EP4146442A1

EP4146442A1 - Greifvorrichtung zum transfer eines magnetischen dipolstabs

Info

Publication number: EP4146442A1
Application number: EP21723692.6A
Authority: EP
Inventors: Daniel WITSCH
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 2020-05-07
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2023-03-15
Also published as: US20230173689A1; WO2021224123A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs sowie einen Roboter mit einem Roboterarm, an dem die Greifvorrichtung befestigt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magazin zur Bereitstellung eines oder mehrerer magnetischer Dipolstäbe, ein System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs sowie die Verwendung des Systems. Die Greifvorrichtung für einen magnetischen Dipolstab weist einen Metallbolzen aus einem ferromagnetischen Material auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des magnetischen Dipolstabs. Der Metallbolzen kann mindestens zwei verschiedene Positionen einnehmen, wobei der Dipolstab in der ersten Position am vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs haftet und beim Übergang in die zweiten Position vom vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs abgestreift wird.

Description

Greifvorrichtung zum Transfer eines Magnetischen Dipolstabs

Die Erfindung betrifft eine GreifVorrichtung zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs sowie einen Roboter mit einem Roboterarm, an dem die GreifVorrichtung befestigt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magazin zur Bereitstellung eines oder mehrerer magnetischer Dipolstäbe, ein System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs sowie dessen die Verwendung des Systems.

Für viele chemische Versuche ist das Vermischen von Flüssigkeiten mit einem Magnetrührer die favorisierte Methode, um eine gute Durchmischung zu garantieren. Die Flüssigkeit wird in einem oder mehreren Probengefaßen auf eine Platte gestellt, unter der ein Magnet mit regelbarer Geschwindigkeit rotiert. Dieser Magnet wirkt auf einen zweiten, im Probengefaß befindlichen, meist stabförmigen Magneten, den magnetischen Dipolstab, und versetzt die Flüssigkeit über diesen in Bewegung. Der magnetische Dipolstab ist meist mit Kunststoff z. B. PTFE oder mit Glas ummantelt, um die Reibung zu mindern und ihn chemisch inert zu achen.

Im Faboralltag werden heutzutage viele Probengefäße parallel für Untersuchungen vorbereitet. Hierbei spielen Mikrotiterplatten, die jede an die hundert oder auch mehr Vertiefungen, sogenannte Wells, aufweisen, eine große Rolle. Ein typisches Beispiel sind die 96-Well- Mikrotiterplatten . Die Vertiefungen einer Mikrotiterplatte werden jeweils mit einer Flüssigprobe bestückt. Dies erfolgt durchweg automatisiert, um in kurzer Zeit einen hohen Durchsatz zu bewältigen.

Magnetische Dipolstäbe lassen sich nur schlecht in automatisierten Prozessen handhaben, da sie je nach Ausführung sehr klein sein können, zum Beispiel nur 10 mm lang bei 3 mm Durchmesser. Ihre Oberfläche ist im Allgemeinen rutschig, da zum Beispiel mit Teflon beschichtet. Außerdem haften mehrere magnetische Dipolstäbe aneinander aufgrund ihres Magnetismus. Insbesondere die magnetischen Eigenschaften lassen eine der üblichen Vereinzelungsmethoden zum Beispiel mittels Rütteltöpfen oder Sortierschnecken nicht zu. Auch ist aufgrund ihrer geringen Größe eine sichere Handhabung der magnetischen Dipol Stäbe durch universelle mechanisch-klemmende Greifer schwierig. Hinzu kommt, dass eine manuelle Vorkonfektionieren von Probengefaßen mit magnetischen Dipolstäben je nach Prozess nicht möglich ist. Durch den Magnetismus der magnetischen Dipolstäbe werden Eaborgeräte (z.B. Waagen) gestört werden, wenn nach der Positionierung der magnetischen Dipolstäbe im Probengefäß die vorbestimmte Menge an Flüssigprobe eingefüllt wird.

Bei der Automatisierung von Abläufen im Fabor, beispielsweise im Bereich der medizinischen Technik bzw. der Analytik oder im Bereich der Molekularbiologie und Humandiagnostik, sind seit einigen Jahren verschiedene Arten von Robotern in Gebrauch. Es handelt sich dabei vorwiegend um Systeme, bei denen ein Betätigungsende des Roboterarms längs dreier zueinander im Wesentlichen orthogonal verlaufender Raumachsen linear verschiebbar angeordnet ist (kartesische XYZ-Systeme). Solche Systeme werden beispielsweise von der Firma Tecan, Firma Beckmann, von der Firma Canberra Packard sowie von der Firma Rosys in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlicher Anzahl von Roboterarmen angeboten. Daneben sind jedoch auch Systeme im Verkauf, bei denen eine Roboterarm- Halterung längs einer Schiene linear verschiebbar. Ein Oberarmteil des Roboterarms ist an dieser Roboterarm- Halterung und ein Unterarmteil des Roboterarms an dem Oberarmteil verschwenkbar angeordnet. Solche Systeme werden beispielsweise von der Firma CRS in Kanada sowie von der Firma Zymark in den U.S.A. angeboten und sind im Faborbereich etabliert. Weitere bekannte und im Zusammenhang mit der Erfindung geeignete Robotertypen sind der horizontale Gelenkarmroboter (SCARA-Roboter = Selective Compliance Assembly Robot Arm) (Hersteller z.B. ABB Robotics, Dürr AG, Bosch Rexroth, Adept Technology, KUKA AG) oder ein Knickarmroboter.

Bei allen diesen Systemen muss der Roboterarm mit einer ganzen Reihe verschiedener Funktionseinheiten gekoppelt werden können, um die Proben in der gewünschten Weise behandeln zu können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine GreifVorrichtung zur Verbindung mit einem an sich bekannten Roboterarm bereitzustellen, und die geeignet ist magnetische Dipolstäbe automatisiert handzuhaben, um so die Probenvorbereitung effektiver zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß durch eine GreifVorrichtung für einen magnetischen Dipolstab, einen Roboter mit einer Greifvorrichtung für einen magnetischen Dipolstab, ein Magazin zur Bereitstellung von magnetischen Dipolstäben und ein System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs sowie dessen Verwendung gelöst.

Greifvorrichtune

Die GreifVorrichtung für einen magnetischem Dipolstab weist einen ferromagnetischen Metallbolzen auf. Der Durchmesser des Metallbolzens ist kleiner als der Durchmesser des magnetischen Dipolstabs. Am vorderen Ende des Metallbolzens befindet sich ein Haftbereich für den magnetischen Dipolstab. Die Haftung zwischen Metallbolzen und magnetischem Dipolstab erfolgt durch die Magnetkraft. Der Haftbereich zeichnet sich gegenüber den übrigen Bereichen des Metallbolzens allein dadurch aus, dass nur der Haftbereich in Kontakt mit dem magnetischen Dipolstab kommt. Der Metallbolzen kann mindestens zwei verschiedene Positionen einnehmen, wobei der Dipolstab in der ersten Position am vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs haftet und beim Übergang in die zweite Position vom vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs abgestreift wird.

Bevorzugt ist der Metallbolzen in einem Kanal beweglich gelagert und in seiner Fängsrichtung zwischen der ersten Position, der Aufnahmeposition, und der zweiten Position, der Abgabeposition, für den magnetischen Dipolstab verschiebbar. Optional kann der Metallbolzen eine Halteposition einnehmen, die zwischen der Aufnahmeposition und der Abgabeposition liegt.

Der Kanal befindet sich in einem Gehäuse und hat ein offenes Ende. Der Kanal weist einen Abschnitt, den sogenannten Bolzenführungsabschnitt auf, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des magnetischen Dipolstabs. Der Durchmesser des Bolzenführungsabschnitts ist so an den Durchmesser des Metallbolzens angepasst, dass dieser im Bolzenführungsabschnitt verschieblich ist und durch die Wände des Bolzenführungsabschnitts geführt wird.

In der Aufnahmeposition befindet sich der Haftbereich des Metallbolzens im Bereich des offenen Endes des Kanals und in der Abgabeposition befindet sich der Haftbereich im Bolzenführungsabschnitt.

Wenn sich das vordere Ende des Metallbolzens im Bereich des offenen Endes des Kanals befindet und der Haftbereich in die Nähe eines magnetischen Dipolstabs kommt, bleibt der magnetische Dipolstab durch die Magnetkraft am Haftbereich des Metallbolzens haften. Wenn der Metallbolzen im Kanal zurückgezogen und in die zweite eine Position gebracht wird, in der sich der Haftbereich im Bolzenführungsabschnitt befindet, dann kann der magnetische Dipolstab nicht folgen und wird vom Haftbereich getrennt.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich zwischen dem offenen Ende des Kanals und dem Bolzenführungsabschnitt ein Abschnitt, der sogenannten Aufnahmeabschnitt, dessen Durchmesser so an den Durchmesser des magnetischen Dipolstabs angepasst ist, dass dieser mit hinreichendem Spiel in den Aufnahmeabschnitt aufgenommen werden kann. Der Durchmesser des Aufnahmeabschnitts ist bevorzugt so bemessen, dass der Durchmesser des Aufnahmeabschnitts bei 102% bis 120% des Durchmessers des magnetischen Dipolstabs liegt. Durch die Verringerung des Durchmessers des Kanals vom Aufnahmeabschnitt zum Bolzenführungsabschnitt ergibt sich eine Kante, die im Folgenden als Abstreifkante bezeichnet wird. Die Länge des Aufnahmeabschnitts ist bevorzugt so bemessen, dass die Länge des Aufnahmeabschnitts im Bereich von 80 bis 150 % der Länge des magnetischem Dipolstabs liegt. In dieser Ausführungsform kann der Metallbolzen in dem Kanal auch eine Position einnehmen, in der sich der Haftbereich im Aufnahmeabschnitt befindet. Dies ist die Halteposition.

Das hintere Ende des Metallbolzens ist mit einem Mittel zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung zum Vorschub und Rückzug des Metallbolzens im Kanal verbunden. Das Mittel zur Erzeugung der translatorischen Bewegung kann einen Linearmotor, einen Schrittmotor oder einen Servo-Motor eventuell mit entsprechendem Getriebe umfassen.

In einer weiteren Ausführungsform weist das hintere Ende des Metallbolzens eine Verbreiterung seines Durchmessers auf, wobei der Metallbolzen im Bereich der Verbreiterung einen kreisförmigen, quadratischen, achteckigen oder beliebig anderen Querschnitt haben kann. In diesem Fall schließt sich im Kanal an den Bolzenführungsabschnitt ein sogenannter Rückzugsabschnitt an, der einen der Verbreiterung entsprechenden vergrößerten Durchmesser im Vergleich zum Bolzenführungsabschnitt sowie einen entsprechend an den Metallbolzen angepassten Querschnitt aufweist, so dass sich zwischen Rückzugsabschnitt und Bolzenführungsabschnitt eine Kante ergibt, die im Folgenden als Anschlagskante bezeichnet wird. In der Aufnahmeposition würde dann eine Seite der Verbreiterung an der Anschlagskante anliegen und die maximal mögliche Verschiebung des Metallbolzens in Richtung des offenen Endes des Kanals definieren. Weiterhin kann sich in der Verbreiterung des Metallbolzens auch die Verbindung zu einer Motorwelle z.B. ein Schraubgewinde befinden.

Optional kann ein Sensor oder Schalter, der auf ein Magnetfeld reagiert, auf der Außenseite des Gehäuses im Bereich des Aufnahmeabschnitts des Kanals angebracht sein zur Erkennung, ob sich ein magnetischer Dipolstab im Aufnahmeabschnitt befindet. Ein solcher Schalter kann zum Beispiel ein Reed-Kontakt sein.

Die GreifVorrichtung kann fest oder abnehmbar mit dem Arm eines Roboters verbunden sein.

Roboter

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Roboter mit einem Roboterarm, an dem fest oder abnehmbar die oben beschriebene GreifVorrichtung befestigt ist. Der Roboter umfasst bevorzugt ein Steuerungssystem zum Ansteuem des Roboterarms und der Greifvorrichtung .

Die Steuerung erfolgt über ein Steuerungssystem/Controller mit einer programmierten Steuerungslogik, das über bekannte elektronische Kommunikationsmöglichkeiten einerseits mit dem Roboterarm und andererseits mit den elektronischen Komponenten der GreifVorrichtung in Verbindung steht. Das Steuerungssystem umfasst einen Prozessor, einen Speicher und die Kommunikationskomponente. Die Positionen des Magazins und der Vertiefungen sind ebenso gespeichert wie die Zielpositionen, zu denen die magnetischen Dipolstäbe transportiert werden sollen.

Die Steuerung der Bewegung des Metallbolzens in den verschiedenen Phasen des Transfers des magnetischen Dipolstäbchens erfolgt durch ein Zusammenspiel zwischen einer mit dem Motor verbundenen Sensorik und der Motorsteuerung. Dazu dient eine Positionsregelung. Über einen Endlagensensor wird eine Anfangsposition des Motors und damit des Metallbolzens bestimmt und darauf basierend fährt der Motor nach entsprechender Ansteuerung durch die Motor-Regelelektronik den Metallbolzen in die Aufnahmeposition, Halteposition und Abgabeposition. Die Anfangsposition kann mit der Abgabeposition übereinstimmen. Ist ein Magnet-Sensor auf der Außenseite des Kanals im Bereich des Aufnahmeabschnitts angebracht, so werden dessen Signale ebenfalls über die Steuerungslogik verarbeitet.

Magazin

Die magnetischen Dipolstäbe werden bevorzugt in einem Magazin bereitgestellt. Das Magazin umfasst eine Platte aus einem nicht-magnetischen Material mit einer Oberseite und einer Unterseite. Der Durchmesser der Vertiefungen ist so bemessen, dass die magnetischen Dipolstäbe mehr oder weniger aufrecht in den Vertiefungen stehen also ein großes Spiel haben. Dafür sollte der Durchmesser der Vertiefungen im Bereich von 105% bis 220% des Durchmessers der magnetischen Dipolstäbe betragen. Je größer der Durchmesser der Vertiefungen, umso einfacher und schneller ist die manuelle Bestückung des Magazins. Bevorzugt sollte der Durchmesser der Vertiefüngen im Bereich von 1 mm bis 2,5 mm größer sein als der Durchmesser eines magnetischen Dipolstabs.

Die Tiefe der Vertiefüngen sollte bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm kleiner sein als die Länge eines magnetischem Dipolstabs.

Bevorzugt sind die Vertiefüngen im Magazin in regelmäßigen Reihen und Spalten angeordnet. Dabei sollte ein Mindestabstand der einzelnen Vertiefüngen zueinander eingehalten werden, damit nicht mehrere magnetischen Dipolstäbe gleichzeitig von dem Metallbolzen der Greifvorrichtung angezogen werden, wenn dieser sich über einer Vertiefüng befindet. Der Mindestabstand sollte umso größer sein, je größer die Magnetstärke der magnetischen Dipolstäbe ist. Eine gewisse Orientierung bietet der Durchmesser der magnetischen Dipolstäbe. Der Mindestabstand der einzelnen Vertiefüngen zueinander sollte mindestens dem dreifachen, bevorzugt dem vierfachen und besonders bevorzugt dem fünffachen Durchmesser eines magnetischen Dipolstabs entsprechen.

System

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs aufweisend einen oben beschriebenen Roboter mit einem Roboterarm, an dem die erfmdungsgemäße GreifVorrichtung befestigt ist, und ein oben beschriebenes Magazin.

Verwendung

Zur Durchführung eines Transfers eines magnetischem Dipolstabs in ein Zielgefäß wird das System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs aufweisend einen oben beschriebenen Roboter mit einem Roboterarm, an dem die erfmdungsgemäße Greifvorrichtung befestigt ist, und ein oben beschriebenes Magazin, verwendet. Die Durchführung des Transfers wird im Folgenden beschrieben:

Durch den Roboterarm wird die GreifVorrichtung mit dem offenen Ende des Kanals über eine Vertiefung des Magazins gebracht, in der sich ein magnetischer Dipolstab befindet. Der Metallbolzen befindet sich in der Aufhahmeposition. Wenn sich das offene Ende des Kanals und damit das vordere Ende des Metallbolzens in unmittelbarer Nähe der Vertiefung befindet richtet sich der magnetische Dipolstab senkrecht aus. Wenn ein Mindestabstand zwischen dem vorderen Ende des Metallbolzens und dem magnetischen Dipolstab unterschritten wird, dann haftet der magnetische Dipolstab mit einem Ende am Haftbereich am vorderen Ende des Metallbolzens. Nun wird der Metallbolzen in die Halteposition zurückgezogen und zieht damit den magnetischen Dipolstab in den Aufnahmeabschnitt des Kanals. Sofern außen am Aufhahmeabschnitt ein Magnetsensor vorhanden ist, würde dieser jetzt die Anwesenheit des magnetischen Dipolstabs im Kanal detektieren. Der Roboterarm bewegt die GreifVorrichtung über die Zielposition. Der Metallbolzen wird nun in die Abgabeposition zurückgezogen. Dabei schlägt der magnetische Dipolstab an der Abstreifkante an und wird vom Haftbereich am vorderen Ende des Metallbolzens getrennt. Der magnetische Dipolstab fällt der Schwerkraft folgend senkrecht in die Zielposition. Ein vorhandener Magnetsensor würde nun detektieren, dass sich kein magnetische Dipolstab mehr im Aufnahmeabschnitt befindet.

Auf diese Art und Weise können nacheinander magnetische Dipolstäbe aus dem Magazin zu einer Zielposition transferiert werden.

Mit einem erfmdungsgemäßen System kann der Transfer magnetischer Dipolstäbe automatisiert durchgeführt werden.

Figuren und Beispiele

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Möglichkeit zur automatisierten Probenvorbereitung mit magnetischen Dipolstäben bereitgestellt, die mit einem Roboter ausgeführt werden kann. Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel und an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 Erfindungsgemäße GreifVorrichtung;

Fig. 2 Steuerungssystem für die GreifVorrichtung;

Fig. 3 Seitenansicht eines Magazins für magnetische Dipolstäbchen;

Fig. 4 Draufsicht auf ein Magazin für magnetische Dipolstäbchen; Fig. 5a - 5i Funktionsweise der Greifvorrichtung

Referenzzeichen

10 - GreifVorrichtung 15 - magnetischer Dipolstab 20 - Bolzengehäuse

21 - Kanal

22 - offenes Ende

23 - Aufnahmeabschnitt

24 - Abstreifkante 25 - Bolzenführungsabschnitt

26 - Rückzugsabschnitt

27 - Anschlagskante

30 - Metallbolzen

31 - Haftbereich 32 - Verbindung

35 - Magnetsensor

40 - Motorgehäuse

41 - Verbindungsplatte

42 - Motor 43 - Motorwelle

46 - Endstück

45 - Mikroschalter 44 - Betätigungshebel

46 - Kontakt

47 - Justierschraube 50 - Magazin 51 - Oberseite

52 - Unterseite

53 - Vertiefung 55 - Zielgefäß

60 - Steuerungssystem 61 - Steuerungslogik

62 - Positionsregelung

64 - Digitaleingangselektronik

65 - Motor-Regelelektronik

66 - Digitaleingangselektronik 67 - Endlagensensor

422 - Linear Motor 355 - Reed-Sensor 70 - Roboterarm

In Fig. 1 zeigt die erfmdungsgemäße GreifVorrichtung 10. Sie umfasst ein Bolzengehäuse 20 eine Verbindungsplatte 41, an der das Bolzengehäuse 20 befestigt ist, und ein Motorgehäuse 40, das auf der dem Bolzengehäuse 20 gegenüberliegenden Seite der Verbindungsplatte 41 befestigt ist.

Das Bolzengehäuse 20 weist einen Kanal 21 auf, der in die drei Abschnitte Aufnahmeabschnitt 23, Bolzenführungsabschnitt 25 und Rückzugsabschnitt 26 unterteilt ist. Der Kanal hat an einer Seite ein offenes Ende 22 und endet mit der dem offenen Ende 22 gegenüberliegenden Seite an der Verbindungsplatte 41. Der Aufnahmeabschnitt ist von seinen Dimensionen her so bemessen, dass er einen magnetischen Dipolstab 15 mit hinreichendem Spiel in sich aufnehmen kann. Hinreichendes Spiel meint, dass der Durchmesser des Aufhahmeabschnitts so bemessen ist, dass er dem maximalen Durchmesser eines Dipolstabs 15 unter Berücksichtigung der statistischen Streuung des zu Grunde liegenden Fertigungsprozesses der verwendeten Dipolstäbe 15 und eventuell anhaftender Verunreinigungen zuzüglich eines Luftspaltes von mindestens 0,2 mm entspricht.

Da der Durchmesser des Aufhahmeabschnitts 23 größer ist als der Durchmesser des Bolzenführungsabschnitts 25 befindet sich zwischen Aufhahmeabschnitt 23 und Bolzenführungsabschnitt 25 eine Abstreifkante 24. Durch die Abstreifkante 24 wird ein Einbringen des magnetischen Dipolstabs 15 in den Bolzenführungsabschnitt 25 verhindert. In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Durchmesser des Rückzugsabschnitts 26 größer als der Durchmesser des Bolzenführungsabschnitts 25, so dass zwischen dem Rückzugsabschnitt 26 und dem Bolzenführungsabschnitt 25 eine Anschlagskante 27 gebildet wird. Außen am Bolzengehäuse 20 befindet sich im Bereich des Aufhahmeabschnitts ein Magnetsensor 35.

In dem Kanal 21 ist ein Metallbolzen 30 beweglich gelagert. Das vordere Ende des Metallbolzens 30, das zum offenen Ende des Kanals 22 zeigt, wird im Folgenden als Haftbereich 31 bezeichnet. Da der Metallbolzen 30 aus einem ferromagnetischen Material besteht, kann ein magnetischer Dipolstab 15 an dem Haftbereich 31 haften. Das dem Haftbereich 31 entgegengesetzte Ende des Metallbolzens 30 bildet die Verbindung 32 zur Motorwelle 43. In der gezeigten Ausführungsform hat der Metallbolzen 30 im Bereich der Verbindung 32 zur Motorwelle 43 einen vergrößerten Durchmesser (Verbreiterung). Dieser ist an den Innendurchmesser des Rückzugsabschnitts 26 angepasst und erlaubt eine maximale Verschiebung des Metallbolzens 30 in Richtung des offenen Endes des Kanals 21 bis zu der Position, an der die Verbindung 23 zu Motorwelle 43 an der Anschlagskante 27 anschlägt. In dieser Position befindet sich der Haftbereich 31 im Bereich des offenen Endes 22 des Kanals 21 (Fig. 5a-c).

Das Motorgehäuse 40 befindet sich auf der dem Bolzengehäuse 20 gegenüberliegenden Seite der Verbindungsplatte 41. Die Verbindungsplatte 41 hat eine hier nicht gezeigte Öffnung, durch die die Motorwelle 43 in den Rückzugsabschnitt 26 des Kanals 21 ragt.

Das Motorgehäuse 40 weist einen Motor 42 mit einer Motorwelle 43 sowie einen Mikroschalter 45 und einen Teil der Elekronik-Bauteile gemäß auf Fig. 2 auf (letztere sind nicht gezeigt). Der Mikroschalter hat einen Betätigungshebel 44, der bei Druck auf den Betätigungshebel mit einem Kontakt 46 in Verbindung gebracht werden kann. Der Mikroschalter 45 ist im Bereich des Endstücks 46 der Motorwelle 43 so angeordnet, dass das Endstück 46 der Motorwelle 43 bei einer bestimmten Rückzugsposition der Motorwelle 43 den Mikroschalter 45 durch Druck auf den Betätigungshebel 44 betätigt. Diese Rückzugsposition kann über die Justierschraube 47 eingestellt werden. Mit der Justierschraube 47 kann der Abstand zwischen Motor 42 und dem Mikroschalter 45 eingestellt werden.

Bei einer ersten Justierfahrt des Motors 42 wird die Motorwelle 43 in die Rückzugsposition gebracht, bei der der Mikroschalter 45 durch Druck auf den Betätigungshebel 44 betätigt wird. Sobald die Steuerung dieses Signal erhält, wird diese Position der Motorwelle 43 als Nullposition der Achse gespeichert. Von dieser Nullposition aus werden alle Bewegungsschritte der Motorwelle 43 berechnet. Der Motor 42 bzw. die Motorsteuerung erkennt auf Basis des Inkrementalgebers/Motors oder des internen Positionsreglers (ohne Sensor) die aktuelle Position des Motors.

Fig. 2 gibt einen Überblick über das Steuerungssystem 60 für die erfmdungsgemäße Greifvorrichtung 10. Es umfasst einen Prozessor und einen Speicher, die nicht separat dargestellt sind. Der Prozessor ist geeignet einen Programmcode abzuarbeiten, der die Greifvorrichtung 10 gemäß dem in Fig. 5 a - h gezeigten Ablauf steuert. Eine entsprechende Programmierung ist dem Fachmann geläufig.

Der Programmcode enthält die Steuerungslogik 61. Diese koordiniert die Steuerbefehle an den Roboterarm 70, mit dem die GreifVorrichtung 10 verbunden ist, und die Positionsregelung 62 für den Motor 42, der den Metallbolzen 30 bewegt. Der Motor 42 ist im Ausführungsbeispiel ein Linear-Motor 422. Die Positionsregelung enthält über die Digitaleingangselektronik 66 Signale vom Endlagensensor 67. Der Endlagensensor 67 ist nichts anderes als die funktionale Beschreibung des Mikroschalters 45. Die Position der Motorwelle 43 bzw. des Endstücks 46 der Motorwelle 43, in der diese den Kontakt am Mikroschalter 45 herstellt, ist die Ausgangsposition / Endlage für die Bewegung des Motors 42, 422 und damit des Metallbolzens 30 in die verschiedenen vorgegebenen Positionen wie Aufnahmeposition, Halteposition und Abgabeposition. Die Endlage stimmt in der hier gezeigten Ausführungsform mit der Abgabeposition des Metallbolzens 30 überein. Über die Justierschraube 47 können diese verschiedenen Positionen justiert, d.h. vor oder zurückgeschoben werden. Die Positionsregelung steuert über die Motor-Regelelektronik 65 (Encoder/Inkrementalgeber) den Linear-Motor 422 und damit die Positionierung des Metallbolzens 30.

Vom im Ausführungsbeispiel vorhandenen Reed-Sensor 355 erhält die Steuerungslogik 61 Eingangssignale dazu, ob sich ein magnetischer Dipolstab 15 gerade im Aufnahmeabschnitt 23 des Kanals 21 befindet oder nicht. Sollte sich zum falschen Zeitpunkt ein bzw. kein magnetischer Dipolstab 15 im Aufnahmeabschnitt befinden, könnte das Steuerungssystem 60 entsprechend reagieren.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen das Magazin 50 für die magnetischen Dipolstäbe 15 von der Seite bzw. von oben. Das Magazin 50 ist eine Platte aus einem nicht-magnetischen Material mit einer Oberseite 51 und einer Unterseite 52. Das Magazin 50 weist auf seiner Oberseite 51 Vertiefungen 53 auf. Die Vertiefungen 53 sind in regelmäßigen Reihen 1 ... m und Spalten 1 ... n angeordnet. In den Vertiefungen 53 stehen die magnetischen Dipolstäbe 15 mehr oder weniger aufrecht, denn der Durchmesser A der Vertiefungen hegt im Bereich von 110% bis 220% des Durchmessers der magnetischen Dipolstäbe 15. Oder anders ausgedrückt ist der Durchmesser der Vertiefungen A im Bereich von 1 mm bis 2,5 mm größer als der Durchmesser eines magnetischen Dipolstabs 15.

Der Abstand des Bodens 54 der Vertiefungen von der Oberseite 51 des Magazins 50 (= Tiefe C) ist im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm kleiner sein als die Länge eines magnetischem Dipolstabs. Dies führt zu einem entsprechenden Überstand B Dipolstäbe 15 über die Oberseite 51 des Magazins 50.

In Fig. 5a - 5h ist der Ablauf des Transfers eines magnetischem Dipolstabs und Abgabe in ein Zielgefäß 55 gezeigt. Der magnetische Dipolstab 15 befindet sich in der Vertiefung 53 eines Magazins 50. Die GreifVorrichtung 10 ist an einem beweglichen Arm eines Roboters (nicht gezeigt) befestigt. Das Magazin 50 und das Zielgefäß 55 befinden sich an vorbestimmten Positionen im Raum. Der Metallbolzen 30 befindet sich in der Aufnahmeposition. Der Haftbereich 31 des Metallbolzens 30 befindet sich im Bereich des offenen Endes 22 des Kanals 21. Die Verbindung 32 zur Motorwelle 43 liegt an der Anschlagskante 27. Durch den Arm eines Roboters wird die GreifVorrichtung 10 mit dem offenen Ende 22 des Kanals 21 über eine Vertiefung 53 des Magazins 50 gebracht, in der sich ein magnetischer Dipolstab 15 befindet (Fig. 5a).

Im nächsten Schritt wird die GreifVorrichtung 10 vom Arm eines Roboters abgesenkt, so dass sich der Haftbereich 31 unmittelbar über einem magnetischen Dipolstab 15 befindet. Der magnetische Dipolstab 15 richtet sich der Magnetkraft folgend senkrecht aus, während der benachbarte magnetische Dipolstab 15 wegen der größeren Entfernung zum Metallbolzen 30 nicht beeinträchtigt wird (Fig. 5b).

Wenn nach einer weiteren geringfügigen Absenkung der GreifVorrichtung 10 ein Mindestabstand zwischen dem Haftbereich 31 und dem magnetischen Dipolstab 15 unterschritten wird, haftet der magnetische Dipolstab 15 mit seinem oberen Ende am Haftbereich 31 (Fig. 5c).

Nun wird der Motor 42 aktiviert, um mit Hilfe der Motorwelle 43 den Metallbolzen 30 von der Aufhahmeposition in die Halteposition zurückzuziehen und damit den magnetischen Dipolstab 15 in den Aufhahmeabschnitt 23 des Kanals 21 zu bringen (Fig. 5d).

Der Magnetsensor 35, der außen am Aufhahmeabschnitt 23 vorhanden ist, detektiert die Anwesenheit des magnetischen Dipolstabs 15 im Aufhahmeabschnitt 23 des Kanals 21 (Fig. 5e).

Der Arm eines Roboters bewegt nun die Greifvorrichtung 10 über das Zielgefäß 55 (Fig. 5f).

Nun wird der Motor 42 aktiviert, um mit Hilfe der Motorwelle 43 den Metallbolzen 30 von der Halteposition in die Abgabeposition zurückzuziehen (Fig. 5g). Während der Metallbolzen 30 in die Abgabeposition zurückgezogen wird, bei der sich der Haftbereich 31 im Bolzenführungsabschnitt 25 befindet, schlägt der magnetische Dipolstab 15 an der Abstreifkante 24 an und wird vom Haftbereich 31 getrennt. Der magnetische Dipolstab 15 fällt der Schwerkraft folgend senkrecht in das Zielgefaß 55. Der Magnetsensor 35 detektiert, dass sich kein magnetische Dipolstab 15 mehr im Aufhahmeabschnitt 23 befindet.

Der Aufhahmeabschnitt 23 und die Abstreifkante 24 sind in Fig. 5i vergrößert dargestellt.

Claims

Ansprüche:

1. GreifVorrichtung für einen magnetischen Dipolstab aufweisend einen Metallbolzen aus einem ferromagnetischen Material mit einem vorderen und einem hinteren Ende, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des magnetischen Dipolstabs, wobei der Metallbolzen mindestens zwei verschiedene Positionen einnehmen kann und der Dipolstab in der ersten Position am vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs haftet und beim Übergang in die zweite Position vom vorderen Ende des magnetischen Dipolstabs abgestreift wird.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung ein Gehäuse mit einem Kanal aufweist, der ein offenes Ende hat und einen Abschnitt, den sogenannten Bolzenführungsabschnitt, aufweist, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des magnetischen Dipolstabs; wobei der Metallbolzen in dem Kanal in Längsrichtung beweglich gelagert ist und sich in der ersten Position das vordere Ende des Metallbolzens im Bereich des offenen Endes des Kanals befindet und sich in der zweiten Position das vordere Ende des Metallbolzens im Bolzenführungsabschnitt befindet.

3. Greifvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal zwischen seinem offenen Ende und dem Bolzenführungsabschnitt, einen Kanalabschnitt, den sogenannten Aufnahmeabschnitt, aufweist, dessen Durchmesser so an den magnetischen Dipolstab angepasst ist, dass dieser mit hinreichendem Spiel in den Aufnahmeabschnitt aufgenommen werden kann.

4. GreifVorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbolzen eine weitere Position einnehmen kann, bei der sich das vordere Ende des Metallbolzens im Aufnahmeabschnitt befindet.

5. GreifVorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Aufnahmeabschnitts im Bereich von 80 % bis 150 % der Länge des magnetischem Dipolstabs liegt und der Durchmesser des Aufnahmeabschnitts bei 102% bis 120% des Durchmessers des magnetischen Dipolstabs liegt.

6. GreifVorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallbolzen mit dem hinteren Ende mit einem Mittel zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung verbunden ist.

7. GreifVorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Mittel zur Erzeugung einer translatorischen Bewegung um einen Motor, bevorzugt um einen Linearmotor, Schrittmotor oder einen Servo-Motor mit entsprechendem Getriebe handelt.

8. GreifVorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das hintere Ende des Metallbolzens eine Verbreiterung aufweist und der Kanal einen weiteren Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser und Querschnitt an den Durchmesser und Querschnitt der Verbreiterung angepasst ist und dessen Länge so bemessen ist, dass der Metallbolzen die Positionen nach Anspruch 1 einnehmen kann.

9. GreifVorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Außenseite des Gehäuses im Bereich des Aufnahmeabschnitts ein Magnetsensor vorhanden ist.

10. Roboter mit einem Roboterarm an dem fest oder abnehmbar die Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 befestigt ist.

11. Roboter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter ein Steuerungssystem zum Ansteuem des Roboterarms und der Greifvorrichtung umfasst.

12. Magazin zur Bereitstellung eines oder mehrerer magnetischer Dipolstäben enthaltend eine Platte aus einem nicht-magnetischen Material mit einer Oberseite und einer Unterseite, wobei die Oberseite eine oder mehrere Vertiefungen mit einer Tiefe C aufweist und Durchmesser der Vertiefungen so an den einen oder die mehreren magnetischen Dipolstäbe angepasst sind, dass der oder die magnetischen Dipolstäben mit großem Spiel in die Vertiefungen aufgenommen werden können.

13. Magazin nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe C der Vertiefungen im Bereich von 0,5 mm bis 2,5 mm kleiner ist als die Länge des einen oder der mehreren magnetischen Dipolstäbe.

14. Magazin nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Vertiefungen im Bereich von 105% bis 220% des Durchmessers des einen oder der mehreren magnetischen Dipolstäbe beträgt.

15. Magazin nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Vertiefungen im Bereich von 1 mm bis 2,5 mm größer ist als der Durchmesser des einen oder der mehreren magnetischen Dipolstäbe.

16. Magazin nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen in regelmäßigen Reihen und Spalten angeordnet, wobei der Mindestabstand der einzelnen Vertiefungen zueinander mindestens dem dreifachen, bevorzugt mindestens dem vierfachen und besonders bevorzugt mindestens dem fünffachen Durchmesser des einen oder der mehreren magnetischen Dipolstäbe entspricht.

17. System zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs aufweisend einen Roboter mit einem Roboterarm nach Anspruch 10 oder 11 und ein Magazin nach einem der Ansprüche 12 bis 16.

18. Verwendung des Systems nach Anspruch 17 zum Transfer eines magnetischen Dipolstabs.