Methode zur technischen Auslegung von Vakuumgreifsystemen mit einer Mindesthaltedauer auf Basis fluidischer Untersuchungen

Abstract

Der Trend der Robotisierung zeigt sich unter anderem darin, dass neben den Industrierobotern, die hinter Schutzzäunen zum Einsatz kommen, immer mehr Roboter für kollaborative Anwendungen herangezogen werden. Da ein großer Teil aller Industrieroboter für Handhabungsaufgaben verwendet wird, entstehen durch den schutzzaunlosen Betrieb der Roboter neue Herausforderungen für die Auslegung von für diese Handhabungsaufgaben verwendeten Greifsysteme. Sicherheitseinrichtungen formschlüssiger mechanischer Greifsysteme sind bekannt, wirken sich jedoch aufgrund der mit dem umschließenden Griff einhergehenden vergrößerten äußeren Abmaße nachteilig auf den Handhabungsvorgang aus. Vakuumgreifsysteme sind hier infolge des einseitigen Griffs im Vorteil, verfügen dadurch jedoch über keine Sicherheitseinrichtungen, die einen Verlust des Werkstücks bei Auftreten eines Energieausfalls, zumindest temporär, verhindern. Um diesen Zielkonflikt zu lösen, wird in dieser Arbeit eine Methode für die technische Auslegung von Vakuumgreifsystemen mit einer Mindesthaltedauer auf Basis fluidischer Untersuchungen entwickelt. Die dafür relevanten fluidischen Vorgänge, insbesondere die Leckage, werden ausführlich untersucht. Die entwickelte Methode nutzt die Kenntnisse der Leckage eines Referenzsystems und erlaubt es, Aussagen darüber zu treffen, wie sich Anpassungen des Referenzsystems an die jeweilige Handhabungsaufgabe auf die Haltedauer des Werkstücks auswirken. Durch die Methode ist es daher möglich, aufbauend auf dem bekannten Vorgehen zur Auslegung von Vakuumgreifsystemen zur Aufbringung einer erforderlichen Mindestgreifkraft, eine zusätzliche Auslegung zur Erreichung einer Mindesthaltedauer im Auftreten eines Energieausfalls durchzuführen.

The trend towards robotization is reflected, among other things, in the fact that more and more robots are being used for collaborative applications in addition to industrial robots, which are used behind protective fences. Since a large proportion of all industrial robots are used for handling tasks, the fenceless operation of robots creates new challenges for the design of gripping systems used for these handling tasks. Safety devices for positive-locking mechanical gripping systems are well known, but have a negative effect on the handling process due to the increased external dimensions associated with the encompassing grip. Here vacuum gripping systems have an advantage due to the one-sided grip, but do not have any safety devices that at least temporarily prevent the loss of the workpiece in the event of a power failure. In order to solve this conflict of objectives, a method for the technical design of vacuum gripping systems with a minimum holding time based on fluidic investigations is developed in this dissertation. The relevant fluidic processes, in particular leakage, are investigated in detail. The developed method uses the knowledge of the leakage of a reference system and allows statements to be made about how adaptations of the reference system to the respective handling task affect the holding time of the workpiece. The method therefore makes it possible to carry out an additional design process to achieve a minimum holding time in the event of a power failure. It is based on the known procedure for designing vacuum gripping systems for applying a required minimum gripping force.