CN115397735A - 与包装相关的改进 - Google Patents

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CN115397735A CN202180026405.0A CN202180026405A CN115397735A CN 115397735 A CN115397735 A CN 115397735A CN 202180026405 A CN202180026405 A CN 202180026405A CN 115397735 A CN115397735 A CN 115397735A
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A·V·福勒
R·D·塔斯马
S·T·戴利
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Lucky Global Ltd
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Abstract

一种适于由用于包装产品物品的机器人定位设备承载的末端执行器，末端执行器适于在使用中将顶部开口的细长容器(管)保持在倒置定向，其中管具有封闭底端和开口顶端；末端执行器包括：至少一个可致动移动元件，该可致动移动元件位于末端执行器上以便邻近由末端执行器保持的管的开口端；其中，可致动移动元件被构造成可在以下位置之间操作：延伸位置，该延伸位置至少部分地在由末端执行器保持的管的开口端上方延伸，以至少部分地阻塞管的开口端；以及缩回位置，使得容器的开口端是基本上通畅的，以允许产品物品被接收在管中。

Description

与包装相关的改进
相应申请的声明
本申请基于与新西兰专利申请号763219相关提交的临时说明书，该申请的全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于将物体包装在管中并且特别地用于将水果或其它易腐烂物品/食品包装在管中的设备。
背景技术
苹果和其它水果物品传统上包装在盒子中。为了使对水果的损害最小化，通常将水果支撑在盒子内的托盘中以保持水果与相邻水果分开。单个盒子可包括一层或多层水果，每层由托盘支撑。
申请人介绍了一种通过将苹果包装在管中而不是包装在盒子中的托盘中来包装水果(苹果)的新方法。每个管通常包含两个或更多个水果物品，例如五个苹果。
管可以是圆柱形的，或者可以具有例如正方形、三角形或其它形状的截面形状。管的内部尺寸与水果的外部尺寸相称，使得在充满时，管容纳单行或单列水果。例如，在圆柱形管中，管的内径优选地稍大于水果的最大预期直径。水果的预期最大直径可以基于水果的特定品种和/或类型的已知水果尺寸分布。
将水果包装在管中可能导致包装过程的效率较低。每个水果物品都不能落入管中，因为在每个水果物品落入管中时水果之间的物理碰撞会在包装期间对水果造成损坏(擦伤)。而且，与将水果包装在盒子中不同，每个水果物品必须一次一个地添加到管中。这种包装过程可能是耗时的，因此可能增加包装过程的成本。
本发明的目的是解决一个或多个上述问题，或者至少为公众提供有用的选择。
所有参考文献，包括本说明书中引用的任何专利或专利申请，均通过引用合并于此。不承认任何参考文献构成现有技术。参考文献的讨论陈述了其作者所声称的内容，并且申请人保留质疑所引用文献的准确性和相关性的权利。可以清楚地理解，尽管本文引用了许多现有技术出版物，但这种引用不构成承认这些文献中的任何文献在新西兰或任何其它国家形成本领域公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种适于由用于包装产品物品的机器人定位设备承载的末端执行器，所述末端执行器适于在使用中将顶部开口的细长容器(管)保持在倒置定向，其中，所述管具有封闭底端和开口顶端；所述末端执行器包括：
至少一个可致动移动元件，所述至少一个可致动移动元件位于所述末端执行器上以便邻近由所述末端执行器保持的管的所述开口端；
其中，所述可致动移动元件被构造成能够在以下位置之间操作：
延伸位置，所述可致动移动元件至少部分地在由所述末端执行器保持的管的所述开口端上方延伸，以至少部分地阻塞所述管的所述开口端；以及
缩回位置，使得所述容器的所述开口端是基本上通畅的，以允许产品物品被接收在所述管中。
根据本发明的第二方面，提供了一种末端执行器，其中，所述末端执行器包括用于接收所述管的框架。
根据本发明的第三方面，提供了一种末端执行器，其中，所述可致动移动元件与所述框架的一端相邻地定位。
根据本发明的第四方面，提供了一种末端执行器，其中，所述可致动移动元件由柔软的弹性材料制成，并且能够在处于所述延伸位置时的第一形状与处于所述缩回位置时的第二形状之间弹性变形。
根据本发明的第五方面，提供了一种末端执行器，其中，所述第一形状为圆形。
根据本发明的第六方面，提供了一种基本上如上所述的末端执行器，其中，所述第二形状为非圆形或近似椭圆形。
根据本发明的第七方面，提供了一种基本上如上所述的末端执行器，其中，所述可致动移动元件是基本上环形的或者具有基本上环形的中央部分。
根据本发明的第八方面，提供了一种末端执行器，其中，所述可致动移动元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分均包括弧形部分和从所述弧形部分的每一端延伸的横向构件，所述第一部分和所述第二部分在直径上相对，其中所述第一部分的所述横向构件与所述第二部分的所述横向构件接触或相邻。
根据本发明的第九方面，提供了一种末端执行器，其中，在所述缩回位置，在所述第一部分和所述第二部分的所述横向构件的近侧或径向向内部分之间设置有间隙，并且在所述延伸位置，所述弧形部分弹性变形，并且所述第一部分和所述第二部分的所述横向构件的所述近端移动到一起以闭合所述间隙。
根据本发明的第十方面，提供了一种末端执行器，其中，所述末端执行器包括：
保持装置，所述保持装置被构造成：
夹持所述管并将所述管固定到所述末端执行器；并且
其中，所述保持装置邻近所述管的所述封闭底端地夹持所述管。
优选地，所述保持装置使所述管的横截面形状变形，以便在包装操作期间辅助产品物品在所述管内的位置的摩擦固定。
根据本发明的第十一方面，提供了一种末端执行器，其中，所述保持装置包括能够在脱离位置和接合位置之间移动的至少一个可移动部件，在所述脱离位置，所述可移动部件不与所述管接触，并且在所述接合位置，所述可移动部件与所述管接触以挤压所述管并使所述管变形。
根据本发明的第十二方面，提供了一种末端执行器，其中，所述机器人定位设备提供至少四个自由度以相对于待包装的产品物品沿着x轴、y轴和z轴移动所述末端执行器并且使所述末端执行器围绕水平轴线在倒置定向和直立定向之间旋转。
根据本发明的第十三方面，提供了一种产品包装装置，其中，所述装置包括控制器，所述控制器被编程为：
i)控制定位设备以将所述末端执行器在x方向和y方向上以倒置定向竖直地定位在待包装的第一产品物品上方；并且竖直向下移动所述末端执行器以将所述第一产品物品接收在所述末端执行器内的所述管中；以及
ii)如果需要，将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置以将第一水果物品保持在所述管中，然后一旦在所述管内，将所述可致动移动元件致动到所述缩回位置以将所述第一水果物品保持在所述管内；以及
iii)控制所述定位设备以竖直向上移动所述末端执行器。
优选地，所述定位设备可以是机器人的形式。
然而，可以设想，在本发明中可以采用能够在三维空间中移动末端执行器的其它定位设备。
根据本发明的第十四方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述控制器还被编程为：
iv)控制所述定位设备以在所述x方向和y方向上移动所述末端执行器以将所述末端执行器竖直地定位在另一水果物品上方，并且竖直向下移动所述末端执行器，以与所述另一水果物品相邻或接触地定位下一个水果物品；
v)将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置；
vi)控制所述定位设备以继续竖直向下移动所述末端执行器，以将另一产品物品接收在所述末端执行器内的所述管中；
vii)将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置，以将所述第一水果物品和所述另一水果物品保持在所述管中；以及
viii)控制所述定位设备以使所述末端执行器竖直地向上移动；以及
ix)重复步骤iv)至viii)，直到所述管是满的。
根据本发明的第十五方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述控制器还被编程为：
x)当所述管是满的时，控制所述机器人定位设备以将所述末端执行器从所述倒置定向旋转到直立定向，以将所述管的开口端定位在最上面，并且将所述末端执行器移动到释放区域，以从所述末端执行器释放所述管。
根据本发明的第十六方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述控制器还被编程为控制所述机器人定位设备以使所述末端执行器竖直向上移动，以从所述末端执行器释放所述管。
根据本发明的第十七方面，提供了一种基本上如第十方面所述的产品包装装置，其中，所述控制器还被编程为：
将所述保持装置致动到接合位置，以在所述管的封闭端附近夹持所述管并使所述管的横截面形状变形，使得阻止所述第一产品物品进入所述管的所述封闭端处的空间。
根据本发明的第十八方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述控制器还被编程为：
控制所述机器人定位设备以将所述末端执行器从所述倒置定向旋转至直立定向，以将所述管的开口端定位在最上面，并且将所述末端执行器移动至释放区域；以及
将所述保持装置致动到脱离位置以释放所述管。
根据本发明的第十九方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，所述装置包括分隔单元以将所述产品物品间隔开并且将分隔的产品物品或物品分组呈现到所述机器人定位设备的可及包络。
根据本发明的第二十方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述分隔单元将产品物品/产品分组以二维阵列间隔开。
根据本发明的第二十一方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述分隔单元包括传送器，所述传送器被构造成以与所述机器人定位设备的所述可及包络相符的方式呈现所述产品物品/产品分组。
根据本发明的第二十二方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，在步骤i)中，所述控制器被编程为控制所述机器人定位设备以使所述末端执行器在产品物品上方竖直移动并且以所述传送器的速度在传送方向上移动，使得所述末端执行器竖直地保持在所述产品物品上方。
根据本发明的第二十三方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述传送器包括承载多个间隔开的保持器的连续环路，每个保持器适于保持单个产品物品。
根据本发明的第二十四方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述保持器在传送方向上间隔开并且与所述传送方向正交，以便以二维阵列呈现所述产品物品。
根据本发明的第二十五方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述装置还包括与所述控制器通信的感测装置以感测或检测每个产品物品的数据点，所述控制器被编程为：
在存储器中存储与保持所述产品物品的所述分隔单元的相应保持器相关联的每个产品物品的数据点；
基于每个产品物品的所述数据点控制所述机器人定位设备和所述末端执行器以包装每个产品物品。
根据本发明的第二十六方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述保持器由弹性软材料形成。
根据本发明的第二十七方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，每个保持器被构造为包括从基部延伸的侧壁的杯状物，其中，所述壁的上端呈现用于接收产品物品的边缘。
根据本发明的第二十八方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述壁是雉堞状的以具有内壁部分和外壁部分。
根据本发明的第二十九方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，所述保持器包括从所述边缘径向向外延伸并且围绕所述边缘间隔开的突片，并且其中，当所述末端执行器向下移动以将水果物品接收在所述管中时，所述末端执行器的末端接触所述突片。
根据本发明的第三十方面，提供了一种基本上如上所述的产品包装装置，其中，每个保持器是整体构件。
根据本发明的第三十一方面，提供了一种用于包装产品物品的产品包装装置，所述装置包括传送设备，所述传送设备具有至少一个连续环路装置和附接到所述连续环路装置的多个间隔开的保持器，每个保持器适于支撑单个产品物品，所述保持器在所述传送设备的纵向方向和横向方向上间隔开，使得所述产品物品以二维阵列布置在离散位置。
根据本发明的第三十二方面，提供了一种可致动移动元件，其中，所述可致动移动元件由柔软的弹性材料制成。
根据本发明的第三十三方面，提供了一种基本上如上所述的可致动移动元件，其中，所述可致动移动元件能够在处于所述缩回位置时的第一形状与处于所述延伸位置时的第二形状之间弹性变形。
根据本发明的第三十四方面，提供了一种基本上如上所述的可致动移动元件，其中，所述第一形状是圆形。
根据本发明的第三十五方面，提供了一种基本上如上所述的可致动移动元件，其中，所述第二形状为非圆形或近似椭圆形。
根据本发明的第三十六方面，提供了一种可致动移动元件，所述可致动移动元件包括基本上环形的中央部分，其中两个横向延伸的相对臂沿着环形的中央部分的中轴线定位。
根据本发明的第三十七方面，提供了一种可致动移动元件，所述可致动移动元件包括基本上环形的中央部分，其中两个横向延伸的相对臂沿着环形的中央部分的中轴线定位，其中，所述中央环形部分由两个半部构成，每个半部沿着所述中央环形部分的中轴线形成，所述中轴线与横向延伸的相对的环定位所沿的所述中轴线正交。
根据本发明的第三十八方面，提供了一种可致动移动元件，所述可致动移动元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分均包括弧形部分和从所述弧形部分的每一端延伸的横向构件，所述第一部分和所述第二部分在直径上相对，其中所述第一部分的所述横向构件与所述第二部分的所述横向构件接触或相邻。
根据本发明的第三十九方面，提供了一种用于支撑在运输中以进行包装的产品的保持器，所述保持器包括：
-当在横截面中观察时，至少部分圆锥形、至少部分锥形或至少部分半圆形的(一个或多个)壁；以及
-至少一个基本上水平向外突出的突片，所述突片位于所述圆锥形或半圆形的(一个或多个)壁的顶部边缘上；
其中，所述保持器由柔软的弹性材料制成。
根据本发明的第四十方面，提供了一种基本上如上所述的保持器，其中，具有六个水平突出的突片。
根据本发明的第四十一方面，提供了一种基本上如上所述的保持器，其中，至少部分圆锥形、至少部分锥形或至少部分半圆形的(一个或多个)壁被截顶。
根据本发明的第四十二方面，提供了一种基本上如上所述的保持器，其中，所述(一个或多个)壁的底部连接到基部。
根据本发明的第四十三方面，提供了一种基本上如上所述的保持器，其中，当从上方/下方观察时，所述基部是基本上环形的。
根据本发明的第四十四方面，提供了一种基本上如上所述的保持器，其中，至少部分锥形的或至少部分半圆形的(一个或多个)壁是雉堞状的，以具有通过腹板连接的内壁部分和外壁部分。
根据本发明的第四十五方面，提供了机器人定位设备(rpa)的用途，以在维度上定位用于接收待包装的制品的容器。
优选地，所述制品是产品物品。
优选地，所述机器人定位设备还移动所述容器以将所述待包装的制品插入所述容器中。
优选地，所述机器人定位设备还控制末端执行器，以使得所述待包装的制品能够进入所述容器中。
优选地，所述机器人定位设备还控制末端执行器以将所述待包装的制品保持在所述末端执行器中。
在整个说明书中，词语“包括”或其变体例如“包含”或“含有”应理解为暗示包括所述的元件、整体或步骤，或元件、整体或步骤的组，但不排除任何其它元件、整体或步骤，或元件、整体或步骤的组。
本发明的其它方面和优点将从仅以示例方式给出的随后描述中变得显而易见。
定义
在下文中，术语“机器人”应当被理解为表示具有一个或多个关节的操纵器或工业机器人，所述机器人尤其能够执行平移和/或旋转运动，使得机器人的一个或多个末端执行器具有不同的位置(空间位置或位置)。平移和/或旋转运动可以包括沿着一个或多个轨道的运动，机器人的部件/臂(连杆)在所述轨道上被引导。因此，即使这样的轨道也形成运动链意义上的关节，其描述了机器人移动的可能性。这里使用的术语“机器人”可以理解为表示包括笛卡尔机器人/台架机器人、SCARA机器人/水平铰接机器人、圆柱形机器人/圆柱坐标机器人、球机器人/球坐标机器人、铰接机器人的设备。通常，如本文所使用的术语“机器人”或“机器人定位设备”可以被理解为是指被构造成以至少四个自由度移动的设备，包括三个平移自由度和至少一个旋转自由度。
本文所用的术语“柔软”是指材料屈服于物理压力的能力。
本文所用术语“弹性”是指材料在由于所施加的力而变形之后恢复其原始形状的能力。
附图说明
本发明的其它方面将从随后的描述中变得明显，该描述仅通过示例的方式并参考附图给出，其中：
图1示出了用于将管状容器保持在倒置定向的末端执行器。保持装置被构造为待联接到机器人臂的末端执行器；
图2示出了图1的保持装置的侧视图；
图3示出了图1的末端执行器的相对于图2的视图成90度观察的另一侧视图；
图4示出了沿图2中所示的线A-A的纵向截面图；
图5示出了沿图2中所示的线B-B的横向截面图；
图6示出了沿图2中所示的线C-C的横向截面图；
图7示出了形成包装组件的一部分的机器人臂和末端执行器；
图8示出了图1的末端执行器的纵向截面图和侧视图，该末端执行器将苹果接收在由保持装置保持的管状包装内；
图9示出了图1的将苹果保持在管状容器内的末端执行器的纵向截面图和侧视图，其中当沿所示箭头的方向移动时，末端执行器定位在待接收在由末端执行器保持的管状容器内的第二苹果上方；
图10示出了图1的将两个苹果保持在管状包装内的末端执行器的纵向截面图和侧视图，其中当末端执行器沿所示箭头的方向移动时，保持装置定位在待接收在由末端执行器保持的管状容器内的第三苹果上方；
图11示出了图1的末端执行器的纵向截面图和侧视图，其中被保持在保持装置内的管状包装装满苹果；
图12示出了如左手侧所示的图1的末端执行器如箭头所示旋转以将管状包装的开口顶部定向为如右手侧所示在最上面；
图13示出了图1的末端执行器的纵向截面图和侧视图，其中满的管状包装定向成其开口顶部定位在最上面，以准备供保持装置释放满的包装；
图14示出了满的管状包装在充满时的纵向截面图和侧视图；
图15是根据本发明的另一方面的优选实施方式的产品包装装置或系统的部分分解图；
图16至图21示出了由图15的产品包装装置的分隔单元(singulation unit)执行的分隔操作；
图22示出了根据本发明的另一方面的优选实施方式的用于保持单个产品物品的保持器的立体图、俯视图、侧视图和截面图。
具体实施方式
图1至图7示出了末端执行器1，该末端执行器用于将顶部开口的细长容器或管2保持在倒置定向，以用于包装物品，例如水果或蔬菜，包括苹果和西红柿，以及其它产品物品(这里称为产品或产品物品)。
末端执行器1适于附接到如图7所示的机器人定位设备的末端。
如图7所示，示出了包装组件4的一部分，该包装组件包括铰接的机器人臂3形式的至少一个定位设备和相关的末端执行器1。
该铰接的机器人臂3能够在3维空间中移动末端执行器。
再参考图1至图6，末端执行器1包括用于接收管状容器2的框架5。框架5优选在两端开口。所示实施方式的框架5被构造为筒体。筒体在纵向侧面上基本上是封闭的。如图2所示，所示的末端执行器1包括位于一侧的纵向窗口8。
框架可以以其它方式构造，例如构造为由一系列纵向构件形成的保持架，所述纵向构件通过一个或两个或更多个横向环而保持在一起。
在框架5的外侧设置联接器6，以将末端执行器附接到机器人定位设备。该联接器优选地是快速释放联接器，并且可以是已知的标准联接器。
框架5具有用于接收管状容器2的孔。该孔的内部尺寸(例如直径)稍大于管状容器的外部横向尺寸(直径)。如图2所示，当框架5竖直布置时，容器2也可以以直立构造保持在该框架中，其中容器的纵向轴线A-A基本竖直(例如如图4所示)。
如图5所示，保持装置包括一对插塞(ram)10a形式的直径上相对的可移动部件，所述一对插塞可经由气动缸10在延伸位置和缩回位置之间致动。
在脱离位置，插塞10a均与管2的相对两侧脱离接触。在接合位置，插塞10a移动以接合管的相对两侧，并通过挤压在一起而使管的横截面形状变形。靠近或邻近管2的封闭端处使管状容器2的横截面形状变形的保持装置可在包装操作期间当更多的水果被引入管中时有助于水果在管状容器内的相对位置的摩擦固定。
替代的保持装置可以包括单个可移动部件9，该可移动部件适于例如抵靠框架的与可移动部件9相对的一侧接合并挤压管状容器。
末端执行器1还具有邻近框架的一端的至少一个可致动移动元件7。在管状容器被接收在框架中的情况下，可致动移动元件位于末端执行器1上，以便邻近管状容器2的开口端。
可致动移动元件7具有由柔软的弹性材料制成的两个相对的部分7a、7b-参见图6。
可以看出，每个部分7a、7b具有弧形中央区段，其中横向构件7La、7Lb从弧形中央区段的凸形侧径向向外延伸。
部分7a、7b在直径上相对，并且示出为处于延伸(打开)位置，其中，弧形中央区段形成基本上圆形的形状(环形形状)。
环形形状的圆周基本上与管的圆周相同或稍大于管的圆周。因此，在该延伸位置，末端执行器1使得管能够接收苹果或其它产品物品。
可致动移动元件7和部分7a、7b通过气动缸9和相关的插塞9a在以下位置之间移动：
-图6所示的延伸(打开)位置；以及
-图8所示的从侧面观察的缩回(闭合)位置；
在延伸位置，通过沿图6中箭头Y所示的方向缩回插塞9a，横向构件7La、7Lb的近端朝向彼此移动。
插塞9a的这种缩回具有使由部分7a、7b的中央弧形区段形成的环形变形为椭圆形形状的效果，由于椭圆形形状的较窄尺寸，椭圆形形状在管2的开口上延伸以将苹果保持在其中。
图8和图11示出了处于缩回(闭合)位置的可致动移动元件7。在闭合位置，元件7至少部分地在管2的末端上延伸到当倒置的管在管2的开口顶部面向下的情况下被提升时能够将水果物品保持在管2内的程度。
因此，在缩回位置，可致动移动元件7防止诸如苹果之类的产品物品穿过管状容器2的开口端。
应当理解，在一些实施方式中，可致动元件7可以在缩回位置和延伸位置之间移动而不变形。
部分7a、7b的横向构件被接收在框架5的侧壁中的凹部中，如图11所示。
如上所述，优选地，可致动移动元件7由柔软的弹性材料形成。例如，可致动移动元件由诸如由天安生物材料有限公司制造和销售的商标为ENMAT的聚羟基-丁酸酯-戊酸酯(PHBV)生物聚合物形成。选择材料以提供与水果表面的相对柔软和弹性的接触，从而避免或降低损坏水果的风险。
包装操作
参照图8至图14描述包装操作。包装操作是在末端执行器1附接到机器人臂3或其它机器人定位设备(未示出)的情况下执行的。
机器人定位设备3提供至少四个运动自由度，使得机器人定位设备适于在x、y和z平移方向上移动末端执行器以在3维空间中定位末端执行器，并且包括至少一个旋转方向(例如，滚动)以允许末端执行器围绕水平轴线旋转以被倒置。x方向可以是水平方向，y方向可以是与x方向正交的水平方向，并且z方向是竖直的。
在包装操作开始时，将管状容器2接收在末端执行器1中。
例如，机器人臂3或其它机器人定位设备可以将末端执行器1移动到管分配器(未示出)，以从框架5的上端或下端接收管。
替代地，人可以将管状容器插入或放置到框架5中。
管状容器2被接收在末端执行器1的框架5中，其中管状容器的闭合(底部)端在最上面，即，容器由机器人定位设备保持在倒置定向，其中容器的开口顶部面向下。
机器人定位设备在3维空间中将末端执行器1/框架5中的倒置管2移动到被支撑在支撑表面上的产品物品，例如苹果A。
机器人定位设备使末端执行器1/框架5定向，并因此使管状容器2竖直地定向，并将框架5定位在产品物品A的正上方。在管状容器2的开口端定位在产品物品A的正上方的情况下，机器人定位设备3使末端执行器1降低到产品物品A上方，以将产品接收在管状容器2的开口端中，如图8所示。
一旦产品物品A被接收在管状容器2中，可致动移动元件7被致动到缩回位置以将产品物品A捕获并保持在末端执行器内的管状容器2中。
然后，机器人定位设备提升末端执行器1以从支撑表面S(图7中示出)拾取水果，并移动末端执行器以将末端执行器1定位在第二或另外的产品物品的正上方，如图9中所示。
通过将末端执行器1降低到第二产品物品上，末端执行器1拾取第二产品物品。当末端执行器被降低到第二产品物品的高度时，一旦第一产品物品与第二产品物品接触或相邻，可致动移动元件7就移动到延伸(闭合)位置，以防止第一产品物品从末端执行器1的框架5掉落。
机器人定位设备3继续降低末端执行器1，直到第二产品物品被接收在管状容器2中为止-见图10。当第二产品物品进入管状容器2时，第二产品物品将第一产品物品进一步移位到容器2中。
一旦第二产品物品被接收在管状容器2中，可致动移动元件7可被致动到缩回位置以将第二产品物品和第一产品物品保持在管状容器2中。然后机器人定位设备3提升并向下移动末端执行器1以拾取另一产品物品。
具有末端执行器1的机器人定位设备以这种方式继续拾取另一产品物品，直到管状容器是满的，如图11所示。
当装满时，管状容器2接收五个苹果A，如图11所示。
图11示出了可致动移动元件7处于缩回位置，以将最下面的苹果并因此将所有苹果保持在管状容器2内。
然后，具有末端执行器1的机器人定位设备3从支撑表面S提升最后的产品物品，并且机器人定位设备3如图12中的箭头所示旋转末端执行器1，以将管状容器的开口顶部定位在最上面，如图13所示。
优选地，末端执行器1具有保持装置，该保持装置被构造成如上所述地夹持倒置的管状容器。
在该过程期间，保持装置10在管状容器2的封闭端附近继续使管状容器2的横截面形状变形。这有助于确保产品物品A基本上不沿着管状容器2落入或移动到容器的末端处的空间中。管状容器从开口顶部面向下的倒置定向纠正或扭转到开口顶部在最上面的正向上定向。
保持装置经由气动缸10和插塞10a略微夹紧管状容器2，使得产品物品A基本上被保持在保持装置10和可致动移动元件9之间-在旋转期间，夹紧有助于：
确保管中的最上面的产品物品被阻止/限制进入管的封闭端处的空间，以防止对所述产品物品的潜在损坏-即，当将末端执行器从倒置定向旋转到直立定向时产品物品被损坏/擦伤的风险。
此外，这种夹紧可以在末端执行器旋转时防止产品沿着管状包装滚动或移动，并且防止产品在管状容器内变得不对准，即，可以维持产品物品的期望定向。
例如，诸如苹果的产品物品可以以水果的茎干面向下地相对于末端执行器呈现在表面上。保持装置10确保水果茎干向上地呈现在管状容器中。其它定向可以是期望的，例如，朝向管状容器的显示窗口呈现水果上的红色。
机器人定位设备3将末端执行器1移动到释放区域以从末端执行器释放管状容器。
一旦管状容器2处于正向上，保持装置10可致动到脱离位置以将管2从其夹紧构造释放并且允许产品可控地掉落以搁置在管状容器2的封闭底部上。
然后，机器人定位设备3由于保持装置10的脱离而将末端执行器1提升离开管状容器2，如图13中的箭头所示。
图14示出了装满苹果的管状容器2。可以将盖子施加到容器的开口顶部上以完成包装操作。
本领域技术人员将理解，提供控制器(例如可编程逻辑控制器(PLC))以控制机器人定位设备3的移动和插塞9a、10a的致动。控制线路从电源被提供给致动器9、10，例如来自加压气动供应装置的气动线路，该加压气动供应装置由控制阀控制，该控制阀又由控制器控制。
控制器可以在机器人定位设备的内部或外部。
图15提供了产品包装装置或系统100的部分分解图。产品包装装置包括至少一个机器人定位设备3和如上所述的末端执行器1(图15中未示出)以及用于分隔提供给产品包装装置4的产品的分隔单元101。
分隔单元101将产品(未示出)分开以将产品至少在一行或一排中间隔开。
在所示的实施方式中，分隔单元将产品分开以将产品在两个维度上间隔开，即，以二维阵列间隔开。产品物品在x方向和y方向上间隔开，如传送带151中的孔150所示。
对于具有末端执行器1的至少一个机器人定位设备3中的每一个，将分隔的产品呈现到可及包络(可及区域)，使得产品可以被包装在保持在末端执行器1中的管状包装中，如上所述。
产品在传送表面上充分地间隔开，使得末端执行器1可以在不接触相邻产品物品的情况下被降低到单个产品物品上方。
图15至图22示出了由分隔单元101执行的分隔操作。如图16所示，产品(在所示的示例中是苹果)从进料传送器102提供给分隔单元。
进料传送器102将产品朝向通道屏障103传送，以将产品分成至少一列或一路的产品，并且优选地分成如图所示的相邻的多路产品。
进料传送器102可包括一个或多个传送设备以在传送方向上移动产品。在所示的实施方式中，进料传送器是传送带。
产品继续在进料传送器102上沿着即将由通道分隔器103限定的通道朝向分开装置104(该分开装置包括通道分隔器103和可移动止动块105)(图17)传送，以在分隔单元101的纵向或传送方向(y方向)上将产品物品间隔开。
产品物品沿着由通道分隔器103限定的通道继续，直到它们到达止动块105，如图17所示。
一旦产品物品接触或邻近止动块105，止动块105就被降低以在其上表面上接收产品，如图18所示。
然后，止动块被升高以将产品提升到止动块105的下游侧的斜坡表面106上方，如图19所示。
止动块105的上表面朝向下游的斜坡表面106向下倾斜，使得当处于升高位置时，单个产品物品沿止动块和斜坡表面移动以被接收在保持部件或保持器108上，如图20和图21所示。
在所示的实施方式中，分开装置包括止动挡板107。当产品物品沿着斜坡表面106移动时，挡板107接触产品物品，使得产品物品以受控的方式被接收在保持器108中。
在接触产品物品之前，挡板108保持在固定或初始位置，例如如图19所示。当产品物品沿着斜坡表面106移动时，产品接触挡板107，如图20和图21所示，并且将挡板移动远离固定或初始位置，以允许产品继续沿着斜坡移动并移动到保持器108上。该挡板可以是柔性的，或者可以是可移动地安装的，例如安装在枢轴上。优选地，挡板被偏压到固定或初始位置，并且在产品上提供轻微接触以防止损坏产品。可以提供其它装置以将产品分开或分隔成一个或多个间隔开的列或行。
在所示的实施方式中，分隔单元101还包括分隔传送器109。分隔传送器包括承载保持器108的连续传送环路或传送带110(参见图21)。
保持器108沿着传送带110在传送方向上间隔开。在所示实施方式中，分隔传送器包括保持器108，这些保持器108沿着传送带110在传送方向上间隔开，并且横跨传送带与传送方向正交，以在两个维度上间隔开，从而以二维阵列将产品物品呈现给机器人定位设备和末端执行器。
每个保持器保持单个单独的产品物品并且表示在传送器上(或在二维阵列中)的位置。在图21中，仅示出了少量的保持器108，然而本领域技术人员将理解，所示的分隔传送器将具有更多的保持器，这些保持器位于图15中由分隔传送器中的孔所标识的位置处。
一旦产品物品被接收在相应的保持器中，产品被分隔并且准备由机器人定位设备3拾取以被接收在由如上所述的末端执行器1承载的管中。
产品被充分地间隔开，使得末端执行器1可以在不接触相邻产品物品的情况下降低到单个产品物品上方。
机器人定位设备3被控制以将末端执行器1以倒置位置竖直地定位在产品物品上方，并且在传送方向(y)上以传送器的速度移动，使得当机器人定位设备3使末端执行器1在产品物品上方竖直向下移动时，末端执行器1保持竖直地在产品物品上方，以将产品物品接收在末端执行器1中。
一旦被接收在末端执行器1中，机器人定位设备3从保持器108提升水果物品，同时仍然以传送器109的速度在传送方向上移动。一旦被接收在末端执行器中并被从保持器提升，机器人定位设备3就被控制以移动以将末端执行器1定位在待包装的下一个产品物品上方，并且重复在沿传送方向同时移动时向下然后向上的竖直移动。
在包装操作中，产品物品在到达分隔传送器109的末端之前可以不被包装。到达传送器的末端的任何产品物品可被收集并返回到进料传送器102以再次被分隔以用于包装。产品物品可以被收集在容器中并且例如通过人返回到进料传送器。
图22示出了保持器108的一个实施方式。保持器108由柔软的弹性材料形成，使得产品物品被接收在保持器108上而不被损坏。弹性材料可以是硅橡胶或其它合适的弹性材料。保持器是整体构件(单个部件)，例如整体模制构件。
保持器108被构造为具有上边缘120的杯状物，单个产品物品放置在该上边缘上。在所示的实施方式中，杯状物包括从基部122延伸的侧壁121，并且壁的上端呈现为用于接收产品物品的边缘120。产品物品可以接触壁121的上部区域上的内表面或边缘。基座122附接到连续传送器110。
在所示的实施方式中，壁121是截头圆锥形的，然而其它形状也是可能的，例如圆柱形。壁121是雉堞状的以具有内壁部分123和外壁部分124。这种形式在内壁部分和外壁部分之间具有腹板125，因此对于给定的产品尺寸具有较长的壁，以有助于提供用于接收产品物品的柔软且弹性的衬垫。所示实施方式还具有从边缘120径向向外延伸的突片126。突片126还有助于提供用于接收产品物品的柔软且弹性的衬垫。
保持器108还具有向外突出的周向凸缘127，壁121和基部122在该周向凸缘处相交，这有助于将产品支撑在保持器内。
如图8和图11所示，当末端执行器1向下移动以将产品物品接收在管中时，末端执行器1的末端接触突片126。该接触可以限定使可致动元件7移动至缩回位置的高度。
保持器108被构造成使得产品物品位于保持器108上足够高，以使得产品物品以产品物品的最宽周边部分在可致动元件7下方的方式被接收在末端执行器1内，使得当可致动元件7移动至缩回(闭合)位置时，产品物品被在可致动元件7上方捕获在管2内。
如上所述，为了帮助确保产品在包装操作期间不被擦伤或以其它方式损坏，保持器108由弹性软材料制成。
优选地，保持器108可以由诸如由天安生物材料有限公司制造和销售的商标为ENMAT的聚羟基-丁酸酯-戊酸酯(PHBV)生物聚合物制成。PHBV生物聚合物是生物基的和生物可降解的。
包装装置100包括传感器装置111(图15)以感测或检测分隔的产品物品中的每个产品物品。装置100还包括与传感器装置通信的具有存储器的控制器，并且该控制器被构造成在存储器中存储与保持产品物品的相应保持器108相关联的每个产品物品的数据点。
在优选实施方式中，分隔单元101以二维阵列呈现产品物品，并且控制器在存储器中存储二维阵列中每个位置的数据点。每个位置可以由x、y坐标表示。当传送器在传送方向上移动分隔的产品时，控制器可以跟踪或更新x、y坐标。
机器人定位设备3将末端执行器1移动到保持器108的上方，以基于与保持器相关联的产品物品的数据点收集产品物品。
数据点可以是二进制指示符，以指示产品物品存在于或不存在于保持器108上。如果数据点指示存在产品物品，则控制器控制机器人定位设备3以将末端执行器1移动到保持器108以拾取产品物品。
本发明还可以广义地说成是由在本申请的说明书中单独地或共同地提及或指出的部件、元件和特征、两个或更多个所述部件、元件或特征的任何或所有组合构成。
本发明的各方面仅通过示例的方式描述，并且应当理解，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对本发明进行修改和添加。

Claims (31)

1.一种适于由用于包装产品物品的机器人定位设备承载的末端执行器，所述末端执行器适于在使用中将顶部开口的细长容器(管)保持在倒置定向，其中，所述管具有封闭底端和开口顶端；所述末端执行器包括：
至少一个可致动移动元件，所述至少一个可致动移动元件位于所述末端执行器上以便邻近由所述末端执行器保持的管的所述开口端；
其中，所述可致动移动元件被构造成能够在以下位置之间操作：
延伸位置，所述延伸位置至少部分地在由所述末端执行器保持的管的所述开口端上方延伸，以至少部分地阻塞所述管的所述开口端；以及
缩回位置，使得所述容器的所述开口端是基本上通畅的，以允许产品物品被接收在所述管中。
2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，所述末端执行器包括用于接收所述管的框架。
3.根据权利要求2所述的末端执行器，其中，所述可致动移动元件与所述框架的一端相邻地定位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述可致动移动元件由柔软的弹性材料制成，并且能够在处于所述延伸位置时的第一形状与处于所述缩回位置时的第二形状之间弹性变形。
5.根据权利要求6所述的末端执行器，其中，所述第一形状为圆形。
6.根据权利要求4或5所述的末端执行器，其中，所述第二形状为非圆形或近似椭圆形。
7.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述可致动移动元件是基本上环形的或者具有基本上环形的中央部分。
8.根据权利要求7所述的末端执行器，其中，所述可致动移动元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分均包括弧形部分和从所述弧形部分的每一端延伸的横向构件，所述第一部分和所述第二部分在直径上相对，其中所述第一部分的所述横向构件与所述第二部分的所述横向构件接触或相邻。
9.根据权利要求8所述的末端执行器，其中，在所述缩回位置，在所述第一部分和所述第二部分的所述横向构件的近侧或径向向内部分之间设置有间隙，并且在所述延伸位置，所述弧形部分弹性变形，并且所述第一部分和所述第二部分的所述横向构件的所述近端移动到一起以闭合所述间隙。
10.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述末端执行器包括：
保持装置，所述保持装置被构造成：
夹持所述管并将所述管固定到所述末端执行器；并且
其中，所述保持装置邻近所述管的所述封闭底端地夹持所述管。
11.根据权利要求10所述的末端执行器，其中，所述保持装置包括能够在脱离位置和接合位置之间移动的至少一个可移动部件，在所述脱离位置，所述可移动部件不与所述管接触，并且在所述接合位置，所述可移动部件与所述管接触以挤压所述管并使所述管变形。
12.一种产品包装装置，所述产品包装装置包括机器人定位设备和根据权利要求1至11中任一项所述的末端执行器，其中，所述机器人定位设备提供至少四个自由度以相对于待包装的产品物品沿着x轴、y轴和z轴移动所述末端执行器并且使所述末端执行器围绕水平轴线在倒置定向和直立定向之间旋转。
13.根据权利要求12所述的装置，所述装置包括控制器，所述控制器被编程为：
i)控制所述机器人定位设备以将所述末端执行器在x方向和y方向上以倒置定向竖直地定位在待包装的第一产品物品上方；并且竖直向下移动所述末端执行器以将所述第一产品物品接收在所述末端执行器内的所述管中；以及
ii)如果需要，将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置以将第一水果物品接收在所述管中，然后一旦在所述管内，将所述可致动移动元件致动到所述缩回位置以将所述第一水果物品保持在所述管内；以及
iii)控制所述机器人定位设备以竖直向上移动所述末端执行器。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述控制器还被编程为：
iv)控制所述机器人定位设备以在所述x方向和y方向上移动所述末端执行器以将所述末端执行器竖直地定位在另一水果物品上方，并且竖直向下移动所述末端执行器，以与所述另一水果物品相邻或接触地定位下一个水果物品；
v)将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置；
vi)控制所述定位设备以继续竖直向下移动所述末端执行器，以将所述另一产品物品接收在所述末端执行器内的所述管中；
vii)将所述可致动移动元件从所述缩回位置致动到所述延伸位置，以将所述第一水果物品和所述另一水果物品保持在所述管中；以及
viii)控制所述机器人定位设备以使所述末端执行器竖直地向上移动；以及
ix)重复步骤iv至viii，直到所述管是满的。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述控制器还被编程为：
x)当所述管是满的时，控制所述机器人定位设备以将所述末端执行器从所述倒置定向旋转到直立定向，以将所述管的开口端定位在最上面，并且将所述末端执行器移动到释放区域，以从所述末端执行器释放所述管。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述控制器还被编程为控制所述机器人定位设备以使所述末端执行器竖直向上移动，以从所述末端执行器释放所述管。
17.根据从属于权利要求10时的权利要求13至16中任一项所述的装置，其中，所述控制器还被编程为：
将所述保持装置致动到接合位置，以在所述管的封闭端附近夹持所述管并使所述管的横截面形状变形，使得阻止所述第一产品物品进入所述管的所述封闭端处的空间。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述控制器还被编程为：
控制所述机器人定位设备以将所述末端执行器从所述倒置定向旋转至直立定向，以将所述管的开口端定位在最上面，并且将所述末端执行器移动至释放区域；以及
将所述保持装置致动到脱离位置以释放所述管。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的装置，其中，所述装置包括分隔单元以将所述产品物品间隔开并且将分隔的产品物品或产品物品分组呈现到所述机器人定位设备的可及包络。
20.根据权利要求19所述的装置，其中，所述分隔单元将所述产品物品/产品分组以二维阵列间隔开。
21.根据权利要求19或20所述的装置，其中，所述分隔单元包括传送器，所述传送器被构造成以与所述机器人定位设备的所述可及包络相符的方式呈现所述产品物品/产品分组。
22.根据权利要求21所述的装置，其中，在步骤i)中，所述控制器被编程为控制所述机器人定位设备以使所述末端执行器在产品物品上方竖直移动并且以所述传送器的速度在传送方向上移动，使得所述末端执行器竖直地保持在所述产品物品上方。
23.根据权利要求21或22所述的装置，其中，所述传送器包括承载多个间隔开的保持器的连续环路，每个保持器适于保持单个产品物品。
24.根据权利要求23所述的装置，其中，所述保持器在传送方向上间隔开并且与所述传送方向正交，以便以二维阵列呈现所述产品物品。
25.根据权利要求23或24所述的装置，其中，所述装置还包括与所述控制器通信的感测装置以感测或检测每个产品物品的数据点，所述控制器被编程为：
在存储器中存储与保持所述产品物品的所述分隔单元的相应保持器相关联的每个产品物品的数据点；
基于每个产品物品的所述数据点控制所述机器人定位设备和所述末端执行器以包装每个产品物品。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的装置，其中，所述保持器由弹性软材料形成。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的装置，其中，每个保持器被构造为包括从基部延伸的侧壁的杯状物，其中，所述壁的上端呈现用于接收产品物品的边缘。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述壁是雉堞状的以具有内壁部分和外壁部分。
29.根据权利要求27或28所述的装置，其中，所述保持器包括从所述边缘径向向外延伸并且围绕所述边缘间隔开的突片，并且其中，当所述末端执行器向下移动以将水果物品接收在所述管中时，所述末端执行器的末端接触所述突片。
30.根据权利要求23至28中任一项所述的装置，其中，每个保持器是整体构件。
31.一种用于包装产品物品的产品包装装置，所述装置包括传送设备，所述传送设备具有至少一个连续环路装置和附接到所述连续环路装置的多个间隔开的保持器，每个保持器适于支撑单个产品物品，所述保持器在所述传送设备的纵向方向和横向方向上间隔开，使得所述产品物品以二维阵列布置在离散位置。
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