleranzeige. So können z. B. fehlerhafte Greifelemente oder andere Informationen auch optisch am Greifersystem dargestellt werden.

Vorteilhaft sind die Greifelemente als Sauggreifer, als Magnete, als mechanische Greifer, z. B. Finger oder dergleichen, als Saugkissen oder als formschlüssige und/oder kraftschlüssige Greifer ausgebildet. Es ist auch eine adhäsive oder elektrostatische Verbindung denkbar. Insbesondere Sauggreifer haben den wesentlichen Vorteil, dass nicht nur ebene sondern auch räumlich gebogene, starre oder flexible Körper gleichermaßen gut ergriffen werden können. Außerdem können gasdichte und poröse Körper ergriffen werden. Außerdem können die Sauggreifer in ihrer Form optimal an das bzw. an die zu ergreifenden Werkstücke angepasst werden.

Es ist ein Trainingsbetrieb möglich, bei dem dem System die Lageerkennung, die Teilerkennung und/oder die Krafterkennung, z. B. durch Linearratsche, bei einem Einrastvorgang, einer Kollision oder bei Klebevorgängen vermittelbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, insbesondere aufgrund ihres modularen Aufbaus schnell aufbaubar, schnell umbaubar und hat eine hohe Verfügbarkeit. Das System ist hinsichtlich des Vakuums, der Elektrik und der Pneumatik redundant.

Außerdem ist eine Sicherheitsabschaltung des Systems möglich, wenn z. B. eine vorgegebene Kraft, z. B. eine Fügekraft, überschritten wird, ein Crash erfolgt oder ein falscher Kraftverlauf ermittelt wird. Die Sicherheitsabschaltung kann aber auch erfolgen, wenn der Unterdruck abfällt, eine Störung im (CAN-)-Bus auftritt oder Stomausfall herrscht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln verfügt oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifersystems;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Greifersystems gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifersystems;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Greifersystems;

Fig. 5 eine Seitenansicht des Greifersystems gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifersystems;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Greifelements;

Fig. 8 einen teilweisen Schnitt durch die Lagerung eines Sauggreifers an einem Greifelement;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine als Gelenk ausgebildete Verbindungskomponente;

Fig. 10 eine Seitenansicht des Gelenks gemäß Fig. 9;

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer als Gelenk ausgebildeten Verbindungs­ komponente; und

Fig. 12 eine Seitenansicht des Gelenks gemäß Fig. 11.

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines insgesamt als 1 bezeichneten Greifersystems dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel eines Greifersystems 1 ist als Rahmengreifer 2 ausgeführt. Dieser Rahmengreifer 2 weist einen Roboterflansch 3 auf, an dem ein Roboterarm befestigt werden kann. Dieser Roboterflansch wird von zwei Streben 4 getragen, wobei die Streben 4 an dem insgesamt mit 5 bezeichneten Rahmen angeschraubt sind. Dieser Rahmen 5 besteht aus mehreren Bauteilen und weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel vier Greifelemente 6, vier als Verbindungsstück 7 ausgebildete erste Verbindungskomponenten 8 sowie vier als Eckstück 9 ausgebildete zweite Verbindungskomponenten 8 auf. An einem Eckstück 9 befinden sich außerdem ein Elektronikanschluss 10 sowie ein Druckluftanschluss 11. Die Greifelemente 6 sowie die Verbindungskomponenten 8 bilden einen starren Rahmen, der über den am Roboterflansch 3 angeschlossenen Roboterarm im Raum bewegt werden kann. Der Rahmen 5 kann zum Beispiel auf flächige Werkstücke 37 (Fig. 5) abgesenkt und auf diese aufgesetzt werden, so dass über die Sauggreifer 12, die in der Fig. 2 näher dargestellt sind, das Werkstück 37 angesaugt werden kann.

Aus Fig. 2 ist außerdem ersichtlich, dass die Verbindungskomponenten 8 seitlich eine Befestigungsnut 13 aufweisen, an welcher andere Werkzeuge zum Beispiele Kameras, Schweißeinrichtungen usw. befestigt werden können.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifersystems, welches ebenfalls einen rahmenartigen Aufbau aufweist. Der Roboterflansch 3 ist mit einer als Gelenk 14 ausgebildeten Verbindungskomponente 8 verbunden. Dieses Gelenk 14 weist zwei Gelenkarme 15 und 16 auf, die in der x-y-Ebene (Zeichenblattebene) um zwei Schwenkachsen 17 verschwenkbar sind. An den beiden Gelenkarmen 15 und 16 sind Verbindungsstücke 18 angeschlossen, die wiederum mit Greifelementen 6 in Verbindung stehen. Das dem Gelenkarm 15 zugeordnete Greifelement 6 ist mit einem Gelenkarm 19 eines weiteren Gelenks 14 gekoppelt, wobei dessen zweiter Gelenkarm 20 über ein weiteres Verbindungsstück 18 mit einem Greifelement 6 in Verbindung steht. Dieses weitere Greifelement 6 ist wiederum über einen Gelenkarm 21 mit einem dritten Gelenk 14 verbunden, dessen zweiter Gelenkarm 22 über ein weiteres Verbindungsstück 18 mit einem vierten Greifelement 6 in Verbindung steht. Dieses vierte Greifelement 6 ist schließlich über ein Verbindungsstück 18 mit einem Gelenkarm 23 eines vierten Gelenks 14 verbunden, dessen zweiter Gelenkarm 24 über ein Verbindungsstück 18 mit dem dem Gelenkarm 16 über ein weiteres Verbindungselement 18 zugeordneten Greifelement 6 in Verbindung steht.

Dieser in der Fig. 3 gezeigte Rahmen 5 ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nicht starr, da dessen Konfiguration durch die Lage der Gelenkarme 15, 16, 20 bis 24 der Gelenke 14 verstellbar ist. Dabei sind die Gelenke 14 manuell oder motorisch veränderbar. Dieses Greifersystem 1 kann an spezielle Formen oder Konfigurationen von Werkstücken 37 angepasst werden. Mit diesem Greifersystem 1 und motorisch verstellbaren Komponenten können also auch unterschiedliche Werkstücke ergriffen werden, die zuvor zum Beispiel mittels einer Kamera erfasst und erkannt werden. Außerdem ist dieses Greifersystem 1 problemlos erweiterbar, was insbesondere an den Gelenken 14 mit strichpunktierten Linien 25 angedeutet ist, wobei zum Beispiel bei dem die Gelenkarme 23 und 24 aufweisenden Gelenk 14 ein weiteres Greifelement 6 hinzugefügt ist. Dieses Greifersystem 1 ist also in der x-y-Ebene variabel.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Greifersystems 1, bei dem am Roboterflansch 3 ebenfalls ein Gelenk 14, welches in der x-y-Ebene der Fig. 4 verschwenkbare Gelenkarme 26 und 27 aufweist, befestigt ist. An den Gelenkarmen 26 und 27 sind zwei Verbindungsstücke 18 und 28 angeschlossen, wobei das Verbindungsstück 18 mit einem Greifelement 6 und das Verbindungsstück 28 mit einem Schwenkgelenk 29 in Verbindung steht. An diesem Schwenkgelenk 29 sowie am Roboterflansch 3 sind weitere Greifelemente 6 angeschlossen. Die freien Enden der Greifelemente 6 sind über Endstücke 30 oder Adapterplatten 31 abgeschlossen. In Fig. 5 ist deutlich erkennbar, dass das Schwenkgelenk 29 zwei Gelenkarme 32 und 33 aufweist, welche in Richtung des Pfeils 34, d. h. in Richtung der Längsachse des Verbindungsstücks 28 und der z-Ebene verschwenkbar sind. Auf diese Weise kann der mit 35 bezeichnete Arm des Greifersystems 1 derart verschwenkt werden, dass das am Gelenkarm 33 angeschlossene Greifelement 6 an einen abgekanteten Abschnitt 36 eines ansonsten ebenen Werkstücks 37 angelegt werden kann. Dieses Greifersystem ist im Raum variabel.

Neben dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten, als Drei- Finger-Greifer ausgebildeten Greifersystems 1 kann dieses auch als Vier-Finger-Greifer ausgestaltet sein, was in Fig. 6 dargestellt ist. Am Roboterflansch 3 sind zwei Gelenke 14 angeschlossen, an deren Gelenkarme 15 und 16 jeweils ein Verbindungsstück 18, ein Greifelement 6 sowie ein Endstück 30 befestigt sind. Die Gelenke 14 weisen Versorgungsleitungen 38 für Druckluft sowie Leitungen 39 für die Übermittlung von Daten sowie elektrischer Energie in die Greiferarme 15, 16, 19 bis 24, 26 und 27 (Fig. 3) auf.

Die Fig. 7 zeigt ein Greifelement in Seitenansicht. Dieses Greifelement 6 weist ein Gehäuse 40 auf, welches insbesondere von einer durchsichtigen Gehäuseabdeckung 41 übergriffen ist. Durch die Gehäuseabdeckung 41 sind elektronische Bauelemente 42, z. B. LED für die Funktions- und Zustandskontrolle erkennbar. Diese elektronischen Bauelemente 42 bilden unter anderem einen Mikrokontroller für Rechenaufgaben sowie einen Datenspeicher.

An einer Seitenfläche 43 des Greifelements 6 befindet sich ein Steckanschluss 44 sowie eine Öffnung 45, in welche ein Dichtungsring eingesetzt werden kann und die zur Übergabe von Druckluft dient. Auf der der Seitenfläche 43 gegenüberliegenden Seite des Greifelements 6 befindet sich eine zum Steckanschluss 44 komplementäre Buchse 61 (Fig. 9) sowie eine zur Öffnung 45 passende Öffnung, so dass durch einfaches Ineinanderstecken die einzelnen Bauteile miteinander verbunden werden können. Der Steckanschluss 44 dient zur elektrischen Verbindung aller elektrischen bzw. elektronischer Bauteile, wobei hierüber Daten ausgetauscht werden können und die Bauteile mit Energie versorgt werden. An der Unterseite des Greifelementes 6 befindet sich der Sauggreifer 12.

Der Sauggreifer 12, wie in Fig. 8 dargestellt, weist einen an einer elastischen Saugglocke befestigten Gewindeanschluss 46 auf, in welchen eine Gewindescheibe 47 eingeschraubt ist. In diese Gewindescheibe 47 ist eine Welle 48 eingeklebt, welche in einer Kugelbüchse 49 spielfrei geführt ist. An Stelle der Kugelbüchse 49 sind auch Gleitlager denkbar. Auf der Welle 48 sitzt ein V-Ring 50, über den sich die Welle 48 an der Stirnfläche der Kugelbüchse 49 abstützt. Außerdem sind zwei Arme 51 und 52 vorgesehen, die ortsfest am Gehäuse 40 angeordnet sind und sich in Richtung der Gewindescheibe 47 erstrecken und diese am Rand geringfügig übergreifen. Dabei liegt der Arm 51 an der Unterseite und der Arm 52 an der Oberseite der Gewindescheibe 47 an. Auf beiden Seiten der Arme 51 und 52 sind Dehnmessstreifen 53 angeordnet, die eine Verformung der Arme 51 und 52 erfassen. Wird also der Sauggreifer 52 in Richtung des Doppelpfeils 54 bewegt, dann werden die Arme 51 und 52 durch die Gewindescheibe 47 verformt, was über die Dehnmessstreifen 53 registiert wird. Auf diese Weise können Kräfte in Aufnahmerichtung erfasst werden. Kräfte in anderen Richtungen werden von der Kugelbüchse 49 abgestützt.

Die Fig. 9 zeigt das Schwenkgelenk 29, welches zu den Fig. 4 und 5 bereits erwähnt worden ist. Dieses Schwenkgelenk 29 weist zwei Gelenkarme 32 und 33 auf, die jeweils mit einer Flanschplatte 55 versehen sind. An der einen Flanschplatte ist der Steckanschluss 44 erkennbar. Der Gelenkarm 32 ist mit einem Zahnradsegment 56 versehen, welches mit einem Ritzel 57 eines Antriebsmotors 58 (Schrittmotor) kämmt. Dieser Antriebsmotor 58 ist an einem Motorflansch 59 befestigt, wobei der Motorflansch 59 mit dem Gelenkarm 33 verbunden ist. Durch Betätigen des Antriebsmotors 58 kann die Stellung der Gelenkarme 32 und 33 zueinander verändert werden, d. h. die beiden Gelenkarme 32 und 33 können um die Schwenkachse 60 verschwenkt werden. In Fig. 9 ist außerdem die Buchse 61 zur Aufnahme eines Steckanschlusses eines benachbarten Bauteils erkennbar, wobei dieser Steckanschluss den Aufbau des Steckanschlusses 44 aufweist. Außerdem sind Schwenkverschraubungen 62 sowie eine Druckluftleitung 63 erkennbar, wobei die Schwenkverschraubungen 61 in die Öffnungen 45 ausmünden.

Die Fig. 11 und 12 zeigen das Gelenk 14 mit seinen Gelenkarmen 15 und 16 sowohl in gestreckter Lage als auch in um einen Winkel α verschwenkter Lage. Die beiden Gelenkarme 15 und 16 sind um Schwenkachsen 64 und 65 verschwenkbar. Die in der Fig. 12 dargestellte Stirnseite 66 weist die Anschlussbuchse 61 für die elektrische Verbindung mit einem Steckanschluss 44 sowie die Öffnung 45 für den Druckluftanschluss auf. Außerdem ist ein Druckluftanschluss 11 zum Anschließen eines Druckluft-Versorgungsschlauches an der Oberseite des Gelenks 14 vorgesehen. Das Gelenk 14 kann jedoch auch mit einem Flansch versehen sein, der eine Seitenfläche 43 und somit die in Fig. 7 dargestellten Anschlüsse 44 und 45 aufweist. Das Gelenk 14 und das Schwenkgelenk 29 sind selbsthemmend und können zur Winkelmessung zum Beispiel auch einen Inkrementalgeber oder Drehgeber aufweisen. Als Gelenke sind auch rein manuell verstellbare Einheiten denkbar.

Die Zeichnung zeigt lediglich Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Greifersystems 1 wobei die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Kombinationen beschränkt sein soll sondern vielmehr alle Kombinationen der Bauteile von der Erfindung umfasst sein soll. Durch die permanente Überwachung der Gewichts-, Handhabungs- und Fügekräfte können Fehler und Fehlertrends sofort erkannt werden. Außerdem ist eine lückenlose Protokollierung und eine Überwachung der manuellen Handhabung möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kräfte nicht nur beim Ergreifen des Werkstücks überwacht werden können, sondern auch beim Fügen des Werkstücks, was insbesondere beim Verkleben von Bauteilen im Hinblick auf Haltekräfte und Haltezeiten wichtig ist.

Claims (21)

1. Greifersystem (1) mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen, am zu ergreifenden Gegenstand angreifenden Greifelementen (6), wobei jedes Greifelement (6) mit wenigstem einem Kraftsensor zum Ermitteln einer Kraft in einer vorgegebenen Richtung (54) versehen ist.

2. Vakuumgreifersystem (1) mit wenigstens einem am zu ergreifenden Gegenstand angreifenden Greifelement (6), welches mit wenigstem einem Kraftsensor zum Ermitteln einer Kraft in einer vorgegebenen Richtung (54) versehen ist.

3. Greifersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor derart am Greifelement (6) angeordnet ist, dass mit ihm die in Aufnahmerichtung (54) des Greifelements (6) wirkende Kraftkomponente ermittelbar ist.

4. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Greifelementen (6) die Greifelemente (6) als Module, insbesondere als Steckmodule ausgebildet sind.

5. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (6) über Verbindungskomponenten (8) miteinander verbunden sind.

6. Greifersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskomponenten (8) starr, zum Beispiel als gerades oder gebogenes Verbindungsstück (7, 18, 28), als Eckstück (9) oder als Weiche ausgebildet sind, oder dass die Verbindungskomponenten (8) in ihrer räumlichen Struktur veränderbar, z. B. als ebenes oder räumliches Gelenk (14, 29) oder als Teleskopstück ausgebildet sind und insbesondere motorisch angetrieben sind, wobei die Gelenke (14, 29) insbesondere selbsthemmend sind.

7. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (6) mittelbar oder unmittelbar mit Endplatten (30) oder Adapterplatten (31) verbindbar sind.

8. Greifersystem nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (8) oder die Adapterplatte (31) Befestigungseinrichtungen, z. B. eine Befestigungsnut (13) für Werkzeuge, zum Beispiel Kameras oder dergleichen aufweisen.

9. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Greifelement (6) an ein Bussystem (z. B. einen CAN-Bus) angeschlossen ist und eine eigene Adresse besitzt.

10. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Greifelement (6) mit einem Unterdruckerzeuger, zum Beispiel einem Ejektor ausgestattet ist.

11. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Greifelement (6) mit einer zentralen Rechen- und/oder Datenspeichereinheit verbunden ist, mit der das Greifelement (6) kommuniziert.

12. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Greifelement (6) einen Mikrokontroller für Rechenaufgaben und einen Datenspeicher aufweist.

13. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor ein Dehnmessstreifen (53) ist.

14. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Komponenten, insbesondere über ein Stecker-Muffe-System (44, 61) steckbar sind.

15. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (6) Anzeigelemente aufweisen, zum Beispiel für Zustandsanzeigen, Fehleranzeigen usw.

16. Greifersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (6) als Sauggreifer (12), als Magnete, als mechanische Greifer, zum Beispiel Finger, als Saugkissen oder als formschlüssige und/oder kraft schlüssige Greifer ausgebildet sind.

17. Greifersystem nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ebene oder räumlich gebogene, starre oder flexible Körper, die porös oder luftdicht sind, ergreifbar sind.

18. Greifersystem nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es an einer Roboterhand befestigbar ist.

19. Greifersystem nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke manuell oder motorisch verstellbar und klemmbar sind.

20. Greifersystem nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenke an ein Bussystem angeschlossen und über dieses ansteuerbar sind.

21. Greifersystem nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifelemente (6) und die Gelenke beliebig miteinander kombinierbar sind und beliebige Greifersystemstrukturen aufbaubar sind.