DE3914583A1

DE3914583A1 - Mehrfachfingergreifer zur erfassung der greifkraft sowie raeumlicher reaktionskraefte und -momente

Info

Publication number: DE3914583A1
Application number: DE19893914583
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Ing Thom; Harald Dr Ing Diesing; Klaus-Ulrich Dr Rer Schmucker
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Ipea Institut fur Prozessadaptive und Erfahrungsg
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1989-05-03
Publication date: 1989-11-23
Also published as: ATA69489A; DD272250A1; AT395124B

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft und die räumlichen Reaktionskräfte und -momente, die während der Greif-, Handhabungs- und Montageprozesse an den Greifelementen wirken, mißt. Dieser sensorisierte Greifer wird für die

· Teile- und Werkzeugentnahme aus Vorrichtungen und Magazinen,
· kraftadaptive Fügevorgänge und
· kraftadaptive Bahnnachführung

verwendet. Der Einsatz derartiger Greifer läßt höhere Positio nierungstoleranzen zwischen Objekt und Zielpunkt des Industrie roboters zu und ist vorzugsweise für die Montage geeignet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der bekannten Literatur sind ausschließlich Greifer mit kraftsensorisierten Greifelementen hauptsächlich zur Messung der Greifkraft und mit beträchtlichen Funktionseinschränkungen für Reaktionskräfte beschrieben worden. Darüber hinaus werden variationsreiche Lösungen zur Erfassung der Reaktions- und Schnittkräfte mit Kraft-Moment-Sensoren beschrieben, die völlig vom Greifer getrennt und unmittelbar am Roboterhand flansch befestigt sind.

Mit im Greifelement befindlichen Kraftsensoren können zwar 3 orthogonale Kraftkomponenten erfaßt werden, jedoch ist die Auswertung nur durch schwierig zu ermittelnde zusätzliche Informationen wie z. B. Fingerposition, Greifkraftanteil, möglich. Solche Anordnungen sind in DE-OS 29 34 414, DD-PS 2 45 616 beschrieben worden. Diese Lösungen haben die Nachteile, daß

· sie die Baugröße/Abmessungen der Greifelemente ungünstig beeinflussen,
· sie durch ihre ungünstigen Abmessungen den Zugriff zu eng aneinanderliegenden Teilen unmöglich machen,
· ihre Funktionen bei Kollisionen der Greifelemente nicht mehr gewährleistet sind.

Der Einsatz eines separaten Kraft-Moment-Sensores zwischen Greifer und Roboterflansch zur Bestimmung der Reaktionskräfte am Effektor (Greifer) hat die Nachteile, daß

· der Abstand zwischen Meßstelle und dem Kraftwirkungsort zwangsläufig sehr groß ist,
· die gemessenen Kräfte sich aus den realen Reaktionskräften und der Greifermasse ergeben,
· die geometrischen Abmessungen des Greifers und der Abstand des Kraftwirkungsortes zum Sensor die Bestimmung der realen Reaktionskräfte erschweren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Greifer für Industrieroboter und Manipulatoren, der zusätzlich die Greifkraft, die Reaktions kräfte und -momente mißt. Dieser Greifer soll eine geringe Baugröße und kleine Meß- und Übertragungsfehler aufweisen, wobei der Meßwertgeber vor Kollision geschützt ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer mit integrierter Kraftmomentensensorik zu schaffen, der außer seiner eigentlichen Funktion Greifen noch den vollständigen Kraftsensor nahe dem Kraftwirkungsort bei der Objektaufnahme, Objektablage sowie während der Handhabung insbesondere beim Fügen von Teilen und Greifkontakt erfaßt, so daß mit diesen Meßdaten die Objekte kraftadaptiv gehandhabt werden können. Bei der Lösung dieser Aufgabe sollen die äußeren Abmessungen des Greifers und der Greifelemente nicht nachteilig beeinflußt werden. Der Meß- und Übertragungsfehler ist durch eine möglichst nahe Anordnung des Verformkörpers mit Meßwertgeber an die Greifelemente zu minimieren. Durch den Einbau des Sensors im Greifer wird dieser vor Zer störung infolge einer Kollision geschützt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Ver formkörper für einen sechskomponentigen Kraft-Moment-Sensor in eine Schnittstelle zwischen Gehäuse und kinematischer Kette des Mehrfingergreifers eingebunden wird. Dieser Greifmechanismus ist nach dem bekannten Prinzip des Zangengreifers aufgebaut, wobei die Greifelemente zueinander synchron parallele Bewegungen auf einer Kreisbahn, von einem Antrieb bewegt, ausführen. Die Verbindungen zwischen einem Greiferelement und dem als starr zu betrachtenden Innenring des Verformkörpers, sind über Achsen der zwei Glieder eines Parallelogrammlenkers dadurch gegeben, daß sich die Drehpunkte der Kniehebel der Parallelo grammlenker achsensymmetrisch und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring des Verformkörpers befinden. Dieser Innenring des Verformkörpers ist über elastische Elemente mit einem ebenfalls stabilen Außenring des Verformkörpers verbunden. Dieser Außenring ist am Greifergehäuse befestigt. Die Verformungen der elastischen Elemente, die bei Vorhandensein von Greifkraft und Reaktions kräften beim Handhabungsprozeß gegeben sind, werden durch den Meßwertgeber ermittelt und als Maß für die Bestimmung der Kräfte verwendet. Als Meßwertgeber können sowohl auf den elastischen Elementen befestigte Dehnungsindikatoren als auch für indirekte Messungen Meßwertgeber zur Ermittlung der Abstandsänderungen zwischen Außen- und Innenring verwendet werden.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen sind dargestellt

Fig. 1 die Schnittdarstellung eines Dreifingerparallelgreifers einschließlich eines Koordinatensystems bezüglich der Sensormeßebene,

Fig. 2 der Kulissenstein zur Zwangsführung eines Kniehebels des Parallelogrammlenkers,

Fig. 3 der Verformkörper des Kraft-Moment-Sensors.

Die synchronen Bewegungen der drei Greifelemente werden durch einen Schrittmotor 1 erzeugt. Der Schrittmotor 1 treibt über ein Schneckenradgetriebe 2 die Trapezspindel 3 an, auf der in ihrer Achsrichtung der zwangsgeführte Kulissenstein 4 entsprechend der Motordrehrichtung bewegt wird.

In den Kulissenstein 4 werden in den drei gleichmäßig am Umfang verteilt angeordneten Führungselementen 5 die Kniehebel 6 der drei Parallelogrammlenker zwangsgeführt. Die Drehpunkte 7 der Kniehebel 6 der Parallelogrammlenker sind achssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang auf den Innenring 8 des Verformkörpers verteilt angeordnet. Durch die geradlinige Bewegung des Kulissensteins 4 werden in den geneigten Führungsnuten 5 die Kniehebel 6 um den Drehpunkt 7 im Innenring 8 auf einer Kreisbahn bewegt, die der Schließ- bzw. Öffnungsbewegung der Greifelemente entsprechen. Der Außenring 10 des Verformkörpers ist an dem Greifergehäuse 11 befestigt. Der Außenring 10 ist mit dem Innen ring 8 des Verformkörpers über elastische Elemente 9, auf denen Dehnungsstreifen 12 zur Messung der Verformung geklebt sind, verbunden. Bei einem achssymmetrischen Greifprozeß werden über den Drehpunkt 7 des Kniehebels 6 nur Verformungen der elastischen Elemente 9 in positiver Z-Richtung erzeugt, die ein Maß für die wirkende Greifkraft ist. Bei unsymmetrischem Greifen entstehen noch zusätzliche Verformungen der elastischen Elemente 9 in den anderen Freiheitsgraden, die gemessen, verarbeitet und zur Korrektur der Unsymmetrie genutzt werden können.

Der nach dem Abschluß des Greifprozesses erfaßte Kraftzustand wird für die Messung der Reaktionskräfte am Effektor als Referenz vektor verwendet. Die durch äußere Kraftwirkungen zusätzlich erzeugten Verformungen der elastischen Elemente 9 werden wie bekannt mit Dehnmeßstreifen gemessen, verarbeitet und die Daten von den Kräften und Momenten der Steuerung übergeben.

Aufstellung der Formel- und Bezugszeichen

1 Schrittmotor
2 Schneckenradgetriebe
3 Trapezspindel
4 Kulissenstein
5 Führungselement
6 Kniehebel
7 Drehpunkt
8 Innenring
9 elastisches Element
10 Außenring
11 Greifergehäuse
12 Meßwertgeber

Claims

Mehrfingergreifer mit Erfassung der Greifkraft sowie räumlicher Reaktionskräfte und -momente, bestehend aus einem Greifergehäuse, einer Trapezspindel, einem zwangsge führten Kulissenstein mit Führungsnuten, in welchen die Kniehebel von Parallelogrammlenkern, an denen Greiffinger befestigt sind, geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehpunkte (7) der Kniehebel (6) der Parallelogrammlenker achssymmetrisch und gleichmäßig am Umfang verteilt auf dem Innenring (8) eines an sich bekannten Verformkörpers (8; 9; 10) befinden, dessen Außenring (10) am Greifergehäuse (11) befestigt ist, wobei der Innenring (8) mit dem Außenring (10) über elastische Elemente (9) verbunden ist und wobei Meßwertgeber (12) vor handen sind, die die Verformungen der elastischen Elemente (9) messen.