DE102019201169A1

DE102019201169A1 - Robotergreifer mit einem Kraftsensor

Info

Publication number: DE102019201169A1
Application number: DE102019201169.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Früchtl; Friedrich Sterz
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH; KUKA Systems GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH; KUKA Systems GmbH
Priority date: 2019-01-30
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-31
Also published as: DE102019201169B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer (1), aufweisend einen Greifergrundkörper (2), eine am Greifergrundkörper (2) gelagerte Sensorplatte (22), einen Greiferplattenträger (23), und einen zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greiferplattenträger (23) angeordneten, zum eindimensionalen Messen ausgebildeten Kraftsensor (20), der eingerichtet ist, ausschließlich eine in Werkzeugstoßrichtung (W) des Robotergreifers (1) wirkende Kraft aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer mit wenigstens einer ersten Greiferbacke, wenigstens einer zweiten Greiferbacke und wenigstens einem Saugelement.
Aus der DE 20 2007 015 153 U1 ist eine Handhabungseinrichtung für mehrlagige Werkstücke, insbesondere Furniere und Platten bekannt, die zumindest ein Greifwerkzeug mit einem Anschluss zur Verbindung mit einem Manipulator aufweist, wobei das Greifwerkzeug ein die Greifelemente umgebendes, bewegliches und an das gefasste Werkstück anpressbares Stützelement aufweist. Dabei sind die Greifelemente der Handhabungseinrichtung als Sauger ausgebildet.
Die WO 2018/073336 A1 beschreibt einen Robotergreifer mit beweglichen Hilfssaugelementen. Der dortige Robotergreifer umfasst einen Greifergrundkörper, der eine Anschlusseinrichtung zum Befestigen des Robotergreifers an einem Flansch eines Roboterarms aufweist, wenigstens ein am Greifergrundkörper gelagertes Saugelement, das eine an eine Saugleitung anzuschließende Ansaugöffnung und einen die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt umfasst, wenigstens eine am Greifergrundkörper verstellbar gelagerte erste Greiferbacke, die eine erste Greifkontaktfläche aufweist, und wenigstens eine am Greifergrundkörper verstellbar gelagerte zweite Greiferbacke, die eine zweite Greifkontaktfläche aufweist, wobei die erste Greifkontaktfläche der ersten Greiferbacke und die zweite Greifkontaktfläche der zweiten Greiferbacke ausgebildet sind, zum mechanisch klemmenden Greifen eines durch den Robotergreifer zu handhabenden Gegenstandes, der durch ein Verstellen wenigstens einer der Greiferbacken an den Greifkontaktflächen festzuklemmen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen derartigen oder zumindest im Aufbau ähnlichen Robotergreifer weiterzubilden, so dass zu greifende Gegenstände besonders zuverlässig gegriffen werden können.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Robotergreifer, aufweisend:

- einen Greifergrundkörper, der eine Anschlusseinrichtung zum Befestigen des Robotergreifers an einem Flansch eines Roboterarms umfasst,
- eine am Greifergrundkörper gelagerte Sensorplatte,
- einen Greiferplattenträger, an dem
- - wenigstens ein Saugelement gelagert ist, das eine an eine Saugleitung anzuschließende Ansaugöffnung und einen die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt umfasst,
- - wenigstens eine erste Greiferbacke verstellbar gelagert ist, die eine erste Greifkontaktfläche aufweist,
- - wenigstens eine zweite Greiferbacke verstellbar gelagert ist, die eine zweite Greifkontaktfläche aufweist, wobei die erste Greifkontaktfläche der ersten Greiferbacke und die zweite Greifkontaktfläche der zweiten Greiferbacke ausgebildet sind, zum mechanisch klemmenden Greifen eines durch den Robotergreifer zu handhabenden Gegenstandes, der durch ein Verstellen wenigstens einer der Greiferbacken an den Greifkontaktflächen festzuklemmen ist,
- - wobei wenigstens ein erstes Hilfssaugelement an der ersten Greiferbacke und wenigstens ein zweites Hilfssaugelement an der zweiten Greiferbacke angeordnet ist,
- und einen zwischen der Sensorplatte und dem Greiferplattenträger angeordneten, zum eindimensionalen Messen ausgebildeten Kraftsensor, der eingerichtet ist, ausschließlich eine in Werkzeugstoßrichtung des Robotergreifers wirkende Kraft aufzunehmen.

Mittels der Anschlusseinrichtung kann der Robotergreifer an einem Flansch eines Roboterarms befestigt werden. Mittels des Roboterarms kann der Robotergreifer automatisch gemäß eines Roboterprogramms oder manuell gesteuert in einem Handfahrbetrieb im Raum bewegt und der Robotergreifer eingestellt, d.h. unter anderem geöffnet und geschlossen werden. Roboterarme mit zugehörigen programmierbaren Robotersteuerungen, insbesondere Industrieroboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung ausgerüstet werden können und in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind. Industrieroboter weisen üblicherweise einen Roboterarm mit mehreren über Gelenke verbundene Glieder und programmierbare Robotersteuerungen auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Roboterarms automatisch steuern bzw. regeln, um den Roboterflansch und folglich den Robotergreifer des Roboterarms im Raum zu positionieren und zu bewegen. Die Glieder werden dazu über Antriebsmotoren, insbesondere elektrische Antriebsmotoren, die von der Robotersteuerung angesteuert werden, insbesondere bezüglich der Bewegungsachsen des Industrieroboters, welche die Bewegungsfreiheitsgrade der Gelenke repräsentieren, bewegt. Der Roboter kann beispielsweise ein Industrieroboter sein, der insbesondere ein Knickarmroboter mit seriell aufeinander folgenden Drehachsen, beispielsweise fünf, sechs oder sieben Drehachsen sein kann.
Der Robotergreifer weist neben einem vorzugsweise zentral angeordneten Saugelement, das insoweit ein Hauptsaugelement bildet, wenigstens zwei weitere Saugelemente auf, nämlich das wenigstens eine erste Hilfssaugelement und das wenigstens eine zweite Hilfssaugelement. Es sind am Robotergreifer also mindestens drei oder mehr Sauger vorhanden. Der Robotergreifer weist außerdem mindestens zwei Greiferbacken auf. Die Greiferbacken sind am Greifergrundkörper verstellbar gelagert, können insbesondere mit Motoren oder Antriebe versehen sein, um die Greiferbacken, insbesondere angesteuert durch eine Robotersteuerung bzw. gemäß dessen Roboterprogramm, automatisch bewegen zu können. Die Greiferbacken können generell voneinander weg und aufeinander zu bewegt werden, so dass mittels der Greiferbacken ein Gegenstand in einem mechanischen Klemmgriff gehalten werden kann. Bei dem Klemmgriff kann es sich ganz allgemein um einen Außengriff handeln, bei dem der zu haltende Gegenstand zwischen wenigstens zwei Greiferbacken eingeklemmt wird. Alternativ kann der Klemmgriff auch ein Innengriff sein, d.h. wenigstens zwei Greiferbacken tauchen in eine Öffnung des Gegenstandes ein und bewegen sich voneinander weg, so dass die wenigstens zwei Greiferbacken sich in der Öffnung des Gegenstandes einspannen und so den Gegenstand halten.
Separat von den Greifkontaktflächen der Greiferbacken, die zum mechanisch klemmenden Halten von Gegenstände ausgebildet sind, weisen die wenigstens zwei Greiferbacken zusätzlich jeweils wenigstens ein Hilfssaugelement auf. Die Hilfssaugelemente können in einer ersten Anwendungsvariante statt des Saugelements, insbesondere statt des Hauptsaugelements den Gegenstand halten. Die Hilfssaugelemente können in einer zweiten Anwendungsvariante zusätzlich zum Saugelement, insbesondere zusätzlich zum Hauptsaugelement den Gegenstand halten. Dies bedeutet, dass der Gegenstand sowohl von dem Saugelement, insbesondere dem Hauptsaugelement, als auch von wenigstens einem der mehreren Hilfssaugelement gehalten wird. In einer dritten Anwendungsvariante kann der Gegenstand statt mit den Hilfssaugelementen saugend, mit den Greifkontaktflächen der Greiferbacken mechanisch klemmend gehalten werden. In einer vierten Anwendungsvariante kann das mechanisch klemmende Halten des Gegenstandes mittels der Greiferbacken durch ein saugendes Halten mittels des Saugelement, insbesondere des Hauptsaugelements unterstützt werden. Somit sind neben dem Halten durch das Saugelement, insbesondere das Hauptsaugelement, noch vier weitere Anwendungsvarianten durch den einen Robotergreifer ermöglicht.
Der Robotergreifer kann zwei, drei oder mehrere Greiferbacken aufweisen, die verstellbar sein können, um verschiedene Positionen für die Hilfssaugelemente ermöglichen zu können, besonders bevorzugt weist der Robotergreifer drei Greiferbacken auf.
Der Robotergreifer kann über einen zentralen Sauger, d.h. ein zentrales Saugelement verfügen, mit dem insbesondere auch schwerere Gegenstände oder Bauteile an einem zentrierten Schwerpunkt aufgenommen werden können.
Der Robotergreifer kann neben dem zentralen Sauger, ein, zwei oder mehrere, insbesondere drei kleinere Hilfssaugelemente aufweisen. Das wenigstens eine Hilfssaugelement dient zum Abstützen eines möglichen Kippmoments, falls der Schwerpunkt beim Greifen oder saugenden Aufnehmen mittels des zentralen Saugelements der gegriffene Gegenstand außerhalb des zentralen Greifpunkts liegt.
Mit dem Robotergreifer ist es möglich, mittels des zentralen Saugers ein Bauteil anzusaugen und mit beispielsweise drei kleineren Hilfssaugelemente ein 3-Punkt-Halt zu realisieren. Alternativ oder ergänzend zu einem saugenden Halten des Gegenstandes mittels des zentralen Saugers und den Hilfssaugelementen, kann der Robotergreifer aufgrund seiner wenigstens zwei verstellbaren (Klemm-)Greifbacken den Gegenstand alternativ oder ergänzend zu einem Ansaugen durch einen Klemmgriff halten. Dafür wird bevorzugt an den Rohren, welche die kleinen Hilfssaugelemente aufweisen, zusätzlich haftendes Material, wie z.B. Gummi, aufgebracht. Das Material dient auch zur Bauteilsicherung während Transports durch den Robotergreifer. Somit erfolgt bevorzugt beim mechanischen Greifen ein Kontakt des Bauteils bzw. Gegenstands mit Endbereichen der Greifbacken, welche vor den Hilfssaugelementen liegen. Bevorzugt ist zusätzlich zum Klemmen mit haftendem Material eine Kombination aus Saugen und Klemmen möglich.
Indem der Robotergreifer eine am Greifergrundkörper gelagerte Sensorplatte und einen zwischen der Sensorplatte und dem Greiferplattenträger angeordneten, zum eindimensionalen Messen ausgebildeten Kraftsensor aufweist, der eingerichtet ist, ausschließlich eine in Werkzeugstoßrichtung des Robotergreifers wirkende Kraft aufzunehmen, können zu greifende Gegenstände besonders zuverlässig gegriffen werden.
Mit einer Integration eines eindimensional in Werkzeugstoßrichtung messenden Kraftsensors wird ein besonders genau messendes System geschaffen, so dass die Gefahr von unsauberen Greifzuständen und ein Verlieren von bereits gegriffenen Gegenständen von dem Robotergreifer vermindert oder sogar ganz beseitigt wird. Dazu ist es speziell bei solchen Robotergreifern, die erfindungsgemäß einen Greiferplattenträger aufweisen, an dem

- wenigstens ein Saugelement gelagert ist, das eine an eine Saugleitung anzuschließende Ansaugöffnung und einen die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt umfasst,
- wenigstens eine erste Greiferbacke verstellbar gelagert ist, die eine erste Greifkontaktfläche aufweist, und
- wenigstens eine zweite Greiferbacke verstellbar gelagert ist, die eine zweite Greifkontaktfläche aufweist, wobei die erste Greifkontaktfläche der ersten Greiferbacke und die zweite Greifkontaktfläche der zweiten Greiferbacke ausgebildet sind, zum mechanisch klemmenden Greifen eines durch den Robotergreifer zu handhabenden Gegenstandes, der durch ein Verstellen wenigstens einer der Greiferbacken an den Greifkontaktflächen festzuklemmen ist,
- wobei wenigstens ein erstes Hilfssaugelement an der ersten Greiferbacke und wenigstens ein zweites Hilfssaugelement an der zweiten Greiferbacke angeordnet ist,

Im Falle der speziellen Greiferbacken des erfindungsgemäßen Robotergreifers ist eine optimale Messung der Gewichtskraft des gegriffenen Gegenstandes mittels allgemein bekannter Sensoren nicht so einfach und nur weniger zuverlässig möglich. Die Werkzeugstoßrichtung verläuft im Falle des erfindungsgemäßen Robotergreifers in der Verstellrichtung des (Haupt-)Saugelements bzw. insbesondere in der Verstellrichtung des Schiebers des (Haupt-)Saugelements und/oder im Wesentlichen parallel zur Hauptlängserstreckung der Greiferbacken bzw. quer zu den Hebeln welche die Greiferbacken betätigen. Die Werkzeugstoßrichtung verläuft im Falle des erfindungsgemäßen Robotergreifers insoweit auch in Saugrichtung des (Haupt-)Saugelements und der Hilfssaugelemente.
Der Kraftsensor kann einen Sensorkörper in Form eines Monoblocks aufweisen, der das alleinige Übertragungsglied in Werkzeugstoßrichtung zwischen der Sensorplatte und dem Greiferplattenträger ist.
Der Monoblock ist dabei vorteilhaft, um eine besonders steife Verbindung der Sensorplatte mit dem Greiferplattenträger zu erreichen, die für eine präzise Handhabung speziell des (Haupt-)Saugelements und der Hilfssaugelemente erforderlich ist. Der Monoblock ist dabei außerdem sehr günstig hinsichtlich der Steifigkeit der Verbindung der Sensorplatte mit dem Greiferplattenträger in allen anderen Schubrichtungen und Rotationswirkungen, die von der Werkzeugstoßrichtung abweichen. Der Sensorkörper ist dabei ausgebildet speziell in Werkzeugstoßrichtung eine besonders genaue Messung zu ermöglichen. Im Allgemeinen kann der zur Messbarkeit erforderliche Messabschnitt des Monoblocks einen Biegebalken oder einen Scherbalken bilden.
Im Speziellen kann der Kraftsensor einen S-förmigen Verformungskörper aufweisen, der einen mit der Sensorplatte verbundenen proximalen ersten Endschenkelabschnitt aufweist, der sich quer zur Werkzeugstoßrichtung, die eine Messrichtung bildet, erstreckt, einen mit dem Greiferplattenträger verbundenen distalen zweiten Endschenkelabschnitt aufweist, der sich quer zur Werkzeugstoßrichtung, die eine Messrichtung bildet, erstreckt, und einen zwischen dem ersten Endschenkelabschnitt und dem zweiten Endschenkelabschnitt ausgebildeten Scherbalkenabschnitt aufweist, der einen Aufnehmer umfasst, welcher ausgebildet ist, eine Scherung an dem Scherbalkenabschnitt zu erfassen.
Es hat sich gezeigt, dass in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Robotergreifer eine Erfassung der Sensorgröße der Kraft in Werkzeugstoßrichtung an einem Scherbalkenabschnitt des Kraftsensors besonders vorteilhaft ist. Der Scherbalkenabschnitt weist dabei ein Messglied auf, das insbesondere ein Messglied sein kann, dass einen zur Kraft in Werkzeugstoßrichtung korrelierende physikalische Größe, wie eine Biegekraft und/oder Scherkraft erfasst und als eine elektrisch auswertbare Größe abgeben kann. Insoweit kann es sich bei dem Messglied - es können auch mehrere Messglieder sein - beispielsweise um Dehnmesstreifen (DMS) handeln. Dehnmesstreifen weisen im Allgemeinen einen Messabschnitt auf, der seinen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit seiner Verformung ändert. Dieser elektrische Widerstand kann über elektrische Anschlussleitungen des Kraftsensors elektrisch abgegriffen und ausgewertet werden.
Der Kraftsensor kann ausgebildet sein, sowohl Zugkräfte in Werkzeugstoßrichtung als auch Druckkräfte in Werkzeugstoßrichtung zu erfassen.
Indem der Kraftsensor sowohl Zugkräfte in Werkzeugstoßrichtung als auch Druckkräfte in Werkzeugstoßrichtung erfassen kann, kann nicht nur die Gewichtskraft (d.h. Zugkräfte) eines an dem Robotergreifer gehaltenen Gegenstandes bestimmt werden, sondern es kann auch während einer Annäherungsbewegung bzw. im Moment einer Berührung eines sich annähernden Robotergreifers, insbesondere dessen Saugelemente, eine Andruckkraft oder Anpresskraft (d.h. Druckkräfte), welche der Robotergreifer, insbesondere dessen (Haupt-)Saugelement und/oder Hilfssaugelemente auf den aufzunehmenden Gegenstand ausübt, bestimmt d.h. erfasst werden.
Der Greiferplattenträger kann in allen Ausführungsvarianten mittels einer Linearführung an der Sensorplatte in Werkzeugstoßrichtung verstellbar gelagert sein und die Linearführung kann dabei ausgebildet sein, die um alle drei kartesischen Koordinatenachsen auftretenden Drehmomente aufzunehmen und die Kräfte aufzunehmen, die in zwei orthogonalen Richtungen der kartesischen Koordinatenachsen verlaufen, die beide senkrecht zur Werkzeugstoßrichtung stehen.
Die Linearführung kann beispielsweise Buchsen, insbesondere Rundbuchsen mit Kugelumlauf aufweisen. In einer ersten Variante kann demgemäß der Greiferplattenträger parallele Rundschienen, wie Kreiszylinderstangen, oder sonstige Profilschienen aufweisen, wobei die Sensorplatte und ggf. auch der Greifergrundkörper jeweils eine der jeweiligen Rundschiene oder Profilschiene je nach dem zugeordnete Rundbuchse mit Kugelumlauf oder Profilbuchse mit Kugelumlauf aufweist. Statt einem Kugelumlauf sind ggf. auch starre Gleitkörper, wie z.B. PTFE-Buchsen möglich. In einer zweiten Variante kann demgemäß die Sensorplatte oder ggf. auch der Greifergrundkörper parallele Rundschienen, wie Kreiszylinderstangen, oder sonstige Profilschienen aufweisen, wobei dann der Greiferplattenträger oder ggf. auch der Greifergrundkörper jeweils eine der jeweiligen Rundschiene oder Profilschiene je nach dem zugeordnete Rundbuchse mit Kugelumlauf oder Profilbuchse mit Kugelumlauf aufweist. Statt einem Kugelumlauf sind ggf. auch starre Gleitkörper, wie z.B. PTFE-Buchsen möglich.
Eine Versorgungsleitung des Robotergreifers, insbesondere die Saugleitung des Robotergreifers, kann ausgehend von der Anschlusseinrichtung in loser Anordnung an dem Greifergrundkörper und an der Sensorplatte unbefestigt vorbeigeführt verlegt und an den Greiferplattenträger, und insbesondere auch an einen Linearantrieb des Robotergreifer und/oder an das wenigstens eine Saugelement und die wenigstens zwei Hilfssaugelement herangeführt sein.
Indem die Versorgungsleitung des Robotergreifers, insbesondere die Saugleitung des Robotergreifers, ausgehend von der Anschlusseinrichtung in loser Anordnung an dem Greifergrundkörper und an der Sensorplatte unbefestigt vorbeigeführt verlegt ist, werden keine die Messung verfälschende Nebenkräfte von dem Greifergrundkörper und/oder der Sensorplatte über die Versorgungsleitung in den Greiferplattenträger eingeleitet.
Der Greiferplattenträger kann relativ zur Sensorplatte in Werkzeugstoßrichtung beweglich gelagert sein und/oder die Sensorplatte kann relativ zum Greifergrundkörper in Werkzeugstoßrichtung beweglich gelagert sein. In einer speziellen erfindungsgemäßen Ausführung ist sowohl der Greiferplattenträger relativ zur Sensorplatte in Werkzeugstoßrichtung beweglich gelagert, als auch die Sensorplatte relativ zum Greifergrundkörper in Werkzeugstoßrichtung beweglich gelagert.
Zwischen der Sensorplatte und dem Greifergrundkörper kann wenigstens eine Federeinrichtung angeordnet sein, welche ausgebildet ist, eine Annäherung der Sensorplatte an den Greifergrundkörper in Werkzeugstoßrichtung entgegen der Federkraft der Federeinrichtung zuzulassen.
Indem zwischen der Sensorplatte und dem Greifergrundkörper wenigstens eine Federeinrichtung angeordnet ist, welche ausgebildet ist, eine Annäherung der Sensorplatte an den Greifergrundkörper in Werkzeugstoßrichtung entgegen der Federkraft der Federeinrichtung zuzulassen, können die Greiferbacken und der Kraftsensor vor Zerstörung oder Beschädigung geschützt werden. Die Federeinrichtung, die ein oder mehrere Federelemente, wie beispielsweise Federwendeln aufweisen kann, ist vorzugsweise vorgespannt gelagert. Wenn also aufgrund einer Bewegung des Roboterarms, der den Robotergreifer führt, eine ungewollte Kollision stattfindet, kann insbesondere bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzkraft der Greifergrundkörper, d.h. die Greiferbacken und der Kraftsensor ausweichen und insoweit diese unerwünschten, folglich zu hohen Kräfte weiterleiten zu können.
Die Federeinrichtung kann demgemäß in Werkzeugstoßrichtung kraftvorgespannt zwischen der Sensorplatte und dem Greifergrundkörper gelagert sein. Die Federeinrichtung, die ein oder mehrere Federelemente, wie beispielsweise Federwendeln aufweisen kann, kann vorzugsweise in Druckkraftrichtung vorgespannt gelagert, d.h. die Federeinrichtung, insbesondere die ein oder mehreren Federelemente oder Federwendeln sind als Druckfedern ausgebildet.
Die Federeinrichtung kann in Werkzeugstoßrichtung mit einer Vorspannkraft, vorzugsweise von ca. 150 Newton zwischen der Sensorplatte und dem Greifergrundkörper kraftvorgespannt gelagert sein. Diese Vorspannkraft, vorzugsweise von ca. 150 Newton ist geringer, als eine bauartbedingt zulässige Höchstbelastungskraft, beispielsweise von vorzugsweise ca. 200 Newton des Kraftsensors und sie ist dabei größer, als eine Kraftobergrenze eines konfigurierten Kraftmessbereichs von beispielsweise minus 100 Newton bis plus 100 Newton des Kraftsensors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in anderen als den dargestellten Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Robotergreifers mit drei Hilfssaugelementen und einem zentralen Hauptsaugelement in einer etwa mittleren Höhenstellung, bei der das zentrale Hauptsaugelement sich in derselben Ebene befindet, wie die Hilfssaugelemente,
2 eine perspektivische Darstellung des Robotergreifers gemäß 1 in einer etwas anderen mittleren Höhenstellung, bei der das zentrale Hauptsaugelement gegenüber den Hilfssaugelementen zurückversetzt ist,
3 eine perspektivische Darstellung des Roboterarms mit einem erfindungsgemäßen Robotergreifer,
4 eine perspektivische Teildarstellung des erfindungsgemäßen Robotergreifers gemäß 3, und
5 eine schematische Darstellung des Robotergreifers gemäß 4 mit einem erfindungsgemäßen Kraftsensor und erfindungsgemäßen Federeinrichtungen.

Die 1 zeigt einen Robotergreifer 1, aufweisend einen Greifergrundkörper 2, der eine Anschlusseinrichtung 3 zum Befestigen des Robotergreifers 1 an einem Flansch 4 eines Roboterarms 5 umfasst.
Der Robotergreifer 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein einziges am Greifergrundkörper 2 gelagertes (Haupt-)Saugelement 6 auf, das eine an eine Saugleitung 7 anzuschließende Ansaugöffnung und einen die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt 8 umfasst.
Der Robotergreifer 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels drei am Greifergrundkörper 2 verstellbar gelagerte Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 auf, die jeweils eine erste Greifkontaktfläche 10.1, 10.2, 10.3 aufweisen. Die Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 sind hierbei mit einem Ende am Greifergrundkörper 2 gelagert und an dem anderen Ende der jeweiligen Greiferbacke 9.1, 9.2, 9.3 sind die jeweiligen Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3 angeordnet bzw. ausgebildet.
Der Robotergreifer 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels außerdem drei Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 auf, die an der jeweiligen Greiferbacke 9.1, 9.2, 9.3 angeordnet sind.
Jedes der drei Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 ist zusammen mit der zugeordneten Greiferbacke 9.1, 9.2, 9.3 schwenkbar gelagert und zwar über jeweils ein Gelenk 12.1, 12.2, 12.3, welches zum Umzuschwenken der Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 und somit auch deren Saugflächen 13.1, 13.2, 13.3 relativ zum Greifergrundkörper 2 ausgebildet sind.
Jeder der drei Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 ist stabförmig ausgebildet und mittels der Gelenke 12.1, 12.2, 12.3 schwenkbar am Greifergrundkörper 2 gelagert. Die Stabform kann hierbei ein rundes, rechteckiges, quadratisches, sechskantiges oder weiteres mehrkantiges Profil aufweisen. Bevorzugt ist ein rundes Profil gewählt, wie es auch aus den Figuren ersichtlich ist.
Der Robotergreifer weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen einzigen Greiferbackenmotor 14 auf, der ausgebildet ist, sowohl die erste Greiferbacke 9.1, als auch die zweite Greiferbacke 9.2 und die dritte Greiferbacke 9.3 gemeinsam relativ zum Greifergrundkörper 2 simultan angetrieben zu verstellen.
Der Greiferbackenmotor 14 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels einen Linearantrieb 15 und außerdem ist ein Kniehebelgetriebe 16 vorgesehen, das ausgebildet ist, eine geradlinige Bewegung des Linearantriebs 15 in jeweilige Schwenkbewegungen sowohl der ersten Greiferbacke 9.1, als auch der zweiten Greiferbacke 9.2 und der dritten Greiferbacke 9.3 umzusetzen.
In der dargestellten Ausführungsform ist das zentrales (Haupt-)Saugelement 6 an einem freien Ende eines rohrförmigen Schiebers 17 angeordnet, der am Greifergrundkörper 2 höhenverstellbar gelagert und mittels des Linearantriebs 15 des Greiferbackenmotors 14 automatisch verstellbar ist. Der rohrförmige Schieber 17 kann dabei einen Saugkanal 17.1 bilden, über den Unterdruck an das (Haupt-)Saugelement 6 angelegt werden kann. Der rohrförmige Schieber 17 kann demgemäß mittels des Linearantriebs 15 des Greiferbackenmotors 14 bewegt werden. Der rohrförmigen Schieber 17 weist in dieser Ausführungsform außerdem eine der Anzahl der Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 entsprechende Anzahl von Hebeln 18.1, 18.2, 18.3 auf, von denen jeder Hebel 18.1, 18.2, 18.3 den rohrförmigen Schieber 17 mit jeweils einer zugeordneten Greiferbacke 9.1, 9.2, 9.3 gelenkig verbindet. Alle Hebel 18.1, 18.2, 18.3 sind dabei jeweils schwenkbar an dem rohrförmigen Schieber 17 gelagert und jeder Hebel 18.1, 18.2, 18.3 ist seinerseits (am anderen Ende) mit einer einzigen ihm zugeordneten Greiferbacke 9.1, 9.2, 9.3 schwenkbar verbunden. Die Anlenkpunkte der Hebel 18.1, 18.2, 18.3 an dem rohrförmigen Schieber 17 und an den Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 ist derart gewählt, dass in mittleren Höhenstellungen des rohrförmigen Schiebers 17, wie in 1 und 2 gezeigt, die Hebel 18.1, 18.2, 18.3 zumindest annähernd (1) oder genau (2) senkrecht zu den Längserstreckungen der stabförmigen Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 und zumindest annähernd oder genau senkrecht zu der Längserstreckung des rohrförmigen Schiebers 17 angeordnet sind.
In diesen mittleren Höhenstellungen gemäß 1 und 2 des rohrförmigen Schiebers 17 befinden sich die den rohrförmigen Schieber 17 bzw. das zentrale (Haupt-)Saugelement 6 auf einem Außenumfang umgebenden Greiferbacken in einer Öffnungsstellung des Robotergreifers 1 bzw. dessen stabförmigen Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3. In einer Öffnungsstellung ( 1) des Robotergreifers 1 bzw. dessen stabförmigen Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 kann das zentrale (Haupt-)Saugelement 6 sich in derselben Ebene befinden, wie die Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3. In einer alternativen, insbesondere maximalen Öffnungsstellung (2) des Robotergreifers 1 bzw. dessen stabförmigen Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 kann das zentrale (Haupt-)Saugelement 6 sich auf einer gegenüber der Ebene der Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 geringfügig zurückgezogenen Ebene befinden.
In der 2 sind außerdem zusätzliche Hilfssaugelemente 11a, 11b, 11c dargestellt, die eine gegenüber den Hilfssaugelementen 11.1, 11.2, 11.3 zumindest im Wesentlichen um 90 Grad geklappte Orientierung aufweisen. Derartige zusätzliche Hilfssaugelemente 11a, 11b, 11c können, wie in 2 gezeigt, an den Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3 des Robotergreifers 1 angeordnet sein oder zumindest diesen zugeordnet sein. So können Gegenstände während eines klemmenden Griffes mittels der Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3 des Robotergreifers 1 außerdem gleichzeitig auch noch über die zusätzlichen Hilfssaugelemente 11a, 11b, 11c angesaugt werden, so dass ein besonders zuverlässiger Griff des Gegenstandes mit dem Robotergreifer 1 möglich ist. Demnach können diese zusätzlichen Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 in Verbindung mit den Greifbacken 9.1, 9.2, 9.3 bzw. den Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3, wie in 2 dargestellt, um beispielsweise 90 Grad geklappt sein und somit ein klemmendes Greifen und zusätzliches Saugen ermöglichen. Die zusätzlichen Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 können beweglich sein, insbesondere nur passive beweglich sein, d.h. nicht aktiv, sodass die anderen Hilfssaugelemente 11.1, 11.2, 11.3 immer nach unten zeigen, es aber noch die zusätzlichen, seitlich ausgerichteten Hilfssaugelemente 11a, 11b, 11c gibt, die parallel zu den Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 bzw. den Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3 angeordnet sind und diese so beim Griff unterstützen.
Die 3 zeigt einen beispielhaften Roboterarm 5, der in diesem konkreten Fall als ein Sechsachs-Kickarmroboter ausgebildet ist. An dem Flansch 4 des Roboterarms 5 ist der erfindungsgemäße Robotergreifer 1 befestigt. Der in 3, 4 und 5 gezeigte Robotergreifer 1 ist in seiner Gestalt gegenüber der grundsätzlichen Funktionsausführung gemäß 1 und 2 zwar abgewandelt, jedoch hinsichtlich der konstruktiven Merkmale funktionsgleich. Der Robotergreifer 1 gemäß 1 und 2 ist jedoch ohne einen erfindungsgemäßen Kraftsensor 20 und ohne eine erfindungsgemäße Federeinrichtung 21 gezeigt.
In 4, 5 und 6 sind der erfindungsgemäße Kraftsensor 20 und/oder die erfindungsgemäße Federeinrichtung 21 allerdings deutlich gezeigt.
Der Robotergreifer 1 gemäß 4 und 5 weist auf:

Den Greifergrundkörper 2, der eine Anschlusseinrichtung 3 (3) zum Befestigen des Robotergreifers 1)an dem Flansch 4 des Roboterarms 5 umfasst.

Der Robotergreifer 1 weist erfindungsgemäß außerdem eine am Greifergrundkörper 2 gelagerte Sensorplatte 22 und einen Greiferplattenträger 23 auf. An dem Greiferplattenträger 23 ist das wenigstens eine Saugelement 6 gelagert, das eine an die Saugleitung 7 anzuschließende Ansaugöffnung und den die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt 8 umfasst.
Der Robotergreifer 1 weist generell die wenigstens eine erste Greiferbacke 9.1 auf, die verstellbar gelagert ist und die eine erste Greifkontaktfläche 10.1 aufweist.
Der Robotergreifer 1 weist auch die wenigstens eine zweite Greiferbacke 9.2 auf, die verstellbar gelagert ist und die eine zweite Greifkontaktfläche 10.2 aufweist, wobei die erste Greifkontaktfläche 10.1 der ersten Greiferbacke 9.1 und die zweite Greifkontaktfläche 10.2 der zweiten Greiferbacke 9.2 ausgebildet sind, zum mechanisch klemmenden Greifen des durch den Robotergreifer 1 zu handhabenden Gegenstandes 19 (3), der durch ein Verstellen wenigstens einer der Greiferbacken 9.1, 9.2, 9.3 an den Greifkontaktflächen 10.1, 10.2, 10.3 festzuklemmen ist.
Bei dem Robotergreifer 1 ist das wenigstens eine erste Hilfssaugelement 11.1 an der ersten Greiferbacke 9.1 und das wenigstens eine zweite Hilfssaugelement 11.2 an der zweiten Greiferbacke 9.2 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist ein zwischen der Sensorplatte 22 und dem Greiferplattenträger 23 angeordneter, zum eindimensionalen Messen ausgebildeter Kraftsensor 20 vorgesehen, der eingerichtet ist, ausschließlich eine in Werkzeugstoßrichtung W des Robotergreifers 1 wirkende Kraft aufzunehmen.
Wie in 5 und 6 in einer Alleinstellung näher gezeigt ist, weist der Kraftsensor 20 einen Sensorkörper in Form eines Monoblocks auf, der das alleinige Übertragungsglied in Werkzeugstoßrichtung W zwischen der Sensorplatte 22 und dem Greiferplattenträger 23 ist.
Dieser Kraftsensor 20 gemäß 5 und 6 weist einen S-förmigen Verformungskörper auf, der einen mit der Sensorplatte 22 verbundenen proximalen ersten Endschenkelabschnitt 20.1 aufweist, der sich quer zur Werkzeugstoßrichtung W, die eine Messrichtung bildet, erstreckt, einen mit dem Greiferplattenträger 23 verbundenen distalen zweiten Endschenkelabschnitt 20.2 aufweist, der sich auch quer zur Werkzeugstoßrichtung W, die eine Messrichtung bildet, erstreckt, und einen zwischen dem ersten Endschenkelabschnitt 20.1 und dem zweiten Endschenkelabschnitt 20.2 ausgebildeten Scherbalkenabschnitt 20.3 aufweist, der einen Aufnehmer (nicht sichtbar) umfasst, welcher ausgebildet ist, eine Scherung an dem Scherbalkenabschnitt 20.3 zu erfassen.
Der Kraftsensor 20 ist ausgebildet, sowohl Zugkräfte in Werkzeugstoßrichtung W als auch Druckkräfte in Werkzeugstoßrichtung W zu erfassen.
Wie insbesondere in 4 und 5 dargestellt ist, ist der Greiferplattenträger 23 mittels einer Linearführung 24 an der Sensorplatte 22 in Werkzeugstoßrichtung W verstellbar gelagert und die Linearführung 24 ist dabei ausgebildet, die um alle drei kartesischen Koordinatenachsen X, Y, Z auftretenden Drehmomente aufzunehmen und die Kräfte aufzunehmen, die in zwei orthogonalen Richtungen der kartesischen Koordinatenachsen, d.h. im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels in X-Richtung und Y-Richtung verlaufen, die beide senkrecht zur Werkzeugstoßrichtung W, d.h. beide senkrecht zur Z-Richtung stehen. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Werkzeugstoßrichtung W somit in Z-Richtung.
Wie insbesondere in 5 dargestellt ist, kann demgemäß der Greiferplattenträger 23 parallele Rundschienen 24.1, wie Kreiszylinderstangen aufweisen, wobei die Sensorplatte 22 und im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch der Greifergrundkörper 2 jeweils eine der jeweiligen Rundschiene 24.1 je nach dem zugeordnete Rundbuchse 24.2 mit Kugelumlauf aufweist.
Eine Versorgungsleitung 7a des Robotergreifers, insbesondere die Saugleitung 7 des Robotergreifers 1, ausgehend von der Anschlusseinrichtung 3 ist in loser Anordnung an dem Greifergrundkörper 2 und an der Sensorplatte 22 unbefestigt vorbeigeführt verlegt und an den Greiferplattenträger 23, und insbesondere auch an den Linearantrieb 15 bzw. dessen Greiferbackenmotor 14 des Robotergreifer 1 und/oder an das wenigstens eine Saugelement 6 und die wenigstens zwei Hilfssaugelement 11.1, 11.2 herangeführt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Greiferplattenträger 23 aufgrund der Linearführung 24 relativ zur Sensorplatte 22 in Werkzeugstoßrichtung beweglich gelagert. Gleichzeitig ist die Sensorplatte 22 auch aufgrund der Linearführung 24 relativ zum Greifergrundkörper 2 beweglich gelagert.
Zwischen der Sensorplatte 22 und dem Greifergrundkörper 2 ist wenigstens eine Federeinrichtung angeordnet, welche ausgebildet ist, eine Annäherung der Sensorplatte 22 an den Greifergrundkörper 2 in Werkzeugstoßrichtung entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 21 zuzulassen.
Die Federeinrichtung 21 ist in Werkzeugstoßrichtung W kraftvorgespannt zwischen der Sensorplatte 22 und dem Greifergrundkörper 2 gelagert.
Die Federeinrichtung 21 in Werkzeugstoßrichtung W mit einer Vorspannkraft von beispielsweise 150 Newton zwischen der Sensorplatte 22 und dem Greifergrundkörper 2 kraftvorgespannt gelagert. Die Vorspannkraft von beispielsweise 150 Newton ist dabei geringer, als die bauartbedingt zulässige Höchstbelastungskraft des Kraftsensors 21 von beispielsweise 200 Newton und ist größer, als die Kraftobergrenze eines konfigurierten Kraftmessbereichs von beispielsweise -100 Newton bis +100 Newton) des Kraftsensors 20.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202007015153 U1 [0002]
WO 2018/073336 A1 [0003]

Claims

Robotergreifer, aufweisend: - einen Greifergrundkörper (2), der eine Anschlusseinrichtung (3) zum Befestigen des Robotergreifers (1) an einem Flansch (4) eines Roboterarms (5) umfasst, - eine am Greifergrundkörper (2) gelagerte Sensorplatte (22), - einen Greiferplattenträger (23), an dem - wenigstens ein Saugelement (6) gelagert ist, das eine an eine Saugleitung (7) anzuschließende Ansaugöffnung und einen die Ansaugöffnung umgebenden Dichtlippenabschnitt (8) umfasst, - wenigstens eine erste Greiferbacke (9.1) verstellbar gelagert ist, die eine erste Greifkontaktfläche (10.1) aufweist, - wenigstens eine zweite Greiferbacke (9.2) verstellbar gelagert ist, die eine zweite Greifkontaktfläche (10.2) aufweist, wobei die erste Greifkontaktfläche (10.1) der ersten Greiferbacke (9.1) und die zweite Greifkontaktfläche (10.2) der zweiten Greiferbacke (9.2) ausgebildet sind, zum mechanisch klemmenden Greifen eines durch den Robotergreifer (1) zu handhabenden Gegenstandes (19), der durch ein Verstellen wenigstens einer der Greiferbacken (9.1, 9.2, 9.3) an den Greifkontaktflächen (10.1, 10.2, 10.3) festzuklemmen ist, - wobei wenigstens ein erstes Hilfssaugelement (11.1) an der ersten Greiferbacke (9.1) und wenigstens ein zweites Hilfssaugelement (11.2) an der zweiten Greiferbacke (9.2) angeordnet ist, - und einen zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greiferplattenträger (23) angeordneten, zum eindimensionalen Messen ausgebildeten Kraftsensor (20), der eingerichtet ist, ausschließlich eine in Werkzeugstoßrichtung (W) des Robotergreifers (1) wirkende Kraft aufzunehmen.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (20) einen Sensorkörper in Form eines Monoblocks aufweist, der das alleinige Übertragungsglied in Werkzeugstoßrichtung (W) zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greiferplattenträger (23) ist.
Robotergreifer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (20) einen S-förmigen Verformungskörper aufweist, der einen mit der Sensorplatte (22) verbundenen proximalen ersten Endschenkelabschnitt (20.1) aufweist, der sich quer zur Werkzeugstoßrichtung (W), die eine Messrichtung bildet, erstreckt, einen mit dem Greiferplattenträger (23) verbundenen distalen zweiten Endschenkelabschnitt (20.2) aufweist, der sich quer zur Werkzeugstoßrichtung (W), die eine Messrichtung bildet, erstreckt, und einen zwischen dem ersten Endschenkelabschnitt (20.1) und dem zweiten Endschenkelabschnitt (20.2) ausgebildeten Scherbalkenabschnitt (20.3) aufweist, der einen Aufnehmer umfasst, welcher ausgebildet ist, eine Scherung an dem Scherbalkenabschnitt (20.3) zu erfassen.
Robotergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftsensor (20) ausgebildet ist, sowohl Zugkräfte in Werkzeugstoßrichtung (W) als auch Druckkräfte in Werkzeugstoßrichtung (W) zu erfassen.
Robotergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferplattenträger (23) mittels einer Linearführung (24) an der Sensorplatte (22) in Werkzeugstoßrichtung (W) verstellbar gelagert ist und die Linearführung (24) ausgebildet ist, die um alle drei kartesischen Koordinatenachsen (X, Y, Z) auftretenden Drehmomente aufzunehmen und die Kräfte aufzunehmen, die in zwei orthogonalen Richtungen (X, Y) der kartesischen Koordinatenachsen verlaufen, die beide senkrecht zur Werkzeugstoßrichtung (W) stehen.
Robotergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versorgungsleitung (7a) des Robotergreifers (1), insbesondere die Saugleitung (7) des Robotergreifers (1), ausgehend von der Anschlusseinrichtung (3) in loser Anordnung an dem Greifergrundkörper (2) und an der Sensorplatte (22) unbefestigt vorbeigeführt verlegt und an den Greiferplattenträger (23), und insbesondere auch an einen Linearantrieb (15) des Robotergreifer (1) und/oder an das wenigstens eine Saugelement (6) und die wenigstens zwei Hilfssaugelement (11.1, 11.2) herangeführt ist.
Robotergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferplattenträger (23) relativ zur Sensorplatte (22) in Werkzeugstoßrichtung (W) beweglich gelagert ist und/oder die Sensorplatte 22 relativ zum Greifergrundkörper 2 in Werkzeugstoßrichtung (W) beweglich gelagert.
Robotergreifer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greifergrundkörper (2) wenigstens eine Federeinrichtung (21) angeordnet ist, welche ausgebildet ist, eine Annäherung der Sensorplatte (22) an den Greifergrundkörper (2) in Werkzeugstoßrichtung (W) entgegen der Federkraft der Federeinrichtung (21) zuzulassen.
Robotergreifer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (21) in Werkzeugstoßrichtung (W) kraftvorgespannt zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greifergrundkörper (2) gelagert ist.
Robotergreifer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (21) in Werkzeugstoßrichtung (W) mit einer Vorspannkraft zwischen der Sensorplatte (22) und dem Greifergrundkörper (2) kraftvorgespannt gelagert ist, die geringer ist, als die bauartbedingt zulässige Höchstbelastungskraft des Kraftsensors (20) und die größer ist, als die Kraftobergrenze eines konfigurierten Kraftmessbereichs des Kraftsensors (20).