DE102021201043B3

DE102021201043B3 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102021201043B3
Application number: DE102021201043.1A
Authority: DE
Inventors: Metin Giousouf
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-02-04
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2041-02-05

Abstract

Es wird eine Greifvorrichtung (1) vorgeschlagen, die einen Elektroadhäsionsgreifer (2) aufweist, der mit einer Greifeinheit (5) bestückt ist. Die Greifeinheit (5) hat eine sich zwischen einer Rückseite (7) und einer Vorderseite (8) erstreckende Hochachse (6), durch die eine Höhenrichtung (6a) definiert wird. Die Greifeinheit (5) hat eine Basisstruktur (23) und eine daran angeordnete Elektrodenstruktur (26) und verfügt ferner an der Vorderseite (8) über eine Adhäsionsgreiffläche (12), in deren Bereich ein zum Festhalten eines Greifobjektes (3) geeignetes elektrostatisches Feld generierbar ist. Die Greifeinheit (5) ist zumindest bereichsweise in der Höhenrichtung (6a) von der Rückseite (7) zur Vorderseite (8) hin durchsichtig, sodass ein an der Vorderseite (8) der Greifeinheit (5) befindliches Greifobjekt (3) von der Rückseite (7) her durch die Greifeinheit (5) hindurch sichtbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung, mit mindestens einem Elektroadhäsionsgreifer, der eine Greifeinheit mit einer sich in einer Höhenrichtung zwischen einer Rückseite und einer diesbezüglich entgegengesetzten Vorderseite erstreckenden imaginären Hochachse aufweist, wobei die Greifeinheit über eine Basisstruktur und eine an der Basisstruktur angeordnete Elektrodenstruktur verfügt und an ihrer Vorderseite eine Adhäsionsgreiffläche aufweist, in deren Bereich mittels der Elektrodenstruktur ein zum Festhalten eines zu greifenden Greifobjektes geeignetes elektrostatisches Feld generierbar ist, wobei die Greifeinheit zumindest bereichsweise in der Höhenrichtung von der Rückseite zu der Vorderseite hin durchsichtig ausgebildet ist, sodass ein an der Vorderseite der Greifeinheit befindliches Greifobjekt von der Rückseite her durch die Greifeinheit hindurch sichtbar ist.
Eine aus der US 2016 / 0 358 803 A1 bekannte Greifvorrichtung dieser Art verfügt über eine durchsichtige Greifeinheit mit einem an einer Unterseite angeordneten, als transparente Glasplatte ausgebildeten Körper. Eine auf diesem Körper angeordnete Elektrodenanordnung hat ebenso optisch transparente Eigenschaften wie eine an der Oberseite der Greifeinheit angeordnete Abdeckung. Die Transparenz der Greifeinheit wird verwendet, um mittels einer durch die Greifeinheit hindurchgeschickten Strahlung das Ablösen eines ergriffenen Substrates zu vereinfachen.
DE 20 2014 010 874 U1 beschreibt ein Substrat-Aufnahmewerkzeug mit transparenten Eigenschaften, das über eine Platte, einen Isolationsfilm und ein Kopplungsmittel verfügt, die jeweils aus einem transparenten Material bestehen können. Das Werkzeug hat eine integrierte Lichtquelle, deren Aktivierung die Silhouette eines an der Unterseite festgehaltenen Substrates zum Vorschein bringt, sodass die Möglichkeit besteht, die Position des Substrates mittels eines Systems zum maschinellen Sehen von der Unterseite her zu detektieren.
Aus der US 2016 / 0 318 190 A1 ist ein modulares elektroadhäsives Greifsystem bekannt, das über transparente Befestigungsvorsprünge verfügt.
Die US 7 505 118 B2 beschreibt einen Waferträger, der eine transparente Basis und eine ebenfalls aus einem transparenten Material bestehende leitfähige Schicht aufweist.
In der WO 2018/ 071 722 A1 sind Vorrichtungen zum aerodynamischen Aufnehmen von Teilen beschrieben. Eine Vielzahl von Luftstromgeneratoren erzeugt einen Flugfeldvektor, um eine Anziehungskraft auf einen oder mehrere Zielteile zu projizieren, um diese aufzunehmen. Die Zielteile werden von einer für den Luftstrom durchlässigen porösen Oberfläche aufgenommen.
Aus der JP 2004 - 207 644 A geht ein elektrostatischen Spannfutter hervor, das eine innere Elektrode aufweist, die auf einer ein dielektrisches Substrat aufweisenden Basis angeordnet ist und von einem dielektrischen Film bedeckt ist, dessen obere Oberfläche eine Aufspannoberfläche zum Anbringen eines festzuzuspannenden Objekts 2 bildet. Zumindest ein Teil der Basis und des dielektrischen Films ist lichtdurchlässig für Licht mit einem vorbestimmten Wellenlängenband.
Eine aus der DE 601 23 052 T2 bekannte Greifvorrichtung enthält einen Elektroadhäsionsgreifer mit einer plattenförmigen Basisstruktur, die einseitig an einer Vorderseite mit einer Elektrodenstruktur versehen ist, die elektrisch aufladbar ist, um ein elektrostatisches Feld zu erzeugen, durch das ein Greifobjekt festgehalten werden kann. Das festgehaltene Greifobjekt stützt sich an einer Adhäsionsgreiffläche ab, die von einer die Elektrodenstruktur bedeckenden Isolationsschicht gebildet ist.
Die DE 10 2012 212 465 B3 beschreibt einen Elektroadhäsionsgreifer zum Halten von Werkstücken, der eine Greifeinheit aufweist, die über eine mit einer Elektrodenstruktur versehene Basisstruktur verfügt. Die Elektrodenstruktur enthält mehrere sich nebeneinander erstreckende spiralförmige Elektroden.
Die WO 2015/142911 A1 befasst sich mit einem elektroadhäsiven Greifsystem, das über eine elektroadhäsive Oberfläche verfügt, die eine oder mehrere Elektroden aufweist und über eine Steuereinheit verfügt, mittels derer in Abhängigkeit gewisser Randbedingungen eine Spannung an die Elektroden anlegbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die bei einem Elektroadhäsionsgreifer eine zuverlässige relative Positionierung zwischen der Greifeinheit und einem zu greifenden Greifobjekt begünstigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Greifeinheit mindestens eine an der Basisstruktur angeordnete Sensorstruktur aufweist, die zur Detektion eines an der Adhäsionsgreiffläche anliegenden Greifobjektes ausgebildet ist und aus einem durchsichtigen Material besteht.
Die zumindest bereichsweise in der Höhenrichtung durchsichtig ausgebildete Greifeinheit ermöglicht ein präzises Positionieren der Adhäsionsgreiffläche der Greifeinheit in einer dem Greifobjekt gegenüberliegenden Position. Durch die durchsichtige Greifeinheit hindurch ist das Greifobjekt auch dann gut sichtbar, wenn das Greifobjekt durch die entsprechend positionierte Greifeinheit überdeckt ist. Unabhängig davon, ob die zum Greifen eines Greifobjektes erforderliche gegenseitige relative Ausrichtung zwischen Greifeinheit und Greifobjekt maschinell oder manuell vorgenommen wird, erlaubt der durch die Greifeinheit hindurch zur Verfügung gestellte Blickkontakt eine einfache und dennoch exakte Handhabung des Greifobjektes. Die zumindest bereichsweise Durchsichtigkeit der Greifeinheit erlaubt ein unmittelbares Hindurchblicken durch die Greifeinheit seitens einer mit der Nutzung der Greifvorrichtung betrauten Person und/oder durch die Greifeinheit hindurch eine bildaufnehmende Überwachung unter Verwendung einer Kamera. Die zumindest partielle Durchsichtigkeit der Greifeinheit ist vor allem auch deshalb sehr vorteilhaft, weil die Adhäsionsgreiffläche von Elektroadhäsionsgreifern zur Erzeugung einer ausreichend hohen elektrostatischen Anziehungskraft oftmals recht groß gewählt werden muss, sodass die direkte Sicht auf den Arbeitsbereich und das darin befindliche Greifobjekt versperrt ist und nur ein recht schmaler Spalt zur Blickkontrolle von der Seite her zur Verfügung steht. Dieser Problematik wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Greifvorrichtung begegnet. Die Durchsichtigkeit ist zweckmäßigerweise durch Verwendung eines durchsichtigen Materials realisiert.
Ungeachtet der zumindest teilweisen Durchsichtigkeit der Greifeinheit kann das grundsätzliche, an sich bewährte Greifprinzip des Elektroadhäsionsgreifers beibehalten werden. Die Greifeinheit hat eine Basisstruktur, die als Träger für eine Elektrodenstruktur fungiert, wobei die Elektrodenstruktur mittels einer geeigneten Steuereinrichtung derart elektrisch ansteuerbar ist, dass im Bereich der Vorderseite ein elektrostatisches Feld generiert wird, durch das über elektrisch polarisierbare Eigenschaften verfügendende Greifobjekte angezogen und festgehalten werden. Das Greifobjekt kann beispielsweise ein metallisches Objekt oder ein beliebig anderes elektrisch polarisierbares Objekt sein. Zum Greifen eines Greifobjektes kann bevorzugt die Greifeinheit bezüglich des Greifobjektes positioniert werden, wenngleich auch eine vertauschte Positionierbarkeit möglich ist. Um das festgehaltene Greifobjekt wieder abzulegen, lässt sich das elektrostatische Feld durch mittels der Steuereinrichtung bewirkbaren Ladungsabfluss wieder entfernen.
Die Greifeinheit weist mindestens eine Sensorstruktur auf, die an der Basisstruktur angeordnet ist und die zur insbesondere berührungslosen Detektion eines an der Adhäsionsgreiffläche anliegenden Greifobjektes ausgebildet ist. Obgleich eine derartige Sensorstruktur grundsätzlich mit geringen Abmessungen ausgeführt werden kann, ist es vorteilhaft, dass sie aus einem durchsichtigen Material besteht und somit die Durchsichtigkeit der Greifeinheit unabhängig von ihrer Platzierung nicht lokal beeinträchtigt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Für die Sichtbarkeit des Greifobjektes durch die Greifeinheit hindurch kann es ausreichend sein, nur einen oder mehrere Bereiche der Greifeinheit durchsichtig auszubilden. Beispielsweise kann sich die Durchsichtigkeit auf mehrere Stellen beschränken, die auf der Konturlinie der Außenkontur des festzuhaltenden Greifobjektes liegen. Bei einer möglichen Ausgestaltung mit nur partieller Durchsichtigkeit hat die Greifeinheit einen undurchsichtigen rahmenförmigen Außenabschnitt, der einen durchsichtigen Innenabschnitt der Greifeinheit umschließt. Ein bestmögliches Erkennen des Greifobjektes ist allerdings dann gewährleistet, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die gesamte Greifeinheit in der Höhenrichtung von der Rückseite zu der Vorderseite hin durchsichtig ausgebildet ist. Hierzu besteht zweckmäßigerweise die gesamte Greifeinheit aus einem durchsichtigen Material.
Auch wenn es bei nur bereichsweiser Durchsichtigkeit der Greifeinheit möglich wäre, die durchsichtigen Bereiche mittels unverschlossener Durchbrechungen in einem als solches undurchsichtigen Material zu realisieren, ist die Durchsichtigkeit zweckmäßigerweise auch in diesem Fall zweckmäßigerweise auf die Verwendung eines durchsichtigen Materials zurückzuführen.
Es wird als zweckmäßig angesehen, wenn die Basisstruktur der Greifeinheit, soweit sie durchsichtig ist, aus einem die Durchsicht in der Höhenrichtung ermöglichenden transparenten Material ausgebildet ist. Das transparente Material bietet eine klare Durchsicht. Das transparente Material kann zwar prinzipiell eingefärbt sein, ist jedoch bevorzugt farblos, sodass eine besonders exakte optische Erfassung des Greifobjektes durch die Greifeinheit hindurch möglich ist.
Prinzipiell kann die Durchsichtigkeit mittels eines transluzenten Materials realisiert sein, das nur diffuse Durchscheineffekte bietet. Obgleich dies gegenüber undurchsichtigen Strukturen auch schon eine verbesserte Handhabung verleiht, wird ein für klare Durchsichtverhältnisse sorgendes transparentes Material bevorzugt.
Bei dem durchsichtigen Material handelt es sich insbesondere um Glas oder um Kunststoff.
Bevorzugt besteht die Elektrodenstruktur der Greifeinheit aus einem durchsichtigen und dabei insbesondere einem transparenten Material. Durchsichtige Elektroden zur Ausbildung der durchsichtigen Elektrodenstruktur sind als solches bekannt und bestehen beispielsweise aus Indiumzinnoxid. Solche Elektroden werden bisher schon beispielsweise bei LCD-Displays eingesetzt. Bevorzugt besteht die gesamte Elektrodenstruktur aus einem durchsichtigen Material. In Kombination mit einer zumindest partiell und bevorzugt in ihrer Gesamtheit ebenfalls durchsichtigen Basisstruktur kann somit auf einfache Weise eine aufgrund der Verwendung durchsichtiger und bevorzugt transparenter Materialien in der Höhenrichtung durchsichtige Greifeinheit bereitgestellt werden.
Die Elektrodenstruktur der Greifeinheit ist bevorzugt schichtartig ausgebildet. Die Elektrodenstruktur ist beispielsweise durch übliche Beschichtungsverfahren auf die Basisstruktur aufgebracht und/oder als folienartiges Material aufgeklebt.
Bevorzugt umfasst die Elektrodenstruktur mehrere Elektroden, die paarweise in einer zu der Hochachse orthogonalen Ebene nebeneinander angeordnet sind und die zur Ausbildung eines elektrostatischen Feldes mit entgegengesetzter Polarisierung mit der Spannungsquelle einer Steuereinrichtung verbindbar sind, um einen das elektrostatische Feld generierenden Ladungszufluss hervorzurufen. Beispielsweise kann die Elektrodenstruktur genau zwei relativ großflächige und nebeneinander platzierte Elektroden aufweisen. Ebenso ist es möglich, die Basisstruktur mit mehreren Elektrodenpaaren zu bestücken, die parallel wahlweise elektrisch aufladbar oder entladbar sind.
Die Elektrodenstruktur ist vorzugsweise im Bereich der Vorderseite der Greifeinheit an der Basisstruktur angebracht. Die Basisstruktur liefert insbesondere die notwendige Struktursteifigkeit der Greifeinheit und fungiert als Abstützung für die Elektrodenstruktur.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Basisstruktur plattenförmig ausgebildet ist, sodass man die Basisstruktur auch als Basisplatte bezeichnen kann. Deren Plattenebene beziehungsweise die Hauptausdehnungsebene der plattenförmigen Greifeinheit erstreckt sich orthogonal zu der Hochachse der Greifeinheit. Die plattenförmigen Greifeinheit hat zwei einander entgegengesetzte großflächige Plattenflächen, wobei die Adhäsionsgreiffläche der der Vorderseite zugewandten großflächigen Plattenfläche zugeordnet ist.
An ihrer Vorderseite ist die Greifeinheit zweckmäßigerweise mit einer die Elektrodenstruktur bedeckenden Isolationsschicht versehen, die zumindest bereichsweise und vorzugsweise in ihrer Gesamtheit aus einem durchsichtigen und insbesondere transparenten Material besteht und auf diese Weise die angestrebten durchsichtigen Eigenschaften der Greifeinheit mit gewährleistet. Die Isolationsschicht kann wirksam Kurzschlüsse vermeiden und hat auch den Effekt eines Schutzes der empfindlichen Elektroden vor mechanischen Beeinträchtigungen. Die Isolationsschicht kann als eine Beschichtung aufgebracht oder als dünne Folie aufgeklebt sein. Als besonders geeignet hat sich Silikonfolie erwiesen, die als inertes Material die Neigung zu einem Haftenbleiben des Greifobjektes auch nach dem Entladen der Elektrodenstruktur vermindert.
Dem Effekt eines unerwünschten Anhaftens eines Greifobjektes auch nach dem Entladen der Elektrodenstruktur kann vorteilhaft insbesondere dadurch entgegengewirkt werden, dass die Isolationsschicht mit einer feinen Oberflächenstruktur versehen ist, beispielsweise mit einer Noppenstruktur oder einer Rillenstruktur.
Es ist vorteilhaft, wenn die Sensorstruktur aus einem transparenten Material besteht. Als Material zur Realisierung der mindestens einen Sensorstruktur empfiehlt sich das gleiche transparente Material, das gemäß den obigen Ausführungen bevorzugt auch zur Realisierung transparenter Elektrodenstrukturen eingesetzt wird.
Ungeachtet ihrer Ausgestaltung ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine Sensorstruktur in Randnähe an der Greifeinheit platziert ist. Die mindestens eine Sensorstruktur erlaubt insbesondere eine Detektion, ob das Greifobjekt aufgenommen wurde oder abgefallen ist.
Mindestens eine Sensorstruktur kann beispielsweise auf einem kapazitiven Wirkprinzip basieren und so ausgeführt sein, dass sich eine Kapazität verändert, wenn ein Greifobjekt mit der Adhäsionsgreiffläche in Kontakt gelangt oder von der Adhäsionsgreiffläche entfernt wird. Mindestens eine Sensorstruktur kann auf einem induktiven Wirkprinzip basieren und beispielsweise mindestens eine Spule enthalten, die induktiv ein magnetisch leitfähiges Greifobjekt wahrnimmt. Mindestens eine Spule kann insbesondere als Flachspule ausgeführt sein, die zweckmäßigerweise mit einer Überkontaktierung versehen ist, die sich mittels einer Beschichtungstechnik leicht herstellen lässt.
Bevorzugt ist die Greifvorrichtung mit einer Positionierhilfseinrichtung ausgestattet, die unterstützend zur Relativpositionierung zwischen der Greifeinheit und dem Greifobjekt beiträgt. Eine solche Positionierhilfseinrichtung enthält insbesondere eine im Bereich der Rückseite der Greifeinheit platzierte Kamera, mit der das Greifobjekt durch die durchsichtige und insbesondere transparente Greifeinheit hindurch optisch erfassbar ist. Die Kamera ist bevorzugt mit einer elektronischen Steuereinrichtung der Greifvorrichtung verbunden, die mit einer geeigneten Auswerteelektronik ausgestattet ist.
Es ist günstig, wenn die Positionierhilfseinrichtung ein bezüglich der Greifeinheit ortsfestes Stativ aufweist, an dem die Kamera angeordnet ist. Die Kamera ist mittels des Stativs zweckmäßigerweise so platziert, dass sie der Greifeinheit im Bereich deren Rückseite in der Höhenrichtung in einem Abstand gegenüberliegt. Die Kamera ist bevorzugt so ausgerichtet, dass ihre optische Achse parallel zur Hochachse der Greifeinheit verläuft.
Der Elektroadhäsionsgreifer verfügt zweckmäßigerweise über eine Halteeinrichtung, an der die Greifeinheit lösbar fixiert ist, wenn sie eine Gebrauchsposition einnimmt. Die Greifeinheit kann zweckmäßigerweise bei Bedarf aus der Halteeinrichtung entnommen werden, um beispielsweise einen Austausch vornehmen zu können. Das vorgenannte Stativ der optionalen Positionierhilfseinrichtung ist zweckmäßigerweise als ein Bestandteil der Halteeinrichtung realisiert.
Bevorzugt lässt sich der gesamte Elektroadhäsionsgreifer durch entsprechendes Einwirken auf die Halteeinrichtung im Raum verlagern und positionieren. Auf diese Weise kann insbesondere die Adhäsionsgreiffläche derart einem Greifobjekt gegenüberliegend platziert werden, dass selbiges bei aktivierter Elektrodenstruktur von der Adhäsionsgreiffläche aufgenommen und festgehalten wird. Das festgehaltene Greifobjekt kann anschließend bei weiterhin aktivierter Elektrodenstruktur durch entsprechende Verlagerung des Elektroadhäsionsgreifers umpositioniert und an einem Zielort durch Deaktivierung der Elektrodenstruktur wieder abgelegt werden.
Bei einer einfachen Ausgestaltung kann die Halteeinrichtung für manuelle Handhabung ausgelegt sein und beispielsweise mit einem von einer Person zum Bewegen und Positionieren nutzbaren Handgriff versehen sein. Für eine maschinelle Nutzung ist es vorteilhaft, wenn die Halteeinrichtung eine Befestigungsschnittstelle aufweist, über die sie an einer ein Bewegen und Positionieren des Elektroadhäsionsgreifers ermöglichenden Handhabungseinheit befestigbar ist, beispielsweise an einem Arm eines Roboters.
Die Greifeinheit lässt sich einfach und zuverlässig an der Halteeinrichtung fixieren, wenn die Halteeinrichtung mit einem Aufnahmerahmen ausgestattet ist, der die Greifeinheit bei Einnahme einer Gebrauchsposition zumindest partiell randseitig umschließt. Der Aufnahmerahmen kann ein Rechteckrahmen oder auch nur eine U-förmiger Rahmen sein. Bevorzugt ist an dem Aufnahmerahmen eine Kontaktierungseinrichtung angeordnet, die mit randseitig an der Basisstruktur angeordneten Kontaktierungsflächen der Elektrodenstruktur der die Gebrauchsposition einnehmenden Greifeinheit elektrisch leitend verbunden ist, um besonders einfach einen elektrischen Ladungszufluss und Ladungsabfluss bezüglich der Elektrodenstruktur zu ermöglichen. Die Kontaktierungseinrichtung ist hierzu zweckmäßigerweise mit einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden, die einen Ladungszufluss und Ladungsabfluss bezüglich der Elektrodenstruktur steuern kann. Im aktivierten Zustand ist die Elektrodenstruktur elektrisch aufgeladen, sodass sich ein elektrostatisches Feld gebildet hat. Im deaktivierten Zustand ist die Elektrodenstruktur durch Ladungsabfluss entladen, sodass das elektrostatische Feld wieder entfernt ist.
Die Kontaktierungseinrichtung ist insbesondere federnd ausgebildet, sodass sich eine sichere Kontaktierung einstellt, wenn die Greifeinheit in ihre Gebrauchsposition in den Aufnahmerahmen eingesetzt wird.
Der Aufnahmerahmen ist bevorzugt als Einschubrahmen ausgeführt, wobei die Greifeinheit zur Einnahme ihrer Gebrauchsposition in den Einschubrahmen einschiebbar und zur Entnahme sehr einfach wieder aus dem Einschubrahmen herausziehbar ist. Die Einschiebe- und Herausziehrichtung verläuft bevorzugt quer und insbesondere rechtwinkelig zur Höhenrichtung der Greifeinheit.
Der Aufnahmerahmen ist bevorzugt mit einer Verriegelungseinrichtung ausgestattet, durch die die in die Gebrauchsposition verbrachte Greifeinheit lösbar verriegelt ist. Die Verriegelungseinrichtung ist beispielsweise mit Schnapphaken ausgestattet.
Bevorzugt ist die Greifvorrichtung mit einer elektronischen Steuereinrichtung ausgestattet, an die die Elektrodenstruktur im betriebsbereiten Zustand der Greifvorrichtung elektrisch angeschlossen ist. Die elektronische Steuereinrichtung beinhaltet zweckmäßigerweise eine Ladungs-/Entladungseinrichtung zum Hervorrufen eines bezüglich der Elektrodenstruktur gesteuerten elektrischen Ladungszuflusses und Ladungsabflusses, um auf diese Weise die Elektrodenstruktur zum Generieren eines elektrostatischen Feldes zu aktivieren oder zum Aufheben eines zuvor erzeugten elektrostatischen Feldes wieder zu deaktivieren.
An die elektronische Steuereinrichtung können weitere optionale Komponenten der Greifvorrichtung angeschlossen sein, insbesondere die weiter oben erwähnte Kamera und/oder die ebenfalls weiter oben erwähnte mindestens eine Sensorstruktur.
Ferner kann neben der Kamera eine Lichtquelle zum Ausleuchten des Greifobjektes montiert sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 in einer Seitenansicht und teilweise entsprechend Schnittlinie I-I aus 2 geschnitten eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung in teils vereinfachter Darstellungsweise,
2 einen Schnitt der Greifvorrichtung aus 1 gemäß Schnittlinie II-II aus 1,
3 eine gesonderte Darstellung der in der Greifvorrichtung der 1 und 2 enthaltenen Greifeinheit in einer isometrischen und teils als Explosionsdarstellung ausgeführten Unteransicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil III aus 1, wobei die optionale Isolationsschicht getrennt von der Basisstruktur und der daran fixierten Elektrodenstruktur gezeigt ist, und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Greifeinheit in einer Einzeldarstellung in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV aus 1 von der Rückseite her.

Die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Greifvorrichtung ist mit mindestens einem Elektroadhäsionsgreifer 2 ausgestattet, der in der Lage ist, aufgrund sogenannter Elektroadhäsion, die durch ein elektrostatisches Feld hervorrufbar ist, ein im Folgenden als Greifobjekt 3 bezeichnetes Objekt aufzunehmen und festzuhalten. Ein auf diese Weise ergriffenes Greifobjekt 3 kann anschließend einer objektspezifisch gewünschten Handhabung unterzogen werden, beispielsweise einer Bearbeitung im ergriffenen Zustand oder einer Umpositionierung an einen anderen Ort.
Mit dem Elektroadhäsionsgreifer 2 können insbesondere Greifobjekte 3 gehandhabt werden, die aus elektrisch polarisierbarem Material bestehen, sodass unter dem Einfluss eines elektrostatischen Feldes Ladungsverschiebungen möglich sind. Handhabbar sind beispielsweise metallische Greifobjekte oder von elektrisch polarisierbaren Isolatoren gebildete Greifobjekte.
Durch den Elektroadhäsionsgreifer 2 greifbar sind nicht nur starre, sondern auch biegeschlaffe Greifobjekte 3. Besonders gut eignet er sich zum Ergreifen großflächiger Greifobjekte 3. Exemplarisch ist ein plattenförmig gestaltetes Greifobjekt 3 illustriert, das in 1 in durchgezogenen Linien im ungegriffenen Zustand und in strichpunktierten Linien in einem durch den Elektroadhäsionsgreifer 2 ergriffenen Zustand illustriert ist.
Die Greifvorrichtung 1 kann entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel über nur einen einzigen Elektroadhäsionsgreifer 2 verfügen oder ist mit mehreren parallel oder sequentiell nutzbaren Elektroadhäsionsgreifern 2 ausgestattet.
Zur betriebsmäßigen Ansteuerung des Elektroadhäsionsgreifers 2 ist die Greifvorrichtung 1 zweckmäßigerweise mit einer nur schematisch angedeuteten elektronischen Steuereinrichtung 4 ausgestattet.
Der Elektroadhäsionsgreifer 2 enthält eine Greifeinheit 5, die bevorzugt über eine plattenförmige Flachgestalt verfügt. Die Greifeinheit 5 hat eine imaginäre Hochachse 6, wobei die Achsrichtung der Hochachse 6 im Folgenden als Höhenrichtung 6a bezeichnet wird.
Die Hochachse 6 erstreckt sich zwischen einer Rückseite 7 und einer diesbezüglich entgegengesetzten Vorderseite 8 der Greifeinheit 5. An der Vorderseite 8 hat die Greifeinheit 5 eine Adhäsionsgreiffläche 12, in deren Bereich sich das zum Ergreifen des Greifobjektes 3 geeignete elektrostatische Feld ausbilden kann.
Bezogen auf eine plattenförmige Greifeinheit 5 erstreckt sich die Hochachse 6 zweckmäßigerweise in der Normalenrichtung einer strichpunktiert angedeuteten Hauptausdehnungsebene 13 der Greifeinheit 5.
Die Greifeinheit 5 kann mit beliebiger räumlicher Ausrichtung der Hochachse 6 betrieben werden, vorzugsweise mit vertikaler Ausrichtung der Hochachse 6.
Die Außenkontur der Greifeinheit 5, die sich um die Hochachse 6 herum erstreckt, kann prinzipiell beliebig gewählt sein, ist jedoch bevorzugt rechteckig, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. Dementsprechend hat hier die Greifeinheit 5 eine zu der Hochachse 6 rechtwinkelige Längsachse 14 und eine sowohl zu der Hochachse 6 als auch zu der Längsachse 14 rechtwinkelige Querachse 15.
Der Elektroadhäsionsgreifer 2 verfügt zweckmäßigerweise über eine Halteeinrichtung 16, die die betriebsbereite Greifeinheit 5 trägt. Es ist vorteilhaft, wenn die Greifeinheit 5 im betriebsbereiten Zustand unter Einnahme einer Gebrauchsposition an der Halteeinrichtung 16 fixiert ist, wie dies beispielhaft aus den 1 und 2 ersichtlich ist. Bevorzugt ist die Greifeinheit 5 in der Gebrauchsposition lösbar an der Halteeinrichtung 16 fixiert, sodass beispielsweise ein reparaturbedingter Austausch möglich ist.
Bevorzugt ist der Elektroadhäsionsgreifer 2 im Raum bewegbar, um das von einem beliebigen Objektträger 17 aufgenommene und an der Adhäsionsgreiffläche 12 festgehaltene Greifobjekt 3 bedarfsgemäß zu verlagern und/oder zu positionieren. Hierzu kann die Halteeinrichtung 16 eine nicht weiter illustrierte Handhabe aufweisen, an der sie zwecks manueller Handhabung mit einer Hand ergreifbar ist. Bevorzugt ist die Greifvorrichtung 1 allerdings für eine maschinelle Bewegung und Positionierung des Elektroadhäsionsgreifers 2 ausgebildet, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn an der Halteeinrichtung 16 eine Befestigungsschnittstelle 18 ausgebildet ist, über die sie an einer schematisch angedeuteten Handhabungseinheit 22 anbringbar ist, die die gewünschten Positionierbewegungen des Adhäsionsgreifers 2 und somit der Greifeinheit 5 hervorrufen kann. Bei der bevorzugt zu der Greifvorrichtung 1 gehörenden Handhabungseinheit 22 handelt es sich beispielsweise um einen Roboter, an dessen Roboterarm die Halteeinrichtung 16 mit der Befestigungsschnittstelle 18 in bevorzugt lösbarer Weise befestigt ist.
In nicht illustrierter Weise ist die Handhabungseinheit 22 zweckmäßigerweise steuerungstechnisch mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 verbunden.
Die Greifeinheit 5 hat eine Basisstruktur 23, die bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist und die exemplarisch für die plattenartige Form der Greifeinheit 5 verantwortlich ist. Bei der beispielhaften Ausgestaltung kann die Basisstruktur 23 auch als Basisplatte bezeichnet werden. Eine beispielhaft von der Plattenebene gebildete Hauptausdehnungsebene 24 der Basisstruktur 23 verläuft orthogonal zu der Hochachse 6 und fällt mit der Hauptausdehnungsebene 13 der Greifeinheit 5 zusammen.
Die Greifeinheit 5 hat an ihrer Rückseite 7 eine rückseitige Basisstrukturfläche 25. Exemplarisch handelt es sich hierbei um die rückseitige Plattenfläche einer von der Basisstruktur 23 gebildeten Basisplatte. In einer aus 1 ersichtlichen bevorzugten Betriebssituation der Greifvorrichtung 1 weist die rückseitige Basisstrukturfläche 25 nach oben.
Die Greifeinheit 5 verfügt des Weiteren über eine an der Basisstruktur 23 fest angeordnete Elektrodenstruktur 26. Die Elektrodenstruktur 26 dient zu der bereits erwähnten Ausbildung eines für den Greifeffekt erforderlichen elektrostatischen Feldes.
Bei einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenstruktur 26 in die Basisstruktur 23 integriert. Bevorzugt wird allerdings die illustrierte Ausführungsform, bei der die Elektrodenstruktur 26 an einer der rückseitigen Basisstrukturfläche 25 in der Höhenrichtung 6a entgegengesetzten vorderen Basisstrukturfläche 27 der Basisstruktur 23 angebracht ist. Die vordere Basisstrukturfläche 27 befindet sich im Bereich der Vorderseite 8 der Greifeinheit 5.
Die Elektrodenstruktur 26 enthält mehrere quer zu der Hochachse 6 beabstandet zueinander angeordnete Elektroden 28, 29, die im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als Greifelektroden 28, 29 bezeichnet sind. Es handelt sich um mindestens ein Greifelektrodenpaar bestehend jeweils aus einer ersten Greifelektrode 28 und einer zweiten Greifelektrode 29. Exemplarisch ist die Greifeinheit 5 mit genau einem solchen Greifelektrodenpaar 28, 29 ausgestattet. Ohne weiteres kann die Basisstruktur 23 mit mehreren Greifelektrodenpaaren bestückt sein.
Die Greifelektroden 28, 29 sind elektrisch mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 verbunden. Selbige beinhaltet eine Ladungs-/Entladungseinrichtung 32, durch die wahlweise ein Ladungszufluss oder ein Ladungsabfluss bezüglich der zu jeweils einem gleichen Greifelektrodenpaar gehörenden ersten und zweiten Greifelektroden 28, 29 hervorrufbar ist. Die Steuereinrichtung 4 enthält zu diesem Zweck vorzugsweise eine Spannungsquelle und eine Kurzschlusseinheit. Die Ladung-/Entladungseinrichtung 32 kann in einen Betriebszustand versetzt werden, in dem weder ein Ladungszufluss noch ein Ladungsabfluss stattfindet, sodass ein durch einen Ladungszufluss generiertes elektrostatisches Feld so lange wie gewünscht unverändert erhalten bleibt.
Das elektrostatische Feld resultiert aus der gegensätzlichen Polarisierung der auf die zum gleichen Greifelektrodenpaar gehörenden ersten und zweiten Greifelektroden 28, 29 verbrachten elektrischen Ladungen.
Das elektrostatische Feld bildet sich im Bereich der Vorderseite 8 der Greifeinheit 5 zwischen den ersten und zweiten Greifelektroden 28, 29 aus, sodass es in der Lage ist, mit einem in diesem Bereich befindlichen Greifobjekt 3 in elektrostatische Wechselwirkung zu treten. Dementsprechend wird das Greifobjekt 3 gemäß Pfeil 31 an die Adhäsionsgreiffläche 12 herangezogen, die den an der Vorderseite 8 liegenden Abschluss der Greifeinheit 5 bildet.
Gemäß einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel kann die Adhäsionsgreiffläche 12 unmittelbar von der von der Basisstruktur 23 abgewandten Elektrodenfläche der Greifelektroden 28, 29 gebildet sein. Zur Vermeidung von Kurzschlüssen und Beschädigungen ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Adhäsionsgreiffläche 12 getrennt von den Greifelektroden 28, 29 ausgebildet ist, und zwar insbesondere an einer die Elektrodenstruktur 26 im Bereich der Vorderseite 8 bedeckenden und insbesondere vollständig abdeckenden Isolationsschicht 33. Die Isolationsschicht 33 ist beispielsweise als Beschichtung oder als eine aufgeklebte dünne Folie realisiert. Zweckmäßigerweise handelt es sich um eine Silikonfolie.
Die Adhäsionsgreiffläche 12 ist von der den Greifelektroden 28, 29 abgewandten Außenfläche der Isolationsschicht 33 gebildet. Diese Außenfläche kann glattflächig sein, ist bevorzugt aber fein strukturiert, um ein leichtes Ablösen eines Greifobjektes 3 nach dem Entfernen des elektrostatischen Feldes zu begünstigen.
Bevorzugt ist die Elektrodenstruktur 26 schichtartig ausgebildet. Exemplarisch sind die beiden Greifelektroden 28, 29 als großflächige, elektrisch leitfähige Schichten an der vorderen Basisstrukturfläche 27 angebracht. Um die Baugröße der Greifeinheit 5 optimal zur Erzeugung einer elektroadhäsiven Greifkraft zu nutzen, ist es vorteilhaft, wenn die vordere Basisstrukturfläche 27 zumindest zum größten Teil von der Elektrodenstruktur 26 bedeckt ist, wie dies bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Bevorzugt sind die flächenhaft ausgebildeten Greifelektroden 28, 29 rechteckig konturiert. Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel sind sie in der Achsrichtung der Längsachse 14 nebeneinander angeordnet.
Die Elektrodenstruktur 26 hat bevorzugt wenigstens zwei Kontaktierungsflächen 34, an denen die elektrische Kontaktierung mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 erfolgt. Diese Kontaktierungsflächen 34 befinden sich vorzugsweise an der die periphere Außenkontur der Basisstruktur 23 definierenden peripheren Seitenfläche 35 der Basisstruktur 23.
Ein besonderer Vorteil des Elektroadhäsionsgreifers 2 besteht darin, dass die Greifeinheit 5 zumindest bereichsweise in der Höhenrichtung 6a durchsichtig ausgebildet ist, sodass ausgehend von der Rückseite 7 ein Durchblick durch die Greifeinheit 5 zu der Vorderseite 8 und das im Betrieb der Greifvorrichtung 1 dort befindliche Greifobjekt 3 möglich ist.
Um das Greifobjekt 3 mit der Adhäsionsgreiffläche 12 voraus aufzunehmen, wird beispielhaft die Greifeinheit 5 durch mittels der Handhabungseinheit 22 hervorrufbare Positionierbewegungen so positioniert, dass die Adhäsionsgreiffläche 12 dem Greifobjekt 3 in der Höhenrichtung 6a gegenüberliegt. Anschließend wird die Greifeinheit 5 so weit an das Greifobjekt 3 angenähert, was exemplarisch mit einer Absenkbewegung bewirkt wird, bis das Greifobjekt 3 von dem unter Mitwirkung der Elektrodenstruktur 26 erzeugten elektrostatischen Feld erfasst und an die Adhäsionsgreiffläche 12 herangezogen wird.
Ein Zustand, bei dem das elektrostatische Feld vorliegt, sei als aktivierter Zustand der Elektrodenstruktur 26 bezeichnet, während ein Zustand, bei dem das elektrostatische Feld nicht ausgebildet ist, als deaktivierter Zustand der Elektrodenstruktur 26 bezeichnet sei.
Beim Ergreifen eines Greifobjekts 3 besteht die Möglichkeit, die Greifeinheit 5 bei aktivierter Elektrodenstruktur 26 an das Greifobjekt 3 anzunähern oder die Elektrodenstruktur 26 erst zu aktivieren, nachdem die Greifeinheit 5 mit ihrer Adhäsionsgreiffläche 12 ausreichend nahe bei dem zu ergreifenden Greifobjekt 3 positioniert wurde.
Für ein optimales Ausrichten der Greifeinheit 5 mit ihrer Adhäsionsgreiffläche 12 bezüglich des Greifobjektes 3 bietet die zumindest bereichsweise Durchsichtigkeit der Greifeinheit 5 den Vorteil, dass das Greifobjekt 3 durch die Greifeinheit 5 hindurch sichtbar ist, obwohl das Greifobjekt 3 von der Greifeinheit 5 verdeckt ist. Die ermöglichte Durchsicht durch das Greifobjekt 3 von der Rückseite 7 zur Vorderseite 8 ist in 1 durch den Pfeil 36 illustriert. Die zumindest bereichsweise Durchsichtigkeit beruht auf der Verwendung eines durchsichtigen Materials.
Obgleich die Durchsichtigkeit prinzipiell auf nur einen oder auf mehrere, in der Hauptausdehnungsebene 13 verteilte und voneinander abgegrenzte Bereiche beschränkt sein kann, ist es vorteilhaft, wenn sich die in der Höhenrichtung 6a bestehende Durchsichtigkeit auf die gesamte Greifeinheit 5 bezieht.
Es versteht sich, dass die optionale Halteeinrichtung 16, an der die betriebsbereite Greifeinheit 5 fixiert ist, derart gestaltet ist, dass die Rückseite 7 der Greifeinheit 5 visuell zugänglich ist. Exemplarisch ist dies dadurch realisiert, dass die Greifeinheit 5 in einem Aufnahmerahmen 37 der Halteeinrichtung 16 sitzt, der die Greifeinheit 5 lediglich randseitig im Bereich der peripheren Seitenfläche 35 ganz oder teilweise umschließt, während er sowohl im Bereich der Vorderseite 8 als auch im Bereich der Rückseite 7 der Greifeinheit 5 offen ist. Somit ist eine seitens der Halteeinrichtung 16 unbehinderte Durchsicht 36 durch die in dem Aufnahmerahmen 37 fixierte Greifeinheit 5 hindurch möglich.
Die Durchsichtigkeit der Greifeinheit 5 resultiert bevorzugt und in Übereinstimmung mit dem illustrierten Ausführungsbeispiel daraus, dass sowohl die Basisstruktur 23 als auch die Elektrodenstruktur 26 und ferner auch die Isolationsschicht 33 jeweils zur Gänze aus einem durchsichtigen Material bestehen. Ausgehend von einem im Bereich der Rückseite 7 liegenden Blickpunkt besteht somit die Möglichkeit, ein an der Vorderseite 8 platziertes Greifobjekt 3 durch die Basisstruktur, die Elektrodenstruktur und die Isolationsschicht 33 hindurch zu erkennen.
Bei dem durchsichtigen Material handelt es sich bevorzugt um ein transparentes Material. Beim illustrierten Ausführungsbeispiel ist dies der Fall. Die Transparenz des Materials ermöglicht eine klare Durchsicht. Je klarer die Durchsicht ist, desto zuverlässiger kann das Greifobjekt 3 erkannt und die Greifeinheit 5 diesbezüglich ausgerichtet werden.
Prinzipiell kann der angestrebte Effekt auch schon mit einer transluzenten Durchsichtigkeit gewährleistet werden, sodass grundsätzlich die Möglichkeit bestünde, für die durchsichtigen Materialien ein transluzentes Material zu verwenden. Bevorzugt zum Einsatz kommen allerdings Materialien mit einer transparenten, also klaren Durchsichtmöglichkeit.
Wenn die Greifeinheit 5 nur mit einer bereichsweisen Durchsichtigkeit versehen sein soll, können die einzelnen Bestandteile der Greifeinheit 5 jeweils nur bereichsweise aus einem entsprechend durchsichtigen Material bestehen.
Die Basisstruktur 23 ist zweckmäßigerweise bestimmend für die Formstabilität der Greifeinheit 5. Sie besteht daher vorzugsweise aus einem biegesteifen Material. Bevorzugt besteht die Basisstruktur 23 aus einem durchsichtigen Glas oder Kunststoff, wobei insbesondere auf ein transparentes Material zurückgegriffen wird.
Für die Realisierung der durchsichtigen Elektrodenstruktur 26 kann beispielsweise auf durchsichtige Schichtmaterialien zurückgegriffen werden, die frei im Handel verfügbar sind, zum Beispiel auf der Basis von Indiumzinnoxid.
Die durchsichtige und insbesondere transparente optionale Isolationsschicht 33 besteht beispielsweise aus einem Elastomermaterial und insbesondere aus Silikon. Letzteres hat als inertes Material den Vorteil, dass es einem permanenten Anhaften eines Greifobjektes 3 auch nach dem Entladen der Greifelektroden 28, 29 entgegenwirkt.
Der bereits angesprochene optionale Aufnahmerahmen 37 der Halteeinrichtung 16 ist bevorzugt als Einschubrahmen 37a ausgeführt, in den die die Gebrauchsposition einnehmende Greifeinheit 5 quer zu der Höhenrichtung 6a in wieder herausziehbarer Weise eingeschoben ist. Die beispielhafte Greifvorrichtung 1 verfügt über einen solchen Einschubrahmen 37a.
Der Einschubrahmen 37a hat bevorzugt zwei sich von einer Rahmenverbindungsstrebe 38 weg erstreckende und jeweils frei endende Rahmenschenkel 42, die gemeinsam mit der Rahmenverbindungsstrebe 38 einen Aufnahmeraum 44 für die Greifeinheit 5 begrenzen, der durch eine Einschuböffnung 43 hindurch zugänglich ist, die von den beiden der Rahmenverbindungsstrebe 38 entgegengesetzten freien Endabschnitten 45 der Rahmenschenkel 42 flankiert ist. An den einander zugewandten Innenseiten der Rahmenschenkel 42 ist jeweils ein rahmenseitiges Führungsprofil 46 ausgebildet, das beispielhaft über eine Führungsnut 46a verfügt und sich entlang des jeweiligen Rahmenschenkels 42 erstreckt.
Die periphere Seitenfläche 35 der bevorzugt plattenförmigen Basisstruktur 23 setzt sich aus zwei in der Achsrichtung der Längsachse 14 orientierten ersten Seitenflächenabschnitten 47 und aus zwei einander entgegengesetzt in der Achsrichtung der Querachse 15 orientierten zweiten Seitenflächenabschnitten 48, 49 zusammen, wobei letztere zur besseren Unterscheidung als hinterer zweiter Seitenflächenabschnitt 48 und vorderer zweiter Seitenflächenabschnitt 49 bezeichnet seien. An den beiden einander entgegengesetzten ersten Seitenflächenabschnitten 47 verfügt die Greifeinheit 5 jeweils über ein zu einem der rahmenseitigen Führungsprofile 46 komplementäres Gegen-Führungsprofil 52, das beispielhaft über eine zu der Führungsnut 46a komplementäre Führungsrippe 52a verfügt. Zur Fixierung an dem Einschubrahmen 37a wird die Greifeinheit 5 mit dem hinteren zweiten Seitenflächenabschnitt 48 der Basisstruktur 23 voraus durch die Einschuböffnung 43 hindurch in den Aufnahmeraum 44 eingeschoben, wobei die Gegen-Führungsprofile 52 an den rahmenseitigen Führungsprofilen 46 entlanggleiten.
Die beiden Führungsprofile 46, 52 sind zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, dass die Greifeinheit 5 mit ihrer Adhäsionsgreiffläche 12 bei Einnahme ihrer Gebrauchsposition in der Höhenrichtung 6a über den Aufnahmerahmen 37 vorsteht. Dadurch ist gewährleistet, dass die Adhäsionsgreiffläche 12 mit dem Greifobjekt 3 in Kontakt treten kann, ohne dass die Gefahr einer Kollision zwischen dem Aufnahmerahmen 37 und dem Greifobjekt 3 besteht, selbst in Fällen, in denen die Grundfläche des Greifobjektes 3 wesentlich größer ist als diejenige des Aufnahmerahmens 37.
Bevorzugt ist der Aufnahmerahmen 37 mit einer Verriegelungseinrichtung 53 ausgestattet, die eine lösbare Verriegelung der Greifeinheit 5 in der eingeschobenen Gebrauchsposition ermöglicht. Eine solche Verriegelungseinrichtung 53 kann entsprechend dem Ausführungsbeispiel über zwei federelastisch biegbare Verriegelungshaken 53a verfügen, die die eingeschobene Greifeinheit 5 am vorderen zweiten Seitenflächenabschnitt 49 übergreifen und somit formschlüssig festhalten. Zum Entnehmen der Greifeinheit 5 können die Verriegelungshaken 53a federelastisch umgebogen werden, sodass sie die Einschuböffnung 43 für ein Herausziehen der Greifeinheit 5 freigeben.
Die weiter oben angesprochenen Kontaktierungsflächen 34 befinden sich zweckmäßigerweise an dem hinteren zweiten Seitenflächenabschnitt 48 der peripheren Seitenfläche 35, der im eingeschobenen Zustand die Rahmenverbindungsstrebe in der Einschubrichtung gegenüberliegt. Bevorzugt ist nun an der dem Aufnahmeraum 44 zugewandten Innenfläche der Rahmenverbindungsstrebe 38 eine der Anzahl der Kontaktierungsflächen 34 entsprechende Anzahl von federnden Kontaktierungselementen 54 einer rahmenseitigen elektrischen Kontaktierungseinrichtung 55 angeordnet, denen jeweils eine Anschlusseinrichtung 56 zugeordnet ist, an denen eine von mehreren elektrischen Verbindungsleitern 57 angeschlossen oder anschließbar ist, die eine elektrische Verbindung zu der elektronischen Steuereinrichtung 4 herstellen.
Beim Einschieben der Greifeinheit 5 in den Einschubrahmen 37a gelangen am Ende des Einschubweges die Kontaktierungsflächen 34 in elektrischen Kontakt mit den Kontaktierungselementen 54, sodass automatisch eine elektrische Verbindung der Greifelektroden 28, 29 mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 hergestellt ist.
Die Durchsichtigkeit der Greifeinheit 5 kann von der die Greifvorrichtung betreibenden Person ausgenutzt werden, um unmittelbar einen visuellen Blickkontakt mit dem Greifobjekt 3 aufzunehmen und dementsprechend durch manuelle Aktivierung der elektronischen Steuereinrichtung 4 die Greifeinheit 5 wunschgemäß bezüglich des Greifobjekts 3 zu positionieren. Die elektronische Steuereinrichtung 4 kann für eine solche Bedienung über eine manuell betätigbare Bedieneinheit 58 verfügen.
Zur Ermöglichung eines automatisierten Betriebes der Greifvorrichtung 1 ist es vorteilhaft, wenn die Greifvorrichtung 1 entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel über eine dem Elektroadhäsionsgreifer 2 zugeordnete optoelektrische Positionierhilfseinrichtung 62 verfügt, mit der das Greifobjekt 3 durch die lichtdurchlässige Greifeinheit 5 hindurch optisch erfassbar ist. Die Positionierhilfseinrichtung 62 kann mittels einer integrierten elektronischen Auswerteeinrichtung die beim durch die Greifeinheit 5 hindurch erfolgenden Betrachten der Vorderseite 8 erhaltenen Bildinformationen in elektrische Signale umwandeln, die über eine Signalleitung 63 der elektronischen Steuereinrichtung 4 zur weiteren Verarbeitung zuführbar sind. Basierend auf abgespeicherten Sollinformationen ist sodann unter Mitwirkung der elektronischen Steuereinrichtung 4 unter Berücksichtigung der von der Positionierhilfseinrichtung 62 gelieferten Istinformationen eine wunschgemäße Ausrichtung der Greifeinheit 5 bezüglich des Greifobjekts 3 möglich. Bei entsprechender Ausstattung kann eine lagegeregelte Betriebsweise implementiert sein. Die Ausrichtung der Greifeinheit 5 erfolgt insbesondere durch die Veranlassung von Positionierbewegungen mittels der Handhabungseinheit 22, die direkt an die elektronische Steuereinrichtung 4 oder an eine mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 kommunizierende externe elektronische Steuereinheit angeschlossen ist.
Für die Bilderfassung der sich an der Vorderseite 8 der Greifeinheit 5 abspielenden Ereignisse verfügt die Positionierhilfseinrichtung 62 zweckmäßigerweise über eine Kamera 65, die basierend auf den aufgenommenen optischen Informationen elektrische Bilddaten liefern kann. Die Kamera 65 ist insbesondere so platziert, dass sie der Greifeinheit 5 im Bereich deren Rückseite 7 in der Höhenrichtung 6a mit Abstand gegenüberliegt. Bevorzugt ist das Objektiv der Kamera 65 so positioniert, dass es der Flächenmitte der Greifeinheit 5 in der Höhenrichtung 6a gegenüberliegt.
Für den Vorgabe der vorgenannten Kameraposition verfügt die Positionierhilfseinrichtung 62 zweckmäßigerweise über ein im Betrieb des Elektroadhäsionsgreifers 2 bezüglich der Greifeinheit 5 ortsfestes Stativ 66. Das Stativ 66 ist zweckmäßigerweise ein integraler Bestandteil der Halteeinrichtung 16. Die Befestigungsschnittstelle 18 ist bevorzugt an dem Stativ 66 angebracht.
Die bisherigen Ausführungen gelten gleichermaßen für eine Greifvorrichtung 1, die mit einer Greifeinheit 5 gemäß 1 bis 3 oder mit einer Greifeinheit 5 gemäß 4 ausgestattet ist. Insoweit können die illustrierten Greifeinheiten 5 hinsichtlich ihres Aufbaus übereinstimmen.
Abgesehen von den bisherigen Ausstattungsmerkmalen kann die Greifeinheit 5 entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 4 auch noch über mindestens eine an der Basisstruktur 23 angeordnete Sensorstruktur 67, 68 verfügen, die zur Detektion eines an der Adhäsionsgreiffläche 12 anliegenden Greifobjektes 3 ausgebildet ist.
Beispielhaft ist die Greifeinheit 5 mit zwei auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien basierenden, ersten und zweiten Sensorstrukturen 67, 68 ausgestattet, von denen allerdings ohne weiteres auch nur eine Ausführungsform zur gleichen Zeit vorhanden sein kann.
Die mindestens eine Sensorstruktur 67, 68 ist zweckmäßigerweise randnah im Bereich der peripheren Seitenfläche 35 angebracht, sodass sie die Durchsicht durch die Greifeinheit 5 hindurch normalerweise auch dann nicht beeinträchtigt, wenn sie undurchsichtig ist. Gleichwohl ist es vorteilhaft und bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel auch realisiert, wenn jede vorhandene Sensorstruktur 67, 68 durchsichtig ist und insbesondere aus einem durchsichtigen und zweckmäßigerweise einem transparenten Material besteht.
Für die Realisierung der Sensorstrukturen 67, 68 empfiehlt sich die Verwendung des gleichen Materials wie für die Greifelektroden 28, 29.
Die elektrische Kontaktierung der Sensorstrukturen 67, 68 erfolgt zweckmäßigerweise analog der Kontaktierung der Elektrodenstruktur 26. Beispielhaft hat jede Sensorstruktur 67, 68 am hinteren zweiten Seitenflächenabschnitt 48 der peripheren Seitenfläche 35 mindestens eine Sensor-Kontaktierungsfläche 72, die im installierten Zustand der Greifeinheit 5 mit einem weiteren Kontaktierungselement 54 der am Aufnahmerahmen 37 angeordneten Kontaktierungseinrichtung 63 kontaktiert ist. Jedes dieser weiteren Kontaktierungselemente 54 ist elektrisch mit der elektronischen Steuereinrichtung 4 verbunden.
Beispielhaft basiert die erste Sensorstruktur 67 auf einem kapazitiven Wirkprinzip. Sie verfügt über zwei Elektroden, durch die eine Kapazität definiert ist, die sich verändert, sofern ein Greifobjekt 3 an der Adhäsionsgreiffläche 12 anhaftet.
Die zweite Sensorstruktur 68 basiert auf einem induktiven Wirkprinzip und enthält beispielhaft eine Spule, die in der Lage ist, auf die Annäherung oder Berührung eines metallischen und dabei insbesondere ferromagnetischen Greifobjektes 3 zu reagieren.
Mittels der Sensorstrukturen 67, 68 lässt sich auch zuverlässig detektieren, ob oder ob nicht ein Greifobjekt 3 nach Deaktivierung der Elektrodenstruktur 26 von der Adhäsionsgreiffläche 12 abgefallen ist.

Claims

Greifvorrichtung, mit mindestens einem Elektroadhäsionsgreifer (2), der eine Greifeinheit (5) mit einer sich in einer Höhenrichtung (6a) zwischen einer Rückseite (7) und einer diesbezüglich entgegengesetzten Vorderseite (8) erstreckenden imaginären Hochachse (6) aufweist, wobei die Greifeinheit (5) über eine Basisstruktur (23) und eine an der Basisstruktur (23) angeordnete Elektrodenstruktur (26) verfügt und an ihrer Vorderseite (8) eine Adhäsionsgreiffläche (12) aufweist, in deren Bereich mittels der Elektrodenstruktur (26) ein zum Festhalten eines zu greifenden Greifobjektes (3) geeignetes elektrostatisches Feld generierbar ist, wobei die Greifeinheit (5) zumindest bereichsweise in der Höhenrichtung (6a) von der Rückseite (7) zu der Vorderseite (8) hin durchsichtig ausgebildet ist, sodass ein an der Vorderseite (8) der Greifeinheit (5) befindliches Greifobjekt (3) von der Rückseite (7) her durch die Greifeinheit (5) hindurch sichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinheit (5) mindestens eine an der Basisstruktur (23) angeordnete Sensorstruktur (67, 68) aufweist, die zur Detektion eines an der Adhäsionsgreiffläche (12) anliegenden Greifobjektes (3) ausgebildet ist und aus einem durchsichtigen Material besteht.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Greifeinheit (5) in der Höhenrichtung (6a) von der Rückseite (7) zu der Vorderseite (8) hin durchsichtig ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstruktur (23) der Greifeinheit (5) zumindest bereichsweise aus einem die Durchsicht in der Höhenrichtung (6a) ermöglichenden durchsichtigen und zweckmäßigerweise transparenten Material besteht.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstruktur (23) der Greifeinheit (5) zur Gänze aus einem die Durchsicht in der Höhenrichtung (6a) ermöglichenden durchsichtigen und zweckmäßigerweise transparenten Material besteht.
Greifvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstruktur (23) der Greifeinheit (5), zumindest soweit sie durchsichtig ist, aus Glas oder Kunststoff besteht.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur (26) der Greifeinheit (5) aus einem die Durchsicht ermöglichenden durchsichtigen und zweckmäßigerweise transparenten Material besteht.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur (26) der Greifeinheit (5) schichtartig flach ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur (26) der Greifeinheit (5) mehrere in einer zu der Hochachse (6) orthogonalen Ebene benachbart zueinander angeordnete Elektroden (28, 29) aufweist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur (26) der Greifeinheit (5) im Bereich der Vorderseite (8) an der Basisstruktur (23) angebracht ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisstruktur (23) der Greifeinheit (5) plattenförmig ausgebildet ist, wobei sich ihre Hauptausdehnungsebene (24) orthogonal zu der Hochachse (6) erstreckt.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinheit (5) an ihrer Vorderseite (8) eine die Elektrodenstruktur (26) bedeckende, aus einem durchsichtigen und zweckmäßigerweise transparenten Material bestehende durchsichtige Isolationsschicht (33) aufweist, die die Adhäsionsgreiffläche (12) bildet.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorstruktur (67, 68) aus einem transparenten Material besteht.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zur wunschgemäßen Relativpositionierung zwischen der Greifeinheit (5) und einem Greifobjekt (3) beitragende optoelektrische Positionierhilfseinrichtung (62) aufweist, mit der das Greifobjekt (3) durch die durchsichtige Greifeinheit (5) hindurch optisch erfassbar ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektrische Positionierhilfseinrichtung (62) über eine im Bereich der Rückseite (7) der Greifeinheit (5) platzierte Kamera (65) verfügt.
Greifvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierhilfseinrichtung (62) ein bezüglich der Greifeinheit (5) ortsfestes Stativ (66) aufweist, an dem die Kamera (65) angeordnet ist, wobei die Kamera (65) mittels des Stativs (66) zweckmäßigerweise so platziert ist, dass sie der Greifeinheit (5) im Bereich deren Rückseite (7) in der Höhenrichtung (6a) mit Abstand gegenüberliegt.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroadhäsionsgreifer (2) eine Halteeinrichtung (16) aufweist, an der die Greifeinheit (5) unter Einnahme einer Gebrauchsposition lösbar fixiert ist und die zweckmäßigerweise eine zur Befestigung des Elektroadhäsionsgreifers (2) an einer ein Bewegen und Positionieren des Elektroadhäsionsgreifers (2) ermöglichenden Handhabungseinheit (22) vorgesehene Befestigungsschnittstelle (18) aufweist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (16) einen die in der Gebrauchsposition befindliche Greifeinheit (5) zumindest partiell randseitig umschließenden Aufnahmerahmen (37) aufweist, an dem eine zweckmäßigerweise federnd ausgebildete Kontaktierungseinrichtung (55) angeordnet ist, die mit randseitig an der Basisstruktur (23) angeordneten Kontaktierungsflächen (34) der Elektrodenstruktur (26) elektrisch leitend verbunden ist, um einen elektrischen Ladungszufluss und Ladungsabfluss bezüglich der Elektrodenstruktur (26) zu ermöglichen.
Greifvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmerahmen (37) als Einschubrahmen (37a) ausgeführt ist, in den die die Gebrauchsposition einnehmende Greifeinheit (5) in einer herausziehbaren Weise quer zu der Höhenrichtung (6a) eingeschoben ist.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Steuereinrichtung (4) aufweist, an die die Elektrodenstruktur (26) elektrisch anschließbar oder angeschlossen ist und die eine Ladungs-/Entladungseinrichtung für einen bezüglich der Elektrodenstruktur (26) gesteuerten elektrischen Ladungszufluss und Ladungsabfluss aufweist.