DE4101447C2 - Mehrfingergreifer mit Kraftsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrfingergreifer mit Kraftsensor, bei dem jeder Greiffinger exzentrisch an einem Stirnrad befestigt ist, das über ein Schneckenradgetriebe von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Jede Greiffingerwelle ist durch einen in eine Bohrung des Greifergrundkörpers hineinragenden drehbaren Bolzen verlängert. Sie bildet die gemeinsame Achse des jeweiligen Greiffingers und des zugehörigen Stirnrades und steht mit einem Verformkörper in Wirkverbindung, der mit Dehnungsmeßstreifen versehene Meßstege aufweist.

Die Handhabung zerbrechlicher, deformierbarer und massiver Teile erfordert die Bestimmung und Steuerung der Greiffingerkraftkomponenten während des Anpackens eines Teiles.

Die Anordnung der Greiffingereinheiten muß entsprechend den Greifflächen des zu handhabenden Teiles frei konfigurierbar sein, so daß unterschiedliche Teile, symmetrische und asymmetrische Teile, die nacheinander gegriffen werden, durch die adaptive Handhabung nicht zerbrechen, nicht deformiert werden oder durch die Greiffinger an ihrer Oberfläche beschädigt werden.

Es sind bereits Sensoren zur Bestimmung der Greifkraft bekannt, deren Funktion für die adaptive Greifkraftsteuerung verschiedener Greifer in Verbindung mit Handhabegeräten bzw. Industrierobotern genutzt wird.

In der Patentschrift DD-WP 2 45 616 ist der Greiffinger als elastisches Element gestaltet, auf dem Dehnungsmeßstreifen haften.

In der DE-OS 37 10 380 wird die Verwendung von Greifkraftsensoren mit einem Reibrad und einem Winkelgeber sowie mit Dehnungsmeßstreifen am Greifer vorgeschlagen, um auch biegeschlaffe Werkstücke zuverlässig montieren zu können.

Diese bekannten Anordnungen haben die gemeinsamen Nachteile, daß

• - sie die Baugröße/Abmessungen der Greiffinger ungünstig, nämlich vergrößernd beeinflussen,
• - sie durch ihre ungünstigen Baugrößen/Abmessungen den Zugriff zu eng aneinander liegender Teilen unmöglich machen,
• - ihre Funktionen bei Kollisionen der Greiffinger nicht mehr gewährleistet sind.

Es ist durch die Patentschrift DD-WP 2 67 696 weiterhin bekannt, einen speziellen Verformkörper zur Greifkraftmessung zu verwenden. Nachteilig bei dieser vorgeschlagenen Lösung ist es, daß der Verformkörper nur für Greifer einsetzbar ist, deren Greiffinger synchron angetrieben werden.

Der Verformkörper ist des weiteren konstruktiv so ausgebildet, daß kein zentrisch axialer Freiraum für die Installation von Hilfsvorrichtungen und Sensoren verbleibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Greiffingereinheiten für einen Mehrfingergreifer so zu konfigurieren, daß verschiedene Teile gegriffen und daß die Fingergreifkraftkomponenten mit dem Kraftsensor gemessen und gesteuert werden können, ohne daß die Abmessungen der Greiffinger vergrößert werden. Beim Greifen eng aneinander liegender Teile muß die Funktionsfähigkeit der Greiffinger nach einer Kollision der Greiffinger erhalten bleiben. Die Installation von Hilfsvorrichtungen oder Sensoren zur komplexeren Handhabung und zur Überwachung ist zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Jeder Greiffinger stellt ein autarkes, kompaktes Modul dar. Die in der kinematischen Kette des Greiffingers auftretenden Kraftkomponenten, die direkt am Greiffinger wirken, werden jeweils mittels eines Verformkörpers gemessen. Die Schnittstelle der Meßwerterfassung liegt zwischen den Stirnrädern. Der Greiffinger ist exzentrisch an der Greiffingerwelle befestigt. Durch die am Stirnrad wirkende Umfangskraft werden die Meßstege gebogen. Die dabei auftretenden kraftproportionalen Dehnungen und Meßstege werden durch Dehnungsindikatoren gemessen. Zweckmäßigerweise erfolgt der Antrieb der Greiffinger jeweils mit einem Schrittmotor über ein stark untersetzendes Schneckenradgetriebe, so daß eine große Feinfühligkeit der Greifkraftdosierung möglich ist. Durch die freie Konfigurierbarkeit der Greiffingermodule entsprechend den zu handhabenden Teilen ist die Möglichkeit gegeben, zwischen den Greiffingern Hilfsvorrichtungen und Sensoren zu installieren.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines 3-Fingergreifers mit symmetrisch angeordneten Greiffingermodulen,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Verformkörpers,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der symmetrischen Anordnung der Greiffingermodule.

Im Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand eines 3-Fingergreifers erläutert.

Die Greiffingermodule, im wesentlichen bestehend aus dem Greiffinger 6, der Greiffingerwelle 5, dem Schrittmotor 3.1, dem Schneckenradgetriebe 3.2, dem Stirnradpaar 4, dem Verformkörper 8, den Meßstegen 8.1, den Dehnungsmeßstreifen 11, sind als autonom steuerbare Einheiten symmetrisch auf der Ebene des Greifergrundkörpers 1 angeordnet (Fig. 3), so daß axial zum Greifer ein zentraler Freiraum 2 für die Installation von Hilfswerkzeugen und Sensoren entsteht.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, wird mit dem Schrittmotor 3.1 über das Schneckenradgetriebe 3.2 sowie das Stirnradpaar 4 die Greiffingerwelle 5 mit dem Greiffinger 6 angetrieben.

Der Greiffinger 6 ist direkt an der Greiffingerwelle 5 exzentrisch befestigt.

Die synchronen bzw. asynchronen Bewegungen der Greiffinger 6 - Öffnen bzw. Schließen - werden durch die autonomen identischen Steuereinheiten bewirkt. Die Arbeitsbereiche der Greiffinger 6 werden über Endschalter 7 (dargestellt in der Fig. 2) begrenzt, damit werden die Synchronlagen der Greiffinger 6 eingestellt. Im freiragenden Teil des Verformkörpers 8 (Fig. 2), der über Meßstege 8.1 am Greifergrundkörper 1 befestigt ist, ist die Greiffingerwelle 5 eingespannt. Die Greiffingerwelle 5 ist mit einem drehbaren Bolzen 9 (Fig. 1) so verlängert, daß er in eine Bohrung 10 des Greifergrundkörpers 1 mit einem allseitigen Spiel S = 0,3 mm hineinragt und bei einer Kollision als Anschlag dient.

Die vom Stirnrad 4 (Fig. 1) auf die Greiffinger 5 übertragene Kraft bewirkt eine Biegung der elastischen Meßstege 8.1 gegenüber dem fest eingespannten Teil des Verformkörpers 8 am Greifergrundkörper 1.

Die durch die Biegung sich ergebende Dehnung bzw. Stauchung der Meßstege 8.1 mit den Dehnungsmeßstreifen 11 (Fig. 2) wird über deren Widerstandsänderung gemessen. Die auftretende Meßspannung wird in dem nicht dargestellten Sensorsignalverarbeitungsblock über einen Mikroprozessor der Greiffingersteuerung verarbeitet. Da mit dem Verformkörper 8 eine hohe Auflösung der Kraftmessung erreicht wird, kann in Verbindung mit dem Schrittmotor 3.1 und dem hochuntersetzenden Schneckenradgetriebe 3.2 die Greifkraftkomponente eines Fingers feinfühlig dosiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Greifergrundkörper
2 Freiraum
3.1 Schrittmotor
3.2 Schneckenradgetriebe
4 Stirnradpaar
5 Greiffingerwelle
6 Greiffinger
7 Endschalter
8 Verformkörper
8.1 Meßstege
9 Bolzen
10 Bohrung
11 Dehnungsmeßstreifen/Dehnungsindikatoren

Claims (2)

1. Mehrfingergreifer mit Kraftsensor, bei dem jeder Greiffinger exzentrisch an einem Stirnrad befestigt ist, das über ein Schneckenradgetriebe von einem Antriebsmotor angetrieben wird, wobei jede Greiffingerwelle durch einen in eine Bohrung des Greifergrundkörpers hineinragenden drehbaren Bolzen verlängert ist und die gemeinsame Achse des jeweiligen Greiffingers und des zugehörigen Stirnrades bildet sowie mit einem Verformkörper in Wirkverbindung steht, der mit Dehnungs­ meßstreifen versehene Meßstege aufweist, die mit dem Greifergrundkörper verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Greiffinger (6) als kompaktes Modul ausgebildet ist und einen eigenen Antriebsmotor (3.1) mit zugehörigem Schneckenradgetriebe (3.2) aufweist, daß jede Greiffingerwelle (5) mittels Festlager in einem Verformkörper (8) angeordnet ist.

2. Mehrfingergreifer nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiffingermodule zueinander symmetrisch oder entsprechend den handzuhabenden Teilen konfiguriert auf einer Ebene des Greifergrundkörpers angeordnet sind.