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Abstract

In the first part of the offered article a novel methodology of end effector system or gripping system will be introduced. Based on the definitions of “Handling” and “Gripper” from the VDI guidelines 2740 [1], the common machines are redefined and correspondingly classified in three levels. Then all the industrial machines are not regarded as robots or pick-and-place devices but only as a gripping cell individually. Theoretically each gripping cell can be optionally combined with others, however, not all the combinations are meaningful. This article focuses on the significant combinations for developing the new concept of gripping system. In the second part of this article a novel gripper which is derived from the aforementioned principle, for different geometric workpieces or gripping tasks will be presented. The driving system is realized by two servomotors, one of which is rotated through intermittent mechanism. All parts of the prototype are produced by 3D printing technology and therefore lighter and cheaper than conventional grippers. The multifunctional gripper weighs less than 1 kg with a stroke of 20 mm per finger and enables four different objects.
5. IFToMM D-A-CH Konferenz 2019 26./27. Feb. 2019, RWTH Aachen
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Design und Konstruktion eines neuen Konzepts für Mehrteilgreifer
Liang Chen, Philipp Wabnitz, Prof. Dr.-Ing. Maik Berger, Fan Yin
Professur Montage- und Handhabungstechnik
Technische Universität Chemnitz, 09126 Chemnitz, Deutschland
liang.chen@s2013.tu-chemnitz.de; philipp.wabnitz@mb.tu-chemnitz.de
Kurzfassung
Im ersten Teil des Beitrags soll das neue methodische Endeffektorsystem bzw. Greifsystem vorgestellt werden. Basie-
rend auf den Begriffen „Handhaben“ und „Greifer“ aus den VDI Richtlinien 2740 werden jetzige Maschinen allgemein
neu definiert und entsprechend in drei Stufen klassifiziert. Dort werden alle industriellen Maschinen nicht als Roboter
oder Pick&Place-Geräte, sondern nur als eine Greifzelle betrachtet. Jede Greifzelle kann dabei theoretisch beliebig mit
anderen kombiniert werden, jedoch sind nicht alle Kombinationen sinnvoll. Der Fokus des Beitrags liegt nun in der
Analyse günstiger Kombinationen zur Entwicklung neuer Greifkonzepte.
Im zweiten Teil des Beitrags soll das Konzept eines neuartigen Greifers (abgeleitet vom o. g. Prinzip) für unterschiedli-
che Werkstückgeometrien bzw. Greifaufgaben vorgestellt werden. Die Drehfunktion wird dabei durch ein Schrittgetrie-
be realisiert. Alle Einzelteile des Prototyps werden mittels 3D-Druck hergestellt und sind somit leichter und günstiger
als herkömmliche Greifer. Der Antrieb erfolgt über zwei Servomotoren. Der Mehrteilgreifer wiegt weniger als 1 kg bei
einem Hub von 20 mm pro Backe und ermöglicht es vier verschiedene Objekte zu greifen.
Abstract
In the first part of the offered article a novel methodology of end effector system or gripping system will be introduced.
Based on the definitions of “Handling” and “Gripper” from the VDI guidelines 2740 [1], the common machines are re-
defined and correspondingly classified in three levels. Then all the industrial machines are not regarded as robots or
pick-and-place devices but only as a gripping cell individually. Theoretically each gripping cell can be optionally com-
bined with others, however, not all the combinations are meaningful. This article focuses on the significant combina-
tions for developing the new concept of gripping system.
In the second part of this article a novel gripper which is derived from the aforementioned principle, for different geo-
metric workpieces or gripping tasks will be presented. The driving system is realized by two servomotors, one of which
is rotated through intermittent mechanism. All parts of the prototype are produced by 3D printing technology and there-
fore lighter and cheaper than conventional grippers. The multifunctional gripper weighs less than 1 kg with a stroke of
20 mm per finger and enables four different objects.
1 Einleitung
Intelligent, kollaborativ, flexibel und effizient, das sind
die meist verwendeten Begriffe zur Beschreibung einer
modernen ‚Smart Factory‘. Demnach gehören auch kon-
ventionelle Arbeitsstrukturen, welche Menschen und au-
tomatisierte Maschinen strikt voneinander trennen, der
Vergangenheit an. Denn eine Kollaboration zwischen
Mensch und Maschine nutzt die Vorteile beider Seiten.
Die Flexibilität und Intuition eines Menschen ergänzt da-
bei die Effizienz und Genauigkeit der Maschinen. Ein re-
präsentatives Szenario dafür ist die Mensch-Roboter-
Kollaboration, auf deren Grundlage Menschen neben und
zusammen mit diesen kollaborierenden Robotern (engli-
sche Abkürzung: cobot) sicher und problemlos arbeiten.
Die cobots erfüllen dabei ihre Aufgaben im alltäglichen
Einsatz gut bis sehr gut, jedoch nur ohne Berücksichti-
gung der eingesetzten Endeffektoren, da diese meist kei-
nen kollaborierenden Betrieb erlauben. Durch die Mini-
mierung der Abmessungen und Gewichte von Industrie-
produkten wie Robotern, Handhabungs- und Montagevor-
richtungen, elektrischen Geräten und Werkzeugen wird
eine Standardisierung und Modularisierung ermöglicht.
Im folgenden Kapitel werden die üblichen Industriema-
schinen in drei Stufen eingeteilt, und die sinnvollen Kom-
binationen jeder Ebene werden ausführlich analysiert.
Um die Leistungsfähigkeit von Montage- oder Handha-
bungsprozessen zu erhöhen, werden vielfältige Greifsys-
teme, z.B. Mehrfingergreifer, Greifer-Magazine oder Re-
volver, verwendet. Besonders im Bereich der kollaborie-
renden Robotik spielen jedoch flexible, leichte und multi-
funktionale Greifer eine zunehmend wichtigere Rolle. Die
derzeit am Markt befindlichen Mehrteilgreifer- oder Re-
volversysteme besitzen meist ein hohes Gewicht bei
gleichzeitig großen Abmessungen und sind aus diesem
Grund nicht für Mensch-Roboter-Kollaboration geeignet.
Statt einer Revolverbaugruppe mit mehreren Greifern sind
die Greifbacken des neuen Mehrteilgreifers drehbar aus-
geführt und somit umschaltbar für die jeweilige Aufgabe.
In Kapitel drei wird das Konstruktionsdesign dieses Grei-
fers vorgestellt und anschließend optimiert.
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2 Die Greiferzellenpyramide
Laut Hesse (2011), bezieht sich die Greiferflexibilität auf
die Eigenschaft eines Greifers, insbesondere Werkstücke
mit sehr unterschiedlichen Formen und Abmessungen oh-
ne Umbau anfassen zu können. [2] Bild 1 zeigt vier Vari-
anten der Greiferflexibilität: Werkstückform, Größe,
Masse und Zusatzfunktionen.
Bild 1 Merkmale flexibler Greifer [2]
Flexible Greiftechniken haben insbesondere bei komple-
xen Montage- und Handhabungsaufgaben eine große Be-
deutung, bei denen Einzelteile mit unterschiedlicher Grö-
ße, Form, Masse und Material durch einen Roboter ge-
griffen und montiert werden. Normalerweise kann dies
durch folgende Methoden realisiert werden:
Wechselsysteme, die spezialisierte Einzelgreifer nachei-
nander zum Einsatz bringen
Mehrfachgreifer als kompakte Einheit, wie z.B. Revol-
vergreifer
Mehrstellengreifer, dessen Fingerglieder sich an ver-
schiedene Objektkonturen anschmiegen
Mehrgliedrige Gelenkfingergreifer, dessen Fingerglie-
der sich an verschiedene Objektkonturen anschmiegen.
[2]
Basierend auf den obigen Definitionen kann im Folgen-
den ein neuartiges Greifsystem mit der Bezeichnung
Greiferzellenpyramide“ abgeleitet werden.
Bild 2 Greiferzellenpyramide
Definitionen:
Level Ⅰ: Ein Basisterminal, das direkt am Boden montiert
werden kann und über mehrere Bewegungsfreiheitsgrade
verfügt, wie alle typischen Industrieroboter und Pick &
Place Geräte mit translatorischen oder rotatorischen Ach-
sen.
Level Ⅱ: Eine Zwischenverbindung zwischen Level Ⅰ und
Level Ⅲ, die die Handhabungskapazität durch „Mehr-
fachgreifer” (gleichzeitig [1]) oder „Revolvergrei-
fer“ (zeitlich und funktionell unabhängig [1]) erhöht. Die-
se Stufe ist optional für das gesamte Greifsystem, bietet
jedoch immense Flexibilität für Roboter und erhebliche
Effizienz innerhalb der Bearbeitungszykluszeit.
Level Ⅲ: Ein Werkzeugterminal, das in einem Greifsys-
tem einfach an der Endposition positioniert wird. Eine
Seite ist mit der Schnittstelle einer höheren Ebene ver-
bunden und die andere muss ein Tool-Centre-Point (TCP)
sein, z.B. Backen und Finger
2.1 Die Symbologie des Greifsystems
Theoretisch können die Greifeinheiten beliebig und un-
endlich kombiniert werden, die meisten dieser komplexen
Kombinationen sind jedoch bedeutungslos. Daher ist ein
offensichtlicher und genauer Ausdruck vorteilhaft für das
Verständnis, die Klassifizierung und die Ableitung des
komplexen Greifsystems. Zunächst werden die
Schreibsymbole definiert, die zur Darstellung eines
Greifsystems verwendet werden.
‘Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ’, bezeichnen die Greifeinheiten aus jeder Stufe.
‘/’, bezeichnet eine zusammengesetzte (parallele) Kombi-
nation mit zwei Greifeinheiten.
-’, bezeichnet eine (serielle) Standardkombination mit
zwei oder mehr Greifeinheiten.
‘//’, unterscheidet die verschiedenen Greifeinheiten in ei-
ner niedrigeren Klasse, wenn in der oberen Klasse „/“ er-
scheint.
Zusammen mit den Schreibsymbolen können grafische
Symbole das System explizit veranschaulichen.
Level Ⅰ wird als ‘Ⅰ’ geschrieben und als Basistyp und Ein-
heitstyp gezeichnet.
(a) (b) (c) (d)
1-universal frame, 2-flange, 3-reference frame
Bild 3 Ⅰ: Industrieroboter + PNP Geräte
(a) Allgemeiner Basistyp von Level Ⅰ
(b) Einheitstyp der Serienkinematik
(c) Einheitstyp der Parallelkinematik
(d) Einheitstyp der Pick & Place Geräte.
Ein Greifsystem muss zunächst mit einem allgemeinen
Basistypen (Bild 3a) als ersten Ausgangspunkt gekenn-
zeichnet sein. Dieses Zeichen wird nicht nur durch ein
Gestell, sondern auch durch den universellen Koordina-
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tenrahmen gebildet. (1-universal frame) Im Gegensatz
zum Universal-Frame bezeichnet 3 einen Referenz-Frame
und damit (b), (c) und (d) den Einheitstyp von serieller
Manipulatoren, paralleler Manipulatoren und Pick &
Place Geräten. 2 ist eine Standardschnittstelle, die allge-
mein als Flansch bezeichnet wird.
Level Ⅱ wird als „Ⅱ” geschrieben und bildlich als passiver
Typ und aktiver Typ dargestellt.
Bild 4 Ⅱ: Mehrfachgreifer + Revolvergreifer
(a) Mehrfachgreifer (passive Betätigung)
(b) Revolvergreifer (aktive Betätigung)
Bild 4 zeigt die typischen Doppelgreifer mit zwei Schnitt-
stellen. Die können möglicherweise als gestrichelte Linie
auf mehrere Greifer erweitert werden. Diese Art wird aus
Mangel an Stellgliedern als „P“ bezeichnet (kurz für Pas-
siv) und als rechte Seite des Pfeils vereinfacht. In gleicher
Weise sind die Revolvergreifer aktive Einheiten und wer-
den in einem Symbol (Bild 4b) zusammengefasst. Das
grafische Symbol des Revolvers ist für fast alle Fälle ge-
eignet, obwohl sie normalerweise komplizierter und mit
mehr Schnittstellen gestaltet sind.
Level Ⅲ wird als „Ⅲ” geschrieben und ebenfalls mit ei-
nem Symbol (Bild 5) dargestellt.
Bild 5 Ⅲ: Backenkinematik, Finger oder Werkzeug
Um bestimmte Aufgaben zu erfüllen, werden wahrschein-
lich die Basiseinheiten aus Level und integriert um
neue Varianten abzuleiten, die als „Integrated Units (IU)“
gruppiert und benannt werden. Aufgrund der möglichen
Redundanz des Freiheitsgrads und Singularität werden die
integrierten Einheiten von Level Ⅰ nicht diskutiert. Im
Allgemeinen sollte eine sinnvolle Integration nur einmal
erfolgen, ansonsten bringt sie eine ähnliche Komplexität
wie die serielle Kinematik und kann durch andere optima-
le Methoden ersetzt werden. Offenbar gibt es nur drei
Möglichkeiten durch die Permutationen und Kombinatio-
nen von und Ⅲ: Ⅱ mit Ⅱ, Ⅲ mit sowie mit .
Integrierte Einheiten Ⅱ mit werden als „ⅡⅡ “ geschrie-
ben, als drei Arten dargestellt: aktiv + aktiv (AA), aktiv +
passiv (AP) und passiv + aktiv (PA). Die Art von passiv +
passiv ist eigentlich gleich dem passiven Level Ⅱ (Bild
4a). Alle drei Grafiksymbole können zufällig angewendet
werden und gehören einheitlich zum Level Ⅱ.
Bild 6 IU Level ⅡⅡ
Integrierte Einheiten mit werden als „ⅢⅢ”, die
zum Level gehören, wobei es vier Typen gibt: parallel
+ parallel (PP), angular + angular (AA), parallel + angular
(PA), angular + parallel (AP). Die Grafiksymbole sind
frei verwendbar und können auch als PP Typ dargestellt
werden. Mit einem weiteren Stellantrieb in den oberen
Klassen haben IUs von ⅢⅢ die Fähigkeit, den Hub zu
vergrößern. (Bild 7)
Bild 7 IU Level ⅢⅢ
Inspiriert von IU Level ⅡⅡ und ⅢⅢ sollte es die dritte
integrierte Einheit geben, die als „ⅡⅢ“ bezeichnet wird.
Jedoch abweichend von den herkömmlichen Anwen-
dungsfällen: Level Ⅱ um Level Ⅲ angehängt (Bild 4),
muss IU Level ⅡⅢ integriert sein, damit es als Einheit
kompakt funktioniert.
Bild 8 IU Level ⅡⅢ
IU Level ⅡⅢ wird als einheitliches Symbol dargestellt
(Bild 8). Parallel werden zwei Drehachsen der Greifachse
zugeordnet, durch die 4~6 Fingerpaare für unterschiedli-
che geometrische Objekte verändert werden können. Auf-
grund der unlösbaren Struktur zwischen Level Ⅱ und Le-
vel Ⅲ funktionieren die integrierten Einheiten von Level
ⅡⅢ als vollständiger Endeffektor und werden daher in
Level Ⅲ klassifiziert.
2.2 Kombinationsmethoden: Zusammen-
gesetzt und Standard
Bis hier hin wurden die Grafik- und Schriftsymbole aller
Einheiten inklusive Basis und Integrierte aufgezeigt. Sie
sind Level Ⅰ, Level Ⅱ, IU Level ⅡⅡ, Level Ⅲ, IU Level
ⅢⅢ und IU Level ⅡⅢ. Die Beziehungen dieser sechs
Level Einheiten sind in Bild 9 dargestellt. Unter Verwen-
dung der Symbole / und - werden die Kombinations-
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methoden einfach in zusammengesetzte Typen bzw. pa-
rallele Konstruktionen und Standardtypen bzw. serielle
Strukturen unterteilt.
Bild 9 Beziehungen von sechs Level Einheiten
Kombinationsmethode des zusammengesetzten Typs
mit dem Schriftsymbol „/“
(a) (b)
Bild 10 Zusammengesetzte Typen von Level und Ⅱ
(a) Ⅰ/Ⅱ Komposition
(b) Ⅰ/ⅡⅡ Komposition
Hier können die Einheiten von Level Ⅰ also serielle Mani-
pulatoren, parallele Manipulatoren oder Pick & Place Ge-
räte genauso wie bei den anderen Level kombiniert wer-
den. Bild 10a zeigt den zusammengesetzten Typ zwischen
parallelem Manipulator aus Level Ⅰ und der passiven Ein-
heit aus Level Ⅱ. Bild 10b veranschaulicht den zusam-
mengesetzten Typ zwischen parallelem Manipulator aus
Level Ⅰ und PA-Einheit aus Level ⅡⅡ (Bild 6c).
(a) (b)
Bild 11 Zusammengesetzte Typen von Level und Ⅲ
(a) Ⅰ/Ⅲ Komposition
(b) Ⅰ/ⅢⅢ Komposition
Ähnlich wie bei den Kompositionen der Gruppe zielen
die Einheiten, die aus Level Ⅰ und zusammengesetzt
werden, darauf ab, die Greifobjekte zu diversifizieren. Ei-
ne bemerkenswerte Eigenschaft von Gruppe und
ist, dass die Einheit aus Level Ⅰ durch die parallele Konfi-
guration eine kollaborative Unteraufgabe ausführen kann,
wodurch die Betriebszeit äußerst verkürzt werden kann.
Aufgrund des ausgeklügelten Aufbaus werden IUs aus
Level ⅡⅢ vom zusammengesetzten Typ ausgeschlossen.
Im Gegensatz zu den beiden vorherigen Gruppen scheint
der letzte zusammengesetzte Typ nicht sinnvoll genug
zu sein. Ein Hauptgrund ist, dass das Level eine ähnli-
che Wirkung wie parallele Kompositionen für die Flexibi-
lität der Greifer hat. Außerdem fehlt es beiden an Frei-
heitsgraden, weshalb die meisten Kompositionen nicht
unersetzlich sind (genauso wie bei Level ⅡⅡ).
Kombinationsmethode des Standardtyps mit dem
Schriftsymbol „-
(a) (b) (c)
Bild 12 Standardtypen von Level Ⅰ und Ⅲ
(a) Ⅰ/Ⅲ Standardverbindung
(b) Ⅰ/ⅢⅢ Standardverbindung
(c) Ⅰ/ⅡⅢ Standardverbindung
Das klare Merkmal des Standardtyps ist die Flanschkupp-
lung, die strukturell wie die serielle Kinematik ist. Bild
12a zeigt die gängigste Standardverbindung mit Roboter
und Greifer (Ⅰ-Ⅲ). Offensichtlich kann diese einfache
Kombination die flexiblen Roboter nicht voll ausnutzen.
Daher werden die neuartigen multifunktionalen Greifer
mit einem weiteren Freiheitsgrad wie (b) oder (c) entwi-
ckelt.
2.3 Anwendungsfälle des hierarchischen
und modularen Greifsystems
Durch die Standardverbindung mit dem Symbol - las-
sen sich die Greifeinheiten als hierarchisches System
leicht analysieren. Beispielsweise können die Kombinati-
on in Bild 12 als zweistufiges Greifsystem -Ⅲ oder -
ⅢⅢ definiert werden, jedoch ist die Verwendung dieser
Symbole für eine einfache Konstruktion eher umständ-
lich. Dennoch, mit der Realisierung der redundanten Ver-
bindung von zwei oder mehr Robotern, der Entwicklung
hin zur intelligenten Industriefabrik sowie folglich mehr
Hierarchien des Greifsystems, werden sogar schon drei-
stufige Systeme zu einer Herausforderung. Wie bereits
erwähnt, ist die Hierarchisierung und Modularisierung des
Greifsystems vorteilhaft, um neue Strukturgreifer abzulei-
ten oder zu nutzen.
Derzeit sind fünf oder mehr Stufen noch nicht für die For-
schung interessant, daher werden drei- und einige vierstu-
fige Systeme detailliert beschrieben.
(a) (b) (c)
Bild 13 Normale dreistufige Greifsysteme
Bild 13a zeigt ein typisches dreistufiges Symbol eines
normalen industriellen Falls, bei dem es sich um einen
Roboter mit Revolver plus Greifern handelt. Wenn sich
einer der Endeffektoren von anderen Einheiten unter-
scheidet, kann er als Bild 13b symbolisiert werden. Level
und IU Level ⅢⅢ müssen jedoch durch „//“ getrennt
werden, was bedeutet, dass diese beiden Einheiten sich
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(möglicherweise mehr) auf derselben Klasse befinden. Es
ist zu beachten, dass die aus drei verschiedenen Einheiten
aufgebaute Schnittstelle der Multi-Greifer ein Sonderfall
ist, d.h. der Fall „Ⅲ//ⅢⅢ//ⅡⅢ“ ist bedeutungslos. Dies
ist ein Grund, warum für das grafische Symbol von Level
nur zwei Schnittstellen ausreichen. Bild 13c stellt eine
andere Variante mit Level ⅡⅡ in der zweiten Klasse dar.
Ein wichtiger Punkt ist, dass ⅡⅡ nicht mit -Ⅱ ersetzt
werden kann, was in der Praxis definitiv keine Bedeutung
hat. Da funktioniert die integrierte Einheit aus Level ⅡⅡ
nicht nur mechanisch, sondern auch elektrisch als Ganzes.
(a) (b) (c)
Bild 14 Dreistufiges Greifsystem mit zusammengesetzten
Typ von Level Ⅰ und Ⅲ
Verglichen mit den dreistufigen Anwendungen in Bild 13,
die bereits in der Industrie Verwendung finden, befinden
sich die neuartigen dreistufigen Greifsysteme in Bild 14
zum größten Teil noch in der Forschung. Als Darstellung
(a) haben kürzlich Wissenschaftler die Probleme serieller
und paralleler Hybridmanipulatoren untersucht. [4] [5] [6]
Darüber hinaus zeigen (b) und (c) zwei Varianten, deren
zweite Klasse zusammengesetzte Typen von Level und
Ⅲ.
Bild 15 Dreistufiges Greifsystem mit zusammengesetzten
Typ von Level Ⅰ und Ⅱ
Bild 16 Vierstufiges Greifsystem
Die letzte Möglichkeit eines dreistufigen Systems und
vierstufigen Systems mit zusammengesetztem Typ wer-
den in Bild 15 und Bild 16 symbolisiert. Allerdings muss
eine solche komplexe Konstruktion mit daraus folgenden
Kollisionsproblemen in Zukunft diskutiert werden.
Abschließend werden die Prinzipien der Symbologie des
Greifsystems zusammengefasst.
1) Sowohl in Schrift- und als auch grafischer Symbo-
logie muss das System mit Level Ⅰ gestartet werden.
2) Sowohl in Schrift- und als auch grafische Symbo-
logie muss das System mit Level beendet wer-
den.
3) Das Symbol „/“ wird für parallele Kombinationen
verwendet, die als Modul zusammengesetzt sind.
Die zusammengesetzten Einheiten können mit
„/“ getrennt werden, unterscheiden sich jedoch bei
Standardtypen.
4) Das Symbol - wird für Serienkombinationen
durch Standardflansche verwendet.
5) Wenn im System ein „/“ verwendet wurde, kann
dies als geteilte Schaltung verstanden werden. Wie
in Bild 17a dargestellt, wird der obere Zweig von ,
gefolgt von einem weiteren in der zweiten Klasse
und dann mit abgeschlossen. Der untere Zweig
wird von der gleichen Einheit aus Level gestartet,
aber von der anderen Einheit aus Level Ⅲ beendet.
Da gibt es keine Bedeutung für Ⅲ-Ⅲ.
6) Das Symbol // wird für die Unterscheidung der
Einheiten in der unteren Klasse verwendet. Zum
Beispiel in Bild 17b, wird die dritte Klasse mit
Ⅱ//ⅢⅢ//Ⅲ kombiniert. Da Level nur eine
Schnittstelle hat, ist das Level Ⅱ in der dritten Klas-
se entsprechend mit Level in der zweiten Klassen
verbunden. Dann gehören die beiden anderen Ein-
heiten (ⅢⅢ//Ⅲ) definitiv zum Level in der
zweiten Klasse. Daher spielt die Reihenfolge der
Einheiten eine bedeutende Rolle.
(a) (b)
Bild 17 Prinzip der Symbologie des Greifsystems
3 Prototyp des Mehrteilgreifer aus
IU Level ⅡⅢ
Nach der Aussage von Hesse, gibt es zwei Entwicklungs-
richtungen für die Flexibilisierung des Greifers.
Suche nach der einfachsten Struktur, mit der mög-
lichst viele flexible Funktionen erreicht werden
können. Solche Entwicklungen zielen auf eine in-
dustrielle Verwendung. [2]
Design nach dem Vorbild der menschlichen
Hand, was sehr komplexe Roboterhände zur Fol-
ge hat. Die Entwicklungen zielen auf eine Ver-
wendung in der Servicerobotik und Weltraum-
technik. [2]
Der in diesem Beitrag neu entwickelte multifunktionale
Greifer konzentriert sich auf die industrielle Verwendung.
Eigentlich ist die Struktur dieses Greifers sehr ähnlich dem
Mini-Revolver oder einer Variante eines Drehbackengrei-
fers, der um die Z-Achse rotiert (in Bild 1 ist ein um die X-
Achse rotierender Drehbackengreifer zu sehen). Um die
Fingerrotation mit einer einfachen Struktur zu realisieren,
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wird ein halbes Malteserkreuz
1
angewendet wie in Bild 18
dargestellt.
Bild 18 Halbes Malteserkreuz
Der Hauptgrund für die Verwendung des Malteserkreuzes
ist die große Toleranz, die den Nachteil der fehlenden Po-
sitionsregelung der Servomotoren ausgleichen kann. Dem-
gegenüber stehen die Vorteile des PDI-6221MG Servomo-
tors: sein geringes Gewicht bei großem Drehmoment von
20 kg.cm und die Fähigkeit um 360 Grad unbegrenzt dre-
hen zu können. Wie in Tabelle 1 gezeigt, sind die Gesamt-
kosten aller Komponenten geringer als 120 €.
Komponenten
Preis
Gewicht
Servo Brick
49,99 €
18 g
IO-16 Bricklet
8,99 €
30 g
2×Servomotor
Gleitlager
PLA Material
<2×10 €
< 20 €
< 20 €
2×62 g
Summe
< 120 €
< 1 kg
Tabelle 1 Preisliste der wichtigen Komponenten
Um die Kollision zwischen den Greif- und Drehbewegun-
gen zu vermeiden, ist eine Nut so gestaltet, dass sich der
Finger während des Greifens nicht automatisch drehen
kann (Bild 19a). Außerdem wird die Positionierkonstrukti-
on des Malteserkreuzes von innen nach außen verschoben
(Bild 19b).
(a) (b)
Bild 19 Interne Struktur des Mehrteilgreifers
Ein endgültiger echter Prototyp wird in Bild 20 dargestellt.
Dieser ermöglicht es Objekte mit vier verschiedenen Geo-
metrien zu greifen: die Schmalseite eines Radiergummis,
1
Konstruktive Ausführung siehe [3]
die Breiteseite eines Radiergummis, ein hohles Rohr und
einen Legostein.
Bild 20 Prototyp des Mehrteilgreifers mit gegriffenen Objekten
Dieser Mehrteilgreifer kann noch weiter optimiert und das
Gewicht auf maximal 500 g reduziert werden. Wie Bild 21
zeigt, kann er mit zwei Einweg-Freilauflagern von nur ei-
nem Servomotor realisiert werden.
Bild 21 Optimierter Mehrteilgreifer
4 Zusammenfassung
Dieser Artikel enthält eine neuartige Symbologie und De-
finition für das Greifsystem, die eine einfache Erklärung
für das komplexe Greifsystem ermöglicht. Im folgenden
Kapitel wird ein Mehrteilgreifer (Minirevolver) für kolla-
borative Roboter entwickelt, optimiert und vorgestellt, der
aus der Symbologie abgeleitet wird. In Zukunft wird die
integrierte Einheit aus Level ⅢⅢ entwickelt und getestet.
Danach wird das dreistufige Greifsystem -/- er-
forscht, um die Produktivität des Pick & Place Prozesses
zu steigern.
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Article
This paper presents a novel method of structural synthesis and analysis of serial–parallel hybrid mechanisms with spatial multi-loop kinematic chains based on the displacement group theory. The topological arrangements of serial–parallel hybrid mechanisms can be developed by the Assur group transformation and fractal method to obtain the multi-loop forms of subchains and platforms. In the light of the results of topological arrangements, a method of Spatial Multi-loop Detachment is presented to analyze the output displacement subsets and mobility of spatial multi-loop mechanisms. In particular, the problem of output relations with non-spanning tree netted form is solved by the detachment method. Meanwhile, a proposition about intersection of displacement subsets of multi-loop paths can be obtained. Based on the results of Spatial Multi-loop Detachment of topological arrangements, the configuration card of displacement subsets of subchains is developed to accomplish the allocation of displacement subsets and design of specific structure of spatial multi-loop subchains. At last, three novel serial–parallel hybrid mechanisms are synthesized to demonstrate the applicability of the presented method.
  • Vdi-Richtlinie
VDI-Richtlinie 2740, Blatt 1: Greifer für Handhabungsgeräte und Industrieroboter in Mechanische Einrichtungen in der Automatisierungstechnik, Berlin, Beuth Verlag, 1995, S. 1-8
Entwurf eines Mehrteilgreifers für ein neues Greifsystem
  • F Yin
Yin, F.: Entwurf eines Mehrteilgreifers für ein neues Greifsystem, Technische Universität Chemnitz, Bachelorarbeit, 2019
Design and Kinematics of Serial/Parallel Hybrid Robot
  • A Yeshmukhametov
  • M Kalimoldayev
  • O Mamyrbayev
  • Y Amirgeliev
Yeshmukhametov, A.;Kalimoldayev, M.; Mamyrbayev, O. and Amirgeliev, Y.: Design and Kinematics of Serial/Parallel Hybrid Robot, in 2017
  • K H Harib
  • K A Moustafa
  • A Sharif Ullah
  • S Zenieh
Harib, K.H.;Moustafa,K.A.;Sharif Ullah,A. and Zenieh,S.: Parallel, Serial and Hybrid Machine Tools and Robotics Structures:Comparative Study on Optimum Kinematic Designs, in Serial and Parallel Robot Manipulators-Kinematics, Dynamics, Control and Optimization, Dr. Serdar Kucuk (Ed.), Croatia, InTech, ISBN: 978-953-51-0437-7, S. 109-122,2012
Die hier veröffentlichte Version der E-Publikation kann von einer eventuell ebenfalls veröffentlichten Verlagsversion abweichen
Die hier veröffentlichte Version der E-Publikation kann von einer eventuell ebenfalls veröffentlichten Verlagsversion abweichen. DOI: https://doi.org/10.17185/duepublico/48192 URN: urn:nbn:de:hbz:464-20190221-175012-5
Nutzung -ausgenommen anwendbare Schrankenregelungen des Urheberrechts -nur mit deren Genehmigung
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