DE102023134831A1 - Gripping element for use in robotics and cobotics - Google Patents
Gripping element for use in robotics and cobotics Download PDFInfo
- Publication number
- DE102023134831A1 DE102023134831A1 DE102023134831.0A DE102023134831A DE102023134831A1 DE 102023134831 A1 DE102023134831 A1 DE 102023134831A1 DE 102023134831 A DE102023134831 A DE 102023134831A DE 102023134831 A1 DE102023134831 A1 DE 102023134831A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- gripping element
- gripping
- bending beam
- strain gauges
- multiple bending
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
- B25J9/0012—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases making use of synthetic construction materials, e.g. plastics, composites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
- B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
- B25J13/085—Force or torque sensors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
- B25J15/08—Gripping heads and other end effectors having finger members
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
- B25J9/0015—Flexure members, i.e. parts of manipulators having a narrowed section allowing articulation by flexion
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Greifelement zum Einsatz in der Robotik und Kobotik, wobei das Greifelement (5a, 5b) wenigstens teilweise als Mehrfachbiegebalken (9, 19) ausgebildet ist, so dass ein im Wesentlichen paralleles Greifen und insbesondere eine direkte Messung der Greifkraft sowie eine Faserverstärkung ermöglicht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Greifelements.The invention relates to a gripping element for use in robotics and cobotics, wherein the gripping element (5a, 5b) is at least partially designed as a multiple bending beam (9, 19), thus enabling essentially parallel gripping and, in particular, direct measurement of the gripping force, as well as fiber reinforcement. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a gripping element.
Description
Die Erfindung betrifft ein Greifelement zum Einsatz in der Robotik und Kobotik (kollaborativen Robotik) sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Greifelements.The invention relates to a gripping element for use in robotics and cobotics (collaborative robotics) and a method for producing such a gripping element.
In der Robotik und Kobotik werden bereits Greifelemente verwendet, um Objekte sicher zu greifen, zu halten und zu bewegen.In robotics and cobotics, gripping elements are already used to safely grasp, hold and move objects.
Je nach Objekt ist es erforderlich, sensitive Greifbacken einzusetzen, die mittels 3D-Druck (additiv) gefertigte Sensoren aufweisen. Derartige Sensoren bestehen aus einem nichtleitfähigen und einem leitfähigen Material. Als nichtleitendes Material werden meist Kunststoffe verwendet. Als leitfähiges Material kommen dagegen mit Kohlenstoff oder Graphit versetzte Kunststoffe oder Silbertinten zum Einsatz (siehe beispielsweise
Nachteile dieser additiv gefertigten Sensoren sind auf deren geringe Festigkeit, geringe Steifigkeit und deren viskoelastische Eigenschaften zurückzuführen. Bei der Viskoelastizität handelt es sich um eine zeitabhängige Dehnung des Materials bei sprunghafter Belastung. Dadurch wird der Messwert des Sensors zu Beginn des Greifvorgangs verfälscht, da sich die endgültige Dehnung und damit die Kraft erst im Laufe der Zeit einstellt. Darüber hinaus weisen Kunststoffe eine hohe thermische Ausdehnung auf (beispielweise Faktor 10 im Vergleich zu Metallen).Disadvantages of these additively manufactured sensors include their low strength, low stiffness, and their viscoelastic properties. Viscoelasticity is a time-dependent expansion of the material under sudden load. This distorts the sensor's measured value at the beginning of the gripping process, as the final expansion, and thus the force, only develops over time. Furthermore, plastics exhibit high thermal expansion (for example, a factor of 10 compared to metals).
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Greifelement sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Greifelement zu schaffen, das vorgenannte Nachteile vermindert, bestenfalls vermeidet und eine exakte Kraftmessung beim Greifen ermöglicht sowie ein Beschädigen der zu greifenden Objekte verhindert.The present invention is therefore based on the object of creating a gripping element and a manufacturing method for such a gripping element which reduces the aforementioned disadvantages, at best avoids them and enables an exact force measurement during gripping and prevents damage to the objects to be gripped.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Greifelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Herstellungsverfahren für ein solches Greifelement mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.This object is achieved according to the invention by a gripping element having the features of
Nach der Erfindung lässt sich ein additiv, also mittels 3D-Druck, gefertigtes sensitives Greifelement, insbesondere eine Greifbacke aus Kunststoff herstellen, das verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit, Linearität und viskoelastisches Verhalten) aufweist.According to the invention, a sensitive gripping element, in particular a gripping jaw made of plastic, can be manufactured additively, i.e. by means of 3D printing, which has improved mechanical and electrical properties (strength, stiffness, linearity and viscoelastic behavior).
Hierzu ist das Greifelement wenigstens teilweise als Mehrfachbiegebalken, beispielsweise als doppelter, bevorzugt als vierfacher, fünffacher, sechsfacher, siebenfacher oder mehrfacher Biegebalken ausgebildet, so dass ein im Wesentlichen paralleles Greifen ermöglicht wird, wobei sich das Greifelement bei einem Greifen im Wesentlichen parallel zur Ausgangslage verformt, so dass nur ein geringer Neigungswinkel bei dieser Auslenkung (Verformung) entsteht, d.h. beispielsweise wenige Grad, vorzugsweise ein Bruchteil eines Grades, insbesondere weniger als 0,15°, höchst vorzugsweise weniger als 0,05° beträgt.For this purpose, the gripping element is at least partially designed as a multiple bending beam, for example as a double, preferably as a quadruple, five-fold, six-fold, seven-fold or multiple bending beam, so that a substantially parallel gripping is possible, wherein the gripping element deforms during gripping substantially parallel to the starting position, so that only a small angle of inclination arises during this deflection (deformation), i.e. for example a few degrees, preferably a fraction of a degree, in particular less than 0.15°, most preferably less than 0.05°.
Bei einem Greifen wird dadurch vorteilhafterweise eine wesentliche Biegung des Greifelements vermieden, wodurch eine exaktere Messung gewährleitet werden kann.This advantageously avoids significant bending of the gripping element during gripping, thus ensuring a more precise measurement.
Nach der Erfindung ist bei einem parallelen Greifen der Krafteinleitungspunkt, an dem das Bauteil gegriffen wird, unkritisch. Bei einem nicht parallelen Greifen ist dagegen die Hebellänge mit entscheidend.According to the invention, the force application point at which the component is gripped is uncritical for parallel gripping. However, for non-parallel gripping, the lever length is also crucial.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung besteht der Mehrfachbiegebalken aus vorzugsweise mindestens zwei, drei, vier, fünf, sechs oder sieben insbesondere gleich ausgebildeten, einzelnen in Relation zu ihrer Länge (beispielsweise mehrere Zentimeter) dünn, beispielsweise wenige Millimeter oder gar nur einen Millimeter dicken, ausgeprägten Balken. Die Relation von Dicke zur Länge steht vorteilhafterweise in einem Verhältnis von höchstens 1:5, vorzugsweise von höchstens 1:10, insbesondere von höchstens 1:15.In a preferred embodiment of the invention, the multiple bending beam preferably consists of at least two, three, four, five, six, or seven, in particular identically designed, individual beams that are thin in relation to their length (e.g., several centimeters), for example, a few millimeters or even only one millimeter thick. The thickness-to-length ratio is advantageously at most 1:5, preferably at most 1:10, in particular at most 1:15.
Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, die Stabilität des Greifelements, insbesondere des Kunststofffingers, zu erhöhen und gleichzeitig die Parallelität des Greifens zu optimieren. Selbst kann bei der Verwendung von Kunststoff als Trägermaterial für ein Greifelement hierdurch eine ausreichende Stabilität des Greifelements gewährleistet werden, ohne dass die Messgenauigkeit der Kraftmessung von beispielsweise mehreren Newton, vorzugsweise mindestens 10 Newton, insbesondere mindestens 40 Newton, beeinträchtigt wird.This advantageously makes it possible to increase the stability of the gripping element, in particular of the plastic finger, while simultaneously optimizing the parallelism of the gripping action. Even when using plastic as the carrier material for a gripping element, sufficient stability of the gripping element can be ensured without compromising the measurement accuracy of the force measurement of, for example, several Newtons, preferably at least 10 Newtons, in particular at least 40 Newtons.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in jeden Biegebalken des Mehrfachbiegebalkens mehrere Dehnungsmessstreifen, die vorzugsweise aus Widerstandsdraht, insbesondere Konstantandraht bestehen, eingebettet, so dass daraus eine mechanische Verstärkung (Faserverstärkung) des Greifelements resultiert. Durch die Einbettung eines 3D-gedruckten Kraftsensors in Form von wenigstens einem Dehnungsmessstreifen kann die an der Greifbacke ansetzende bzw. die die Verformung (Biegung des Biegebalkens) bewirkende Kraft (direkte Messung der Greifkraft am zu greifenden bzw. gegriffenen Bauteil sowie Verbesserung der Linearität und der viskoelastischen Eigenschaften) gemessen werden. Zudem ermöglicht die Einbettung wenigstens eines Dehnungsmessstreifens in vorzugsweise jeden einzelnen Stab bzw. Balken eines Mehrfachbiegebalkens neben der Kraftmessung gleichzeitig eine mechanische Verstärkung des Bauteils.In a further embodiment of the invention, several strain gauges, preferably made of resistance wire, in particular constantan wire, are embedded in each bending beam of the multiple bending beam, resulting in mechanical reinforcement (fiber reinforcement) of the gripping element. By embedding a 3D-printed force sensor in the form of at least one strain gauge, the force acting on the gripping jaw or causing the deformation (bending of the bending beam) can be measured (direct measurement of the gripping force on the component to be gripped or gripped, as well as improvement of the linearity and viscoelastic properties). In addition, the embedding of at least one strain gauge in preferably each individual bar or beam of a multiple bending beam enables not only force measurement but also mechanical reinforcement of the component.
Es ist daher auch denkbar, die Dehnungsmessstreifen (DMS) nicht als Kraftsensor, sondern ausschließlich zum Zweck der Verstärkung des Mehrfachbiegebalkens einzubringen. In diesem Fall können die DMS somit auch passiv rein zur mechanischen Verstärkung ohne elektrische Auswertung verwendet werden.It is therefore also conceivable to use strain gauges not as force sensors, but solely for the purpose of reinforcing the multiple bending beam. In this case, the strain gauges can also be used passively, purely for mechanical reinforcement without electrical evaluation.
Nach dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird das Greifelement mittels additivem Fertigungsverfahren, insbesondere mittels 3D-Druck, gefertigt.According to the manufacturing method according to the invention, the gripping element is manufactured by means of additive manufacturing, in particular by means of 3D printing.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird das Greifelement mittels additiver Fertigung in Form eines einteiligen Bauteils hergestellt. Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, und Kosten können eingespart werden. In a particularly preferred embodiment of the invention, the gripping element is manufactured as a one-piece component using additive manufacturing. This simplifies the manufacturing process and reduces costs.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden während der schichtweisen additiven Fertigung des Greifelements in jeden Biegebalken mehrere Dehnungsmessstreifen eingebettet, so dass eine mechanische Verstärkung des Greifelements erfolgt.In a further embodiment of the invention, several strain gauges are embedded in each bending beam during the layer-by-layer additive manufacturing of the gripping element, so that the gripping element is mechanically reinforced.
Die Dehnungsmessstreifen können vorzugsweise während der schichtweisen additiven Fertigung des Greifelements an Oberseite und Unterseite jedes Biegebalkens, vorzugsweise mit einer darüberliegenden wenigstens einer Schutzschicht in eine Schicht eingebettet werden. Hierdurch lässt sich vorteilhafterweise die Stabilität des Greifelements weiter erhöhen.The strain gauges can preferably be embedded in a layer on the top and bottom of each bending beam during the layer-by-layer additive manufacturing of the gripping element, preferably with at least one protective layer overlying them. This advantageously further increases the stability of the gripping element.
In besonderer Ausgestaltung der Erfindung befinden sich auf Ober- und Unterseite (gegebenenfalls mit einer Schutzschicht versehen) wenigstens zwei Dehnungsmessstreifen für Druck- und Zugbelastung, die vorzugsweise jenseits und diesseits eines Umkehrpunkts des Mehrfachbiegebalkens angeordnet sind.In a particular embodiment of the invention, at least two strain gauges for compressive and tensile loads are located on the top and bottom sides (optionally provided with a protective layer), which are preferably arranged on the other side and on this side of a reversal point of the multiple bending beam.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Dehnungsmessstreifen nicht selbst mittels 3D-Druck hergestellt, sondern bestehen aus einem Widerstandsdraht, vorzugsweise Endlosdraht, insbesondere Konstantandraht. Dieser Draht, beispielsweise gezogen, gewalzt, etc., kann in eine Schicht, vorzugsweise eine weit außen liegende Schicht, eingebettet, insbesondere eingebügelt, also erwärmt und/oder mit Druck eingebracht werden. Durch die Verwendung eines Endlosdrahts, vorzugsweise Einbetten in Form von mehreren mäanderförmigen Schleifen oder Windungen (mit geraden Abschnitten in Richtung der länglichen Erstreckung des Greifelements), wird die Festigkeit und Steifigkeit wesentlich erhöht.In a further embodiment of the invention, the strain gauges themselves are not manufactured using 3D printing, but consist of a resistance wire, preferably a continuous wire, in particular a constantan wire. This wire, for example, drawn, rolled, etc., can be embedded into a layer, preferably a layer located far outward, in particular by ironing, i.e., heated and/or introduced with pressure. By using a continuous wire, preferably embedding it in the form of several meandering loops or windings (with straight sections in the direction of the elongated extension of the gripping element), the strength and rigidity are significantly increased.
Zudem kann der Dehnungsmessstreifen statt vorgefertigt auch erst beim Einlegen bzw. Einbetten in Form und Größe sowie Anzahl der Windungen geformt werden. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise selbst eine individuelle Anpassung an Größe und Form des Greifelements und des entsprechend gewünschten Dehnungsmessstreifens während der additiven Fertigung durch Einbetten in eine gerade erstellte Schicht (mittels 3D-Druck) erfolgen.In addition, instead of prefabricated, the strain gauge can be shaped in shape, size, and number of turns during insertion or embedding. This advantageously allows for individual adaptation to the size and shape of the gripping element and the desired strain gauge during additive manufacturing by embedding it into a newly created layer (using 3D printing).
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine individuelle Anpassung von Greifbacken an die Greifgegenstände sowie eine Prozessüberwachung und Schadensvermeidung durch Greifkraftmessung direkt am Bauteil.The solution according to the invention enables individual adaptation of gripping jaws to the gripped objects as well as process monitoring and damage prevention by measuring gripping force directly on the component.
Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine Verbesserung der Linearität, des viskoelastischen Verhaltens und der Lebensdauer gegenüber bisher additiv gefertigten Sensoren auf Basis von Kunststoffträgern.In addition, the solution according to the invention enables an improvement in linearity, viscoelastic behavior and service life compared to previously additively manufactured sensors based on plastic carriers.
Weiterhin wird durch die Erfindung ein Verzug der Greifbacken (Warping) während und nach dem Druck verhindert. Zudem wird ein kostengünstiges und einfaches Recycling durch einfache Trennung von Kunststoff und Draht gewährleistet.Furthermore, the invention prevents warping of the gripper jaws during and after printing. Furthermore, cost-effective and easy recycling is ensured by simply separating the plastic and wire.
Die erfindungsgemäße additive Fertigung auf Kunststoffbasis ermöglicht zudem eine Preissenkung bei der Herstellung von sensitiven Greifbacken.The inventive additive manufacturing based on plastic also enables a reduction in the price of sensitive gripper jaws.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Further advantageous embodiments arise from the dependent claims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Greifelementen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments of gripping elements according to the invention shown in the drawing.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Greifvorrichtung mit einem erfindungsgemäßen Greifelement; -
2a eine Seitenansicht auf eine Greifelementstruktur in Form eines mehrfachen Biegebalkens; -
2b eine Seitenansicht auf ein nicht zur Erfindung gehöriges Beispiel einer Greifelementstruktur in Form eines einfachen Biegebalkens; -
3a eine Seitenansicht auf die Greifelementstruktur in Form des mehrfachen Biegebalkens nach2a in ausgelenkter Position; -
3b eine vergrößerte Ansicht eines Details aus3a ; -
4 eine Seitenansicht auf die Greifelementstruktur in Form des mehrfachen Biegebalkens nach1 in nicht ausgelenkter Position mit eingebetteten Dehnungsmessstreifen; -
5a eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in4 ; -
5b eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in4 ; -
6 einen Schaltplan einer Messschaltung und -
7 eine Schnittansicht entlang der Linie C-C in5a mit einer schematischen Darstellung eines Schichtaufbaus des einzelnen Stabes eines Biegebalkens.
-
1 a perspective view of a gripping device with a gripping element according to the invention; -
2a a side view of a gripping element structure in the form of a multiple bending beam; -
2b a side view of an example not belonging to the invention of a gripping element structure in the form of a simple bending beam; -
3a a side view of the gripping element structure in the form of the multiple bending beam according to2a in deflected position; -
3b an enlarged view of a detail from3a ; -
4 a side view of the gripping element structure in the form of the multiple bending beam according to1 in undeflected position with embedded strain gauges; -
5a a sectional view along the line AA in4 ; -
5b a sectional view along the line BB in4 ; -
6 a circuit diagram of a measuring circuit and -
7 a sectional view along the line CC in5a with a schematic representation of a layer structure of the individual bar of a bending beam.
Die in
Die Steuerung der Bewegung erfolgt über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Steuervorrichtung, mit welcher ein ausgeübter Anpressdruck bzw. die ausgeübte Anpresskraft in gewünschter Form geregelt werden kann.The movement is controlled by a control device not shown in the drawing, with which the applied contact pressure or the applied contact force can be regulated in the desired manner.
Um die Anpresskraft möglichst parallel auszuüben, sind die Greifelemente, wie dargestellt, wenigstens teilweise als Mehrfachbiegebalken (im Beispiel als siebenfacher Biegebalken) ausgebildet.In order to exert the contact force as parallel as possible, the gripping elements are, as shown, at least partially designed as multiple bending beams (in the example as a sevenfold bending beam).
Wie am Beispiel einer in
Dagegen ist der Neigungswinkel β bei einer Auslenkung eines einfachen, in
Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, zwei oder mehr Greifelemente in anderer Form anzuordnen. Beispielsweise können die Greifbacken (insbesondere radial) nach außen gerichtet sein, um einen Spreizgriff in einen Hohlraum und damit ein Greifen mit den Außenflächen statt mit den Innenflächen zu realisieren.Of course, it is also conceivable to arrange two or more gripping elements in a different shape. For example, the gripping jaws can be directed outward (particularly radially) to allow for a spread grip into a cavity and thus gripping with the outer surfaces instead of the inner surfaces.
Wie
Jeder einzelne Stab 9a, 9b, 9c, 9d weist in ausgelenkter Position bzw. im verformten Zustand der Greifbacke 9, wie in
Die Außenseiten, also Ober- und Unterseite eines einzelnen Stabes, wie in
Die in
Die Stäbe 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g weisen an Ober- und Unterseite eingebettete Dehnungsmessstreifen bzw. Messgitter auf. So zeigt
Die eigentlichen Stäbe 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g - und nicht die darüber hinausreichenden (Druck-)Schichten - sind vorzugsweise in ihrer ganzen Länge an Ober- und Unterseite jeweils mit zwei aneinander angrenzenden Dehnungsmessstreifen 23 und 25 bzw. 25 und 23 versehen, so dass sich die Festigkeit und Steifigkeit der Stäbe erhöht. Auch wenn sich die Dehnungsmessstreifen über den Umkehrbereich erstrecken, werden in jedem Fall der jeweilige Zugbereich σz und der jeweilige Druckbereich σd mit abgedeckt.The
Die Dehnungsmessstreifen 23 und 25 weisen, wie dargestellt, eine mäanderförmige Struktur mit langen, linearen Bereichen, die sich in Längsrichtung des Stabes 19c erstrecken und mit enger Krümmung, so dass möglichst viele lineare bzw. gerade ausgebildete Drahtbereiche existieren, um bei Verformung des Stabes 19c die resultierenden Druck- und Zugspannungen aufnehmen zu können.As shown, the strain gauges 23 and 25 have a meandering structure with long, linear regions extending in the longitudinal direction of the
Die Dehnungsmessstreifen werden während des Drucks der entsprechenden Schicht über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung, vorzugsweise abgerollt von einer Drahtrolle, in gewünschter Anzahl und Form der Lamellen, angepasst auf Länge und Breite des Stabes 19c, eingebracht. Hierbei kann der Draht, insbesondere Konstantandraht, erhitzt werden, um ein Einschmelzen in die bestehende Schicht zu erleichtern. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, stattdessen vorgefertigte Dehnungsmessstreifen während des Herstellungsprozesses, insbesondere des Drucks, einzulegen, nicht vorgefertigte Dehnungsmessstreifen selbst mitzudrucken oder vorgefertigte Dehnungsmessstreifen nachträglich aufzukleben.The strain gauges are inserted during the printing of the corresponding layer using a device not shown in the drawing, preferably unwound from a wire reel, in the desired number and shape of the lamellae, adapted to the length and width of the
Anfangs- und Endpunkt der Dehnungsmessstreifen 23 und 25 sind im unteren Bereich des Stabes 19c bzw. der entsprechenden gedruckten Schicht des Balkens 19 als Anschlüsse 23a, 23b und 25a, 25b nach außen geführt.The starting and end points of the strain gauges 23 and 25 are led outwards in the lower area of the
Alle auf Zug beanspruchten Dehnungsmessstreifen 25 (der Zugbereiche σz) aller Stäbe 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g werden in Reihe zu einem Widerstand RZug miteinander verbunden. Ebenso werden alle auf Druck beanspruchten Dehnungsmessstreifen 25 (der Druckbereiche σd) aller Stäbe 19a, 19b, 19c, 19d, 19e, 19f, 19g in Reihe zu einem Widerstand RDruck miteinander verbunden, so dass sich der Brückenwiderstand erhöht, insbesondere mit der Anzahl der Biegebalken multipliziert und die Anforderungen an eine in der Zeichnung nicht dargestellte Auswerteeinheit reduziert.All strain gauges 25 subjected to tensile stress (of the tensile ranges σ z ) of all
Durch das Einbetten von mehreren, bevorzugt vier, Dehnungsmessstreifen pro Stab erhöht sich die Widerstandsänderung und damit die Genauigkeit der Kraftmessung erheblich.By embedding several, preferably four, strain gauges per rod, the resistance change and thus the accuracy of the force measurement is increased considerably.
Die Messung erfolgt beispielsweise, wie in
Wie in
Der beispielsweise aus acht (1-8) Schichten bestehende Stab 19c weist an seiner Unterseite in Schicht 2 und an seiner Oberseite in Schicht 7 einen in dieser, vorzugsweise aus gedrucktem Kunststoff bestehenden, Schicht eingebetteten Draht 27 auf. Der Draht 27, insbesondere Konstantandraht, kann zum leichteren Einbringen erhitzt werden (beispielsweise in Form eines Einbügelns). Wie dargestellt, sind diese Schichten jeweils von einer äußeren Schicht (erste und achte Schicht) nach außen umgeben. Diese äußere Schicht (erste und achte) wirkt als Schutzschicht gegen äußere mechanische Einflüsse (Beschädigungen, Herausspringen/Lösen des Drahts), wie auch gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit und auch zur Vermeidung von Kurzschlüssen.The
Selbstverständlich ist es auch denkbar, statt wie dargestellt, mehrere, insbesondere zwei äußere Schichten als Schutzschicht vorzusehen oder gar auf die Schutzschicht zu verzichten.Of course, it is also conceivable to provide several, in particular two, outer layers as a protective layer instead of as shown, or even to dispense with the protective layer altogether.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Greifvorrichtunggripping device
- 33
- Gehäuse mit AntriebHousing with drive
- 5a5a
- Greifbackegripping jaw
- 5b5b
- Greifbackegripping jaw
- 77
- Eiegg
- 99
- Greifbacke in Form eines vierfachen Biegebalkens in verformter PositionGripping jaw in the form of a quadruple bending beam in deformed position
- 9a9a
-
erster Balken bzw. Stab des vierfachen Biegebalkens 9first beam or bar of the
quadruple bending beam 9 - 9b9b
-
zweiter Balken bzw. Stab des vierfachen Biegebalkens 9second beam or bar of the
quadruple bending beam 9 - 9c9c
-
dritter Balken bzw. Stab des vierfachen Biegebalkens 9third beam or bar of the
quadruple bending beam 9 - 9d9d
-
vierter Balken bzw. Stab des vierfachen Biegebalkens 9fourth beam or bar of the
quadruple bending beam 9 - 1111
-
nicht verformte Position von Greifbacke 9non-deformed position of gripping
jaw 9 - 1313
- einfacher Biegebalken in verformter Positionsimple bending beam in deformed position
- 1515
- nicht verformte Position von 13non-deformed position of 13
- 1717
- BiegebalkenbereichBending beam area
- 1919
- Greifbacke in Form eines siebenfachen BiegebalkensGripping jaw in the form of a sevenfold bending beam
- 19a19a
-
erster Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19first beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19b19b
-
zweiter Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19second beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19c19c
-
dritter Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19third beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19d19d
-
vierter Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19fourth beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19e19e
-
fünfter Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19fifth beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19f19f
-
sechster Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19sixth beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 19g19g
-
siebter Balken bzw. Stab des siebenfachen Biegebalkens 19seventh beam or bar of the
sevenfold bending beam 19 - 21a21a
-
vorderer bzw. distaler Teil der Greifbacke 19front or distal part of the
gripping jaw 19 - 21b21b
-
hinterer bzw. proximaler Teil der Greifbacke 19rear or proximal part of the
gripping jaw 19 - 2323
- DMSDMS
- 23a23a
- linker Anschlussleft connection
- 23b23b
- rechter Anschlussright connection
- 2525
- DMSDMS
- 25a25a
- linker Anschlussleft connection
- 25b25b
- rechter Anschlussright connection
- 2727
- eingebetteter Drahtembedded wire
- 2929
- gedruckter Kunststoffprinted plastic
- αα
- Winkelangle
- ββ
- Winkelangle
- σzσz
- ZugbereichTrain area
- σdσd
- DruckbereichPrint area
- DD
- Detaildetail
- FF
- KraftPower
- RR
- WiderstandResistance
- RDruckRPrint
- Brückenwiderstand aller in Reihe verbundener, auf Druck beanspruchter DehnungsmessstreifenBridge resistance of all strain gauges connected in series and subjected to compression
- RZugTrain
- Brückenwiderstand aller in Reihe verbundener, auf Zug beanspruchter DehnungsmessstreifenBridge resistance of all strain gauges connected in series and subjected to tensile stress
- UU
- UmkehrbereichReversal area
- U0U0
- feste Spannungfixed voltage
- UmTo
- MessspannungMeasuring voltage
- WW
- Weg/strecke der Biegung/AuslenkungPath/distance of bending/deflection
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents submitted by the applicant was generated automatically and is included solely for the convenience of the reader. This list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2020/041221 A1 [0003]WO 2020/041221 A1 [0003]
- DE 102019102913 A1 [0003]DE 102019102913 A1 [0003]
- JP 2020128083 A [0003]JP 2020128083 A [0003]
- US 2016/0198576 A1 [0003]US 2016/0198576 A1 [0003]
Claims (12)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023134831.0A DE102023134831A1 (en) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | Gripping element for use in robotics and cobotics |
| PCT/DE2024/101040 WO2025124645A1 (en) | 2023-12-12 | 2024-12-04 | Gripper element for use in robotics and cobotics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102023134831.0A DE102023134831A1 (en) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | Gripping element for use in robotics and cobotics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102023134831A1 true DE102023134831A1 (en) | 2025-06-12 |
Family
ID=94083161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102023134831.0A Pending DE102023134831A1 (en) | 2023-12-12 | 2023-12-12 | Gripping element for use in robotics and cobotics |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102023134831A1 (en) |
| WO (1) | WO2025124645A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4872803A (en) * | 1983-11-30 | 1989-10-10 | Fujitsu Limited | Force controlling system |
| US20160198576A1 (en) * | 2013-06-24 | 2016-07-07 | President And Fellows Of Harvard College | Printed three-dimensional (3d) functional part and method of making |
| WO2020041221A1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Customized robotic grippers with feedback sensors |
| DE102019102913A1 (en) * | 2019-02-06 | 2020-08-06 | Hochschule Offenburg | Method for producing a robot element, in particular a gripper, by means of 3D printing |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102014210379B4 (en) * | 2014-06-02 | 2016-03-24 | Kuka Roboter Gmbh | A torque sensor and method for detecting torques occurring at or in a joint of an articulated arm robot |
-
2023
- 2023-12-12 DE DE102023134831.0A patent/DE102023134831A1/en active Pending
-
2024
- 2024-12-04 WO PCT/DE2024/101040 patent/WO2025124645A1/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4872803A (en) * | 1983-11-30 | 1989-10-10 | Fujitsu Limited | Force controlling system |
| US20160198576A1 (en) * | 2013-06-24 | 2016-07-07 | President And Fellows Of Harvard College | Printed three-dimensional (3d) functional part and method of making |
| WO2020041221A1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-27 | Siemens Aktiengesellschaft | Customized robotic grippers with feedback sensors |
| DE102019102913A1 (en) * | 2019-02-06 | 2020-08-06 | Hochschule Offenburg | Method for producing a robot element, in particular a gripper, by means of 3D printing |
| JP2020128083A (en) * | 2019-02-06 | 2020-08-27 | ホッホシューレ オッフェンブルク | Method of producing robot component, particularly gripper, by three-dimensional printing |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Dehnungsmessstreifen – Wikipedia Version 29.07.2023, heruntergeladen am 23.10.2024 * |
| HANGST, Nikolai, et al. Design of a 3D Printed Force Sensor in the Field of Robotics Utilizing an Embedded Constantan Wire as Sensing Element. In: Sensors and Measuring Systems; 21th ITG/GMA-Symposium. VDE, 2022. S. 1-7. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025124645A1 (en) | 2025-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3213319A1 (en) | DEVICE FOR MEASURING FORCE AND TORQUE COMPONENTS IN MULTIPLE DIRECTIONS | |
| DE3150479A1 (en) | LEAF SPRING | |
| DE3702524C2 (en) | ||
| DE102018206665A1 (en) | Structural component and system and method for the detection of damage | |
| EP3846984B1 (en) | Gripping finger having curved spacing elements, and adaptive gripping device | |
| EP2954867A1 (en) | Planar logic board for ablation catheter with force measurement functionality | |
| DE102008056715A1 (en) | Force plate | |
| EP3034865B1 (en) | Assembly of pultruded rods | |
| DE202016103285U1 (en) | Fiber composite component | |
| DE102023134831A1 (en) | Gripping element for use in robotics and cobotics | |
| DE60122185T2 (en) | STEEL TITLE AND METHOD FOR PRODUCING A STEEL LIQUID | |
| EP3113962B1 (en) | Spring-arm device | |
| DE102016110151A1 (en) | Thin places joint | |
| DE69200119T2 (en) | Bending force transducer with strain gauges for a weighing device. | |
| DE102018215356A1 (en) | Method for producing a fuselage component for an aircraft, fuselage component for an aircraft and aircraft | |
| DE2832495C2 (en) | Reinforcement fiber and device for the production of the reinforcement fiber | |
| DE2920468C2 (en) | Clamping element for releasably securing printed circuit boards inserted into grooves in a housing | |
| DE112022003070T5 (en) | Composite panel and steel wire | |
| EP2505702B2 (en) | Heald which comprises sections with multiple film layers | |
| EP1053094B1 (en) | Flat material strip and method for producing fibre composite workpieces with such flat material strips | |
| DE102021108812A1 (en) | MULTI-CORNER TORSION BAR | |
| EP3489647B1 (en) | Strain gauge | |
| DE19826411C2 (en) | Strain gauges | |
| DE10260577A1 (en) | Strain gauge for load cell, has resistance tracks, whose thickness can be altered e.g. by etching or abrasive techniques | |
| DE102019215502A1 (en) | Resistor assembly and method of manufacturing a resistor assembly and battery sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed |