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Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System zum Greifen von Gegenständen, das in vorteilhafter Weise mittels Schichtbautechnologien (vgl. Rapid Prototyping) gefertigt werden kann und sich dann durch extreme Einfachheit im Entwurf und ein bisher unerreichtes Eigengewicht/Greifkraft-Verhältnis auszeichnet. Dabei werden an geeigneter Stelle an einer geeigneten Membran befestigte Greifelemente durch Verformung ebendieser Membran ausgelenkt und ermöglichen so eine Greifbewegung.
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In industriellen Produktionsprozessen nimmt die Bedeutung der Automatisierung aufgrund des internationalen Kosten- und Qualitätsdrucks stetig zu. In diesem Zusammenhang wird zunehmend angestrebt auch die Handhabungstechnik zu automatisieren.
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Eine zentrale Herausforderung stellt dabei das Greifen Von Gegenständen aller Art dar. Hierbei müssen Rohmaterialien, Halbzeuge, Normteile und halbfertige und fertige Produkte gegriffen werden. Die Geometrien sind dabei extrem unterschiedlich und erlauben häufig keine Integration von geeigneten Greifflächen, wobei der Terminus „geeignet” hier darauf zielt, dass Standardgreifer eingesetzt werden können. Zudem erfordern empfindliche Oberflächen große Greifflächen, um die notwendigen Normalkräfte gering halten zu können. Schließlich ist dabei ein Greifen mit Formschluss meist einen Greifen mit Kraftschluss (Halten über Reibung) vorzuziehen, da das Aufbringen größere Normalkräfte beim Greifen mittels Formschluss entfällt.
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Diese im Vorfeld aufgeführten Punkte betonen die Forderung nach individuell für den zu greifenden Gegenstand gestalteten Greifflächen. Diese Forderung ist heute wirtschaftlich mittels der Methoden des Rapid Manufacturing möglich. Von besonderer Bedeutung sind hier die Schichtbautechnologien. Solche Technologien sind im Stand der Technik beispielsweise bekannt als Vorrichtungen zur Stereolithographie, zum Lasersintern usw.
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Ein Typ einer solchen Technik findet beispielsweise in stereolithographischen Vorrichtungen Verwendung. Diese Technik basiert auf den individuellen Schichten oder Querschnitten eines Prototyps, der aus einem lichtempfindlichen Medium hergestellt wird, und mittels einer computerunterstützten Beleuchtung in einen monolithischen Prototyp gehärtet wird; Vorrichtungen und Techniken des zu vor erwähnten Typs sind beispielsweise in
US-Patent-Nummer 4.575.330 beschrieben.
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Weiterhin sind beispielsweise Vorrichtungen zum schichtweisen Herstellen eines Objektes mittels Lasersintern mit einem Träger zum Positionieren des Objektes relativ zu einer Arbeitsoberfläche und einer Vorrichtung zum Aufbringen eines durch elektromagnetische Strahlung verfestigbaren Pulvers bekannt. Solche Vorrichtungen weisen häufig einen Laser auf. Der durch den Laser erzeugte Laserstrahl wird durch Fokussiervorrichtungen beispielsweise mittels Linsen auf einen Punkt in der Arbeitsoberfläche fokussiert und verfestigt das Pulver.
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Die Herstellung der eigentlichen Greifflächen mit Schichtbautechnologien erlaubt extreme Vereinfachungen und Verbesserungen des Greifersystems, einerseits, da Hohlräume sehr einfach erzeugt werden können und anderseits hochgradige Funktionsvereinigung erreicht werden kann. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Herstellung mit solchen Technologien beschränkt, bietet sich aber bei solchen Herstellungsverfahren in idealer Weise an.
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Bereits heute sind am Markt vereinzelt Greifersysteme verfügbar, die mittels Schichtbautechnologien hergestellt werden. Diese Greifersysteme imitieren allerdings funktional und geometrisch herkömmlich hergestellte Greifersysteme, die Leistungsfähigkeit ist relativ gering und das Eigengewicht/Greifkraft-Verhältnis ist sehr ungünstig.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System zum Greifen von Gegenständen beliebiger Form mittels Form- oder Kraftschluss wobei die Greifbewegung von einer durch einen beliebigen physikalischen Effekt verformte Membran ausgeht. Mit Schichtbautechnologien ist es möglich, Wandstärken eines Objekts in weiten Grenzen beliebig zu gestalten. Führt man nun eine Wand eines Objekts gezielt schwächer aus als alle anderen Wände (damit weniger steif) so wird sich diese Wand beispielsweise bei Aufbringen eines pneumatischen Überdruck überproportional stark verformen bzw. auswölben.
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Bringt man nun in der Nähe des Übergangs einer tendenziell steifen Zone zu einer tendenziell weichen Zone Greifelemente wie Finger an, so werden diese stark ausgelenkt und erlauben so mit geringstem Aufwand eine (oft wünschenswerte) relativ weite Greifbewegung.
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Die Rückstellung kann allein über die Flexibilität der Membran, aber auch über weitere elastische Elemente erfolgen; diese lassen sich bei der Produktion mit Schichtbautechnologien sehr einfach und effizient integrieren.
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Die Auslenkung der Membran muss dabei nicht mittels pneumatischen Überdruck erzeugt werden, ebenso können Unterdruck in beliebigen Gasen, Druckkräfte in Fluiden und mechanische Kräfte (Zug, Druck Torsion) zum Einsatz kommen und zur jeweiligen Verformung führen.
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Bei einer naheliegenden Lösung, bei der Greiffinger an einer Membran befestigt sind, welche mit anderen, steiferen Flächen einen Hohlraum bildet, entsteht somit ein extrem einfach aufgebauter Greifer. Versuche mit Prototypen zeigen die Leistungsfähigkeit des Systems: ein derartiger Greifer kann bis zu dem einhundertfachen seines Gewichtes fixieren und damit beispielsweise ein Anheben ermöglich. Bei Dauerfestigkeitsversuchen zeigte sich auch, das die Belastungen der Membran und der Finger vorwiegend im elastischen Bereich erfolgen und damit auch mehrere 1.000.000 Lastwechsel zerstörungsfrei möglich sind.
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Die im letzten Abschnitt beschriebene, einfachste Lösung eignet sich in erster Linie zum Greifen von Gegenständen, welche über Hohlräume wie beispielsweise Bohrungen verfügen, in welcher der Greifer eingreifen kann. Durch Umlenkeinrichtungen sind durch die Erfindung aber auch andere Greifaufgaben möglich, bei denen die Gegenstände nicht über Hohlräume verfügen, sondern von außen gegriffen werden müssen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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Bild 1 eine Ansicht des Greifsystems von vorne.
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Bild 2 eine Schnittdarstellung des Greifsystems.
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Bild 3 eine Ansicht eines Greifsystems mit Rückstelleinrichtung von vorne.
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Bild 4 eine Ansicht eines für Schließbewegungen geeigneten Greifsystems von vorne.
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Bild 5 eine Ansicht eines für Schließbewegungen geeigneten Greifsystems von hinten.
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Bild 1 zeigt eine Ansicht des Greifsystems von vorne. Zentrales Element ist ein Grundkörper 1. Dieser Körper besitzt auf einer oder mehreren Seiten eine oder mehrere verformbare Membran(en) 2. Der Grundkörper verfügt über einen Hohlraum welcher mit pneumatischen oder hydraulischen Über- oder Unterdruck beaufschlagt werden kann. An geeigneten Stellen dieser Membran sind Einrichtungen zum Greifen (Greiffinger) 3, 4, 5 und 6 angebracht. Die Zahl dieser Greifelemente kann beliebig gewählt werden (mit einer Gegenfläche kann ein einziges Greifelement für gewisse Greifaufgaben ausreichen), die Anzahl vier ist als Beispiel zu verstehen.
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Bild 2 zeigt eine Schnittdarstellung des Greifsystems. Zentrales Element ist ein Grundkörper 1. Dieser Körper besitzt auf einer oder mehreren Seiten eine oder mehrere verformbare Membran(en) 2. Der Grundkörper verfügt über einen Hohlraum 3 welcher mit pneumatischen oder hydraulischen Über- oder Unterdruck beaufschlagt werden kann. An geeigneten Stellen dieser Membran sind Einrichtungen zum Greifen (Greiffinger) 4, 5 und 6 angebracht. Die Zahl dieser Greifelemente kann beliebig gewählt werden.
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Bild 3 zeigt eine Ansicht eines Greifsystems mit Rückstelleinrichtung von vorne. Zentrales Element ist ein Grundkörper 1. Dieser Körper besitzt auf einer oder mehreren Seiten eine oder mehrere verformbare Membran(en) 2. Der Grundkörper verfügt über einen Hohlraum, welcher mit pneumatischen oder hydraulischen Über- oder Unterdruck beaufschlagt werden kann. An geeigneten Stellen dieser Membran sind Einrichtungen zum Greifen (Greiffinger) 3 angebracht. Die Zahl dieser Greifelemente kann beliebig gewählt werden. Bei einer Ausführung mit Rückstelleinrichtung können zwischen diesen Greiffingern elastische Elemente für die Rückstellung 4 angebracht werden.
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Bild 4 zeigt eine Ansicht eines für Schließbewegungen geeigneten Greifsystems von vorne. Drei Greifelemente (Greiffinger) 1, 2 und 3 können mittels des oben beschriebenen Mechanismus auf einen Körper zubeweget werden und diesen mittels der Greifflächen 4 umschließen. Die Zahl dieser Greifelemente kann beliebig gewählt werden. Bei einer Betätigung der Membran mit pneumatischen oder hydraulischen Über- oder Unterdruck kann dieser über Hohlfinger 5, 6 und 7 von einem Anschlusskörper 8 zu einem Membrankörper 9 geleitet werden. Die Zahl dieser Hohlfinger kann beliebig gewählt werden.
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Bild 5 zeigt eine Ansicht eines für Schließbewegungen geeigneten Greifsystems von hinten. Drei Greifelemente (Greiffinger) 1, 2 und 3 können mittels des oben beschriebenen Mechanismus auf einen Körper zubewegt werden. Die Zahl dieser Greifelemente kann beliebig gewählt werden. Bei einer Betätigung der Membran mit pneumatischen oder hydraulischen Über- oder Unterdruck kann dieser über Hohlfinger 4, 5 und 6 von einem Anschlusskörper 7 zu einem Membrankörper 8 geleitet werden. Die Zahl dieser Hohlfinger kann beliebig gewählt werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die ebenfalls vom Erfindungsgedanken Gebrauch machen und damit in den Schutzbereich fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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