WO2019101908A1

WO2019101908A1 - Modularer endeffektor

Info

Publication number: WO2019101908A1
Application number: PCT/EP2018/082343
Authority: WO
Inventors: Neal Yi-Sheng Lii; Julian Dietl; Zhaopeng Chen; Benedikt Pleintinger
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2018-11-23
Publication date: 2019-05-31
Anticipated expiration: 2020-05-23
Also published as: US20200276701A1; DE102017220999B4; DE102017220999A1; US11958188B2

Abstract

Modularer Endeffektor mit einer Basis (12) mit mindestens einem Anschlusselement (14, 16, 38), wobei mit dem Anschlusselement (14, 16, 18) insbesondere austauschbar ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) verbunden ist. Dabei ist die Position des Anschlusselements (14, 16, 38) und/oder die Position des Manipulators (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb des Anschlusselements (14, 16, 18) veränderbar, so dass der Manipulator(18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) in unterschiedlichen Positionen relativ zur Basis (12) verwendet werden kann, um einen vielseitigen modularen Endeffektor zu schaffen.

Description

Modularer Endeffektor

Die Erfindung betrifft einen modularen Endeffektor sowie einen Roboter mit ei- nem solchen modularen Endeffektor.

Bekannte Endeffektoren für Roboter existieren in einer Vielzahl von Konfigura- tionen und können hierbei der menschlichen Hand nachgebildet oder als einfa- che Greifer ausgebildet sein. Dabei findet häufig eine Anpassung der Endef- fektoren an die zu lösenden Aufgaben bereits bei der Konstruktion des jeweili- gen Endeffektors statt. So ist ein bestimmter Endeffektor einer dedizierten Auf- gabe oder einer kleinen Menge von dezidierten Aufgaben zugeordnet. Darüber hinaus existieren austauschbare Endeffektoren, die bei einem Wechsel der Auf- gabe am Roboter ausgetauscht werden können. Jedoch ist auch hier häufig be- reits bei der Konstruktion des jeweiligen Endeffektors die Aufgabe bekannt, so dass beispielsweise bei Vorliegen von zwei Aufgaben, die durch den Roboter bewältigt werden sollen, auch zwei Endeffektoren konstruiert werden, die so- dann bei einem Wechsel der Aufgaben ausgetauscht werden können. Kommen jedoch neue Aufgaben hinzu, erfordert dies üblicherweise eine Neukonstruktion eines entsprechend angepassten Endeffektors, welche die Anforderung dieser neuen Aufgabe berücksichtigt. Die Fähigkeiten bestehender humanoider Robo- terhände werden durch die Ähnlichkeit zur menschlichen Hand eingeschränkt. Beispielsweise ist die Größe der Objekte, welche gegriffen werden können, be- schränkt. Bestehende einfache vielseitige Greifer können oftmals die Lage des gegriffenen Objekts in Bezug zum Roboter nicht definiert erreichen und auch nicht erkennen. Darüber hinaus ist es bekannt, Endeffektoren mit austauschbaren Werkzeugen zur Verfügung zu stellen. Jedoch ist auch hier die Vielseitigkeit des Endeffektors stark eingeschränkt, da zwar die Werkzeuge gewechselt werden können, jedoch keine grundsätzlich verschiedenen Aufgaben durch den Endeffektor gelöst wer- den können. Somit müssen alle zu bewältigenden Aufgaben bereits zum Zeit- punkt der Konstruktion des Endeffektors bekannt sein. Innerhalb derselben zu lösenden Aufgabe können unterschiedliche Werkzeuge verwendet werden, je- doch erfordert üblicherweise eine Änderung der zu lösenden Aufgabe eine Neu- konstruktion des Endeffektors.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vielseitige Endeffektor zu schaffen.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen modulare Endeffektor gemäß Anspruch 1 sowie den Roboter gemäß Anspruch 23.

Der erfindungsgemäße modulare Endeffektor weist eine Basis mit mindestens einem Anschlusselement auf. Dabei ist mit dem Anschlusselement ein Manipu- lator verbunden. Der Manipulator kann dabei insbesondere in Abhängigkeit der zu bewältigenden Aufgabe gewählt werden. Insbesondere ist der Manipulator austauschbar ausgebildet, um an die jeweilige Aufgabe angepasst zu werden. Somit ist der Manipulator lösbar mit dem Anschlusselement verbunden, so dass ein einfacher Wechsel des Manipulators ermöglicht wird. Dabei ist die Position des Anschlusselements veränderbar, so dass der Manipulator in unterschiedli- chen Positionen relativ zur Basis verwendet werden kann. Alternativ oder zu- sätzlich hierzu ist die Position des Manipulators innerhalb des Anschlusselements veränderbar, wodurch ebenfalls die Position des Manipulators relativ zur Basis verändert wird und somit der Manipulator in unterschiedlichen Positionen relativ zur Basis verwendet werden kann. Hierdurch wird eine erhöhte Anpassbarkeit auch an zum Zeitpunkt der Konstruktion des modularen Endeffektors unbe- kannte Aufgaben gewährleistet. Dies erhöht die Vielseitigkeit des erfindungsge- mäßen Endeffektors, da eine geometrische Veränderung der Position des Mani- pulators erfolgt und somit beispielsweise Bereiche zugänglich werden, welche zuvor unzugänglich waren, ohne dass eine Neukonstruktion des Endeffektors erfolgen muss. Vielmehr wird lediglich die Position des Anschlusselements bzw. die Position des Manipulators innerhalb des Anschlusselements derart verän- dert, dass im Rahmen einer neu gestellten Aufgabe auch zuvor unzugängliche Bereiche beispielsweise eines Werkstücks zugänglich werden. Somit können auch neu hinzukommende Aufgaben durch den selbe Endeffektor gelöst werden, ohne dass eine Neukonstruktion erforderlich wird.

Vorzugsweise weist die Basis ein erstes Segment sowie mindestens ein zweites Segment auf. Dabei sind erstes Segment und zweites Segment beweglich mit- einander verbunden, so dass die Position des ersten Segments relativ zu dem zweiten Segment verändert werden kann. Weiterhin weisen jeweils das erste Segment und das zweite Segment mindestens ein Anschlusselement auf, so dass die Lage der Anschlusselemente des ersten Segments relativ zur Lage der Anschlusselemente des zweiten Segments verändert werden kann. Somit ist eine Geometrieänderung der Basis möglich, wodurch sich die Lage der Anschlus- selemente am ersten Segment und zweite Segment relativ zueinander ändert. Hierdurch wird die Vielseitigkeit des modularen Endeffektors weiter erhöht. Bei- spielsweise ist es durch eine solche Geometrieänderung der Basis des modula- ren Endeffektors möglich, die Öffnungsweite des Endeffektors zu verändern, um beispielsweise größere Gegenstände greifen zu können. Somit ist bei einer Ver- änderung der gestellten Aufgabe, wobei beispielsweise im Rahmen der neuen Aufgabe größere Objekte gegriffen werden sollen, keine Neukonstruktion des Endeffektors erforderlich, da die Anforderungen durch eine Geometrieänderung der Basis des Endeffektorts erfüllt werden können. Vorzugsweise ist mehr als ein Manipulator mit einem der jeweiligen Anschlus- selemente verbindbar. Ist dabei die Position des Anschlusselements veränder- bar, so erfolgt eine gleichzeitige Positionsveränderung aller mit dem jeweiligen Anschlusselement verbundenen Manipulatoren. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist es möglich, die Position aller Manipulatoren innerhalb eines jeweiligen An- schlusselements zu verändern.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen alternative modulare Endef- fektor mit einer Basis, welche mindestens zwei Anschlusselemente aufweist. Dabei ist mit den Anschlusselementen mindestens ein Manipulator verbindbar. Insbesondere ist der Manipulator austauschbar mit den Anschlusselementen verbindbar, so dass ein schneller Austausch der Manipulatoren erfolgen kann. Hierzu sind die Manipulatoren insbesondere lösbar mit den Anschlusselementen verbunden. Erfindungsgemäß ist dabei mindestens ein Manipulator vorgesehen, so dass ein Anschlusselement unter Umständen in Abhängigkeit der zu lösenden Aufgabe keinen Manipulator aufweisen kann. Erfindungsgemäß weist dabei die Basis ein erstes Segment sowie mindestens ein zweites Segment auf, wobei erstes Segment und zweites Segment beweglich miteinander verbunden sind, so dass die Position des ersten Segments und des zweiten Segments zueinander verändert werden können. Hierdurch kann die Geometrie der Basis verändert werden. Dabei ist an jeweils dem ersten Segment und dem zweiten Segment mindestens eines der Anschlusselemente angeordnet, so dass durch die Positi- onsänderung des ersten Segments relativ zum zweiten Segment die Lage der Anschlusselemente des ersten Segments relativ zur Lage der Anschlussele- mente des zweiten Segments verändert werden kann. Durch die Geometrieän- derungen der Basis aufgrund des Vorsehens eines ersten Segments und eines zweiten Segments lässt sich der erfindungsgemäße modulare Endeffektor auf einfache Weise an neu gestellte Aufgaben anpassen, ohne dass eine Neukon- struktion erforderlich wäre. Nachfolgende Erfindung bezieht sich auf jede der vorgenannten Alternativen des erfindungsgemäßen modularen Endeffektors.

Vorzugsweise weist die Basis mehr als zwei Segmente auf, welche insbesondere zueinander beweglich sind. Dabei weist insbesondere jedes der vorgesehenen Segmente mindestens ein Anschlusselement auf, so dass durch Bewegung der Segmente die Lage der jeweiligen Anschlusselemente geeignet an die gestellte Aufgabe angepasst werden kann und somit die Vielseitigkeit des modularen Endeffektors weiter erhöht wird.

Vorzugsweise ist die Position von mindestens zwei Segmenten der Basis zuei- nander veränderbar durch ein Verschieben gegeneinander. Alternativ hierzu er- folgt bei mindestens zwei Segmenten ein Verschwenken der beiden Segmente um eine gemeinsame Drehachse. Insbesondere bei Vorsehen mehrerer Seg- mente ist jedoch auch eine Kombination aus Verschieben und Verschwenken möglich, um eine möglichst vielseitigen Endeffektor zu schaffen, welche auf ein- fache Weise an die Anforderungen der jeweiligen Aufgaben angepasst werden kann.

Vorzugsweise weist der Endeffektor mehr als ein Anschlusselement, insbeson- dere mehr als zwei Anschlusselemente und besonders bevorzugt mehr als fünf Anschlusselemente auf, wobei insbesondere eine nicht menschliche Handkonfi- guration erreicht werden kann. Dabei ist mit jedem dieser Anschlusselemente mindestens ein Manipulator verbindbar, so dass bei Vorsehen von mehr als fünf Anschlusselementen ebenso mehr als fünf Manipulatoren insbesondere aus- tauschbar mit den jeweiligen Anschlusselementen verbindbar sind. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass mit einem Anschlusselement mehrere Manipu- latoren verbindbar sind, so dass eine beliebige Anzahl Manipulatoren mit den Anschlusselementen verbunden werden kann. Vorzugsweise ist die Position von mehr als einem Anschlusselement veränder- bar, so dass eine weitreichende Anpassbarkeit der Positionen der jeweiligen An- schlusselemente gewährleistet ist. Bevorzugt ist es hierbei, dass die Positionen aller Anschlusselemente veränderbar sind, so dass eine vollständige Anpassbar- keit des modularen Endeffektors gewährleistet ist. Insbesondere sind hierbei die Positionen der Anschlusselemente unabhängig voneinander veränderbar. Alter- nativ oder zusätzlich hierzu ist die Position von mehr als einem Manipulator in- nerhalb eines Anschlusselements veränderbar. Bevorzugt ist hierbei, dass die Position aller Manipulatoren innerhalb eines Anschlusselements veränderbar auszugestalten, um eine möglichst große Anpassbarkeit des modularen Endef- fektors gewährleisten zu können. Dabei erfolgt die Veränderung der Positionen der Manipulatoren innerhalb eines Anschlusselements insbesondere unabhän- gig, um einen möglichst hohen Grad an Freiheit für die erforderliche Anpassbar- keit an beispielsweise eine neue Aufgabe gewährleisten zu können. Somit sind die Positionen eines, mehrerer oder aller Anschlusselemente, die Positionen ei- nes, mehrerer oder aller Manipulatoren innerhalb eines Anschlusselements und/oder die Positionen eines, mehrerer oder aller Manipulatoren in jedem der Anschlusselemente veränderbar, so dass eine maximale Vielseitigkeit der An- passbarkeit des modularen Endeffektors gewährleistet ist.

Vorzugsweise sind mehr als ein Manipulator und insbesondere mehr als fünf Manipulatoren vorgesehen, wobei bevorzugt die Anzahl an Anschlusselementen der Anzahl an Manipulatoren entspricht. Somit ist bevorzugt für jeden der Ma- nipulatoren ein Anschlusselement vorgesehen. Alternativ hierzu kann jedoch die Anzahl an Manipulatoren höher gewählt werden und geeignet an die gestellten Aufgaben angepasst werden.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Manipulator um einen aktuierten Finger, ein Werkzeug, einen Sensor oder eine Lichtquelle. Als Beispiel für ein Werkzeug kann es sich bei dem Manipulator um einen Schraubendreher, Magnethalter, Schweißsonde oder dergleichen handeln. Als Beispiel für einen Sensor kann es sich bei dem Manipulator um einen optischen Sensor wie beispielsweise eine Kamera, einen Temperatursensor, einen Strahlungssensor, ein elektrisches Messgerät für Strom oder Spannung und dergleichen handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem Manipulator um jegliche aktive oder passive Kompo- nente. Insbesondere weist der Manipulator ausgebildet als aktuierter Finger Ak- tuierungselemente auf wie beispielsweise Stellmotoren um die Pose des Fingers zu ändern. Dabei ist der aktuierte Finger nicht auf eine dreigliedrige humane Konfiguration beschränkt, sondern kann eine Vielzahl aktuierter und damit be- weglicher Glieder aufweisen.

Vorzugsweise weist mindestens ein Anschlusselement eine lineare Beweglichkeit auf zur Veränderung der Position des Anschlusselements. Alternativ oder zu- sätzlich hierzu weist mindestens ein Manipulator innerhalb eines Anschlussele- ments eine lineare Beweglichkeit auf zur Veränderung der Position des Manipu- lators. Somit durch kann durch ein Verschieben des Anschlusselements oder des Manipulators innerhalb des Anschlusselements eine Positionsänderung verur- sacht werden zur Anpassung des modularen Endeffektors an eine neue Aufgabe. Hierbei können beispielsweise reibungsarme Gleitelemente verwendet werden zur linearen Veränderung der Position. Vorzugsweise weist mehr als ein An- schlusselement und/oder mehr als ein Manipulator eine lineare Beweglichkeit auf.

Vorzugsweise weist mindestens ein Anschlusselement eine rotatorische Beweg- lichkeit auf zur Veränderung der Position des Anschlusselements. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist mindestens ein Manipulator innerhalb eines Anschlus- selements eine rotatorische Beweglichkeit auf zur Veränderung der Position des Manipulators. Hierdurch ist eine weitere Anpassbarkeit des modularen Endef- fektors gewährleistet. Bevorzugt ist es dabei, dass mehr als ein Anschlussele- ment und/oder mehr als ein Manipulator eine rotatorische Beweglichkeit aufwei sen. Vorzugsweise ist die Position mindestens eines Anschlusselements und/oder die Position mindestens eines Manipulators innerhalb eines Anschlusselements ma nuell veränderbar. Dabei sind bevorzugt die Positionen aller Anschlusselemente und/oder die Positionen aller Manipulatoren innerhalb eines Anschlusselements bzw. innerhalb des jeweiligen Anschlusselements manuell veränderbar.

Vorzugsweise ist die Position mindestens eines Segments und insbesondere die Position aller Segmente der Basis zueinander manuell veränderbar.

Vorzugsweise ist eine an mindestens einem Anschlusselement angeordnete Lö- sevorrichtung vorgesehen, so dass durch die Lösevorrichtung eine Arretierung der Position des Anschlusselements lösbar ist und somit die Position des An- schlusselements veränderbar ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist an dem Manipulator eine Lösevorrichtung vorgesehen, wobei durch die Lösevorrichtung eine Arretierung der Position des Manipulators innerhalb eines Anschlussele- ments lösbar ist, so dass die Position des Manipulators veränderbar ist. Alterna- tiv oder zusätzlich hierzu ist eine Lösevorrichtung an der Basis angeordnet, so dass durch die Lösevorrichtung eine Arretierung der Position der Segmente der Basis lösbar ist, so dass die Position der Segmente der Basis zueinander verän- derbar ist. Durch Vorsehen einer solchen Lösevorrichtung ist es möglich, den modularen Endeffektor und insbesondere die Geometrieänderung der Basis so- wie die Position des Manipulators schnell anzupassen, also auch während der Laufzeit, ohne dass eine erhebliche Umkonstruktion erforderlich wäre.

Vorzugsweise ist die Position mindestens eines Anschlusselements und bevor- zugt aller Anschlusselemente automatisch veränderbar. Dabei kann eine auto- matische Positionsänderung erfolgen, beispielsweise durch ein Stellglied oder dergleichen, welches durch eine Steuerung des Endeffektors angesprochen wird. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Position mindestens eines Manipu- lators innerhalb des jeweiligen Anschlusselements automatisch veränderbar, und bevorzugt ist dabei die Position aller Manipulatoren innerhalb eines An- schlusselements bzw. des jeweiligen Anschlusselements automatisch veränder- bar. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist die Position mindestens eines Segments und bevorzugt die Positionen aller Segmente der Basis zueinander automatisch veränderbar. Somit ist es auf einfache Weise möglich, den modularen Endeffek- tor an neue Aufgaben anzupassen, auch dann, wenn wie beispielsweise bei Welt- raumanwendungen kein unmittelbarer Zugriff auf den Endeffektor möglich ist. Dabei erfolgt die Änderung der Geometrie bzw. der Position des Anschlussele- ments bzw. des Manipulators beispielsweise durch ein Stellglied aufgrund eines Steuerbefehls, der von einer Steuerung des modularen Endeffektors ausgege- ben wird.

Vorzugsweise ist eine Lösevorrichtung vorgesehen, insbesondere bei automa- tisch veränderbarer Position der Anschlusselemente, der Manipulatoren und/o- der der Segmente, ausgebildet als Schneckengetriebe, als Ratsche oder als Bremsvorrichtung. Dies bietet den Vorteil einer stabilen Fixierung der Anschlus- selemente, Manipulatoren und/oder Segmente, wodurch die Stabilität erhöht wird. Gleichzeitig kann der Energieverbrauch verringert werden, da kein Aktua- tor mehr erforderlich ist, um das Anschlusselement, den Manipulator und/oder das Segment in seiner Position zu halten. Insbesondere können solche Aktua- toren zum Halten der Position völlig entfallen, bevorzugt vorhandene Aktuatoren einfach ausgebildet sein, so dass Gewicht eingespart werden kann.

Vorzugsweise erfolgt die Veränderung der Position elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch. Selbstverständlich ist auch eine Kombination hiervon möglich, so dass eine Schnellverstellung beispielsweise pneumatisch erfolgt, wohingegen eine Feinverstellung elektrisch oder dergleichen erfolgt.

Vorzugsweise weisen mindestens ein und bevorzugt alle Anschlusselemente An- schlüsse auf, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Manipulatoren passen, so dass ein schnelles Austauschen der Manipulatoren ermöglicht wird. Somit sind Standardanschlüsse geschaffen, die ein schnelles Austauschen der Manipulato- ren ermöglichen und insbesondere die Vielseitigkeit des modularen Endeffektors weiter erhöhen, da an jedem der Anschlusselemente jeder der möglichen Mani- pulatoren angebracht und verbunden werden kann.

Vorzugsweise weist die Basis ein Oberflächenelement auf, welches die innensei- tige Oberfläche des Endeffektors ausbildet, also gerade die Grifffläche. Dabei ist das Oberflächenelement zumindest teilweise austauschbar. Hierdurch kann das Oberflächenelement ebenfalls an die zu erfüllende Aufgabe des modularen End- effektors angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist das Oberflä- chenelement verschiedene Bereiche auf, wobei einzelne Bereiche unterschiedli- che Materialien aufweisen. Somit ist eine gezielte Anpassbarkeit des Oberflä- chenelements an die zu erfüllenden Bereiche möglich, so dass beispielsweise ein Bereich eine harte Oberfläche aufweist für ein präzises Greifen, wohingegen ein anderer Bereich eine elastische Oberfläche aufweist, die zusätzlich rutschhem- mend wirkt, um ein sicheres Greifen zu gewährleisten. Dabei ist es besonders bevorzugt, dass einzelne Bereiche austauschbar sind, um somit die Anpassbar- keit des modularen Endeffektors weiter zu erhöhen.

Vorzugsweise ist bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulatoren die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der An- schlusselemente derart anpassbar, dass mehr als ein Paar gegeneinander wir- kender Manipulatoren vorliegt. Bei der menschlichen Hand existiert lediglich ein Paar, beispielsweise gebildet aus Zeigefinger und Daumen. Bei dem vorliegen- den modularen Endeffektor ist es möglich, durch weitere Manipulatoren ein wei- teres Paar zu bilden, wobei einer der Manipulatoren die Funktion eines weiteren Daumens übernimmt und ein anderer Manipulator beispielsweise die Funktion des Mittelfingers. Somit sind zwei Paare gegeneinander wirkender Manipulato- ren geschaffen, wodurch beispielsweise zwei oder mehr Gegenstände gleichzei- tig gegriffen werden können oder ein gegriffener Gegenstand durch das zweite Paar gegeneinander wirkender Manipulatoren manipuliert werden kann. Hierbei kann beispielsweise ein gegriffener Gegenstand in der Hand auf einfache Weise gedreht werden bzw. in eine andere Orientierung gebracht werden, ohne dass es erforderlich ist, eine zweite Hand hinzuzunehmen oder den Gegenstand ab- zulegen.

Vorzugsweise ist bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulatoren die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der An- schlusselemente derart anpassbar, dass mindestens zwei aktuierte Finger zu- sammengefasst werden können, so dass die zwei zusammengefassten aktuier- ten Finger ihre Bewegung synchron, also gleichzeitig und gleichförmig, ausfüh- ren zur gegenseitigen Verstärkung. Somit kann beispielsweise bei einer höheren Kraftanforderung die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulato- ren innerhalb der Anschlusselemente derart angepasst werden, dass die Kraft erfordernde Bewegung durch zwei aktuierte Finger gleichzeitig ausgeführt wird und sich somit deren Kraft addiert. Auch eine Beschädigung der aktuierten Fin- ger kann hierdurch vermieden werden, da sich durch das Zusammenfassen der zwei aktuierten Finger die Stabilität erhöht.

Vorzugsweise ist bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulatoren die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der An- schlusselemente derart anpassbar, dass die Lage der aktuierten Finger einer humanoiden Konfiguration entspricht. Dies vereinfacht die Übertragung in ei- nem Teleoperationsmodus als Steuerungselement in einem Mensch-Maschine- Interface, bei dem die Bewegung einer menschlichen Hand erfasst und sodann auf den Endeffektor übertragen wird. Eine komplizierte Umrechnung der Bewe- gung der menschlichen Hand auf eine nicht-menschliche Konfiguration entfällt gerade, da die aktuierten Finger als Manipulatoren in einer humanoiden Konfi- guration angeordnet sind.

Vorzugsweise weist die Basis mindestens einen Positionssensor auf zur Erfas- sung der Position der Segmente der Basis. Alternativ oder zusätzlich hierzu weist die Basis mindestens einen Kraftsensor auf zur Erfassung der auf die Basis wir- kenden Kräfte. Vorzugsweise ist eine Vielzahl von Positionssensoren, insbeson- dere für jedes der vorgesehenen Segmente ein Positionssensor vorgesehen zur exakten Ermittlung der Position der Segmente der Basis.

Vorzugsweise weisen bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulatoren diese aktuierten Finger Positionssensoren sowie Kraftsensoren auf zur Ausfüh- rung und Überwachung einer exakten Bewegung.

Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Roboter mit mindestens einem modularen Endeffektor wie vorstehend beschrieben.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Roboter um einen Roboterarm mit insbe- sondere sechs und bevorzugt sieben Freiheitsgraden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des modu- laren Endeffektors in einer ersten Konfiguration,

Fig. 2 der modulare Endeffektor der Fig. 1 in einer zweiten Konfiguration,

Fig. 3 eine Detailansicht der Arretierung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des modularen Endeffektors in einer ers- ten Konfiguration,

Fig. 5 der modulare Endeffektor der Fig. 4 in einer zweiten Konfiguration, Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des modularen Endeffektors in einer ers- ten Konfiguration,

Fig. 7 der modulare Endeffektor der Fig. 6 in einer zweiten Konfiguration,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen End- effektors,

Fig. 9 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen End- effektors,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen End- effektors und

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen modularen End- effektors.

Der erfindungsgemäße modulare Endeffektor 10 weist eine Basis 12 auf mit einem ersten Anschlusselement 14 und einem zweiten Anschlusselement 16. Dabei ist mit dem ersten Anschlusselement 14 ein erster Manipulator 18 ver- bunden, der in Fig. 1 als aktuierter Finger dargestellt ist. Hierauf ist jedoch der erste Manipulator 18 nicht beschränkt, so dass es sich beispielsweise auch um ein Werkzeug, einen Sensor wie beispielsweise eine bewegliche Kamera oder eine bewegliche Lichtquelle handeln kann. Allgemein kann es sich bei dem Ma- nipulator 18 um jegliches aktives oder passives Element handeln, welches im Rahmen der durch den modularen Endeffektor zu lösenden Aufgabe erforderlich ist. Auch ist der aktuierte Finger nicht auf eine Dreigliedrigkeit beschränkt und kann mehr oder weniger aktuierte Glieder aufweisen.

Mit dem zweiten Anschlusselement 16 ist ein zweiter Manipulator 20 verbunden, der ebenfalls als aktuierter Finger in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Dabei ist gemäß der Fig. 2 entsprechend dem Pfeil 22 der zweite Manipulator 20 in- nerhalb des zweiten Anschlusselements 16 linear verschiebbar, so dass sich die Position des zweiten Manipulators 20 ändert und hiermit an eine neue Aufgabe angepasst werden kann, ohne dass es dabei einer Neukonstruktion des modu- laren Endeffektors 10 bedarf. Zur Erzeugung der linearen Beweglichkeit des zweiten Manipulators 20 können beispielsweise lineare Gleitelemente 24 (Fig. 3) vorgesehen sein, innerhalb derer der zweite Manipulator 20 verschiebbar ist, um so zu einer anderen Position verbracht zu werden. Dabei kann die lineare Positionsänderung beispielsweise erzeugt werden durch Drehen einer Maden- schraube 26, in die ein Zahnelement 28 des zweiten Manipulators 20 eingreift. Zusätzlich hierzu ist das Zahnelement 28 durch eine Feder 30 in Richtung der Madenschraube 26 federbelastet. Dabei kann das Zahnelement 28 entgegen der Federbelastung entlang des Pfeils 32 verschoben werden, so dass das Zahnele- ment 28 nicht mehr in Eingriff steht mit der Madenschraube 26. Sodann ist es möglich, den zweiten Manipulator 20 frei innerhalb des linearen Gleitelements 24 zu verschieben. Somit ist es möglich, eine schnelle Positionsänderung des Manipulators manuell zu bewerkstelligen.

Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Positionsänderung des zweiten Manipulators 20 automatisch erfolgen zu lassen, beispielsweise durch ein elekt- risches Stellglied oder beispielsweise durch eine motorbetriebene Maden- schraube, die mit einem Zahnelement des zweiten Manipulatorelements 20 in Eingriff steht. Sodann kann durch Bewegung des Stellglieds (nicht gezeigt) oder Drehung der Madenschraube durch den Motor eine automatische Positionsän- derung des zweiten Manipulatorelements 20 erzielt werden.

Nachfolgend werden gleiche oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszei- chen gekennzeichnet.

In der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform des Endeffektors 36 ist das zweite Manipulatorelement 20 weiterhin entsprechend dem Pfeil 34 in seiner Position veränderbar, wobei hierzu das zweite Manipulatorelement 20 eine lineare Be- weglichkeit aufweist. Zusätzlich weist der modulare Endeffektor 36 der Fig. 4 ein drittes Anschlusselement 38 auf, mit dem ein dritter Manipulator 40 verbun- den ist. Dabei ist der dritte Manipulator 40 wiederum als aktuierter Finger aus- gebildet, wobei es sich auch hier lediglich um ein Beispiel handelt. Dabei weist das dritte Manipulatorelement 40 eine rotatorische Beweglichkeit entsprechend dem Pfeil 42 (Fig. 5) auf, sodass die Position des dritten Manipulators 40 an- passbar ist. Somit können beispielsweise durch die rotatorische Anpassbarkeit der Position des dritten Manipulators 40 Elemente greifbar werden, die zuvor für den modularen Endeffektor 36 nicht greifbar waren. Somit ist bei einer Ände- rung der zu lösenden Aufgabe eine Neukonstruktion des modularen Endeffektors nicht mehr erforderlich.

In der Ausführungsform der Fig. 6 weist der modulare Endeffektor 44 einen vierten Manipulator 46 auf. Dieser ist mit dem zweiten Anschlusselement 16 verbunden. Dabei kann die Position des vierten Manipulators 46 entsprechend dem Pfeil 48 an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Somit sind sowohl der zweite Manipulator 20 als auch der vierte Manipulator 46 mit dem zweiten Anschlusselement 16 verbunden und innerhalb dieses Anschlussele- ments 16 beweglich, so dass die Position an die zu bewältigenden Aufgaben angepasst werden kann.

Bei der Ausführungsform des modularen Endeffektors 50, gezeigt in Fig. 7, weist der dritte Manipulator 40 neben der rotatorischen Beweglichkeit zur Anpassung der Position des Manipulators, wie bereits vorstehend beschrieben, eine lineare Beweglichkeit entsprechend der Pfeile 52 auf. Somit kann die Position des drit- ten Manipulators 40 sowohl auf rotatorische Weise als auch auf lineare Weise angepasst werden, wodurch ein hoher Grad an Anpassbarkeit und somit eine große Vielseitigkeit des modularen Endeffektors 50 erreicht wird. Weiterhin ist die Position des ersten Anschlusselements 14 entsprechend dem Pfeil 54 verän- derbar. Hierdurch ändert sich gleichzeitig auch die Position des ersten Manipu- lators 18 entsprechend dem Pfeil 56. Die Veränderung der Position des ersten Anschlusselements 14 kann dabei ergänzt werden durch eine Beweglichkeit des ersten Manipulators 18, wie beispielsweise in Bezug auf die zweiten und dritten Manipulatoren in vorstehend beschriebener Weise.

Der in Fig. 8 gezeigte modulare Endeffektor 58 weist eine Basis 12 auf mit einem ersten Segment 60 und einem zweiten Segment 62. Dabei sind erstes Segment 60 und zweites Segment 62 über einen gemeinsamen Drehpunkt 64 miteinander beweglich verbunden, so dass erstes Segment 60 und zweites Segment 62 ent- sprechend dem Pfeil 66 gegeneinander verschwenkt werden können. Dabei weist in der dargestellten Ausführungsform das erste Segment 60 einen ersten Manipulator 68 auf. Ebenso weist das zweite Segment 62 einen zweiten Mani- pulator 70 auf. Durch ein Verändern der Position des erstes Segments 60 und des zweiten Segments 62 zueinander ändert sich ebenso die Position des ersten Manipulators 68 und des zweiten Manipulators 70, so dass deren Position an eine geänderte Aufgabenstellung angepasst werden kann und so ein vielseitiger Endeffektor geschaffen wird.

In der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform weist der modulare Endeffektor 72 eine Basis auf mit einem ersten Segment 60 und einem zweiten Segment 62. Dabei sind mit dem ersten Segment 60 zwei Manipulatoren 68 verbunden, die im dargestellten Beispiel als aktuierte Finger dargestellt sind. Ebenso sind mit dem zweiten Segment 62 zwei Manipulatoren 70 verbunden, welche ebenfalls als aktuierte Finger dargestellt sind. Dabei können sowohl die Manipulatoren 68 des ersten Segments 60 als auch die Manipulatoren 70 des zweiten Segments 62 eine translatorische oder rotatorische Beweglichkeit aufweisen, um so eine weiter verbesserte Anpassbarkeit des modularen Endeffektors 72 zu gewähr- leisten. Weiterhin ist bei dem modularen Endeffektor 72 der Fig. 9 ein drittes Segment 74 der Basis 12 vorgesehen, welches über einen Drehpunkt 76 mit dem ersten Segment 60 und dem zweiten Segment 62 verbunden ist. Somit ist die Position des dritten Segments 74 der Basis 12 veränderbar und hierdurch anpassbar an neue bzw. geänderte Aufgaben. Das dritte Segment 74 der Basis 12 weist dabei einen Manipulator 78 auf, welcher wiederum als aktuierter Finger ausgeführt ist.

Weiterhin weist der Endeffektor 72 der Fig. 9 ein austauschbares Oberflächen- element 80 auf, wobei das Oberflächenelement 80 an die jeweilige Aufgabe an- gepasst werden kann. Dabei kann das Oberflächenelement 80 unterteilt sein, so dass unterschiedliche Bereiche funktional unterschiedliche Materialien auf- weisen in Abhängigkeit der zu lösenden Aufgabe.

Aufgrund der Veränderbarkeit der Position der Anschlusselemente und/oder der Position der Manipulatoren innerhalb der Anschlusselemente zusammen mit der Möglichkeit der Geometrieänderungen der Basis wird ein modularer Endeffektor geschaffen, die auf einfache Weise an sich ändernde Aufgaben angepasst wer- den kann. Dabei ist es selbstverständlich, dass die Merkmale der vorstehenden Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, um die maxi- male Anpassbarkeit des modularen Endeffektors weiter zu erhöhen. Insbeson- dere ist die Erfindung nicht beschränkt auf eine bestimmte Anzahl Manipulatoren oder Segmente der Basis. Ebenso ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Art der verwendeten Manipulatoren.

Der in Fig. 10 gezeigte modulare Endeffektor ist aufgebaut wie vorstehend zu der Fig. 9 bereits beschrieben. Zusätzlich weist dieser jedoch einen zweiten drehbar angeordneten Manipulator 79. Somit können durch die vorhandenen Manipulatoren nicht-menschliche Konfigurationen/Anordnungen der Manipula- toren erzeugt werden. Dabei können insbesondere mehrere Kraftpaare gebildet werden, so dass ein gleichzeitiges Greifen von mehr als einem Objekt möglich ist oder das gleichzeitige Greifen und Bearbeiten eines Objekts. Auch können die Manipulatoren 70, die mit dem zweiten Segment 62 verbunden sind, und/o- der die Manipulatoren 68 des ersten Segments 60 jeweils zusammen wirken, so dass sich die Kraft der Manipulatoren addiert bzw. eine höhere Stabilität der Manipulatoren erreicht wird. Die Manipulatoren 70 des zweiten Segments wer- den dabei synchron verfahren. Sind auch die Manipulatoren 68 des ersten Seg- ments vorgesehen um gemeinsam zu wirken, werden auch die Manipulatoren 68 des ersten Segments synchron verfahren. Selbstverständlich sind die Bewe- gungen der Manipulatoren des jeweils ersten oder zweiten Segments unabhän- gig voneinander.

Der in Fig. 10 gezeigte modulare Endeffektor ist aufgebaut wie vorstehend zu der Fig. 9 bereits beschrieben. Zusätzlich weist der Endeffektor die Möglichkeit auf, die Segmente 60, 62 der Basis 12 zueinander entsprechend dem Pfeil 63 zu drehen, so dass die Konfiguration/Geometrie der Basis angepasst werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Modularer Endeffektor mit einer Basis (12) mit mindestens einem An- schlusselement (14, 16, 38), wobei mit dem Anschlusselement (14, 16, 38) insbesondere austauschbar ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Anschlusselements (14, 16, 38) und/oder die Position des Manipulators (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb des Anschlusselements (14, 16, 38) veränderbar ist, so dass der Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) in unterschiedlichen Positionen relativ zur Basis (12) verwendet werden kann.

2. Modularer Endeffektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis ein erstes Segment (60) und mindestens ein zweites Segment (62, 74) aufweist, wobei erstes Segment (60) und zweites Segment (62, 74) beweglich miteinander verbunden sind, so dass die Position des ers- ten Segments (60) und des zweiten Segments (62, 74) zueinander ver- ändert werden kann, wobei jeweils das erste Segment (60) und das zweite Segment (62, 74) mindestens ein Anschlusselement (14, 16, 38) aufweisen, so dass die Lage der Anschlusselemente (14, 16, 38) des ers- ten Segments (60) relativ zur Lage der Anschlusselemente (14, 16, 38) des zweiten Segments (62, 74) verändert werden kann.

3. Modularer Endeffektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) mit jeweils einem der Anschlusselemente (14, 16, 38) verbindbar ist.

4. Modularer Endeffektor mit einer Basis (12) mit mindestens zwei Anschlusselementen (14, 16, 38), wobei mit den Anschlusselementen (14, 16, 38) insbesondere austausch- bar jeweils mindestens ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) ver- bindbar ist und mindestens ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) vorgesehen ist, wobei die Basis (12) ein erstes Segment (60) und mindestens ein zweites Segment (62, 74) aufweist, wobei erstes Segment (60) und zweites Seg- ment (62, 74) beweglich miteinander verbunden sind, so dass die Position des ersten Segments (60) und des zweiten Segments (62, 74) zueinander verändert werden kann, wobei jeweils das erste Segment (60) und das zweite Segment (62, 74) jeweils mindestens ein Anschlusselement (14, 16, 38) aufweisen, so dass die Lage der Anschlusselemente (14, 16, 38) des ersten Segments (60) relativ zur Lage der Anschlusselemente (14, 16, 38) des zweiten Seg- ments (62, 74) verändert werden kann.

5. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Basis (12) mehr als zwei Segmente (60, 62, 74) aufweist, wobei jedes Segment insbesondere mindestens ein Anschlus- selement aufweist.

6. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Positionen von mindestens zwei Segmenten (60, 62, 74) der Basis zueinander veränderbar sind durch ein Verschieben ge- geneinander und/oder ein Verschwenken um eine gemeinsame Dreh- achse.

7. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehr als ein Anschlusselement (14, 16, 38), insbesondere mehr als zwei Anschlusselemente und besonders bevorzugt mehr als fünf An- schlusselemente.

8. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Positionen von mehr als einem Anschlusselement (14, 16, 38) und/oder Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb eines Anschlusselements (14, 16, 38) insbesondere unabhängig verän- derbar sind, wobei bevorzugt die Positionen aller Anschlusselemente und/oder aller Manipulatoren innerhalb eines Anschlusselements insbe- sondere unabhängig voneinander veränderbar sind.

9. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mehr als einen Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78), insbeson- dere mehr als fünf, wobei bevorzugt die Anzahl an Anschlusselementen der Anzahl an Manipulatoren entspricht.

10. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet, dass es sich bei mindestens einem Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) um einen aktuierten Finger, ein Werkzeug, einen Sen- sor oder eine Lichtquelle handelt.

11. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens ein Anschlusselement (14, 16, 38) eine lineare Beweglichkeit aufweist zur Veränderung der Position des An- schlusselements und/oder mindestens ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb eines Anschlusselements linear beweglich ist zur Veränderung der Position des Manipulators.

12. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass mindestens ein Anschlusselement (14, 16, 38) eine rotatorische Beweglichkeit aufweist zur Veränderung der Position des An- schlusselements und/oder mindestens ein Manipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb eines Anschlusselements rotatorisch beweglich ist zur Veränderung der Position des Manipulators.

13. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Position mindestens eines Anschlusselements (14, 16, 38), insbesondere aller Anschlusselemente und/oder die Position min- destens eines Manipulators (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb eines Anschlusselements und insbesondere die Positionen aller Manipulatoren innerhalb der jeweiligen Anschlusselemente und/oder die Position min- destens eines Segments und insbesondere die Positionen aller Segmente der Basis zueinander manuell verändert werden kann.

14. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeich- net durch eine an dem Anschlusselement (14, 16, 38) und/oder dem Ma- nipulator (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) und/oder der Basis angeordnete Lösevorrichtung (28, 30), so dass durch die Lösevorrichtung (28, 30) eine Arretierung der Position des Anschlusselements und/oder des Manipula- tors innerhalb des Anschlusselements gelöst wird und die Position des Anschlusselements und/oder Manipulators veränderbar ist.

15. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Position mindestens eines Anschlusselements (14, 16, 38), insbesondere aller Anschlusselemente und/oder die Position min- destens eines Manipulators (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) innerhalb eines Anschlusselements und insbesondere die Positionen aller Manipulatoren innerhalb der jeweiligen Anschlusselemente und/oder die Position min- destens eines Segments (60, 62, 74) und insbesondere die Positionen aller Segmente der Basis (12) zueinander automatisch verändert werden kann.

16. Modularer Endeffektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Position elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgt.

17. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Anschlusselemente (14, 16, 38) Anschlüsse auf- weisen, die für eine Vielzahl unterschiedlicher Manipulatoren (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) passen, so dass ein schnelles Austauschen der Manipula- toren ermöglicht wird.

18. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Basis (12) ein Oberflächenelement (80) aufweist, welches die innenseitige Oberfläche des modularen Endeffektors bildet, wobei das Oberflächenelement (80) zumindest teilweise austauschbar ist und/oder mehr als einen Bereich aufweist, wobei einzelne Bereiche un- terschiedliche Materialien aufweisen.

19. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulato- ren (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der Anschlusselemente derart an- gepasst werden kann, dass mehr als ein Paar gegeneinander wirkender Manipulatoren vorliegt.

20. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulato- ren (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der Anschlusselemente derart an- gepasst werden kann, dass mindestens zwei aktuierte Finger zusammen gefasst werden können, so dass die zwei aktuierten Finger ihre Bewegun- gen synchron ausführen zur gegenseitigen Verstärkung.

21. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ge- kennzeichnet, dass bei der Verwendung aktuierter Finger als Manipulato- ren (18, 20, 40, 46, 68, 70, 78) die Position der Anschlusselemente und/oder der Manipulatoren innerhalb der Anschlusselemente derart an- gepasst werden kann, dass die Lage der aktuierten Finger einer humano- iden Konfiguration entspricht.

22. Modularer Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Basis (12) mindestens einen Positionssensor auf- weist zur Erfassung der Position der Segmente (60, 62, 74) und/oder mindestens einen Kraftsensor aufweist zur Erfassung der auf die Basis (12) wirkenden Kräfte.

23. Roboter mit mindestens einem modularen Endeffektor nach einem der Ansprüche 1 bis 22.

24. Roboter nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Roboter um einen Roboterarm handelt insbesondere mit sechs oder mehr Freiheitsgraden.