Integration beweglicher und sensorischer Elemente in additiv gefertigte Bauteile am Beispiel eines Greifers

Am Beispiel eines für die Automatisierungstechnik zu entwickelnden Greifers soll das Potential der additiven Fertigung ausgeschöpft und Mehrwert durch Funktions- und Sensorintegration sowie Leichtbau geschaffen werden. Neben dem kraftschlüssigen Greifen und Halten von Objekten zählen unter anderem die Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien, die leichte Austauschbarkeit der Sensorik, der sensorisch erfasste Formausgleich durch die Kontaktflächen sowie die sensorisch zu erfassende Greifkontrolle zu den harten Anforderungskriterien im Lastenheft. Die geforderten 50.000 Greifzyklen sind dabei entweder über die Verwendung geeigneter Materialien unter Kombination verschiedener additiver Fertigungsmethoden anzustreben oder über eine entsprechende Austauschbarkeit der Kontaktflächen zu ermöglichen. Für den Formausgleich beim Greifen soll durch Einsatz von abrollenden bzw. federnden Elementen eine Beweglichkeit der Greifflächen um die Neutralstellung ermöglicht und über die zu integrierende Sensorik mit einer Auflösung von 0,05 Grad detektiert werden. Somit können Formungenauigkeiten der zu greifenden Elemente kompensiert und mit dem Ziel, die Elemente präzise abzulegen, über die Robotersteuerung ausgeglichen werden. Ein weiterer Schwerpunkt ist ein möglichst hoher Anteil an Integralbauweise, um Montageschritte einzusparen und eine möglichst kompakte Bauform zu realisieren. Neben der additiven Umsetzung der Formausgleichsfunktion sowie der Sensorintegration soll auch die Integration von elektrischen Leitungen in den metallischen Greifer-Grundkörper einen großen Beitrag dazu leisten.

The development of a gripper for automation applications shall exhaust the full potential of additive manufacturing, creating added value by light weight design and integration of flexible and sensory elements. Beside the force-fitted gripping and holding of objects there are also other hard requirements listed in the specification: application of corrosion-resistant materials, exchangeability of sensors, detectable shape compensation at the contact surfaces, part grip detection etc. In total there must be achieved 50.000 grip cycles, either by using appropriate materials combining different methods of additive manufacturing or by providing an exchangeability of the contact surfaces. Shape compensation shall be supported by application of rolling or rebounding elements, enabling pivoting of the gripping surface around the neutral position. The pivoting shall be detected by the integrated sensors with a resolution of 0.05 degree in order to compensate shape deviations of the workpiece, aiming at a precise workpiece placement. Another top priority is a high proportion of integral design, leading to reduced assembly effort and a very compact structural shape. Beside application of additive manufacturing for compensation of shape deviations and integration of sensor, this shall be realized by creation and integration of electrical cables inside of the metallic gripper base body.