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`Patent- und Markenamt
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`
`(10)DE 10 2011 082 211 A1 2013.03.07
`
`(12>
`
`Offenlegungsschrift
`
`(51) Int C|.: BZ5J 15/00 (2011.01)
`(21) Aktenzeichen: 10 2011 082 211.9
`(22) Anmeldetag: 06.09.2011
`(43) Offenlegungstag: 07.03.2013
`
`(71) Anmelder:
`Technische Universitéit Mfinchen, 80333,
`Manchen, DE
`
`(72) Erfinder:
`Spillner, Rfidiger, 86150, Augsburg, DE; Eschey,
`Christian, 86500, Kutzenhausen, DE
`
`
`
`(74) Vertreter:
`Vossius & Partner, 81675, Manchen, DE
`
`(56) FUr die Beurteilung der Patentféhigkeit in Betracht
`gezogene Druckschriften:
`A1
`DE 10 2008 020 489
`
`
`2 511 921FR A1
`
`PrUfungsantrag geméB § 44 PatG ist gestellt.
`
`Die folgenden Angaben sind den vom Anmelder eingereichten Unterlagen entnommen
`
`(54) Bezeichnung: Greifer
`
`(57) Zusammenfassung: Greifer zum Greifen bzw. Handha—
`ben mindestens eines Gegenstandes (25) mit mindestens ei-
`nem Greifelement (14, 114) zum kraft—, form- und/oder stoff—
`schlflssigen Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Ge—
`genstandes (25), mindestens einer mechanischen Steue—
`rung (40), wobei die Steuerung (40) das Greifen und/oder
`ein Lésen des Greifelements (14, 114) veranlasst, nachdem
`eine im Wesentlichen zu dem zu greifenden bzw. handzuha-
`benden Gegenstand (25) gerichtete Ausléskraft (F1, F3) auf
`die Steuerung (40) Ubertragen wird.
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`DE 10 2011082 211 A1
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`Beschreibung
`
`[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Grei—
`fer, ein Hebezeug und ein Verfahren zum Greifen
`bzw. Handhaben eines Gegenstandes oder mehrerer
`Gegenstande.
`
`[0002] Das Handhaben von Objekten mit Greifsyste-
`men ist eine Standardaufgabe, z. B. in der Produkti-
`ons- und Automatisierungstechnik, der Verpackungs-
`technik und der Logistik. Gangige elektrische und
`pneumatische Greifsysteme erfordern dabei grund-
`satzlich das ZufiJhren von elektrischer Energie, Stoff
`(en) und/oder Steuersignalen, um den Wirkmecha-
`nismus des Greifers einzuschalten bzw. um den Wirk-
`
`mechanismus wahrend des Transports des Gegen-
`standes aufrechtzuerhalten.
`
`[0003] Der Anschluss solcher Greifsysteme an einen
`Manipulator (z. B. einen lndustrieroboter) erfordert
`daher, dass die Zufuhr von Energie-, Stoff(en) und/
`oder Steuersignalen sichergestellt wird. Weiterhin
`muss die Steuerung der Greiffunktion an den Hand-
`habungsprozess angepasst werden. So ist u. a. si-
`cherzustellen, dass das Greifsystem zum gewiinsch-
`ten Zeitpunkt geschlossen und geoffnet wird. Die-
`se Erfordernisse erschweren die Integration elektri-
`scher und pneumatischer Greifer in bestehende Sys—
`teme und Manipulatoren. Zudem entstehen erhebli—
`che Kosten bei der Bereitstellung, u. a. fiir Steuerar-
`chitektur, Zuleitungen und Generatoren, und im Be—
`trieb, u. a. durch Stromkosten und Instandhaltungs—
`kosten (z. B. bei Leckagen in der Druckluftzufu hr).
`
`[0004] Andere Greifsysteme, die keine Zufuhr von
`elektrischer Energie, Betriebsstoffen und/oder Steu-
`ersignalen erfordern, sind zwar bekannt, konnen
`selbstandig aber allenfalls einzelne Teilschritte des
`Handhabungsprozesses durchfiihren und erfordern
`daher externe Steuerung bzw. Eingriffe. So konnen
`z. B. mittels einer Steinschere Gegenstande rein me-
`chanisch gehalten werden, vor bzw. nach dem ei-
`gentlichen Halten muss die Steinschere jedoch geéff—
`net werden. Der Einsatz solcher Greifsysteme in au-
`tomatisierten Prozessen ist daher kaum moglich.
`
`[0005] Die DE 44 15 874 A1 betrifft ein Verfahren
`zum Umsetzen von Gegenstanden und eine entspre-
`chende Vorrichtung. Die Greifeinrichtung hat schma-
`le Greiforgane und ein Druckelement, welches die ge-
`griffenen Gegenstande nach dem Offnen der Greif-
`vorrichtung wieder aus der Greifvorrichtung driickt,
`um so ein Verklemmen des gegriffenen Gegenstan-
`des in der Greifvorrichtung zu verhindern, falls der
`Gegenstand seitlich abstehende Teile im Greifbe-
`reich aufweist.
`
`[0006] Die bisherigen Losungsansatze erlauben kei-
`ne zufriedenstellende einfache und kosteneffizien-
`
`te Integration von Greifern in automatisierte Prozes—
`
`se und automatisierte Manipulatoren. Da die Greifer
`nicht autark sind, ist insbesondere haufig die Zufiih—
`rung von Energie, Stoff(en) und/oder Steuersignalen
`erforderlich. Zudem miissen die nachgelagerten Ma—
`nipulatoren an die jeweiligen Greifer angepasst wer—
`den. All dies erfordert oft eine komplexe Steuerarchi—
`tektur.
`
`[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ei-
`nen alternativen bzw. verbesserten Greifer, ein ent-
`sprechendes Hebezeug und ein Verfahren zum Grei-
`fen bzw. Handhaben eines Gegenstandes oder meh-
`rerer Gegenstande zur Verfiigung zu stellen, wobei
`insbesondere die Nachteile der bekannten Vorrich-
`
`tungen ausgeraumt werden sollen. Diese Aufgabe
`wird durch den Gegenstand der Anspriiohe gelost.
`Bevorzugte Ausfijhrungsformen sind den abhangi-
`gen Patentanspriichen zu entnehmen.
`
`[0008] Die Erfindung weist die bevorzugten Vortei-
`le auf, einen Greifer bereitzustellen, der im Aufbau
`einfach ist und dennoch ein zuverlassiges Greifen er-
`moglicht. Der zu ergreifende Gegenstand stellt den
`Ausloser fiir den Greifprozess dar, ohne aufwendige
`Sensorik und/oder Steuerungen bzw. Betriebsmittel
`erforderlich zu machen. Damit sind erfindungsgema-
`Be Greifer und Hebezeuge vorzugsweise einfach in
`automatisierte Prozesse zu integrieren und konnen
`auch bei bestehenden Manipulatoren nachgeriistet
`werden. Des Weiteren sind erfindungsgemaBe Grei—
`fer und Hebezeuge vorzugsweise auch in gefahrli-
`chen, wie beispielsweise explosiven Medien, wie im
`Bergbau, in einfacher und sicherer Weise einsetzbar.
`
`[0009] Die Erfindung geht dabei von dem Grundge-
`danken aus, einen Greifer zum Greifen bzw. Hand-
`haben mindestens eines Gegenstandes bereitzustel-
`len. Der Greifer hat mindestens ein Greifelement
`
`zum kraft-, form- und/oder stoffschliissigen Greifen
`bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes
`und mindestens eine mechanische Steuerung, wobei
`die Steuerung das Greifen und/oder ein Losen des
`Greifelements veranlasst, nachdem eine im Wesent—
`lichen zu dem zu greifenden bzw. handzuhabenden
`Gegenstand gerichtete Ausloskraft aufdie Steueru ng
`iibertragen wird.
`
`[0010] GemaB Ausfiihrungsformen der Erfindung
`setzt die Steuerung das Greifen bzw. das Losen
`des Greifelements [iber einen Rastmechanismus um.
`
`Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen bis-
`tabilen Rastmechanismus bzw. um einen Rastme-
`chanismus mit einem bistabilen Element. Ein solcher
`bistabiler Rastmechanismus bzw. ein solches bista—
`
`biles Element ist dabei vorzugsweise ein Mechanis—
`mus bzw. ein Element, das aufgrund seiner elasti—
`schen Eigenschaft, seiner Geometrie und/oder seiner
`Lagerung eine solche Kinematik aufweist. dass ahn—
`lich einem (binaren) Schalter zwei Zustanden existie—
`ren, wobei der Zustandswechsel durch Auslenkung
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`eines Teils ausgelost und vorzugsweise durch die Ei—
`genspannung vollzogen wird. Der Mechanismus bzw.
`das Element ”schnappt” daher durch Betatigung an
`geeigneter Stelle von einem Zustand in den anderen.
`
`[0011] Vorzugsweise setzt die Steuerung das Grei—
`fen bzw. das Losen [iber einen Rastmechanismus mit
`Kronradern bzw. Zahnkranzen um. Der Fachmann
`
`wird erkennen, dass neben den unten beschriebe-
`nen Mechanismen zahlreiche mechanische Einrich-
`
`tungen bzw. Anordnungen, die die bistabile Funk-
`tionalitat bereitstellen, die fiir die Erfindung erforder—
`lich ist, bekannt sind oder ohne Weiteres entwor-
`fen werden konnen. Auch Greifer mit anderen als
`den beschriebenen Mechanismen werden daher vom
`
`Schutzumfang der Patentansprijche umfasst.
`
`[0012] GemaB Ausfflhrungsformen der Erfindung
`weist der erfindungsgemaBe Greifer weiterhin ein
`Ubermittlungselement zum Ubertragen der Auslos-
`kraft vom Gegenstand bzw. vom Greifelement aufdie
`Steuerung auf. Das Ubermittlungselement iibertragt
`die Kraft vorzugsweise direkt vom Gegenstand bzw.
`vom Greifelement auf die Steuerung.
`
`[0013] Das Ubermittlungselement ist gemaB einer
`ersten bevorzugten Ausfiihrungsform als Kontakte-
`lement zum Kontaktieren des Gegenstandes ausge—
`bildet bzw. vorgesehen. Die Steuerung veranlasst
`das Greifen und/oder ein Lbsen des Greifelements
`
`dabei vorzugsweise, nachdem der Gegenstand vom
`Kontaktelement kontaktiert wurde und jeweils eine
`im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslos—
`kraft iiberschritten wurde.
`
`[0014] Der Greifer gemaB dieser bevorzugten Aus-
`fiihrungsform konnte daher auch als ein Greifer zum
`Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegen-
`standes definiert werden, der mindestens ein Greif-
`element zum kraft-, form- und/oder stoffschltissigen
`Greifen bzw. Handhaben mindestens eines Gegen-
`standes und mindestens ein Kontaktelement zum
`
`Kontaktieren des mindestens einen zu greifenden
`bzw. handzuhabenden Gegenstandes hat, wobei das
`Kontaktelement ein Greifen und/oder ein Losen des
`
`Greifelements veranlasst, nachdem der Gegenstand
`vom Kontaktelement kontaktiert wurde und jeweils ei-
`ne im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Aus-
`loskraft iiberschritten wurde. Die Ausloskraft resul-
`
`tiert bei dieser Ausfiihrungsform der Erfindung dann,
`wenn das Kontaktelement den zu greifenden bzw.
`handzuhabenden Gegenstand, beispielsweise direkt,
`kontaktiert.
`
`[0015] Die Ausloskraft bzw. die Ausloskrafte kann/
`konnen daher auch als Kontaktkraft bzw. Kontaktkraf—
`te bezeichnet werden. Andererseits kann die Auslos—
`
`kraft natiJrlich auch im Wesentlichen bertihrungslos,
`z. B. mittels magnetischer oder elektrischer Absto—
`
`Bung auf das Kontaktelement bzw. auf das Ubermitt—
`lungselement ubertragen werden.
`
`[0016] Der erfindungsgemaBe Greifer gemaB der
`ersten bevorzugten Ausfiihrungsform der Erfindung
`weist vorzugsweise eine geoffnete Stellung auf, in der
`das Greifelement arretiert ist. Der erfindungsgema—
`fie Greifer wird vorzugsweise in geoffneter Stellung
`(z. B. von einem Aktuator oder Manipulator, etwa ei-
`nem nachgeordneten Manipulator) zu einem zu grei-
`fenden Gegenstand hingeftihrt, so dass das Kontak-
`telement den Gegenstand kontaktiert und eine Aus-
`los- bzw. Kontaktkraft F auf das Ubermittlungs- bzw.
`auf das Kontaktelement ausgetibt und auf die Steue-
`rung tibertragen wird.
`
`[0017] Die Steuerung des erfindungsgemafsen Grei-
`fers ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebil-
`det, dass nach dem Kontakt des Kontaktelements mit
`dem Gegenstand und Uberschreiten einer im We-
`sentlichen direkt zum Gegenstand gerichteten Aus-
`los- bzw. Kontaktkraft F1 das Greifen des Greifele-
`
`ments veranlasst wird. Vorzugsweise wird die Arre-
`tierung des Greifelements bei Uberschreiten der Aus-
`los- bzw. Kontaktkraft F1 durch die Steuerung gelost.
`Starker bevorzugt wird die Arretierung des Greifele-
`ments gelost, indem die Bewegung des Kontaktele-
`ments erlaubt wird, wenn die vom Ubermittlungsele—
`ment bzw. vom Kontaktelement auf die Steuerung
`[ibertragene Kraft die Auslos— bzw. Kontaktkraft F1
`oder eine andere Auslos— bzw. Kontaktkraft F3 [iber-
`schreitet. Diese andere Auslos- bzw. Kontaktkraft F3
`
`kann aus Sicherheitsgriinden grélZSer als F1 gewahlt
`werden, um ein Losen gegentiber dem Greifen zu er-
`schweren. Dabei wird vorzugsweise die Bewegung
`des Ubermittlungs— bzw. des Kontaktelements rela-
`tiv zum Greifer, den Greifelementen und/oder der
`Steuerung erlaubt. Die Bewegung des Manipulators
`wird vorzugsweise bis zur Uberschreitung der Aus-
`los- bzw. Kontaktkraft F1 aufrecht erhalten.
`
`[0018] Das Greifelement eines erfindungsgemaBen
`Greifers ist vorzugsweise so mit dem Ubermittlungs-
`bzw. Kontaktelement verbunden, dass es infolge der
`Relativbewegung des Ubermittlungs- bzw. Kontakt-
`elements auf den zu greifenden Gegenstand zu be-
`wegt (Translation und/oder Rotation) wird und diesen
`dad urch kraft- und/oderformschliissig greift. So kann
`das Greifelement z. B. geschwenkt werden. Dabei
`wird die auf das Ubermittlungs- bzw. Kontaktelement
`wirkende Auslos- bzw. Kontaktkraft vorzugsweise zu-
`mindest teilweise auf das Greifelement tibertragen.
`Das Greifelement kann z. B. iiber ein Gelenk, das fest
`mit dem restlichen Greifer bzw. dem Greifergehause
`verbunden ist, schwenkbar gelagert sein und mittels
`eines Zwischengliedes, das gelenkig mit dem Kon-
`taktelement und axial verschiebbar am Greifelement
`
`befestigt ist, mit dem Ubermittlungs— bzw. Kontakte—
`lement verbunden werden.
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`[0019] Ebenso sind jedoch auch andere Gestaltun—
`gen der Greifelemente méglich. So kénnen die Greif—
`elemente z. B. ein oder mehrere Ubertragungsglieder
`aufweisen, die [iber ein Gelenk direkt mit dem Kon-
`taktelement verbunden sind und wobei die Ubertra—
`gungsglieder durch Elemente (z. B. feste oder dreh—
`bare Rollen), die beziiglich des Greifers im Wesent-
`lichen ortsfest sind, bei Bewegung des Kontaktele-
`ments relativ zum Greifer aufgrund ihrer Form zu dem
`zu greifenden Gegenstand bewegt werden. Die Rol-
`Ien zwingen die Greifelemente dabei, je nach der Po-
`sition des Kontaktelements eine andere Winkelstel-
`
`lung einzunehmen.
`
`[0020] Optional kann das Ubertragungsglied eine
`gebogene Form und/oder einen Querschnitt, der in
`Langsrichtung des Ubertragungsgliedes gréBer wird,
`aufweisen. Die Riickstellung des Greifelements zum
`Offnen des Greifers kann z. B.
`[iber eine Feder
`erreicht werden, die beispielsweise zwischen dem
`Ubertragungsglied und einem ortsfesten Punkt oder
`zwischen den Ubertragungsgliedern von zwei un-
`terschiedlichen Greifelementen vorgesehen werden
`kann.
`
`[0021] Andere Greifelemente kénnen ein oder meh-
`rere vollstandig bzw. stark nachgiebige bzw. bieg bare
`Ubertragungsglieder aufweisen, die 2. B. in Form ei-
`ner gebogenen Spange oder in Form eines Spangen-
`abschnitts vorgesehen bzw. ausgebildetwerden kén-
`nen, wobei die Spange bzw. der Spangenabschnitt
`durch Elemente (z. B. feste oder drehbar gelagerte
`Rollen), die beziiglich des Greifers im Wesentlichen
`ortsfest sind, als Schlaufe gehalten wird und wobei
`die Spange bzw. der Spangenabschnitt mit dem Kon-
`taktelement z. B. direkt und/oder fest verbunden ist.
`
`Die Bewegung des Kontaktelements fiihrt daher un-
`mittelbar zum SchlieiSen bzw. Offnen der Spange,
`wobei die maximale Offnungsweite der Spange in der
`geéffneten Stellung und die minimale Offnungswei-
`te in der geschlossenen Stellung iiber die Lange der
`Spange und die Spaltbreite zwischen den ortsfesten
`Elementen bedingt wird.
`
`[0022] Der erfindungsgemaBe Greifer kann ein ein-
`zelnes Greifelement bzw. einzelne Greifelemente
`
`aufweisen, die den zu greifenden Gegenstand ge-
`gen Fléchen des Greifers klemmen, die im Wesent-
`lichen fest sind. Vorzugsweise weist der Greifer je-
`doch mindestens zwei Greifelemente auf, um den zu
`greifenden Gegenstand zu halten. Die mindestens
`zwei Greifelemente kénnen symmetrisch oder asym-
`metrisch angeordnet werden. So kénnen die Greif-
`elemente z. B. symmetrisch um das Kontaktelement,
`um den Bereich des Greifers, der den zu greifenden
`Gegenstand aufnimmt, bzw. um eine beliebige Ebene
`angeordnet werden und vorzugsweise bedarfsweise
`umgesetzt werden.
`
`[0023] Die Greifelemente kénnen den Gegenstand
`beim Greifen von aulsen umschlieBen und/oder in
`
`Bohrungen, Hohlraume, etc. des Gegenstandes ein—
`greifen und 2. B. eine nach auBen gerichtete Kraft er—
`zeugen.
`
`[0024] Die erfindungsgemaBen Greifer haben vor-
`zugsweise einen Greifmechanismus der zumindest
`ein Greifelement hat. Das Greifelement eines erfin-
`
`dungsgemafien Greifers weist vorzugsweise mindes-
`tens eine Greifbacke und mindestens ein nachgiebi-
`ges Ubertragungsglied auf. Die Greifbacke ist vorge-
`sehen bzw. ausgebildet, um den Gegenstand zu grei-
`fen, und kann auf den zu greifenden Gegenstand ab-
`gestimmt oder universell einsetzbar sein. Das nach-
`giebige Ubertragungsglied Ubertragt die Kraft auf die
`Greifbacke. Aufgrund der Nachgiebigkeit werden die
`beim Greifen auf den Gegenstand wirkenden Kraf-
`te reduziert. Die Nachgiebigkeit kann auch an an-
`deren Stellen der kinematischen Kette des Greifme-
`
`chanismus vorgesehen werden. So kénnen alterna-
`tiv und/oder zusatzlich auch andere Teile des Grei-
`
`felements und/oder andere Elemente des Greifers,
`die mit dem Greifelement verbunden sind, nachgie-
`big ausgebildet werden. Dazu zahlen u. a. Steue-
`rung, Kontaktelement und Gelenke. Greifbacke und
`Ubertragungsglied kénnen integral hergestellt oder
`aus unterschiedlichen Teilen bzw. Materialien kraft-,
`form— oder stoffschliissig zusammengesetzt werden.
`
`[0025] Der erfindungsgemaBe Greifer weist ferner
`vorzugsweise eine geschlossene Stellung auf, in der
`das Greifelement im Wesentlichen arretiert ist. Die
`
`Arretierung verhindert dabei, dass das Greifelement
`aufgrund einer elastischen RUckstellkraft des Greif-
`mechanismus, geéffnet wird. Die elastische Riick-
`stellkraft ergibt sich vorzugsweise aus der elasti-
`schen Verformung der Ubertragungsglieder. Dariiber
`hinaus kénnen aber auch andere dafiir geeignete
`Elemente des Greifmechanismus elastisch verform-
`
`bar gestaltet werden. So kénnen z. B. verformbare
`Greifbacken, federgelagerte Gelenke oder ein elas-
`tisch verform bares Kontaktelement vorgesehen wer-
`den. Zudem kann die Elastizitat regularer Gelenke
`oderdie Riickstellkraft des Rastmechanismus ausge-
`nutzt werden, der geméB bevorzugten Ausfiihrungs—
`formen der Erfindung [iber eine Feder im Gehause
`gelagert werden kann. Die Steuerung des Greifers
`ist dafiir vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebil-
`det, dass das geschlossene Greifelement nach dem
`Unterschreiten einer Auslés- bzw. Kontaktkraft F2 in
`
`der geschlossenen Stellung arretiert wird. Vorzugs—
`weise wird die Auslés— bzw. Kontaktkraft F2 unter-
`
`schritten, wenn der Greifer den zu greifenden Gegen—
`stand nach dem Greifen an hebt bzw. bewegt. Je nach
`Ausgestaltung des Rastmechanismus kann das Grei—
`felement aber auch bereits unmittelbar bei bzw. nach
`dem SchlieBen des Greifelements arretiert werden.
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`[0026] Der erfindungsgemaBe Greifer kehrt vor-
`zugsweise wieder in eine geoffnete Stellung bzw. die
`Ausgangstellung zuriick, wenn der gegriffene Gegen—
`stand an einem Zielort (z. B. einer Abstellflache) ab—
`gesetzt wird. Danr ist die Steuerung des Greifers
`vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausgebildet, dass
`nach dem Kontakt des Kontaktelements mit dem Ge—
`
`genstand und Uberschreiten einer zum Gegenstand
`gerichteten Auslos- bzw. Kontaktkraft F3 das Lo-
`sen der Arretierung veranlasst wird. Wenn der Grei-
`fer anschlieBend vom gegriffenen Gegenstand (z. B.
`mittels eines Manipulators) weggeftihrt wird, werden
`die Greifelemente vorzugsweise aufgrund einer elas-
`tischen Riickstellkraft des Greifmechanismus wie-
`
`der geoffnet. Die Steuerung des erfindungsgemaBen
`Greifers ist vorzugsweise so vorgesehen bzw. ausge-
`bildet, dass die Greifelemente anschlieBend wieder
`in der geoffneten Stellung arretiert werden. Dies ge-
`schieht vorzugsweise, wenn eine Auslos- bzw. Kon-
`taktkraft F4 unterschritten wird.
`
`[0027] Die Auslos- bzw. Kontaktkraft F3, die das L6-
`sen der Arretierung veranlasst, kann natiirlich auch
`dynamisch aufgebracht werden. Eine entsprechende
`Ausloskraft kann beispielsweise bei einer ruckartigen
`Bewegung des Greifers entstehen, wenn die Tragheit
`der Gegenstandsmasse, der Masse des Kontaktele-
`ments und/oder einer anderen Schwungmasse aus—
`genutzt wird. Somit ist z. B. durch ruckartige Bewe—
`gung des Greifers auch ein Offnen des Greifers ,,in
`der Luft” moglich. Das Absetzen des Gegenstandes
`am Zielort ist fiir das Losen des Greifers daher nicht
`
`zwingend erforderlich.
`
`[0028] Sofern die zu greifenden bzw. handzuhaben-
`den Gegenstande eine vergleichbare oder bekann-
`te Grofie haben, kann das Kontaktelement auch ei-
`ne Flache kontaktieren, aufderder Gegenstand steht
`und/oder abgestellt werden so”.
`
`[0029] GemaB einer weiteren Ausfiihrungsform der
`Erfindung ist das mindestens eine Greifelement als
`Saugglocke vorgesehen bzw. ausgebildet. Zum Grei-
`fen des Gegenstandes wird die Saugglocke vorzugs-
`weise bis zum Uberschreiten einer Ausloskraft auf
`
`den Gegenstand zu bewegt. Dabei wird die Saugglo-
`cke vorzugsweise elastisch verformt, wodurch ein
`Medium (2. B. Luft), aus dem Zwischenraum zwi-
`schen der Saugglocke und dem Gegenstand ver-
`drangt wird und ein entstehender Unterdruck das An-
`heben des Gegenstandes mit dem Greifer ermog-
`licht.
`
`[0030] Die Ausloskraft kann auf verschiedenen We-
`gen von der Saugglocke auf die Steuerung [ibertra—
`gen werden. Unter anderem ist es moglich, dass der
`Gegenstand nur von der Saugglocke kontaktiertwird.
`Das Ubermittlungselement kann in diesem Fall inte—
`gral mit der Saugglocke oder als separates Bauteil,
`auf das die Saugglocke die Kraft (z. B. direkt oder
`
`[iber eine Feder) ubertragt, ausgebildet bzw. vorge-
`sehen sein. Alternativ kann das Ubermittlungsele—
`ment auch als ein Kontaktelement ausgebildet sein,
`das den Gegenstand unmittelbar kontaktiert.
`
`[0031] Die Saugglocke weist gemal?) einer bevor-
`zugten Variante dieser Ausftihru ngsform mindestens
`eine definierte Offnung auf, die vorzugsweise ver-
`schlossen wird, wenn die Saugglocke auf den Ge-
`genstand zu bewegt wird, sodass ein Unterdruck in
`der Saugglocke erzeugt werden kann. Die Offnung
`kann beispielsweise durch ein mit der Steuerung ver-
`bundenes Verschlusselement verschlossen und/oder
`
`abgedichtet werden, wobei das Verschlusselement
`auch integral mit dem Ubermittlungselement ausge-
`bildet sein kann. Wenn eine Ausloskraft F1, die 2.
`B. von der Saugglocke iiber das Ubermittlungsele-
`ment aufdie Steuerung [ibertragen wird, erreicht bzw.
`iiberschritten wird, wird das Verschlusselement vor-
`zugsweise in einer ersten Position arretiert,
`in der
`es die Offnung der Saugglocke verschlieBt. Der er-
`zeugte Unterdruck bleibt daher weitestgehend erhal-
`ten und der Gegenstand kann angehoben und/oder
`tra nsportiert werden.
`
`[0032] Die Offnung der Saugglocke wird vorzugs-
`weise wieder freigegeben, wenn der gegriffene Ge-
`genstand an einem Zielort (z. B. einer Abstellflache)
`abg esetzt und der Greifer zuriickgezogen wird. Danr
`ist die Steuerung des Greifers vorzugsweise so vor—
`gesehen bzw. ausgebildet, dass nach Ubertragung
`einer weiteren Ausloskraft F3 das Losen der Arretie—
`
`rung des Verschlusselements veranlasst wird. Folg-
`Iich kann ein die Saugglocke umgebendes Fluid in die
`Saugglocke stromen, so dass der Unterdruck ausge-
`glichen wird und die Saugglocke abgehoben werden
`kann.
`
`[0033] GemaB einer weiteren bevorzugten Variante
`der Ausfiihrungsform ist die (")ffnung der Saugglocke
`iiber einen Kanal bzw. iiber eine Leitung direkt mit ei-
`ner Entliiftung in der Steuerung verbunden. Die Ent-
`Iiiftung wird dabei vorzugsweise verschlossen, wenn
`eine Ausloskraft F1, die 2. B. von der Saugglocke
`direkt auf die Steuerung ijbertragen wird (integral
`ausgebildetes Ubermittlungselement), erreicht bzw.
`iiberschritten wird, und geoffnet wenn eine weitere
`Kraft aufdie Steuerung iibertragen wird, die eine Aus-
`loskraft F3 erreicht bzw. iiberschreitet.
`
`[0034] Die Bezeichnung ,,Entliiftung” soll nicht aus-
`schlieBen, dass andere Fluide bzw. Gase durch die
`Offnung und/oder den Kanal stromen. Der Greifer
`kann in einem anderen Medium als Luft verwendet
`
`und insbesondere auch unter Wasser eingesetzt wer-
`den.
`
`[0035] GemaB einer weiteren Variante der Ausfflh-
`rungsform der Erfindung, bei der das Greifelement als
`Saugglocke ausgebildet ist, weist die Saugglocke kei-
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`ne Offnung auf. Die Saugglocke wird stattdessen zum
`Losen des Gegenstandes verformt. Beispielsweise
`kann die Steuerung so vorgesehen bzw. ausgebildet
`sein, dass das Ubermittlungselement bei Uberschrei-
`ten einer entsprechenden Ausloskraft beim Absetzen
`des Gegenstandes dermaBen aufdie Saugglocke ge—
`driickt wird, dass die Saugglocke an einer Kontaktfla-
`che zum Transportgut undicht wird.
`
`[0036] Je nach Einstellung eines nachgeordneten
`Manipulators konnen die beschriebenen Greifer bis
`zum Erreichen der Ausloskrafte oder dariiber hinaus
`
`auf den Gegenstand zu bewegt werden.
`
`[0037] Die Steuerung des erfindungsgemaBen Grei-
`fers setzt das Greifen bzw. Losen der Greifelemen-
`
`te vorzugsweise mechanisch, starker bevorzugt iner
`einen Rastmechanismus um. Dabei handelt es sich
`
`vorzugsweise um einen bistabilen Rastmechanis-
`mus, der zwei stabile Rastpositionen aufweist, um
`den Greifer in zwei Stellungen, der geoffneten und
`der geschlossenen Stellung, im Wesentlichen stabil
`zu arretieren.
`
`[0038] Als Rastmechanismus kommt jeder Mecha-
`nismus in Betracht, der die erforderliche Funktionali-
`tat aufweist. Geeignet sind insbesondere Mechanis-
`men, bei denen das Uberschreiten und Unterschrei-
`ten vordefinierter Krafte zum Einrasten bzw. Arretie—
`ren des Kontaktelements oder eines damit verbunde—
`nen Teils des Greifmechanismus fiihrt.
`
`[0039] Wird ein Rastmechanismus als Steuerung
`verwendet, kann der Mechanismus z. B. ein beweg-
`liches Element mit einer gestuften Nut oder gestuf-
`ten Vorspriingen aufweisen, das mit dem Kontaktele-
`ment oder einem mit dem Kontaktelement verbunde-
`
`nen Teil des Greifmechanismus interagiert. Die Nut
`bzw. die Vorspriinge des beweglichen Steuerungs-
`oder Rastelements interagieren dabei vorzugsweise
`mit einem Abschnitt bzw. Ende des Kontaktelements,
`das nicht in Kontakt mit dem zu greifenden Gegen-
`stand kommt. Die Nut bzw. die Vorspriinge sind vor-
`zugsweise so gestaltet, dass sich das Kontaktele-
`ment je nach Position in der Nut bzw. je nach Po-
`sition zu den Vorspriingen in bestimmten Richtun-
`gen bewegen kann oder im Wesentlichen arretiert ist.
`Die Arretierung muss nicht notwendigerweise form-
`schliissig sein. Die Bewegung kann z. B. auch durch
`eine entsprechende Kraft oder Vorspannung im We-
`sentlichen verhindert werden. Ferner ist auch eine
`
`Behinderung durch Stoffschluss (z. B. eine Adhasion
`mit thixotropen Fliissigkeiten) prinzipiell moglich.
`
`[0040] Vorzugsweise verandert sich bei Uberschrei—
`ten bzw. Unterschreiten derjeweiligen Kontaktkrafte
`F1, F2, F3 und/oder F4 die Relativposition des Ra—
`stelements zum Ubermittlungselement bzw. des Ra—
`stelements zum Kontaktelement. Weiter bevorzugt—
`wird das bewegliche Rastelement relativ zu dem En-
`
`de des Ubermittlungselements, das mit dem beweg-
`lichen Rastelement interagiert, bewegt, verdreht und/
`oder verschoben.
`
`[0041] Die Ubersetzung der Auslos- bzw. Kontakt-
`krafte bzw. der Bewegungen (z. B. eine Translation)
`des Ubermittlungselements in eine Verdrehung und/
`oder Verschiebung zur Verstellung des beweglichen
`Rastelements wird vorzugsweise mittels eines Ver-
`stellmechanismus erreicht. Dieser kann z. B. mittels
`
`verschiedener Zahnkranz- bzw. Kronradkonfiguratio-
`nen realisiert werden. Vorzugsweise weist der Ver-
`stellmechanismus drei iibereinanderliegende Zahn-
`kranze auf. Nicht alle Zahnkranze weisen notwen-
`
`digerweise entlang des gesamten Umfangs Zéhne
`auf. Je nach gewahltem Verstellmechanismus kann/
`konnen einer oder mehrere der Zahnkranze aus ei-
`nem einzelnen Zahn oder einzelnen Zéhnen beste-
`
`hen. Vielfaltige Arten solcher Verstellmechanismen
`sind dem Fachmann bekannt und werden z. B. in gan-
`gigen Kugelschreibern verwendet.
`
`[0042] Alternativ oder zusatzlich kann auch das Kon-
`taktelement bzw. ein damit verbundener Teil des
`
`Greifmechanismus relativ zum Rastelement bewegt
`werden, um die Greifelemente nach Uberschreiten
`bzw. Unterschreiten der jeweiligen Kontaktkrafte zu
`arretieren oder zu losen
`
`[0043] Wird ein Rastmechanismus vorgesehen, der
`einen ersten Schaltpunkt an einer ersten Eintauchtie—
`fe und einen zweiten Schaltpunkt an einer zweiten
`Eintauchtiefe aufweist, kann erreicht werden, dass
`das Kontaktelement bzw. das Greifelement arretiert
`wird wenn das Kontaktelement die erste Eintauchtie-
`
`fe erreicht. Ein Anheben des Gegenstandes ist in die-
`sem Fall zur Arretierung des Greifelements nicht er-
`forderlich. Das Offnen des Greifelements kann durch
`ein erneutes bzw. tieferes Eintauchen des Kontakte-
`lements erreicht werden.
`
`[0044] Statt des Kontaktelements konnen auch an-
`dere Elemente des Greifmechanismus arretiert wer-
`den. 80 kann z. B. auch mindestens ein Greifelement
`
`direkt oder indirekt mit der Steuerung und/oder einem
`Rastelement interagieren.
`
`[0045] Die Erfindung betrifft ferner ein Hebezeug mit
`einem oder mehreren Greifern gemaB einer oder
`mehreren der erfindungsgemaBen Ausfiihrungsfor—
`men. Das Hebezeug kann einen Manipulator aufwei-
`sen, der den Greifer vor dem Greifen zu dem zu grei-
`fenden bzw. handzuhabenden Gegenstand verfahrt
`bis eine im Wesentlichen zum Gegenstand gerichte—
`te Ausloskraft der Steueru ng Uberschritten wird und/
`oder der den Greifer nach dem Greifen zu einer Po-
`
`sitionierungsflache verfahrt bis eine im Wesentlichen
`zum Gegenstand gerichtete Ausloskraft der Steue—
`rung Uberschritten wird. Das Hebezeug kann so vor—
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`DE 10 2011082 211 A1
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`2013.03.07
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`gesehen bzw. ausgebildet sein, dass keine Zufflh-
`rung von Betriebsmitteln bereitgestellt wird.
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`[0046] Zudem betrifft die Erfindung auch ein Ver—
`fahren zum Greifen bzw. Handhaben (mindestens
`eines Gegenstandes) mit einem Greifer nach einer
`der erfindungsgeméfien Austhrungsformen mit den
`Schritten: Vorsehen mindestens eines Greifelements
`
`zum kraft-, form- und/oder stoffschlflssigen Greifen
`bzw. Handhaben mindestens eines Gegenstandes,
`Vorsehen mindestens einer mechanischen Steue-
`
`rung, wobei der Greifer zum Greifen und/oder L6-
`sen des Greifelements zum Gegenstand verfahren
`wird und die Steuerung das Greifen und/oder ein
`Lésen des Greifelements veranlasst, nachdem eine
`im Wesentlichen zum Gegenstand gerichtete Auslés-
`kraft auf die Steuerung Ubertragen wird. Das Verfah-
`ren kann fernerjedwede weiteren Verfahrensschritte
`aufweisen, die zur Bereitstellung eines erfindungsge-
`méBen Greifers oder dessen Verwendung zum Grei-
`fen bzw. Handhaben eines Gegenstandes erforder—
`Iich sind.
`
`[0047] Bevorzugte Ausffihrungsformen des erfin-
`dungsgeméBen Greifers werden nachfolgend unter
`Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft be-
`schrieben. Es zeigen:
`
`[0048] Fig. 1a eine schematische Darstellung eines
`Greifmechanismus eines erfindungsgeméBen Grei—
`fers;
`
`[0049] Fig. 2a eine schematische Darstellung eines
`erfindungsgeméBen Greifers in einer geéffneten Stel-
`lung (Stellung 0);
`
`[0050] Fig. 22:3 eine schematische Darstellung eines
`erfindungsgeméfien Greifers in einer geschlossenen
`Stellung (Stellung 1) vor dem Anheben des Gegen-
`standes;
`
`[0051] _Ei_g_.__2gg eine schematische Darstellung eines
`erfindungsgeméBen Greifers in einer geschlossenen
`Stellung (Stellung 2) nach dem Anheben des Gegen-
`standes;
`
`[0052] Fig. 2d eine schematische Darstellung eines
`erfindungsgeméBen Greifers in einer geschlossenen
`Stellung (Stellung 3) nach dem Absetzen Gegenstan-
`des;
`
`[0053] $ng eine schematische Darstellung einer
`Steuerung und eines erfindungsgeméBen Greifers;
`
`[0054] Eigfie—Eigfig schematische Darstellungen
`eines ersten Verstellmechanismus zur Verstellung
`des beweglichen Steuerungselements eines erfin-
`dungsgemélsen Greifers;
`
`[0055] ,Ei531,,5§—Eig,,,5i schematische Darstellungen
`eines zweiten Verstellmechanismus zur Verstellung
`des beweglichen Steuerungselements eines erfin-
`dungsgeméBen Greifers;
`
`[0056] Fig. 6 eine schematische Darstellung der
`Kronréder einer Steuerung eines erfindungsgemé—
`[3en Greifers;
`
`[0057]__ Fig. i‘a—Fig. 1’9 schematische Darstellungen
`eines Ubergangs der Steuerung von Eigj von Lage
`2 in Lage 0;
`
`[0058] Fig. Sal—Fig. $33 schematische Darstellungen
`eines weiteren Greifmechanismus eines erfindungs-
`geméBen Greifers;
`
`[0059] Fig. Esau—Fig. 9b schematische Darstellungen
`eines weiteren Greifmechanismus eines erfindungs-
`geméBen Greifers;
`
`[0060] Fig. 1%} schematische Darstellung eines wei-
`teren Greifmechanismus eines erfindungsgeméBen
`Greifers;
`
`[0061] Fig. 113 eine schematische Darstellung eines
`erfindungsgeméBen Greifers, bei dem das Greifele-
`ment als Saugglocke ausgebildet ist,
`in einer geéff—
`neten Stellung (Stellung O);
`
`[0062] Ei_g,___f£_fii__i;§ eine schematische Darstellung ei-
`nes erfindungsgeméBen Greifers, bei dem das Grei—
`felement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer ge-
`schlossenen Stellung (Stellung 1) vor dem Anheben
`des Gegenstandes;
`
`[0063] _Eig_.____‘§__’i_§_ eine schematische Darstellung ei-
`nes erfindungsgeméfien Greifers, bei dem das Grei-
`felement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer ge-
`schlossenen Stellung (Stellung 2) nach dem Anhe-
`ben des Gegenstandes;
`
`[0064] Fig. 11d eine schematische Darstellung ei-
`nes erfindungsgeméBen Greifers, bei dem das Grei-
`felement als Saugglocke ausgebildet ist, in einer ge-
`schlossenen Stellung (Stellung 3) nach dem Abset—
`zen Gegenstandes;
`
`[0065] Fig. 12a—Fig. 12b eine schematische Dar-
`stellung der Kronréder einer Steuerung eines erfin-
`dungsgeméBen Greifers, wobei eine Entlflftung in der
`Steuerung vorgesehen ist.
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`[0066] In Eight; ist der Greifmechanismus 10 eines
`Greifers geméB einer ersten Ausfflhrungsform der Er-
`findung schematisch darges