抓夹装置以及抓夹装置的应用的制作方法

本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分所述的、构造得可沿运动路径运动的抓夹装置，该抓夹装置用于抓住和夹持工件以及使工件沿运动路径运动。本发明还涉及一种对这种抓夹装置的应用。

从机器人、工厂自动化和材料处理的技术领域中广泛已知这种抓夹装置。为了使各种工件运动而在运动路径上的第一位置上抓夹并且然后带至在运动路径的与第一位置不同的第二位置上，这种抓夹装置作为工作机构通常借助构造用于抓夹的臂或者爪实现，其对(通常是气动式的或者电磁式的)驱动做出反应形成与工件的(与工件摩擦配合和/或形状配合地作用的)作用对，然后通过抓夹装置的运动也实现工件的(随同的)运动。

根据运动或者输送目的、工件的类型、轮廓或者表面构成的不同，采用已知的抓夹原则之一是有利的，其中，在工件的性质之外，其他的边界条件例如(用于抓夹或者运输运动的)循环时间、循环数或者待确保的使用寿命或者其他的环境条件(如湿度、低温或者灰尘的承受能力)也产生影响。

由现有技术中已知作为前提，原则上为这种抓夹目的使用借助磁性形状记忆合金(也被称为msm＝magneticshapememory)实现的致动器；为了这个目的以已知方式、尤其通过合适的包围致动器晶体(aktorkristall)的线圈，对线圈通电做出反应而可以膨胀的致动器用于抓夹工件，其中，相对于气动式的或者电磁式实现的抓夹器系统，msm材料的优点在于驱动运动的反应时间和运动速度。

所有被认为是这种的和已知的致动器器件和所属的驱动和控制原理还是共同的，即致动器器件必须配设耗费的外围单元包括管线，如气动系统的流体(压力)管线和在电磁式或者基于msm的系统中的电线及所述线圈。然而这种额外的管路设施正好在具有高速度、大运动节拍数和/或在有压力的使用环境中使用的系统中受引起较高磨损的负荷的不利影响，这通常限制了相应于有效的运行时长实现的系统，或者决定了维护和返修间隔，这正好是在工业式输送、物流和制造环境中值得改进的。

此外，在已知抓夹装置上的所述管线和驱动设施的这种配设使得运动组件、例如构成第一和第二接触部段的臂或者爪额外地受运动的质量的负荷，使得抓夹装置的动力表现被影响。因此，磁式的msm致动器的可能的潜在(切换)速度优势部分地又由此被削弱，使得在整个系统范围内在msm晶体以及管线上为磁场作用所需的线圈器件提高了整个系统的机械惯性。相应地对于电机式或者气动式的致动器器件适用的是，其运动性(或者加速性)一样被所说的管线设施影响或者限制。

因此本发明要解决的技术问题在于，实现一种按照独立权利要求前序部分所述的抓夹装置，其既在可运动地构造的抓夹装置的设计简单方面有改进，又在抓夹装置的动力学方面尤其通过为致动器器件减小运动的质量和降低管线设施的影响有改进。在此，尤其实现一种可运动地构造的抓夹装置，其适用于工件的工业式输送和运输目的，其在可实现的工件速度和加速度方面、尤其在减小节拍和循环时间方面有改进，同时显示出更低的磨损和更长的使用寿命，并且实现设立运行安全的、较少维护的和在构造上可以简单实现的抓夹系统。

上述技术问题通过具有独立权利要求的特征的抓夹装置解决。有利的改进设计方案在从属权利要求中说明。还要求对使用这种按照本发明的抓夹装置的抓夹系统的在本发明的范围内独立的保护，其尤其和有利地可以用于工业式制造和输送技术的目的。

以按照本发明有利的方式，将驱动力加在第一接触部段上的和因此使其为驱动作用对的、由磁性形状记忆合金材料制成的致动器器件与磁场生成器件共同作用，磁场生成器件从抓夹装置转移出去，即不机械式地与在合适的爪或者臂上构造成接触部段的抓夹器体机械式连接，而是与抓夹器体分开地和优选不动地配设。在此并不排除，抓夹装置自身、约在抓夹器体上也具有(额外的)磁场生成器件。本发明的重要优点、并且在此作为优选的实施方式实现的是，为了产生(抓夹器侧的)致动器器件的磁场作用，按照本发明配设的磁场生成器件与抓夹器体分开地，并且在此优选地配设在静止的、对应于在运动路径上的点位的位置上，就在该位置上实现共同作用。换句话说，按照本发明的措施，在抓夹装置位于该点位上或者与其相邻时，不动的、转移出去的磁场生成器件允许用于致动器器件的磁场作用的磁性的共同作用，磁场生成器件位于在所述点位上构造和配设，以便在该点位上就可以以已知的方式进行磁场感应的、磁性形状记忆合金的膨胀或者压缩，用于实现建立(或者解除)到工件的作用对。通过磁场生成器件相对于抓夹装置和致动器器件的按照本发明的静止的(或者机械式独立地必要时可以在其他方面运动的)配设，磁性共同作用仅在磁场器件的相应的点位上进行。在沿运动路径的另外的点位上不进行这种磁性的交互作用，但在通过在磁场生成器件的不动的点位上的磁性的共同作用实现预期的工件的抓夹或者解除，然后在沿运动路径的另外的运动过程(和点位)仅允许在抓夹装置上夹持工件时，这种磁性的交互作用尤其也是不必要的，然而其中在本发明的范围中不必要有磁场作用。按照改进设计方案配设的具有(额外的)磁场生成器件的、运动路径的另外的(第二)点位就作为目标点位允许与致动器器件的(重新的)磁性的共同作用，以便解除或者交出(之前被容纳的)工件。

按照本发明的措施的明显的优点主要在于，用于与致动器器件的磁性共同作用的或者用于磁场作用的磁场生成器件(因为不再是抓夹装置的运动的部件)不必作为运动的质量、自身不必加速，并且因此显著地改进装置的机械动力性质。此外显著地简化了实现抓夹装置的抓夹器体的结构，因为其必须以最简单的形式仅实现接触部段并且合适地容纳或者锚固用驱动力作用在第一接触部段上的致动器器件，相反的是，电磁式线圈器件以及电管线，作为补充地或者备选地还有(可能影响重量的和脆性的、因此碰撞有危险的)永磁体作为典型的磁场生成器件不动地或者因而不运动地配设，相应地不影响显著的磨损表现并且如所述地不削弱系统的动力学性质。

在此，在本发明的实现可能性的范围内，对按照本发明的作用对做广泛和全面的理解；其中既应包括第一或者第二接触部段在(近似可以任意构造的)工件的合适的(外)表面上的夹、摩擦或者类似的侧向的抓取，也包括(形状配合实现的)携带、嵌接或者锁定在合适的槽、底切、凸起部或者工件类似的抓取部段中，其中，相应于在夹住或者夹持时预期的作用可以相应地设计或者构造第一或者第二接触部段。

在本发明的优选改进设计方案的范围内，接触部段借助钳式作用的抓夹器实现，并且在此优选地配设用于夹住或者夹持工件的夹爪或者夹臂，然而这种设计方案是优选的，而不应局限地理解。在进一步优选的设计方案中，可以用平的、基本上金属的和/或由塑料材料制成的抓夹器体以尤其合适的方式实现本发明，这带来简单的可制造性和不易受干扰的较高的连续负载能力和较低的制造成本。在此既可以想到一体式的设计方案(基本上通过塑料材料注塑实现的弓架的方式，其具有用于构成接触部段的臂，然后将作为致动器器件的msm体合适地定位在可弹性运动的臂之间)，备选地也能想到在多件式抓夹器体的组件之间具有一个或者多个铰链或者关节部段的设计方案，其中，该部段然后再在合适的位置上为了形成和施加驱动力连接实现接触部段的机械组件。根据为实现抓夹器体和其对于(基本上在一体式实现的抓夹器的情况中的)变形或者多体的倾向使用的材料的不同，本领域技术人员相应于各处理目的而选择合适的构造和配置，其中，借助伸长的(单型(einfach)或者多型(mehrfach))物体用于磁场感应的沿延伸方向的膨胀和收缩实现按照本发明的致动器器件是在实现中的优选的变型设计方案，然而本发明也并非受限于这种实施方式。

在本发明和按照改进设计方案的实际实现中有利的是，尤其在抓夹器上或者在抓夹器中为致动器器件分配复位和/或弹簧器件，该器件用其力的表现(kraftverhalten)叠加于致动器器件的力；在最简单的情况中弹簧基本上机械式地平行于msm体在抓夹装置的实现接触部段的臂或者爪之间张紧。该弹簧器件就可以合适地设计或者安装，用于实现甚至在致动器器件的磁场作用结束之后(基本上在电磁体断电之后或者在抓夹装置在空间上从用配设为不动的磁场生成器件磁性作用的抓取中移出之后)对工件的夹持：即基本上在物体的磁场感应的膨胀之后若磁场作用结束，物体仍然保持在膨胀的位置中，则安置于受驱动的接触部段上的工件的(持续的)力的作用通常不再可能。在此，拉力或者压力弹簧的基本上合适地事先布设的(持久的)弹簧力就起作用并且在此辅助在该系统范围内的工件的按照本发明的夹持。

在该复位器件或者弹簧器件(其中，基本上也可以合适地用可以磁场作用的、例如相对指向的形状记忆合金材料替代机械式的弹簧)的具体的、按照改进设计的方案中，一方面改进式地配设并且有利的是，该复位器件或者弹簧器件的复位力或者弹簧力如下设置，使得可以实现在没有场作用的状态中的、通过磁场作用膨胀的msm体的压缩(复位)。以此就必须使磁场作用在致动器器件膨胀时始终克服该复位的(弹簧)，然而有利的是可以实施一种msm体装置，其中，仅一维的并且垂直于膨胀方向(通常是伸长地构造的致动器晶体(aktorkristall)的纵向或者延伸方向)地进行磁场作用。因为在布局或者设计时除了弹簧性质之外msm体的磁力学性质也是重要的，所以在这种变型设计方案中所谓的孪生应力(也称为twinning-stress)、即用于复位的不需要磁场的机械力，合适地通过材料选择构造并且适配于弹簧力。

这相应地在实施配属于致动器器件的复位器件或者弹簧器件的备选步骤时也适用。若其按如下所示地布置，即以此配设的抓夹器在磁场作用之后保留在其激活的点位中(并且没有由复位器件或者弹簧器件复位，基本上是因为其具有相比于孪生应力较弱的弹簧力)，则以相应高地设计或者布置的孪生应力得到在工件上或者在工件处的潜在较高的抓夹力。这种配置的复位(或者闭合)于是优选地通过以相对于第一磁场方向垂直的磁场作用布置磁场进行，这可以通过磁场生成器件的合适的设计或者定位配设，其基本上在沿运动路径的实现松脱或者放置的第二点位上。这种变型设计方案的优点在于，以此实现的抓夹装置甚至不必从(在此单稳态的)初始点位外打开或者移出，这又可以实现潜在的速度优势。然而因为基本上由材料的孪生应力确定，所以抓夹力比首先讨论的变型设计方案可能更小。

在所有情况中，致动器器件的有利的实现通过一个或者多个msm体进行，其原则上作为单晶体材料以nimnga为基质(必要时用其他配料)制造并且其用于致动器的目的认为是公知的。

在本发明的范围内用于致动器器件的磁场作用的磁场可以按照本发明地改进地永磁体式或者电磁式(或者通过该方法的结合)产生，其中，不仅可能的永磁体，而且电磁变型方案的芯器件和线圈器件都可以按照本发明地从抓夹装置分开地和从其中移出地配设，优选不动地在沿运动路径的至少一个静止的不能运动的点位上，相应于在该点位上在致动器器件上起作用的各目的地配设。

尤其地，在使用电磁式磁场生成器件时，该系统的效率还表现在，仅须在为了在与致动器器件的磁性共同作用时的磁场作用的目的而需要磁场时才进行这种电磁体的线圈器件的(在此消耗电功率的)激活；清楚的是，在沿运动路径的整个运动或者输送步骤中在用于抓夹或者松脱的站外进行对工件的不消耗能源的夹持。

最后，本发明由此以惊人的简便和有条理的方式允许已知的(借助msm致动器器件实现的)抓夹、运输和输送系统的改进设计，然而其中，用于致动器器件的磁场作用的按照本发明的向不动的点位的移出(移位)，即对真正的运动的抓夹装置的脱离，不仅在该抓夹装置的运动性和加速性方面实现显著的优点，而且也明显的减小了磨损、故障和其他功能故障。

本发明的其他优点、特征和细节由下文对优选实施例的以及参照附图的说明中得出；附图中：

图1示出按照本发明的第一实施例的抓夹装置的原理示意图，在抓夹状态(子图(a))中以及在打开状态(b)中；

图2以抓夹装置的第二实施例的类似子视图示出示意图；

图3以子视图(a)到(c)的顺序示出用图2的实施例的抓夹装置实现的抓夹系统在不同的运动和运输阶段；

图4为了表示本发明进一步的实施方式的运行方式在子视图(a)至(e)中示出具有电磁式磁场作用的方式，以及在子视图(f)和(g)中示出具有永磁式磁场作用的方式；

图5示出进一步的实施例的原理示意图，其具有带三个致动器的抓夹器；

图6示出本发明的进一步的实施例，具有实现所示抓夹器打开和闭合的两个msm致动器组合件。

根据图1和图2阐述本发明的可能的原理性实施方式(不构成在变型设计方案范围方面的限制)。在图1的第一实施例中示意性示出的抓夹装置具有由两个绕关节10向对方可以摆动地连接的夹臂12、13构造的抓夹器16，其借助在臂12、14的自由端部上构造的爪部段18或者20的对而具有接触部段，接触部段用于与(在图1中未示出的)工件共同作用。

以所示方式伸长地构造的msm晶体物体22由表现出磁性形状记忆行为的nimnga合金制成，其按如下所述地连接臂12、14，即通过横向于致动器元件22的延伸方向产生的磁场(图1(b)中箭头44)的产生使得msm晶体沿延伸方向膨胀。这种长度的变化以所示方式使得臂12、14的对叉开，使得在子视图1(b)中抓夹器为在爪上或者在那里构造的接触部段18、20上容纳工件而打开。图1还示出，晶体物体22的膨胀，以抵抗(示意性示出的和)机械式平行于msm晶体物体22地与臂12、14连接的拉力弹簧26的复位力，拉力弹簧在其力的表现方面按如下所述地构建，使得在示意性用箭头24在图1(b)中示出的磁通势结束时进行msm致动器22向其收缩的初始状态(图1(a))的返回。额外地通过弹簧26实现的是，在爪18、20之间基本上在图1(b)的叉开的位置中保持的工件作为输送物时，即使当在磁通势24结束的情况下通过msm材料自身不再产生力时弹簧保证压紧力和保持力。

图2再次以子视图(a)和子视图(b)示出用于实现在本发明范围内的抓夹装置的第二实施例。在此首先有抓夹器体30一体式地由具有弓架或者弧形部段32和布置在其上的臂部段34、36的塑料材料构造；在臂部段34、36的自由端部的区域中又构成有爪部段38、40作为接触部段用于与(在此为筒形的、以俯视图示出的)工件42共同作用。伸长地构造的msm晶体物体44作为致动器器件按如下所述设计，即作为对(垂直于纵向、再次在子视图(b)中以箭头24表示的)磁通势的响应，进行沿纵向或者延伸方向的膨胀；子视图2(b)示出作为对磁场作用的响应和构成物44的膨胀实现的钳式的抓夹器体30的变宽，结果是，爪部段38、40从工件42上松脱并相应地释放工件42。

重要的是，为磁场24的产生而示意性示出的磁场生成器件46(图2(b)，其中基本上类似于图1(b)中通过致动器组合件22产生的磁通)不是在图1或者图2中所示的抓夹装置的部件，或者不以任何方式机械式地与抓夹器16或者30连接，以此也不与其一起运动。

确切地，下文中作为进一步的实施方式并且在用按照本发明的抓夹装置构造的抓夹系统的范围内示出的视图以及沿运动路径的运动步骤的顺序表明了移出的磁场作用、即通过在此配设为不动的磁场生成器件的按照本发明的功能性。

图3具体地示出，磁场生成器件52以在两侧为与伸长的磁性msm体54共同作用构造为致动器器件的永磁体52的形式如何不动地固定在支承板50上，由此与在图3中可运动地示出的抓夹装置56无关地地点不变地安装。永磁体52按如下所述地构造，即其可以如子视图3(b)所示，当msm晶体物体54相邻于并且以此处于与永磁体52的直接的磁性作用的嵌接中时，在msm晶体物体54中产生沿以符号式示出的箭头队列58的(永磁体式的)磁场。

在图3所示的实施例中，抓夹器56设计为(具有安装在其中的晶体物体54的)一体式构造的弓架或者框架元件，其中，关节式地在弓架部段60上相互连接的臂62、64分别在在其自由的端部上构造有第一接触部段66和第二接触部段68，其被成形用于抓夹或者夹持在此构造为筒形物体的工件70作为运输物。通过连接梁部段72在臂62、64上固定的晶体物体54作为致动器被选择和设计为，作为对磁场作用的响应进行收缩、即沿晶体的延伸方向的长度缩短，如在子视图(b)中所属箭头74所示。相应地，该收缩导致钳式的抓夹器的闭合，其作用是接触部段66、68为抓夹和夹持运输物70向彼此运动和在晶体54的缩短的运行位置中、即通过在晶体中的孪生应力保持工件70。

在所示实施例中，抓夹器54既沿箭头方向76向上和向下可运动地支承，又绕所属的导引轴线78水平地、就是说平行于基板50的平面地可以摆动。

图3的子视图(a)至(c)的顺序表示相应的运动运行：抓夹器56以按照(a)扩开地示出的方式沿导引件78向下地和主要套侧地围绕待抓夹和进而然后待运输或者待运动的工件70地行进，如子视图(b)所示。在抓夹器56朝着位于下方的平的支承件50向下运动时，致动器54落入不动地和静止地固定在底部50上的永磁体条带52的对之间，使得该磁场生成器件的永久磁场在子视图(b)的运行状态中磁性地与晶体54共同作用，使得进行通过箭头74示意性表示的缩短。相应于该驱动力向对方运动的臂52、54以其在端侧配设的并且指向工件的接触部段66、68抓在工件70的侧面上并且在此形成附着力或者固持力。抓夹装置56后续的沿箭头76的向上方向的再次举升结合沿箭头方向78的摆动，然后导致被保持在爪端部部段66、68之间工件70被携带，并且相应于配设的运动和运输目的然后可以将工件70定位在配设的松脱或者放置位置上。在图3的实施例中为此配设在支承件50的左侧区域中示出的、不动的额外的磁场生成器件80，其形式为另外的永磁体装置。具体地，在抓夹器56的沿箭头方向78的摆动运动和后续的(再次的)朝着支承板50的下降的进一步的运行中，晶体54与另外的永磁体形成嵌接。这指示出通过箭头队列82表示的按如下所述的磁化，即与通过永磁体52导致的晶体的纵向磁通相反地进行横向磁通，其在所示的实施例中导致msm晶体材料的膨胀以及臂62、64以及端侧的接触部段66、68的受迫分开。然后其从运动载荷70上松脱，使得运动载荷70被以配设的方式放置。

在图4的示意图中将该过程在磁通关系方面作为补充地示出，其中，作为对在图3中磁场生成器件52作为永磁体的设计的备选，附图4的子视图(a)至(e)在图4中示出电磁装置，电磁装置构造有在纵向剖切视图中弓架形示出的芯结构86，其可产生磁场地分配地具有通过合适的控制电流可通电的线圈器件88。在图4中的附图标记90表示基本类似于图1、图2或者图3构造的抓夹单元，其具有示意性以侧视图示出的(在此伸长地垂直于图4的附图面延伸的)msm晶体物体92，并且具有用于与作为抓夹物或者运输物的(例如又构建为圆柱形的)工件70合适地夹持地共同作用的接触部段94。

在图4(a)至(e)中示出的技术的功能如下所述：抓夹器90(图面中向下)向不动的磁场生成器件86、88运动时，线圈88通电，使得相应于箭头队列96地产生电磁场。如子视图(b)所示，一旦抓夹器90到达电磁芯98的上部臂98，电磁式产生的场96就流通msm构成物，并且(叉式或者钳式作用的)抓夹器90闭合，其中，示意性示出的接触部段94朝着工件70的侧面为对其抓夹而运动。

图4的子视图(c)示出的运行状态中，在线圈88的仍然激活的电磁场96中抓夹器90到达最低点；在抓夹器的端侧的接触区域94上已进行物体70的夹持。

如在子视图(d)中所示，在抓夹器90重新举升和携带工件70之前通过禁用经过线圈单元88的线圈电流进行磁场作用96的禁用。通过晶体物体92的孪生应力使得接触部段94还是保持在物体70上的夹持，使得其在继续禁用磁场作用的情况下在子视图(e)中沿运动路径举升并且可以被携带用于进一步的运输。

子视图(f)和(g)示出形式为具有导引永磁体磁通104的芯部段102的示意性示出的永磁体装置100，像磁场生成器件可以备选地构造地那样；在此，进一步改进子视图(a)至(e)的实施例，永磁体式的磁场生成器件在此也可以布置在(在此基本上用于载荷70从抓夹器90上松脱的)第二点位上，其中，在从子视图(f)向(g)的过渡中与晶体92共同作用的磁通104可以按如下所述构造，即基本上可以在运行状态(g)中通过晶体物体92的膨胀消除夹持状态并且在此松脱或者释放工件70。

本发明不限制为所述的弓架式或者钳式构造和作用的抓夹装置或者抓夹原理，确切地说其仅仅是示例性的并且按照具体的使用情况合适地构造。

因此，附图5示出作为多重抓夹器的本发明另外的实施例，其居中地由支座110支承，具有形式为三个分别伸长的msm晶体棒112a、112b和112c的致动器组件的抓夹器(分别)响应磁场作用，可以以端侧的接触部段114a至114c与(例如在干净的内侧面上抓取的)工件嵌接地抓取。在此对必要的设计、即为磁场生成选择合适的器件和(以合适地配设的弹簧的形式)构造必要时回位或者复位没有限制。

以图6的抓夹器120示意性地示出本发明的进一步的变型设计方案。弓架式地由塑料材料构造的物体122以自由的端部部段124、126基本上以前述方式适当地可以为抓夹工件构造或者配置。在所示实施例中为用于压开或者合起臂的msm晶体物体128平行地分配第二msm晶体物体130，使得致动器组成件130(在合适的磁通的情况下)可以复位地使得msm晶体物体128膨胀或者收缩，或者反之亦然。

以此表明，可以任意设计在本发明的范围内的抓夹装置的抓夹或者驱动、夹持和运动原理并且不受所示实施例的限制。除了从外部嵌接的原理，基本上也可以实现从内部在工件上或者在工件内抓取地嵌接的抓夹原理，如图5的实施例。除了一体式的一个(通常配设弹性的材料变形的抓夹器体如图2)关节之外，可以配设一个或者多个关节(图1)，其中，对于这种原理的选择重要的还有材料选择；除了所提及的塑料体之外，基本上可以简单地通过注塑或者类似的适于大批量方法制造，尤其也可以是金属的抓夹器设计，其中，此外基于按照本发明的磁场生成移出以进入抓夹装置之外的不动的区域中的所有的实现方式共同之处在于，使真正运动的抓夹装置可以简便地清洁、不易受到干扰并且尤其也可以有利地用于洁净室要求或者卫生要求。