DE102007031847B3

DE102007031847B3 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102007031847B3
Application number: DE200710031847
Authority: DE
Inventors: Marko Schreiber; Andreas Wolf
Original assignee: Mars Inc
Current assignee: Mars Inc
Priority date: 2007-07-09
Filing date: 2007-07-09
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2027-07-10
Also published as: WO2009007053A1

Abstract

Greifvorrichtung für einen Industrieroboter zum Erfassen und Plazieren von nachgiebigen Gegenständen, insbesondere von Nahrungsmittelteilen wie Fleisch, Obst oder kleinen Fischen, mit zwei beabstandeten Saugköpfen, zwischen denen ein mechanisches Greiferpaar angeordnet ist, dessen zwei Greifarme um eine oder zwei beabstandete, parallele Schwenkachsen schwenkbar gehalten sind, und mit einer zwischen den Saugköpfen und zwischen den Greifarmen angeordneten Anlagefläche.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung für einen Industrieroboter zum Erfassen und Plazieren von nachgiebigen Gegenständen, insbesondere von empfindlichen Nahrungsmittelteilen wie Fleisch oder Obst oder von zur Dekoration von Nahrungsmittelprodukten dienenden Teilen wie etwa Shrimps oder kleinen Fischen.
Bei von Robotern ausgeführten Handhabungsvorgängen mit einer Erfassungs-, einer Bewegungs- und einer Plazierungs- oder Ablagephase werden kürzestmögliche Taktzeiten angestrebt, so daß in der Bewegungsphase hohe Beschleunigungen und dementsprechend große Trägheitskräfte auf die erfaßten Gegenstände, aber auch auf die Greifvorrichtung als solche einwirken und die Greif- und Lösevorgänge in sehr kurzen Zeiten ausgeführt werden müssen.
Bekannte Greiftechnologien können daher nicht ohne weiteres für den genannten Zweck angewendet werden.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Greifvorrichtung zu schaffen, mit der nachgiebige Gegenstände, insbesondere empfindliche Nahrungsmittelteile, von einem Industrieroboter mit hoher Geschwindigkeit erfaßt, bewegt und abgelegt werden können, ohne daß die Gegenstände selbst oder deren äußeres Erscheinungsbild beschädigt oder beeinträchtigt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Greifvorrichtung für einen Industrieroboter zum Erfassen und Plazieren von nachgiebigen Gegenständen, insbesondere von empfindlichen Nahrungsmittelteilen wie Fleisch, Obst oder kleinen Fischen gelöst, mit zwei beabstandeten Saugköpfen, zwischen denen ein mechanischer Greifer angeordnet ist, dessen zwei Greiferbacken um eine oder zwei beabstandete, parallele Schwenkachsen schwenkbar gehalten sind, und mit einer zwischen den Saugköpfen und zwischen den Greiferbacken angeordneten, bevorzugt mit einer Oberflächenstruktur versehenen Anlagefläche.
Es kann vorgesehen sein, daß die Saugköpfe als in die Anlagefläche mündende Bohrungen ausgebildet sind.
Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Saugköpfe in Vertiefungen der Anlagefläche nachgiebig gehalten sind. Hierbei besteht die Möglichkeit, daß die Saugköpfe ganz oder teilweise faltenbalgartig ausgebildet sind.
Die Saugköpfe können senkrecht zu einer Erstreckungsebene der Anlagefläche nachgiebig gehalten sein.
Die Saugköpfe können in einem unbelasteten Zustand über die Anlagefläche vorstehen und durch eine im Betrieb auftretende Saugkraft und/oder Andruckkraft eines zu erfassenden Gegenstands in Richtung der Anlagefläche eindrückbar sein.
Die Saugköpfe können in einer Längsmittelebene der Greifvorrichtung liegende Längsachsen aufweisen.
Die Schwenkachse(n) kann (können) parallel zu einer Längsmittelebene der Greifvorrichtung angeordnet sein.
Bevorzugt kann vorgesehen sein, daß die Greiferbacken in einer ersten Richtung pneumatisch, etwa durch Druckluft, und in einer zweiten Richtung durch Federkraft beaufschlagbar sind.
Zweckmäßigerweise ist die erste Richtung eine Löserichtung und die zweite Richtung eine Greifrichtung.
Die Greiferbacken können an einen zu greifenden Gegenstand formangepaßt sein.
Ferner kann vorgesehen sein, daß die Saugköpfe über separate Leitungen mit einer Unterdruckquelle und wahlweise mit einer Überdruckquelle verbindbar sind.
Zweckmäßigerweise ist eine Umschalteinrichtung vorgesehen, die eine Beaufschlagung der Saugköpfe wahlweise mit Unterdruck oder Überdruck ermöglicht.
Die Greiferbacken können an einem Greiferkörper gehalten sein, der zusammen mit den Saugköpfen an einem einstückigen Grundkörper gehalten ist. An dem Grundkörper kann wei terhin eine Halterung zur Befestigung an einem Roboterarm ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Klemmkonus oder einer zylindrischen Klemmhülse.
An dem Grundkörper können Pneumatikanschlüsse für die Saugköpfe angeordnet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf eine Zeichnung Bezug genommen ist, in der
1a und 1b zwei Seitenansichten einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung zeigen, teilweise im Schnitt, vor einem Greifvorgang,
2a und 2b die Greifvorrichtung nach 1a und 1b in entsprechenden Ansichten in einer ersten Greifphase zeigen,
3a und 3b die Greifvorrichtung in einer zweiten Greifphase zeigen, und
4 ein Anschlußschema für die Saugköpfe zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Greifvorrichtung 1 besteht aus einem einstückigen Grundkörper 2, der beispielsweise aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein kann und in 1b, 2b und 3b teilweise im Schnitt dargestellt ist. An dem Grundkörper ist eine Halterung 4 befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet, wobei die Halterung 4 wie dargestellt als zylindrische Hülse oder Klemmhülse ausgebildet sein kann, oder als konische Klemmhülse zur Befestigung der Greifvorrichtung an einem nicht dargestellten Roboterarm zur Ausführung von Handhabungsvorgängen mit einer jeweils positionsgenauen Erfassungs-, Bewegungs- und Ablagephase.
An dem Grundkörper 2 ist ein Greiferkörper 6 gehalten, von dem zwei Greiferbacken 8 abgehen, die an parallelen Schwenkachsen 10 schwenkbar an dem Greiferkörper 6 gehalten sind. Die Schwenkachsen verlaufen mit Abstand parallel zu einer Längsmittelebene 11 der Greifvorrichtung.
Der Grundkörper 2 weist einen Halteabschnitt 2a und einen im wesentlichen quer dazu verlaufenden Anlageabschnitt 2b auf, in dem mit gegenseitigem Abstand beiderseits der Greiferbacken 8 zwei Saugköpfe 12 angeordnet sind. Jeder Saugkopf 12 ist in einer zylindrischen Vertiefung 14 des Anlageabschnitts 2b angeordnet und besteht aus einem rohrförmigen Abschnitt 16 und einem daran anschließenden faltenbalgartigen Abschnitt 18. Der rohrförmige Abschnitt 16 ist in eine Bohrung 19 des Grundkörpers 2 eingesetzt oder fest mit dieser verbunden, während der faltenbalgartige Abschnitt 18 entlang der Längsachse 20 der Vertiefung 14 elastisch nachgiebig beweglich und durch die Bohrung 19 in Längsrichtung geführt ist. Ein freier Saugrand 22 des faltenbalgartigen Abschnitts 18 kann auf diese Weise bis in eine Erstreckungsebene 24 einer Anlagefläche 26 des Anlageabschnitts 2b bewegt werden, wie etwa 2 und 3 zeigen.
Die Flexibilität der faltenbalgartigen Abschnitte 18 und damit deren Kraft-/Wegverhalten („Federkonstante") ist so gewählt, daß bei Anlegen eines Betriebsunterdrucks von beispielsweise 0,3, 0,5 oder 0,8 bar und bei Verschluß der Öffnungsfläche im Bereich des freien Saugrands 22 der faltenbalgartige Abschnitt 18 allein aufgrund der Kraft des äußeren Luftdrucks zusammengedrückt wird, vorzugsweise mindestens bis in Höhe der Erstreckungsebene 24, so daß ein erfaßter Gegenstand, der nur ein geringes Gewicht aufweist, allein aufgrund der Unterdruckwirkung bis in den Bereich der Anlagefläche 26 gezogen wird.
Die Anlagefläche 26 ist in dem dargestellten Beispiel eben, könnte allerdings auch gekrümmt oder gewölbt sein. Sie ist mit einer strukturierten Oberfläche versehen, in diesem Fall mit Riffelungen, die in einer oder mehreren unter einem Winkel zueinander stehenden Richtungen angeordnet sein kann, um bei einem Kontakt mit einem aufzunehmenden Gegenstand einen kraftschlüssigen Kontakt herzustellen.
Anschließend an die Bohrungen 19 sind Anschlüsse 30 zur Verbindung mit flexiblen Leitungen 32 vorgesehen, um eine nicht dargestellte Unterdruckquelle mit den Saugköpfen zu verbinden. Die Saugköpfe 12 sind hierbei separat angeschlossen, d. h. mit relativ langen Leitungen, ausgehend von den Anschlüssen 30, die dann erst im Bereich des Roboterarms an eine gemeinsame Unterdruckleitung angeschlossen sind. Der Vorteil dieser separaten Verbindung liegt darin, daß sich eine Störung eines Saugkopfs, beispielsweise eine Verstopfung oder eine fehlende Abdeckung durch fehlerhafte Erfassung eines Gegenstands, nicht unmittelbar auf den anderen Saugkopf auswirkt. Ein in einen Saugkörper eindringender und diesen ganz oder teilweise verschließender Fremdkörper müßte sich zunächst bis in den Bereich eines gemeinsamen Anschlusses der beiden Saugleitungen an eine Unterdruckleitung fortbewegen, um auch den anderen Saugkopf störend zu beeinflussen.
4 zeigt eine andere Ausführungsform eines separaten Anschlusses der beiden Saugköpfe 12. Jeweils eine Leitung 32 verbindet einen Anschluß 30 mit einem Umsteuerventil 34, dessen Schieber 36 eine Beaufschlagung der Leitung 32 wahlweise mit Druckluft oder Unterdruck bzw. Vakuum ermöglicht.
Bei den Leitungen 32 handelt es sich um nicht ausschließlich mit Unterdruck, sondern auch mit Überdruck zu beaufschlagende Leitungen, um nicht nur ein Aufnehmen eines Gegenstands zu ermöglichen, sondern auch dessen Ablage durch einen Druckstoß beschleunigen zu können. Auch hierbei macht sich die Bewegbarkeit der Saugköpfe aufgrund der faltenbalgartigen Abschnitte vorteilhaft bemerkbar, da bei einer Druckbeaufschlagung die faltenbalgartigen Abschnitte die Tendenz haben, sich von der Anlagefläche 26 zu entfernen und aus den Vertiefungen 14 herauszubewegen, wodurch eine Ablösung des Gegenstands von der Anlagefläche 16 zusätzlich unterstützt wird.
Die Greiferbacken 8 werden von einer Druckfeder 38 in die in 3a dargestellte Schließ- oder Haltestellung vorgespannt und von einer nicht im einzelnen dargestellten, innerhalb des Greiferkörpers 6 befindlichen Anordnung durch Überdruck, der über entsprechende Leitungen 40 (Zu- und Ableitung) an Anschlüsse 42 geleitet wird, in die in 1a und 2a dargestellte geöffnete Stellung gebracht. Ein Schaltventil 44 ermöglicht eine Verbindung der Leitung 40 mit einer Druckluftquelle. Durch entsprechende Einstellung oder durch Auswahl der Federkonstanten der Druckfeder 38 kann eine zweckmäßige Haltekraft im Schließzustand erreicht werden, ohne daß die erfaßten Gegenstände übermäßig verformt oder beschädigt werden.
Die Greiferbacken 8 sind an ihren freien Enden in Bezug auf die zu erfassenden Gegenstände formangepaßt gestaltet, um nach Möglichkeit eine Beschädigung oder ein übermäßiges Eindrücken der Greiferbacken in die Gegenstände zu vermeiden.
Da für einen vollständigen Greifzyklus wie erwähnt Unterdruck und bevorzugt auch Überdruck eingesetzt wird, ist es zweckmäßig, den benötigten Unterdruck dynamisch aus einer Druckluftquelle zu erzeugen. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß eine Druckluftquelle mit etwa 5 bis 8 Bar zur Verfügung gestellt wird. Zur Abgabe eines Druckstoßes auf die Saugköpfe wird die Druckluft, gegebenenfalls unter Vermittlung eines Druckminderers, an die Anschlüsse 30 geleitet. Zur Erzeugung von Unterdruck, beispielsweise 0,3, 0,5 oder 0,8 Bar, wird die Druckluft beispielsweise durch ein Venturirohr geleitet und der benötigte Unterdruck auf diese Weise erzeugt.
Bei der Ausführung nach 4 können die beiden Umsteuerventile 34 über zunächst jeweils eine Druckleitung mit einer gemeinsamen Druckluftleitung und über zunächst je eine Unterdruckleitung mit einer gemeinsamen Vakuumleitung verbunden sein, oder aber es kann zur Sicherstellung einer völlig unabhängigen Unterdruckversorgung für jeden Saugkopf und für jedes Umsteuerventil ein eigener Unterdruckerzeuger wie beispielsweise Venturirohr o. ä. vorgesehen sein.
Beim Aufnehmen eines Gegenstands ist es zweckmäßig, zunächst bei geöffneten Greiferbacken 8 (2a, b) den Gegenstand lediglich mit den Saugköpfen 12 zu erfassen und wie beschrieben entweder allein durch Unterdruck oder zusätzlich mit einer fortgesetzten Bewegung der Greifvorrichtung als ganzes den Gegenstand an die Anlagefläche 26 heranzubewegen, woraufhin dann die Greiferbacken 8 geschlossen werden (3a, b), um einen zusätzlichen seitlichen Halt bei schnellen Bewegungen zu bewirken.

Claims

Greifvorrichtung (1) für einen Industrieroboter zum Erfassen und Plazieren von nachgiebigen Gegenstanden (27), insbesondere von Nahrungsmittelteilen wie Fleisch, Obst oder kleinen Fischen, mit zwei beabstandeten Saugköpfen (12), zwischen denen ein mechanischer Greifer angeordnet ist, dessen zwei Greiferhacken (8) um eine oder zwei beabstandete, parallele Schwenkachsen (10) schwenkbar gehalten sind, und mit einer zwischen den Saugköpfen (12) und zwischen den Greiferhacken (8) angeordneten Anlagefläche (26).
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) als in die Anlagefläche (26) mündende Bohrungen (19) ausgebildet sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) in Vertiefungen (19) der Anlagefläche (26) nachgiebig gehalten sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) faltenbalgartig ausgebildet sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) senkrecht zu einer Erstreckungsebene (24) der Anlagefläche nachgiebig gehalten sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) in einem unbelasteten Zustand über die Anlagefläche (26) vorstehen und durch eine im Betrieb auftretende Saugkraft und/oder Andruckkraft eines zu erfassenden Gegenstands (27) in Richtung der Anlagefläche (26) eindrückbar sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe in einer Längsmittelebene (28) der Greifvorrichtung liegende Längsachsen (20) aufweisen.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse(n)(10) parallel zu einer Längsmittelebene (28) der Greifvorrichtung (1) angeordnet ist (sind).
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferhacken (8) in einer ersten Richtung pneumatisch und in einer zweiten Richtung durch Federkraft (38) beaufschlagbar sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Richtung eine Löserichtung und die zweite Richtung eine Greifrichtung ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferhacken (8) an einen zu greifenden Gegenstand (27) formangepaßt sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugköpfe (12) über separate Leitungen (32) mit einer Unterdruckquelle verbindbar sind.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschalteinrichtung (34) vorgesehen ist, die eine Beauschlagung der Saugköpfe (12) wahlweise mit Unterdruck oder Überdruck ermöglicht.
Greifvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferhacken (8) an einem Greiferker (6) gehalten sind, der zusammen mit den Saugköpfen (12) an einem einstückigen Grundkörper (2) gehalten ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Grundkörper (2) eine Halterung (4) zur Befestigung an einem Roboterarm ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Grundkörper (2) Pneumatikanschlüsse (30) für die Saugköpfe (12) angeordnet sind.