Robotergreifer
Die Greiftechnik (siehe auch Hersteller und Anbieter im Bereich Greiftechnik) wird unterteilt in: (1) automatisierte Handhabung (2) manuelle Handhabung
Für Industrieroboter ist der Greifer (bzw. ein Greifersystem) ein unverzichtbares Element, es steht am Ende der kinematischen Kette. Der Greifer ist der Teil des Roboters, der die eigentliche Aufgabe ausführt und den Roboter so erst zu einer funktionalen Maschine macht. Der Greifer sitzt im Normalfall an der äußersten oder letzten Achse des Roboters und ist mit der Energieleitung verbunden. Greifer dienen somit zur Interaktion des Roboters: zum Greifen, Bearbeiten oder Drehen eines Werkstücks oder Werkzeugs.
Greifer lassen sich aufgrund ihrer Wirkung unterscheiden. Die verschiedenen Greif(er)systeme sind mechanisch, pneumatisch, magnetisch oder adhäsiv.
- mechanische Greifer: Mechanische Greifer greifen im wahrsten Sinne des Wortes einfach zu. Oft ähneln sie der Hand eines Menschen oder sind eine Greifzange und es gibt sie als Einfinger- oder Mehrfingergreifer. Diese Greifersysteme können aus mehreren steifen Gelenken bestehen aber auch generell biegsam sein. Der Antrieb des mechanischen Greifers ist meistens pneumatisch. Es ist aber auch ein elektrischer oder mechanischer Antrieb möglich.
- pneumatische Greifer: pneumatische Greifer sind Vakuumsauger oder Saugnäpfe, die das Werkstück ansaugen, um es zu transportieren / bearbeiten.
- magnetische Greifer: Das Werkstück wird von magnetischen Greifern angezogen und gehalten. Es gibt zwei Typen: Permanentmagnetgreifer, deren Magnetismus nicht abschaltbar ist und somit ein zusätzliches System zum Abnehmen des Werkstücks benötigen, und Elektromagnetgreifer, die durch elektrische Energie ein- und ausgeschaltet werden können, um das Werkstück zu greifen und wieder abzusetzen.
Greifsysteme können als Organe eines Roboters beschrieben werden. Die einzelnen Elemente sind u.a. Aktoren/Effektoren und Hilfseinrichtungen wie Handgelenkachsen, Wechselsysteme, Fügehilfen, Schutzeinrichtungen und Sensoreinheiten.
Die Teilsysteme eines Robotergreifers
Ein Robotergreifer besteht aus unterschiedlichen Teilsystemen (siehe Abbildung):
- Wirksystem
- Antriebssystem
- kinematischen System
- Trägersystem
- Informationsverarbeitungssystem
Wirksystem (1)
Beim Wirksystem, dem Teil des Greifers, der in direktem Kontakt zum Werkstück steht und die Greifkraft überträgt, unterscheidet man die Greiffläche oder aktive Wirkfläche am Greifer und die Grifffläche (passiv) am Werkstück. Die Art, wie der Greifer das Werkstück hält, wird als 'Wirkpaarung' bezeichnet. Diese gibt es:
- Kraftpaarung: Bei der Kraftpaarung wird vom Greifer aus Druck auf das Werkstück ausgeübt und es dadurch festgehalten.
- Formpaarung: Bei der Formpaarung passen Werkstück und Greifer ideal aufeinander, sodass das Werkstück durch ein formgleiche Einfassung des Greifers gehoben werden kann. Hier muss viel weniger Druck aufgebaut werden als bei der Kraftpaarung.
- Stoffpaarung: Die Stoffpaarung bedient sich der Technik der Adhäsion (sog. Anhangskraft). Diese ist in der Industrie jedoch bisher weniger weit verbreitet.
Antriebssystem (2)
Das Antriebssystem des Greifers erzeugt die Energie, die zum Öffnen, Schließen und Halten des Werkstücks erforderlich ist. Diese Energie kann mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch sein und wird im Antriebssystem in mechanische Energie, wie rotatorische Bewegungen, umgewandelt.
Kinematisches System (3)
Das kinematische System ist für die Übertragung der Energie von Antriebssystem zu Wirksystem zuständig. Es überführt die Bewegung des Antriebssystems in eine Abtriebsbewegung des Greifers. Damit die Greifglieder die gewünschte Bewegung, Greifkraft und Geschwindigkeit ausführen können (Schließen, Spannen etc.), gibt es unterschiedliche Greifergetriebe.
Trägersystem (4)
Zwischen dem Greifer und dem Endglied des Greiferführungsgetriebes besteht eine Verbindung. Dies ist das Trägersystem und bildet das Gestell des Greifers. Auch hier findet eine Übertragung von Kräften statt. Das Trägersystem hat folgende Eigenschaften:
- Kopplung (starr oder beweglich) zwischen Greifer und Greiferführungsgetriebe
- ermöglicht Auswechseln des Greifers
- Informationsübermittlung und Energieübertragung zwischen Führungsgetriebe und Greifer
Informationsverarbeitungssystem (5)
Das Informationsverarbeitungssystem sammelt über Sensor wichtige Daten (z. B. Status des Greifers, Position des Werkstücks, Parameter der Greifaufgabe). Die gesammelten Informationen werden dann angepasst, verstärkt, ausgewertet und an die Steuerung übermittelt.
Greifer Arten und Greifersysteme
Da Greifer ein zentrales Element von Robotern sind, werden sie logischerweise überall dort angewendet, wo Roboter zum Einsatz kommen, also vorwiegend in der Industrie. Dort reichen die Einsatzmöglichkeiten in alle Industriezweige: von der Lebensmittelindustrie bis hin zur Automobilherstellung. Nachfolgend sind verschiedene Greifer aufgelistet und in welchem Bereich sie angewendet werden:
- Fingergreifer
- sind flexible Greifersysteme, die sich in ihrer Bauform an der menschlichen Hand orientieren. Es hat sich herausgestellt, dass mit nur drei Bauformen der Großteil industrieller Anforderungen abgedeckt werden kann. Dies sind der Zwei-Finger-Griff, der Drei-Finger-Parallelgriff und der Drei-Finger-Zentrischgriff.
- Kistengreifer (oder auch Kartongreifer)
- kommen v.a. in der Produktion und dem Versand zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe können Kisten und Kartons einfach transportiert werden, indem am Endglied eines Krans ein Kartongreifer angebracht ist.
- Felgengreifer
- der Name verät seine Funktion: Mit ihm ist der Transport von Felgen möglich (z.B. Palettieren & Depalettieren). Auch Räder können damit bewegt werden, weshalb der Felgenreifer auch als Radgreifer bezeichnet wird.
- Vakuumgreifer (Sauggreifer)
- können mit dem Werkstück besonders schonend umgehen und eignen sich daher z. B. für die Handhabung von Glas. Auch beim Transportieren von CDs ist viel Vorsicht gefragt. Vakuumgreifer sind aber z.B. auch in der Verpackungsindustrie weit verbreitet, da sie sich besonders gut formlabilen Folien anpassen können.
Heutzutage ist außerdem die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter, bezeichnet als MRK / Mensch-Roboter-Kollaboration, ein wichtiges Thema. Nicht nur die kollaborierenden Roboter ( Cobots) selbst, sondern auch der Greifer am Roboter muss eine sichere Zusammenarbeit mit dem Menschen gewährleisten. Das Video zeigt die Arbeit mit einem kollaborierenden Greifersystem im Anwendungsfall. Ein völlig autonom arbeitendes Greifsystem kommt dagegen beim Bin Picking zum Einsatz.
Fertige Greiferlösungen werden als Greiferbaukasten angeboten.
Nicht-industrielle Bereiche
Greifzangen, Greifärme oder Greifer werden auch im nicht industriellen Bereich hergestellt, angewandt und vertrieben (Amazon, Ebay, Büro-/Baumärkte). Hierbei handelt es sich meist um einfache, vom Menschen zu bedienende Werkzeuge wie Mällgreifer oder andere Greifzangen.