DE60005587T2

DE60005587T2 - Vorrichtung für einen Handhabungsroboter und auf diese angewendetes Verfahren

Info

Publication number: DE60005587T2
Application number: DE60005587T
Authority: DE
Inventors: Yves Depeursinge; Pierre-Marcel Genequand; Mario El-Khoury; Remy Hoehener; Jean-Bernard Michel
Original assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Current assignee: Centre Suisse dElectronique et Microtechnique SA CSEM
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: FR2791592A1; FR2791592B1; US6431622B1; EP1043114B1; DE60005587D1; EP1043114A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen Roboter zum Handhaben von Gegenständen und ein Verfahren zum Handhaben von Gegenständen mit einem Roboter, der mit einer solchen Vorrichtung ausgerüstet ist.
Dieses Verfahren und diese Vorrichtung sind insbesondere bestimmt für Hochpräzisionsindustrien wie die Elektronikindustrie oder Uhrenindustrie.
Die Patentanmeldung DE 37 01 874 offenbart ein System für einen Roboter zum Handhaben von Gegenständen, mit:

– einem Greiferelement, das aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und mindestens eine Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand aufweist,
– Mitteln zum Kühlen des Greiferelementes, die in der Lage sind, die Zwischenfläche zwischen diesem Element und dem Gegenstand zu gefrieren und somit ihre Erstarrung herbeizuführen, welche Kühlmittel örtliche Mittel zum unmittelbaren Kühlen des Greiferelementes und periphere Mittel zum Kühlen der örtlichen Mittel aufweisen,
– Mitteln zum Erwärmen des Greiferelementes, die in der Lage sind, die Zwischenfläche zu verflüssigen und somit die Freigabe des Gegenstandes herbeizuführen, und

Dieses System erlaubt die Handhabung von Gegenständen großer Abmessungen wie textilen Gebilden mit relativ hohen Taktfolgen.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, ein System der oben angegebenen Gattung zu schaffen, welches zum Handhaben von Teilen sehr kleiner Abmessungen geeignet ist und das noch höhere Taktzeiten zu erreichen erlaubt.
Dieses Ziel der Erfindung wird erreicht mit einer Vorrichtung mit:

– einem Greiferelement, das aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und mindestens eine Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand aufweist,
– Mitteln zum Kühlen des Greiferelementes, die in der Lage sind, die Zwischenfläche zwischen diesem Element und dem Gegenstand zu gefrieren und somit ihre Er starrung herbeizuführen, welche Kühlmittel örtliche Mittel zum unmittelbaren Kühlen des Greiferelementes und periphere Mittel zum Kühlen der örtlichen Mittel aufweisen,
– Mitteln zum Erwärmen des Greiferelementes, die in der Lage sind, die Zwischenfläche zu verflüssigen und somit die Freigabe des Gegenstandes herbeizuführen, und
– Mitteln zum Steuern der Kühlmittel und der Erwärmungsmittel,

Dank dieses speziellen Aufbaus erhält man eine Vorrichtung, in der das Greiferelement eine sehr kleine Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand hat, während sie Oberflächen für einen thermischen Austausch mit den örtlichen Kühlmitteln hat, die ausreichend groß sind, um eine sehr rasche Kühlung des Greiferelementes zu ermöglichen.
Man erhält auf diese Weise eine Vorrichtung, die die Handhabung von Teilen sehr kleiner Abmessungen mit einer Taktfolge erlaubt, die sehr viel größer ist als die des Standes der Technik.
Die vorliegende Erfindung hat ferner zum Ziel, ein Verfahren zum Handhaben von Gegenständen zu schaffen, das auf die oben erwähnte Vorrichtung angewendet wird und im Kontext der industriellen Fertigung mit sehr hohen Taktfolgen geeignet ist.
Man erreicht dieses Ziel der Erfindung mit einem Verfahren zum Handhaben von Gegenständen mit einem Roboter, der mit einer Vorrichtung gemäß dem Vorstehenden ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist:

– Steuern der peripheren Kühlmittel in der Weise, dass die örtlichen Kühlmittel in einer Umgebung gehalten werden, in der die Temperatur nahe der Gefrier-/Abtautemperatur (Tgd) der Zwischenfläche liegt,
– Zuführen des Greiferelementes in einen Bereich oberhalb eines zu erfassenden Gegenstandes,
– Aktivieren der örtlichen Kühlmittel zum Gefrieren der Zwischenfläche, um den Gegenstand zu ergreifen,
– Transportieren des Gegenstandes von der Stelle, an der er ergriffen wurde, bis zu der Stelle, an der er abgelegt werden soll, und
– Aktivieren der Erwärmungsmittel zum Verflüssigen der Zwischenfläche, um den Gegenstand abzulegen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung hervor, in der:
1 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
2 eine schematische Längsschnittansicht der Vorrichtung der Erfindung ist (wobei die örtlichen und peripheren Kühlelemente in der gleichen Ebene dargestellt sind),
3 bis 5 Graphen der Steuersignale sind, die von den Steuermitteln der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzeugt wurden, und
6 ein Graph der Stärke eines elektrischen Stromes ist, mit dem die örtlichen Kühlelemente der Vorrichtung gemäß der Erfindung beaufschlagt wurden.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen identische oder sich entsprechende Elemente oder Gruppen von Elementen.
Es wird nun auf die 1 und 2 Bezug genommen, in denen ersichtlich ist, dass die Vorrichtung gemäß der Erfindung ein Gehäuse 1 aufweist, das vorzugsweise mit Kühlrippen 3 versehen ist.
Ein Paar gegenüberliegend angeordneter peripherer Kälteelemente 5, 7 ist im Inneren dieses Gehäuses montiert.
Ein Paar gegenüberliegend angeordneter Arme 9, 11 ist zwischen den beiden peripheren Kälteelementen 5, 7 montiert.
Ein Paar gegenüberliegend angeordneter örtlicher Kälteelemente 13, 15 ist zwischen den beiden Armen 9, 11 montiert.
Ein Greiferelement wie ein Kopf 17 ist zwischen den beiden örtlichen Kälteelementen 13, 15 montiert.
Die Vorrichtung kann einen Flansch 19 aufweisen, der angrenzend am Gehäuse 1 angeordnet ist und zur Aufnahme eines Schutzgehäuses (nicht gezeigt) dient.
Vorzugsweise sind der Greiferkopf 17 und das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15 vom Rest der Vorrichtung abkuppelbar, und zwar über Mittel (nicht gezeigt) im Zugriffsbereich des Fachmannes.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist ferner Mittel zum Messen der Temperatur der beiden Arme 9, 11 auf, die aus einem Thermoelement (nicht gezeigt) bestehen.
In der gleichen Weise weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung Mittel zum Messen der Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17 auf (nicht gezeigt). Diese Mittel können aus einem anderen Thermoelement oder vorteilhafterweise aus einem Thermistor bestehen, der die doppelte Funktion eines Thermometers und eines Heizelementes erfüllt.
Gemäß Varianten, die nicht dargestellt und in der französischen Patentanmeldung FR 2 725 651 beschrieben sind:

– kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung Mittel zum Zuführen eines Luftstroms und/oder einer Zwischenflächenflüssigkeit wie Wasser bis zum Ende 21 des Greiferkopfes 17 aufweisen;
– können Heizmittel wie ein Widerstand oder eine Spule oder eine Lichtleitfaser möglichst nahe an diesem Ende 21 angeordnet werden.

Der Abschnitt 23 des Greiferkopfes 17, der zwischen die beiden örtlichen Kälteelemente 13, 15 eingesetzt werden soll, kann eben sein, und sein Ende 21, das zum Ergreifen der Gegenstände dient, kann zylindrisch sein, wie dies dargestellt ist.
Typischerweise liegt die Länge dieses Kopfes zwischen 5 und 10 mm, und die Oberfläche seines Endes 21 liegt in der Größenordnung von Quadratmillimeter. Dieser Kopf ist aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit wie Kupfer oder synthetischer Diamant oder einer Kombination dieser beiden Materialien hergestellt.
Jedes der peripheren Kälteelemente 5, 7 und örtlichen Kälteelemente 13, 15 kann aus einem Peltier-Element gebildet sein, wie es dem Fachmann bekannt ist.
Die beiden Arme 9, 11 sind aus einem Material hoher thermischer Leitfähigkeit wie Kupfer hergestellt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dazu bestimmt, an einem Roboter 25 durch irgendein geeignetes Mittel im Zugriffsbereich des Fachmannes befestigt zu werden.
Die Paare peripherer Kälteelemente 5, 7 und örtlicher Kälteelemente 13, 15, die Heizelemente und der Roboter 25 sind durch ein Bündel elektrischer Kabel mit einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) verbunden.
Diese Steuerschaltung weist vor allem Mittel auf, um die beiden Arme 9, 11 auf einer im wesentlichen konstanten Temperatur zu halten.
Diese Mittel weisen typischerweise einen Regelkreis auf, der die Ist-Temperatur der beiden Arme 9, 11, wie sie von dem oben erwähnten Thermoelement gemessen wird, mit einer Bezugstemperatur vergleicht und am Ausgang ein Signal zum Aktivieren des Paares peripherer Kälteelemente 5, 7 liefert, um die Bezugstemperatur zu erreichen.
Diese Steuerschaltung weist im übrigen Mittel zum Anpassen der Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17 an verschiedene durchzuführende Vorgänge auf. Diese Mittel können vor allem einen Generator für ein periodisches Positionssignal P aufweisen, das von 0 zu 1 übergeht ab dem Augenblick, zu dem der Greiferkopf 17 über dem zu erfassenden Gegenstand angeordnet ist, und das auf 0 zurückgeht, wenn dieser Gegenstand einmal ergriffen, transportiert und abgelegt wurde.
Im gewählten Beispiel beträgt die Periode des Signals P ungefähr 6 Sek.
Dieses Signal ist in dem Graphen der 3 dargestellt, auf deren Abszissen die gemessene Zeit in Sekunden aufgetragen ist (was auch für die nachfolgend erwähnten Graphen gilt).
Die Mittel zum Anpassen der Temperatur des Greiferkopfes 17 an verschiedene durchzuführende Vorgänge weisen im übrigen einen Generator für eine Soll-Temperatur C auf (s. 4), deren Wert die Temperatur festlegt, die der Greiferkopf 17 während der Phasen des Ergreifens, Transportes und Ablegens des betreffenden Gegenstandes erreichen muss.
Wenn das Positionssignal P von 0 zu 1 übergeht, d. h. in dem Augenblick, in dem der Greiferkopf 17 oberhalb des zu ergreifenden Gegenstandes ankommt, geht die Soll-Temperatur C von einer Wartetemperatur Ta unterhalb einer Gefrier-/Abtautemperatur Tgd zu einer Greiftemperatur Ts, die kleiner als Ta ist, über.
Die Gefrier-/Abtautemperatur Tgd ist die Temperatur, bei der eine Substanz, die sich in der Zwischenfläche zwischen dem Ende 21 des Kopfes 17 und dem zu ergreifenden Gegenstand befindet, erstarrt oder sich verflüssigt.
Diese Substanz kann beispielsweise Wasser sein, das aus der umgebenden Feuchtigkeit herrührt, oder stattdessen Wasser, das durch die oben erwähnten Mittel, ggfs. in pulverisierter Form, bis zum Ende 21 herangeführt wurde.
Während des Transports des Gegenstandes durch den Greiferkopf geht die Soll-Temperatur C von der Temperatur Ts zu einer Transporttemperatur Tt über, die höher ist als die Wartetemperatur Ta und niedriger als die Gefrier-/Abtautemperatur Tgd.
Wenn das Signal P zu 0 zurückkehrt, d. h., wenn der transportierte Gegenstand am Ziel angekommen ist, steigt die Soll-Temperatur C bis zur Gefrier-/Abtautemperatur Tgd.
Einen kurzen Augenblick später (ungefähr eine Sekunde im gewählten Beispiel), wenn der transportierte Gegenstand abgelegt worden ist, kehrt die Soll-Temperatur C wieder zur Wartetemperatur Ta zurück.
Wenn man die umgebende Feuchtigkeit oder pulverisiertes oder flüssiges Wasser als Substanz der Zwischenfläche zwischen dem Greiferkopf und dem zu ergreifenden Gegenstand verwendet, können die oben erwähnten Temperaturen typischerweise folgende Werte haben:
Tgd = 0°C,
Ta = –7°C,
Ts = –10°C,
Tt = –4°C.
Schließlich weisen die Mittel zum Anpassen der Temperatur des Greiferkopfes 17 an verschiedene durchzuführende Vorgänge Mittel auf, um diesen Kopf auf die Temperatur der Soll-Temperatur C zu bringen.
Diese Mittel können typischerweise einen Regelkreis umfassen, der die Ist-Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17, wie er von dem oben erwähnten Thermoelement (oder Thermistor) gemessen wurde, mit der Soll-Temperatur C vergleicht und als Ausgangssignal ein Signal zum Aktivieren des Paares örtlicher Kälte elemente 13, 15 oder ein Signal zum Aktivieren der oben erwähnten Heizelemente (Thermistor, Widerstand, Spule, Lichtleitfaser) liefert, um die Soll-Temperatur C zu erreichen.
Im übrigen weist die oben erwähnte Steuerschaltung Mittel zum Führen der Verstellbewegungen des Roboters 25 im Verlauf der Handhabungen auf.
Diese Mittel können einen Generator für ein Verstellsignal D aufweisen (s. 5), dessen Wert anzeigt, wann der Roboter 25 aus seiner den betreffenden Gegenstand ergreifenden Position in seine diesen Gegenstand ablegende Position und umgekehrt verstellt werden muss.
Das Signal D geht von 0 zu 1 über, wenn die Soll-Temperatur C von der Greiftemperatur Ts zur Transporttemperatur Tt übergeht, d. h., wenn der Greiferkopf 17 den Gegenstand ergriffen hat.
Das Signal D kehrt von 1 zu 0 zurück, wenn die Soll-Temperatur C von der Gefrier-/Abtautemperatur Tgd zur Wartetemperatur Ta übergeht, d. h., wenn der Greiferkopf 17 den Gegenstand abgelegt hat.
Die Funktionsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung ergibt sich unmittelbar aus dem Vorstehenden.
Mit dem Regelkreis für das Paar peripherer Kälteelemente 5, 7 hält man die beiden Arme 9, 11 im wesentlichen auf der Gefrier-/Abtautemperatur Tgd.
Auf diese Weise hält man das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15 in einer Umgebung, deren Temperatur ebenfalls in Nähe der Temperatur Tgd liegt.
Die Kühlrippen 3 des Gehäuses 1 ermöglichen es, die von dem Paar peripherer Kälteelemente 5, 7 abgegebene Wärme nach außen abzuführen. Gemäß einer möglichen Variante kann man die abgeführten Kalorien durch einen Luftstrom austreiben, der beispielsweise von einer Wirbelvorrichtung erzeugt wurde.
Mit dem Regelkreis des Paares örtlicher Kälteelemente und der oben erwähnten Heizelemente (Thermistor, Widerstand, Spule, Lichtleitfaser) wird die Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17 an verschiedene Vorgänge des Greifens, Transportes und Ablegens des betreffenden Gegenstandes gemäß den im folgenden dargelegten Prinzipien angepasst.
Wenn vorgesehen wird, dass eine Zwischenflächensubstanz wie Wasser bis zum Ende 21 herangeführt wird, umfasst die Folge der nachstehend beschriebenen Vorgänge den vorausgehenden Schritt, den zu ergreifenden Gegenstand mit dieser Substanz zu besprühen.
Wenn die Soll-Temperatur C von der Wartetemperatur Ta zur Greiftemperatur Ts übergeht, wird das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15 aktiviert. Auf diese Weise gefriert man die, Zwischenfläche zwischen diesem Kopf und dem zu ergreifenden Gegenstand, was es ermöglicht, sie fest miteinander zu verbinden.
Wenn die örtlichen Kälteelemente 13, 15 Peltier-Elemente sind, erfolgt diese Aktivierung in der Weise, dass sie punktuell mit einem elektrischen "Kälte"-Strom I1 beaufschlagt werden, deren Messwerte in Ampere im Graphen der 6 dargestellt sind.
Dadurch, dass das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15 in einer Umgebung angeordnet ist, deren Temperatur permanent der Temperatur Tgd benachbart ist, erlaubt die Aktivierung dieser Elemente es, sehr rasch die Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17 unter die Temperatur Tgd sinken zu lassen.
Es ist hier zu beachten, dass ein Unterkühlungsphänomen auftreten kann, wenn die Temperatur des Endes 21 des Greiferkopfes 17 extrem abgesenkt wird, was somit ein Gefrieren der Zwischenfläche verhindert.
Die Gefahr, dass dieses Phänomen auftritt, vergrößert sich, wenn man eine Zwischenflächenflüssigkeit in pulverisierter Form verwendet.
Der Rückgriff auf ein Material wie synthetischer Diamant zum Umhüllen des Endes 21 des Greiferkopfes 17 oder um es insgesamt aus diesem herzustellen, ermöglicht es, das Unterkühlungsphänomen zu vermeiden.
Gemäß einer Variante lässt sich dieses Phänomen dadurch vermeiden, dass bestimmte Zusätze wie Jod der Zwischenflächenflüssigkeit beigegeben werden.
Wenn die Soll-Temperatur C von der Greiftemperatur Ts zur Transporttemperatur Tt übergeht, lässt man die Temperatur des Greiferkopfes 17 von selbst, unter der Wirkung der Temperatur der Umgebungsluft, ansteigen.
Hierzu werden weder das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15 noch die oben erwähnten Heizelemente aktiviert.
Vorausgesetzt, dass die Transporttemperatur Tt niedriger als die Gefrier-/Abtautemperatur Tgd ist, ist man sicher, dass die Zwischenfläche zwischen dem Grei ferkopf und dem Gegenstand gefroren bleibt und dass somit dieser Kopf sich verstellen kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich dieser Gegenstand löst.
Wenn die Soll-Temperatur C von der Transporttemperatur Tt zur Gefrier-/Abtautemperatur Tgd übergeht, aktiviert man die oben erwähnten Heizelemente. Auf diese Weise wird die Zwischenfläche zwischen diesem Kopf und dem transportierten Gegenstand verflüssigt, so dass dieser Gegenstand an der gewünschten Stelle abgelegt werden kann.
Gemäß einer Variante, die in Betracht kommt, wenn die örtlichen Kälteelemente 13, 15 Peltier-Elemente sind, kann der Greiferkopf 17 dadurch erwärmt werden, dass diese Elemente mit einem elektrischen "Heiz"-Strom beaufschlagt werden, in entgegengesetztem Sinn wie demjenigen des oben erwähnten "Kühl"-Stromes. Diese Möglichkeit hat den Nachteil eines rascheren Verschleißes dieser Elemente.
Die Tatsache, dass man die Temperatur des Greiferkopfes ausgehend von der Greiftemperatur Ts ansteigen lässt, erlaubt es, die Heizung dieses Kopfes bis zur Temperatur Tgd zu antizipieren und somit gewissermaßen augenblicklich die Zwischenfläche zwischen dem Kopf und dem Gegenstand zu verflüssigen, wenn man den letzteren ablegen möchte.
Wenn die Soll-Temperatur von der Gefrier-/Abtautemperatur Tgd zur Wartetemperatur Ta übergeht, aktiviert man erneut das Paar örtlicher Kälteelemente 13, 15. Wenn die örtlichen Kälteelemente 13, 15 Peltier-Elemente sind, verwirklicht man diese Aktivierung dadurch, dass sie erneut punktuell mit einem "Kühl"-Strom I2 beaufschlagt werden, der in 6 dargestellt ist.
Die Tatsache, dass man die Temperatur des Greiferkopfes 17 bis zur Haltetemperatur Ta absinken lässt, erlaubt es, die Kühlung dieses Kopfes bis zur Greiftemperatur Ts zu antizipieren und somit gewissermaßen augenblicklich die Zwischenfläche zwischen dem Kopf und dem Gegenstand zu gefrieren, wenn man den letzteren ergreifen möchte.
Wenn gemäß einer in Betracht kommenden Variante die örtlichen Kälteelemente 13, 15 Peltier-Elemente sind, kann man, um den Greiferkopf 17 rasch auf die gewünschte Temperatur zu bringen, ohne hierdurch durch seine thermische Trägheit bestraft zu werden, vorsehen, dass die Stromstärken der oben erwähnten "Kühl"- und "Heiz"-Ströme wahlweise einen großen Absolutwert Imax oder einen kleinen Abso lutwert Imin annehmen, je nachdem, ob der Unterschied zwischen der Ist-Temperatur des Kopfes und der Soll-Temperatur C groß oder nicht groß ist.
Um die Verstellbewegung des Roboters 25 zwischen der Stelle, an der der betreffende Gegenstand ergriffen werden soll, und der Stelle, an der er abgelegt werden soll, zu führen, verwendet man das Verstellsignal D.
Wenn dieses Signal 1 beträgt, verstellt man den Roboter 25 von der Stelle, an der der Gegenstand ergriffen wurde, zu der Stelle, an der er abgelegt werden soll. Wenn dieses Signal 0 beträgt, geht man umgekehrt vor.
Wie man dies jetzt verstehen kann, erlaubt die Vorrichtung gemäß der Erfindung aufgrund ihres Aufbaus die Verwendung eines Greiferkopfes 10, der eine kleine Kontaktfläche für einen Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand hat, während er Oberflächen für einen thermischen Austausch mit den örtlichen Kälteelementen 13, 15 hat, die ausreichend groß sind, um diesen Greiferkopf sehr rasch abzukühlen.
Man erhält auf diese Weise eine Vorrichtung, die die Handhabung von Teilen sehr kleiner Abmessungen mit einer Taktfolge erlaubt, die sehr viel größer als die des Standes der Technik ist.
Wie man gesehen hat, tragen weitere Faktoren zur Verkürzung der Kühl-/Heizzyklen des Greiferkopfes 17 bei:

– die "zweistufige" Konstruktion der Kühlmittel,
– die vorherige Einwirkung auf die Gefrier- und Abtautemperatur, was es erlaubt, die Verzögerungseffekte aufgrund der thermischen Trägheit des Greiferkopfes zu dämpfen, und
– in dem Fall, dass man Peltier-Elemente verwendet, den Einsatz von Strömen, deren Stromstärke je nach der zu überwindenden Temperaturdifferenz veränderlich ist, was es ebenfalls erlaubt, die unerwünschten Effekte aufgrund der thermischen Trägheit des Greiferkopfes zu dämpfen.

Man wird ferner feststellen, dass die Geometrie der Vorrichtung gemäß der Erfindung ohne weiteres für Vorgänge der Montage und Demontage des Greiferkopfes geeignet ist. So kann man im Gegensatz zu Systemen des Standes der Technik einen Greiferkopf durch einen anderen (unterschiedlich oder identisch ausgebildeten, je nach Sachlage) ersetzen, ohne dass die gesamte Vorrichtung ersetzt werden muss.
Alle diese Vorteile machen die Vorrichtung gemäß der Erfindung besonders geeignet im Kontext der industriellen Präzisionsfertigung mit sehr hohen Taktfolgen.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt ist, die lediglich als veranschaulichendes und nicht beschränkendes Beispiel gegeben wurde.
So könnte man beispielsweise mechanische Mittel (ein Finger, der von einem Elektromagneten gesteuert wird, ein Druckluftstrom ...) oder Ultraschall in Verbindung mit den oben erwähnten Heizmitteln verwenden, um das Lösen des transportierten Gegenstandes vom Greiferkopf zu unterstützen.
So könnte man auch Mittel vorsehen, die dazu dienen, einen vorzeitigen Fall des transportierten Gegenstandes zu detektieren.
Vorausgesetzt, dass festgestellt wurde, dass ein solcher Fall eine abrupte Temperaturänderung im Greiferkopf hervorrief, könnten diese Mittel eine Schaltung umfassen, mit der sich solche Temperaturänderungen detektieren lassen.
So könnte man auch Mittel vorsehen, die dazu dienen, jeglichen physischen Kontakt zwischen dem Greiferkopf und dem zu ergreifenden Gegenstand zu vermeiden.
Solche Mittel können sich als erforderlich erweisen, wenn der zu ergreifende Gegenstand extrem zerbrechlich ist.
Diese Mittel könnten beispielsweise eine Lichtleitfaser aufweisen, die im Inneren des Greiferkopfes angeordnet ist und eine Beobachtung von Änderungen der Brechungsindices in der Zwischenfläche zwischen diesem Kopf und dem zu ergreifenden Gegenstand erlaubt.
Gemäß einer anderen Variante könnten diese Mittel eine Schaltung zum Detektieren von Temperaturänderungen aufweisen, die durch einen Kontakt der Zwischenflächenflüssigkeit mit dem Greiferkopf unmittelbar vor dem Ergreifen des Gegenstandes auftreten (eine derartige Schaltung entspräche der vorstehend erwähnten).

Claims

Vorrichtung für einen Roboter (25) zum Handhaben von Gegenständen, mit: – einem Greiferelement (17), das aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist und mindestens eine Kontaktfläche (21) für einen Kontakt mit dem zu ergreifenden Gegenstand aufweist, – Mitteln zum Kühlen des Greiferelementes (17), die in der Lage sind, die Zwischenfläche zwischen diesem Element und dem Gegenstand zu gefrieren und somit ihre Erstarrung herbeizuführen, welche Kühlmittel örtliche Mittel (13, 15) zum unmittelbaren Kühlen des Greiferelementes (17) und periphere Mittel (5, 7) zum Kühlen der örtlichen Mittel (13, 15) aufweisen, – Mitteln zum Erwärmen des Greiferelementes (17), die in der Lage sind, die Zwischenfläche zu verflüssigen und somit die Freigabe des Gegenstandes herbeizuführen, und – Mitteln zum Steuern der Kühlmittel (5, 7; 13, 15) und der Erwärmungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlichen Kühlmittel zwei örtliche Kälteelemente (13, 15) aufweisen, die beidseitig zu dem Greiferelement (17) angeordnet sind, und dass die peripheren Kühlmittel zwei periphere Kälteelemente (5, 7) aufweisen, die mit den örtlichen Kälteelementen (13, 15) durch Arme (9, 11) verbunden sind, die aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit wie Kupfer gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Arme (9, 11) aufweist, die gegenüberliegend angeordnet und zwischen den peripheren Kälteelementen (5, 7) montiert sind, und dass die örtlichen Kälteelemente (13, 15) zwischen den beiden Armen (9, 11) montiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die örtlichen (13, 15) und peripheren (5, 7) Kälteelemente Peltier-Elemente sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den örtlichen Kälteelementen (13, 15) angeordnete Teil (23) des Greiferelementes (17) eben ist und dass das zum Ergreifen der Gegenstände dienende Ende (21) des Greiferelementes zylindrisch ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Greiferelement (17) und die beiden örtlichen Kälteelemente (13, 15) vom Rest der Vorrichtung abkuppelbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Greiferelement (17) aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, das aus der Gruppe Kupfer, synthetischer Diamant und einer Kombination dieser Materialien ausgewählt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmungsmittel so nahe wie möglich am Ende (21) des Greiferelementes (17) angeordnet sind und dass sie Elemente aufweisen, die aus der Gruppe der Thermistoren, Widerstände, Spulen und Lichtleitfasern ausgewählt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel Mittel aufweisen, um die örtlichen Kühlmittel (13, 15) und die Erwärmungsmittel auf eine Solltemperatur (C) zu regeln, die in Abhängigkeit von durchzuführenden Vorgängen definiert ist, und dass sie Mittel aufweisen, um die peripheren Kühlmittel (5, 7) auf eine Bezugstemperatur zu regeln, die nahe an der Gefrier-/Abtautemperatur (Tgd) der Zwischenfläche liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelmittel Temperaturmessmittel aufweisen, die aus der Gruppe der Thermoelemente und Thermistoren ausgewählt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Führen der Verstellbewegungen des Roboters (25) im Verlauf der Handhabungsvorgänge aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (1, 3) aufweist, um die von den peripheren Kühlmitteln (5, 7) freigesetzte Wärme nach außen abzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Abführen der Wärme aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem Gehäuse (1) mit Kühlrippen (3) und Luftstrommitteln besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um eine Zwischenflächenflüssigkeit bis zum Ende (21) des Greiferelementes (17) zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenflächenflüssigkeit Wasser ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um das Abnehmen eines von dem Greiferelement (17) transportierten Gegenstandes zu erleichtern.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnahmemittel aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einem von einem Elektromagneten gesteuerten Finger, Druckluft-Strömungsmitteln und Ultraschall besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Detektieren eines vorzeitigen Falls eines transportierten Gegenstandes aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektormittel eine Schaltung aufweisen, die in der Lage ist, Temperaturänderungen in dem Greiferelement (17) zu detektieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel aufweist, um jeglichen physischen Kontakt zwischen dem Greiferelement (17) und einem zu erfassenden Gegenstand zu vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Vermeiden jeglichen physischen Kontaktes ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus einer Lichtleitfaser, die im Inneren des Greiferelementes angeordnet und in der Lage ist, Änderungen des Brechungsindexes in der Zwischenfläche zu beobachten, und einer Schaltung, die in der Lage ist, die Temperaturänderungen im Greiferelement (17) zu detektieren.
Verfahren zum Handhaben von Gegenständen mit einem Roboter (25), der mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20 ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte aufweist: – Steuern der peripheren Kühlmittel (5, 7) in der Weise, dass die örtlichen Kühlmittel (13, 15) in einer Umgebung gehalten werden, in der die Temperatur nahe der Gefrier-/Abtautemperatur (Tgd) der Zwischenfläche liegt, – Zuführen des Greiferelementes (17) in einen Bereich oberhalb eines zu erfassenden Gegenstandes, – Aktivieren der örtlichen Kühlmittel (13, 15) zum Gefrieren der Zwischenfläche, um den Gegenstand zu ergreifen, – Transportieren des Gegenstandes von der Stelle, an der er ergriffen wurde, bis zu der Stelle, an der er abgelegt werden soll, und – Aktivieren der Erwärmungsmittel zum Verflüssigen der Zwischenfläche, um den Gegenstand abzulegen.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt umfasst, der darin besteht, die örtlichen Kühlmittel (13, 15) vor dem Ergreifen des Gegenstandes so zu aktivieren, dass die Zwischenfläche beim Ergreifen gewissermaßen augenblicklich gefroren wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt umfasst, der darin besteht, dass man das Greiferelement (17) sich mittels Umgebungsluft vor dem Ablegen des Gegenstandes wieder erwärmen lässt, derart, dass die Zwischenfläche beim Ablegen gewissermaßen augenblicklich verflüssigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, soweit sie von den Ansprüchen 3 und 8 abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt umfasst, der darin besteht, dass die Stärke des an die örtlichen Peltier-Elemente (13, 15) angelegten elektrischen Stroms in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Ist-Temperatur des Greiferelementes und der Soll-Temperatur (C) gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 24, soweit sie vom Anspruch 3 abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt zum Aktivieren der Erwärmungsmittel darin besteht, einen elektrischen "Erwärmungs"-Strom an die örtlichen Peltier-Elemente (13, 15) anzulegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, soweit sie von Anspruch 13 oder 14 abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt umfasst, der darin besteht, den Gegenstand mit der Zwischenflächenflüssigkeit zu besprühen, ehe der Gegenstand ergriffen wird.