CN117062694A - 利用气流分拣废弃物的机器人系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明构思基于发明人的如下认识，即，通过提供一种用于机器人系统的分拣设备，可以改进重型物体的拾取和释放，该分拣设备具有两个管，这两个管伸缩地布置并且利用弹簧装置弹性地分离。本发明构思包括一种利用机器人臂和抽吸夹持系统执行分拣的方法和系统。

Description

利用气流分拣废弃物的机器人系统和方法

技术领域

本发明涉及分拣领域。更具体地，本发明涉及在用于分拣的过程中用作拾取和放置装置的抽吸夹持器。具体而言，本发明涉及一种机器人抽吸夹持器。

背景技术

工业和家庭废弃物被视为资源并且越来越多地被分拣，以便回收并再利用有用的部件。机器人分拣技术用于将大量垃圾混合物自动分拣至正确的再循环部分中。为了接收同类的、未污染的再循环部分，需要可靠的分拣技术。

机器人抽吸夹持器是用于通过以足够的空气流动强度将集中的气流施加到物体表面的一部分以将物体保持到夹持器来拾取和移动物体的机构。存在的要分拣的物体可以例如是较重的物体、具有不规则形状的物体、小物体或具有穿过物体的气流的物体；所有这些物体都在有效且牢固地夹持并且运输到指定的下落位置方面给出了挑战。重型物体的分拣由于其可能使夹持系统过载且可能有损坏夹持系统的风险而给出了额外的挑战，并且需要技术来准确评估机器人抽吸夹持器的操作状态。

因此，在废弃物分拣领域中，需要改进的机器人分拣系统和方法。

发明内容

因此，本发明力求解决至少一些上述问题并且消除或至少减轻利用真空分拣机分拣废弃物领域中的一些缺点。

本发明构思基于发明人的如下认识，即，通过提供一种用于机器人系统的分拣设备，可以改进重型物体的拾取和释放，该分拣设备具有两个管，这两个管伸缩地布置并且利用弹簧装置弹性地分离。

在第一方面中，上述目的通过用于废弃物材料的机器人真空分拣系统来实现。该系统包括：机器人臂，适于以三维方式移动；以及抽吸夹持构件，经由流动通道流体地联接到气流发生系统，构造成夹持要分拣的物体。该系统进一步包括：第一管和第二管，伸缩地布置并且能够在收缩状态与伸展状态之间移动；弹簧装置，用于在第一管和第二管上施加使第一管和第二管朝向伸展状态的轴向力；以及过滤器，用于阻止物体气流发生系统被朝向气流发生系统抽吸/被吸入到气流发生系统中。此外，第一管联接到机器人臂，并且抽吸夹持构件联接到第二管并且构造成与第二管一起在伸展位置与收缩位置之间移动。气流发生系统进一步适于使气流反向以抛出(eject，排出，顶出)物体，并且弹簧装置构造成当气流反向时将第一管和第二管从收缩状态移动到伸展状态，以便产生额外的抛出运动。

因此，提供了一种系统，该系统允许移动机器人臂以邻接要分拣的物体，并且进一步推动抽吸夹持构件抵靠要分拣的物体，其中两个管朝向收缩状态移动。这将减少机器人臂上的磨损并且同时确保抽吸构件良好地配合到要分拣的物体上，使得可以利用来自气流发生系统的力将要分拣的物体提升起来。具有两个伸缩布置的管的设计将在确定物体表面的位置并且因此确定机器人臂应该朝向物体移动多长时间方面增加可接受的误差幅度。误差幅度的增加将使得拾取物体的成功率更高，而且还使得能够以更低成本或更简单的方式对要分拣的物体的表面位置进行计算。可以通过收缩状态下两个管的重叠量来设置该误差幅度。例如，重叠量可以是20mm至200mm或者优选地是40mm至120mm。

此外，通过具有在第一管和第二管上施加使第一管和第二管朝向伸展状态的轴向力的弹簧装置，这些管可以保持在伸展状态，直到这些管与要分拣的物体接合。

在本申请的上下文中，机器人臂应被解释为可以在限定的工作区域内移动的任何可控的移动装置。这包括例如能够在一个地方拾取物体并且将该物体放置在另一个地方的任何关节式或坐标式机器人。此外，在本申请的上下文中，抽吸夹持构件应该被解释为柔性构件，该柔性构件构造成当被推靠在要分拣的物体上时紧靠要分拣的物体，使得该柔性构件适应要分拣的物体的表面。抽吸夹持构件可以是例如吸盘、橡胶喷嘴或类似物。夹持构件可以在多次提升中使用之后或在损坏时更换，以便确保朝向要分拣的物体紧密地配合。此外，气流发生系统应被解释为可以产生气流(例如，抽吸气流或吹送气流)的任何系统。气流发生系统可以是例如可逆泵、压缩机、风扇或其他单元。

此外，在本申请的上下文中，管应该被解释为具有主体和内部中空部分的任何类型的主体。如所示出，该形式可以是柱形，但是在其他实施方式中可以具有另一种形式，例如正方形/矩形/三角形截面形状。

在本申请的上下文中，弹簧装置应被解释为能够施加弹簧力的任何构件。如所示出，这可以是沿着圆形分布来分布的多个螺旋弹簧。在其他实施例中，弹簧装置可以是与例如第一管和第二管同轴并且围绕第一管和第二管布置的单个螺旋弹簧。其他可以想象的解决方案可以包括本身具有弹性的材料，诸如橡胶。

此外，在本申请的上下文中，真空应该被理解为负压，即低于环境压力的压力，而不一定是纯真空状态。真空或负压是抽吸气流和抽吸夹持构件处气流堵塞的结果。在本申请的上下文中，“夹持”应该被解释为通过负气压将物体保持到抽吸夹持构件。表示某物“联接到……”的术语包括某物彼此直接或间接机械地联接。可以存在中间构件和形成这种机械联接的一部分的部分，也可以不存在这样的中间构件或部分。

在另一个实施方式中，机器人真空分拣系统包括传感器，该传感器配置成确定第一管相对于第二管的位置状态。

因此，该系统可以获得输入数据以确保抽吸夹持构件以紧密地配合的方式抵靠要分拣的物体。此外，即使该系统被提供有来自例如相机或其他输入设备的关于要分拣的物体的高度指示，该高度指示也可以通过感测第一管和第二管之间的伸缩重叠以及来自机器人臂的位置数据来校正。

在一个实施方式中，传感器适于测量由弹簧装置施加在第一管和第二管上的轴向力，以确定第一管相对于第二管的所述位置状态。在一些实施方式中，传感器可以与弹簧装置成一体。在其他实施方式中，传感器可以是感测第一管与第二管之间的力或相对位置的独立单元。在一些实施方式中，传感器可以是电容式或电感式传感器。在一些实施方式中，传感器可以用于指示第一管和第二管已经到达端部位置(收缩状态)。由此，可以防止机器人臂更用力地推向要分拣的物体，从而不损坏分拣系统的任何部分，包括抽吸夹持构件、机器人臂本身或者甚至传送带。

在另一个实施方式中，传感器适于检测要分拣的物体的成功夹持和/或在夹持重量超过预定值的物体时的过载状态。

因此，系统可以检测物体何时太重而无法分拣，以便避免物体意外掉落。附加地或替代地，传感器可以用于确定拾取是否成功或者是否应该执行新的尝试。

可选地，机器人真空分拣系统可以进一步包括重量传感器，该重量传感器配置成测量要分拣的物体的重量。然后，被夹持的物体的重量可以用于检测要分拣的物体的成功夹持和/或在夹持重量超过预定值的物体时测量过载状态。在一些实施方式中，可以确定来自弹簧装置的力和来自气流的力的大小，以使得当抽吸夹持构件与具有可接受重量的要分拣的物体接合时，第一构件和第二构件保持伸展状态。然而如果物体的重量过大而使得物体将第二管拉入到相对于第一管的伸展状态，则物体太重而无法提起并且传感器可以发出过载状态的信号。过载状态可能意味着，由于物体的重量，物体掉落的风险增加。

在又一个实施方式中，机器人真空分拣系统包括压力传感器，该压力传感器配置成感测流动通道中的空气压力以检测空气堵塞。因此，可以通过压力传感器检测流动通道中空气的任何堵塞(或泄漏)。泄漏可能表明一个或多个部件需要修理或更换。如果检测到正确的堵塞，则将能够确定要分拣的物体的成功夹持。

在一个实施方式中，传感器配置成发起警告信号，以便警告用户一个或多个部件(诸如抽吸夹持构件或第二管)需要维护或更换。传感器可以放置在流动通道中的任何位置。传感器可以放置在夹持系统中或朝向气流发生装置的下游(在吸入流中)。

在另一个实施方式中，第一管和第二管处于伸展状态，直到在接合要分拣的物体时由于真空而产生的力使第一管和第二管转换到收缩状态。

通过利用弹簧装置施加轴向力而使得这些管处于伸展状态，在抽吸夹持构件接合到要分拣的物体上时，能够实现全阻尼范围。因此，从伸展状态到收缩状态的可收缩范围可用于阻尼。

在另一个实施方式中，流动通道中的截面流动开口构造成避免流动通道中的压力下降。在一些实施方式中，这是通过避免吸入流上游的任何孔径缩减来实现的。在一些实施方式中，流动通道的不同部分中的孔径基本上是相同的。因此，由气流发生装置产生的流量可以在整个流动通道中保持基本上相等。

在另一个实施方式中，机器人真空分拣系统包括布置在流动通道中的过滤腔体，所述过滤腔体具有比流动开口更大的截面，并且其中过滤器开口等于或大于流动通道中的截面流动开口。因此，过滤器也不会构成流动限制，因为过滤器中的流动开口的总和与流动通道的其他部分中的流动开口相同或更大。在一些实施方式中，过滤器是宽网格过滤器，仅过滤截面距离大于例如0.1mm、0.5mm、1mm或5mm的物体。

在另一实施方式中，第一管由具有第一磨损系数的材料制成，并且第二管由具有较小的第二磨损系数的材料制成。因此，第二管可能在第一管磨损之前磨损。通过包含具有不同磨损系数的两个管，可以使用无润滑设计。在这种应用中，无润滑设计是优选的，因为较小的颗粒经常积聚在被润滑的细节部分中。

磨损系数是指示材料比较耐磨还是比较不耐磨(或易于磨损)的表示方式。较大的系数表明材料的耐磨性较好，并且较小的系数表明材料更易于磨损。例如，聚乙烯的磨损系数为约1.3x 10^-7，并且硬工具钢的磨损系数为1.3x 10^-4。描述这一点的另一种方式是材料的耐磨损性。

在一个实施方式中，第一管由金属制成，并且第二管由聚合物材料制成。在另一个实施例中，第一管可以由铝制成，并且第二管可以由例如PU或ABS制成。

优选地，第一管和第二管由刚性材料制成，以便避免变形。这些管的变形可能导致不期望的径向运动，从而导致要分拣的物体无意中掉落的风险。因此，提供具有抗弯曲性的刚性材料的装置引起较少的意外掉落。

在一个实施方式中，第一管和第二管在伸展状态下轴向重叠至少10mm，优选至少20mm轴向重叠，并且最优选30mm轴向重叠。因此，第一管和第二管可以是径向稳定的，以避免在径向方向上的意外移动。

在另一个实施方式中，第一管与第二管之间的径向距离小于1mm，优选小于0.5mm，最优选小于0.1mm。因此，该设计将减少两个管之间的空气泄漏量。

在一个实施方式中，流动通道布置在第一管和第二管内部。因此，除了实际的第一管和第二管之外，不需要任何进一步的流动通道引导。因此，第一管和第二管既可以用于允许空气流动，阻尼抽吸夹持构件与要分拣的物体之间的冲击，又可以用于在阻尼期间以及在要分拣的物体的抛出期间引导第一管相对于第二管的轴向运动。

在另一个实施方式中，机器人真空分拣系统包括多个第一管和多个第二管，多个第一管和多个第二管构成伸缩地布置并且能在收缩状态与伸展状态之间移动的多个第一管和第二管管对。因此，可以有几个管起到对抽吸夹持构件与要分拣的物体之间的冲击进行阻尼的作用，并且在阻尼期间以及在要分拣的物体的抛出期间引导第一管相对于第二管的轴向运动。由此，还可以增加夹持构件的稳定性。

在一个实施方式中，多个第一管和第二管管对围绕机器人真空分拣系统的竖直中心轴线均匀分布，并且其中流动通道布置在与多个第一管和第二管管对分离的柔性管中。因此，阻尼和引导布置成提供最大的稳定性。

根据本发明构思的第二方面，本发明的目的通过用于控制根据上述任何实施方式的机器人真空分拣系统的方法来实现。该方法包括以下步骤：识别要分拣的物体；施加通过抽吸夹持构件的抽吸气流；使机器人臂朝向要分拣的物体移动，使得抽吸夹持构件与要分拣的物体接触。该方法进一步包括：借助于要分拣的物体来限制气流通过抽吸夹持构件中的开口；至少部分地压缩弹簧装置，并且利用抽吸气流使第一管和第二管朝向压缩状态移动；利用抽吸气流保持要分拣的物体；以及使机器人臂朝向分拣位置移动。最后，该方法包括以下步骤：使气流反向并且利用弹簧装置将第一管和第二管推向伸展状态，并且由此将要分拣的物体朝向分拣位置抛出。

该方法的优点在很大程度上类似于如上所述系统的优点。大体上，该方法将减少机器人臂上的磨损并且同时确保抽吸构件良好地配合到要分拣的物体上，使得抽吸构件可以通过来自气流发生系统的力被提升起来。此外，该方法在确定物体表面的位置并且因此确定机器人臂应该朝向物体移动多长时间方面增加了可接受的误差幅度。

在一个实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：当抽吸夹持构件与要分拣的物体接触时，通过使第一管和第二管朝向压缩状态移动来对抽吸夹持构件与要分拣的物体之间的冲击进行阻尼缓冲。

因此，分拣系统的部件可以获得更长的技术寿命，因为部件的磨损和应力可以随着第一管和第二管的阻尼运动而降低。

在一个实施方式中，当识别要分拣的物体时，也可以例如利用近红外系统或其他视觉装置识别材料，并且当将要分的物体朝向分拣位置移动时，使用与识别的材料相关联的加速度或速度曲线。在其他实施方式中，计算重量并且用于选择移动物体的适当速度或加速度曲线。因此，可以避免重型物体在分拣方法期间掉落。

在又一个实施方式中，该方法进一步包括利用反向气流清洁过滤器的步骤。因此，过滤器不必手动清洁。此外，过滤器将在气流被朝向分拣位置引导时被清洁，这将允许过滤器中的任何颗粒朝向分拣位置抛出。

在一个实施方式中，该方法进一步包括以下步骤：确定和/或测量要分拣的物体的重量，并且使带有要分拣的物体的机器人臂以与所确定的物体重量相关的加速度朝向分拣位置移动。因此，具有小重量的物体可以以高加速度(快速)被分拣，并且具有较大重量的物体可以以较低加速度(较低速度)被分拣，从而引起较少的掉落。总而言之，这将引起更有效的分拣操作，因为尽可能提高速度缩短了分拣时间，并且减少重型物体的掉落次数也缩短了分拣所花费的总时间。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：基于要分拣的物体所确定或测量的重量选择加速度极限，并且使带有要分拣的物体的机器人臂以不超过计算的加速度极限的加速度朝向分拣位置移动。本申请上下文中的措辞“选择”应被解释为包括简单地从基于重量的列表或函数中选择加速度值或者基于重量计算加速度极限。在一些实施方式中，来自气流的吸力可以用于计算加速度极限。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：优选地利用压力传感器确定是否执行了对要分拣的物体的成功夹持，并且如果没有成功夹持，则向监督控制装置报告真空分拣系统中出现错误。因此，系统可以重新开始尝试夹持要分拣的物体和/或在未能成功夹持物体时向系统发送警告信号。

需要强调的是，术语“包括/包含”在本说明书中使用时，用于指定所述特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、部件或其组的存在或添加。权利要求中使用的所有术语都应根据其在技术领域中的普通含义进行解释，除非在此另有明确定义。对“一/一个/该[元件、装置、组件、装置、步骤等]的所有引用”应公开解释为指元件、装置、组件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。

附图说明

作为实施例，现在将参照附图描述本发明的实施方式，在附图中：

图1示出了根据本发明构思的一个实施方式的用于分拣废弃物的机器人真空分拣系统。

图2示出了根据一个实施方式的夹持系统的纵向截面。

图3示出了根据一个实施方式的具有弹簧装置和传感器的夹持系统的示意图。

图4示出了根据一个实施方式的夹持系统的示意图。

图5示出了该方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式使得本公开将是彻底且完整的并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。在附图中示出的特定实施方式的详细描述中使用的术语并不旨在限制本发明。在这些图中，相似的数字指的是相似的元件。

图1示出了根据本发明构思的一个实施方式的用于分拣废弃物的机器人真空分拣系统10。机器人真空分拣系统10包括机器人臂100，该机器人臂用于使夹持系统200在限定的工作区域内移动并且特别是在要分拣的物体400与多个分拣位置500、502、504之间移动。图中的分拣位置是三个不同的容器500、502、504。容器的数量可以更少或更多并且容器的尺寸根据要分拣的物体的估计体积而变化。

要分拣的物体400可以是有利于在回收过程中分拣的任何类型的物体。要分拣的物体可能是要回收的物体，但也可能是不可回收的物体，不可回收的物体被分拣出来，因此其他物体也可以被分拣。

在图1所示出的具体实施方式中，机器人臂包括外臂106、中间臂104和内臂102。在外壁106的外端处包括工具安装部分108。臂102、104、106用于使夹持系统200以三维方式在限定的工作区域内移动。这些臂也可以在每个接合部中既可旋转又可枢转。图中的机器人臂仅被视为说明性实施例，并且在其他实施方式中，机器人臂可以是任何类型的工业移动机器，其允许在工作区域中移动以在所述区域中拾取和放置物体。

物体被示出在传送带410上，使得物体从传送带的第一端移动到第二端。机器人臂的工作区域限定在传送带的一部分和分拣位置500、502、504上。

气流发生装置700仅在图1中示意性地示出，并且可以是任何类型的气流发生器，诸如抽吸/吹送泵或压缩机。也可以是用于不同流动方向的两个不同的泵，这两个不同的泵经由一个或多个阀连接到流动通道以便控制抽吸流和吹送流。

图2示出了根据一个实施方式的夹持系统200的侧视图中的纵向截面。夹持系统200包括第一管210和第二管220，其中第一管部分地布置在第二管220内部。在其他实施方式中，可能具有部分地插入到第一管中的第二管。

第一管210和第二管220伸缩地布置并且能够在收缩状态与伸展状态之间移动。在收缩状态下，第一管210布置成在第二管220中尽可能伸得远，并且在伸展状态下，第二管布置成使重叠量尽可能小。在收缩状态下，轴向重叠量可以是大约70mm至200mm，并且在伸展状态下，轴向重叠量可以是大约10mm至50mm。行程长度，即，收缩状态与伸展状态的重叠之差给出了完整的阻尼行程长度。

弹簧装置240布置成使得它可以在第一管和第二管上施加使第一管和第二管朝向伸展状态的轴向力。在图2中，示出了仅一个弹簧装置240。在图3中示出了4个弹簧装置。可以设想任何数量的弹簧装置。还可以有围绕第一管和第二管同轴地布置地一个弹簧装置(未示出)。可以是螺旋弹簧、弹性构件(诸如橡胶或任何其他类型的弹簧)的弹簧装置的功能是其能将第一管和第二管推向伸展状态。

在图2中的具体实施方式中，夹持系统200包括连接部分230，该连接部分流体地连接到第一管210。第一管210、第二管220和连接部分230都是中空的。第一管210、第二管220和连接装置230的腔体限定了流动通道228。如图1示意性示出，流动通道220进一步流体地连接到流动发生装置700。

第一管210包括构成第一管的孔的内部截面开口212。第二管还包括构成第二管的孔的内部截面开口222。最后，连接装置230还包括构成连接装置孔的内部截面开口232。所讨论的这些部件孔位于每个部件的最小区域处。

为了避免被抽吸通过流动通道228的气流(或其他合适的气体)的不希望的压降，第一管、第二管和连接装置230的孔212、222和232可以具有基本相同的孔大小。在一种设计中，孔在抽吸流体流的下游略微增加。

在所示出的实施例中，第一管210和第二管220由具有不同磨损系数(或刚性/磨耗系数)的材料制成。优选地，第一管210由具有较大磨损系数的材料制成，并且第二管由具有较小磨损系数的材料制成。如上所解释，较大的系数表明材料的耐磨性较好，并且较小的系数表明材料更易于磨损。作为实施例，聚乙烯的磨损系数为约1.3x 10^-7，并且硬工具钢的磨损系数为1.3x 10^-4。描述这一点的另一种方式是材料的耐磨损性。

在一个实施例中，第一管210可以由金属材料制成，例如包括铁、不锈钢或铝。第二管220可以由包括诸如PU或ABS的聚合物材料的材料制成。

使用具有不同磨耗系数的材料能够实现无润滑操作。无润滑操作是优选的，因为应用中存在大量灰尘，并且润滑会使灰尘颗粒积聚，从而导致系统的磨损。

流动通道包括过滤器腔体226。在所示出的实施例中，过滤器腔体布置在第二管220中。这是优选的，因为第二管更靠近夹持系统200用于接合要分拣的物体的开口。因此，过滤器收集的颗粒不会在夹持系统行进太远。过滤器腔体226具有比内部截面开口212、222和223更大的截面面积。原因是过滤器260中的孔开口261的总和应该具有与第一管、第二管和连接装置的孔212、222和232相等或更大的面积。

此外，第一管210和第二管220优选地具有高度刚性，以确保第一管和第二管在分拣过程中不会以不期望的方式移动，例如径向移动。如果管以不希望的径向运动移动，则这可能导致空气泄漏和真空损失(负压)以及要分拣的物体400的意外掉落。当分拣重型物体时，第一管的刚性是特别有益的。

第一管和第二管之间的径向距离可以低于1mm并且优选低于0.5mm，以减少空气泄漏。

压力传感器265可以布置在流动通道228中，以指示系统的潜在故障或流动通道的堵塞。传感器既可以用于测量物体阻塞气流，也可用于测量将物体保持到夹持系统200的力。保持物体的力可以用于计算带有要分拣的物体的机器人臂应该以什么速度和/或加速度移动。

压力传感器265还可以用于确定不满意的堵塞程度。这可能引起机器人臂试图以新的接触接近要分拣的物体。此外或替代地，压力传感器还可以用于指示在流动通道中存在泄漏(这可能是由于一些部件的故障)。如果指示检测到气流泄漏(例如，通过检测到低于预期的负压)，则传感器可以发送指示一个或多个部件需要维护、修理或更换的报警信号。压力传感器265示出为放置在第二管220中，但是可以布置在流动通道228中的任何位置。

最后，夹持系统200包括位于最外端的抽吸夹持构件300。抽吸夹持构件300可以是柔性构件，其能够形成为使得其适应要分拣的物体的表面。当机器人臂100将夹持系统200推向要分拣的物体时，抽吸夹持构件300紧密地配合到要分拣的物体的表面，使得该抽吸夹持构件可以通过气流228中的负压来保持。抽吸夹持构件可以是例如吸盘、橡胶喷嘴或类似物并且可以是有所述功能的任何形式。夹持构件可以在多次提升中使用之后或在损坏时更换，以便确保朝向要分拣的物体紧密地配合。

图3示出了根据一个实施方式的夹持系统200的示意图。夹持系统包括传感器250和机械指示器252。传感器250可以用于感测第一管和第二管在伸展状态与收缩状态之间的轴向位置。该信息可以用于了解抽吸夹持构件是否被足够地推到要分拣的物体上/推入到要分拣的物体中。另外，它可以用于感测某些东西发生故障，诸如由于某种原因，弹簧装置240没有将第一管和第二管置于伸展状态。如果检测到这一点，则可以向系统发送故障警告以指示故障，故障警告还可以包括对涉及第一管相对于第二管运动的任何部件进行维护、修理或更换的提示。因此，传感器250可以用作滑动系统的潜在故障的指示器。

因此，传感器250可以包括电容式或电感式传感器，或者能够指示位置的任何其他类型的传感器。传感器还可以与视觉系统一起工作，该视觉系统检测第一管和第二管的运动中的行程长度。

图4示出了根据本发明构思的一个实施方式的夹持系统600的示意立体图。除了流动通道628没有布置在第一管和第二管内部之外，上述实施方式中的实施方式的总体原理也都与该实施方式相关。代替地，在该示例性实施方式中，夹持系统600包括多个第一管610a-610d和多个第二管620a-620d。该多个第一管和该多个第二管构成伸缩地布置并且能够在收缩状态与伸展状态之间移动的多个第一管和第二管管对。

连接装置630仍然流体地联接到气流发生系统700(图4中未示出)，如在先前实施方式中，夹持构件310布置在夹持系统的下端处。此外，过滤器腔体626布置在夹持构件310的正上方，过滤器(未示出)放置在该过滤器腔体中。如上所解释，另外在该实施方式中，多个第一管和多个第二管优选由具有不同磨损系数的材料制成。在该实施方式中，多个第一管和第二管对围绕夹持系统600的竖直中心轴线均匀地分布。在所示出的具体实施例中，存在四个第一管和第二管管对。在其他实施例中，也可以存在更少的对或更多的对。

夹持构件310经由流动通道与气流发生系统流体连接。流动通道布置在与多个第一管和第二管管对分离的柔性管(未示出)中。在一个实施方式中，柔性管布置在多个第一管和第二管管对的中心。

布置在过滤器腔体626中的过滤器优选具有与流动通道具有相同截面积的孔开口。此外，柔性管优选地具有与流动通道的孔相对应的孔，以避免压降。

现在将在一般描述中描述该装置的功能，并且此后将关于图5的流程图更详细地描述该方法。

要分拣的物体400可以用3D识别系统(诸如立体相机系统或例如激光和相机的组合)和/或近红外系统来识别。施加通过流动通道228和抽吸夹持构件300的抽吸气流，并且机器人真空分拣系统10朝向要分拣的物体400移动并且与要分拣的物体400接触。在要分拣的物体400与夹持构件300接合且将机器人真空分拣系统10朝向该物体降低时，空气流动被抽吸夹持构件300上的要分拣的物体400限制，在流动通道228中产生负压。

流动通道228中的负压和机器人真空分拣系统10朝向物体的运动使得第一管和第二管从伸展状态向收缩状态移动，其中第一管和第二管的重叠度将增加。在一个实施方式中，收缩状态下由弹簧装置施加的力大于伸展状态下由弹簧装置施加的力，并且弹簧力阻尼夹持构件300对要分拣的物体400的冲击。

流动通道228中产生的气流将被抽吸的物体保持在夹持构件300上，并且该气流朝向气流发生系统。机器人真空分拣系统10随后从拾取位置朝向预定的分拣位置500、502、504移动。

当到达分拣位置时，气流反向并且流动通道中的压力增加，并且第一管和第二管利用弹簧装置从收缩状态被推动到伸展状态。压力的增加和第二管利用簧装置的向下运动将物体400从夹持构件抛出。反向气流增加了流动通道228中的压力，并且还清除了过滤器260中潜在的碎片和小物体。

现在，将参照图5描述该方法，图5示出了所描述的本发明方法的流程图。流程图包括要执行的多个步骤S1-S9。此外，存在三组关于步骤s2、s3和s8的可选的步骤。这些可选的步骤在图中用虚线示出。

请注意，其中一些步骤虽然有编号，但可能会以不同的顺序执行。例如，识别物体的步骤可以在与物体接合之前、期间和/或之后执行。

所描述的方法是一种用于控制机器人真空分拣系统的方法。该方法的第一步是识别要分拣的物体(步骤S1)。这种识别可以利用例如视觉系统和/或近红外(NIR)系统来完成。检测可能需要基于物体是什么类型的物体和/或物体由什么类型的材料制成来检测物体。作为第二步骤，该方法需要施加通过抽吸夹持构件310的抽吸气流，即步骤S2。如上所解释的，通过抽吸气流发生装置700产生抽吸气流。

此外，可以执行确定要分拣的物体的重量的可选步骤S2b。这可以通过例如确定物体材料和体积来完成，物体材料和体积可以是重量计算的基础或者是从预先分拣的物体的列表中选择适当重量的基础，或者是用测量传感器测量要分拣的物体的重量的基础。

此外，还可以选择计算加速度极限，或者接收用于所识别物体的加速度和/或速度。例如，这可以用于使得较轻的物体(诸如，纸或塑料容器)可以比较重的物体(诸如，金属废弃物或玻璃物体)以更高的速度和/或加速度移动。这使得分拣系统能够以较高的速度分拣相对较轻的物体并且以较低的速度分拣较重的物体，以避免重型物体掉落。

不管是否基于物体的重量/类型计算/检索了加速度或速度，该方法中的下一步骤S3是将机器人臂移向要分拣的物体，使得抽吸夹持构件与要分拣的物体接触。

另一个可选步骤可以是当抽吸夹持构件与要分拣的物体接触时，通过将第一管和第二管朝向压缩状态移动来对抽吸夹持构件与要分拣的物体之间的冲击进行阻尼缓冲，即步骤S3b。

此后，下一步骤S4是借助于要分拣的物体来限制气流通过抽吸夹持构件中的开口。因此，通过使抽吸夹持构件与要分拣的物体邻接，气流由夹持构件阻挡。这将引起负压的积聚，从而将要分拣的物体保持在位。

优选地与前一步骤同时执行的下一步骤S5是至少部分地压缩弹簧装置并且利用抽吸气流使第一管和第二管朝向压缩状态移动。这部分是由负压造成的，但也由机器人臂将抽吸夹持构件推到要分拣的物体上/中所产生的力造成。

下一步骤S6，也至少与前一步骤同时发生，该方法需要利用抽吸气流保持要分拣的物体。

一旦要分拣的物体被抽吸夹持构件牢固地保持(这可以通过感测气流通道中的负压的压力传感器来确认)，机器人臂就朝着分拣位置移动，即步骤S7。

分拣位置将根据要分拣的物体来确定。可能存在一个或几个可选的分拣位置可供选择。

如果执行了确定或测量重量的步骤，则臂可以任选地以与确定的物体重量相关的加速度/速度朝向分拣位置移动，即步骤S7b。

此后，该方法包括使气流反向并且利用弹簧装置将第一管和第二管推向伸展状态，即步骤S8，从而将要分拣的物体朝向分拣位置抛出，即步骤S9。

抛出可以使得机器人臂不需要完全移动到分拣位置，而是使得物体可以在最后一刻由于该抛出而沿着一轨迹被抛出。这将提高分拣系统的效率，因为机器人臂可以具有更短的运动。

作为最后示出的可选步骤，可以借助于反向气流来清洁过滤器，即步骤S8b。

该方法还可以进一步包括以下步骤：优选地利用压力传感器确定要分拣物体的成功夹持，并且如果没有成功夹持，则向监督控制装置报告真空分拣系统中出现错误。

如上所解释，要分拣的物体400的材料、形状(例如，长度、宽度、高度或形状)和重量可以用3D检测系统(未示出)来识别。此外，包括机器人真空分拣系统10的加速度、和/或速度和运动曲线的数据集可以基于如上所解释的感测或计算的不同物体参数。与较轻的物体(例如，PET瓶)相比，重型物体(例如，金属物体)或复杂产品(如，安全气囊)是以不同的加速度参数和运动曲线执行分拣的。重型物体比轻型物体分拣得慢。选择加速度参数和移动曲线以确保要分拣的物体在移动到分拣位置期间不会脱离夹持系统200。通过估计或计算要拾取的物体的重量，可以基于重量和从气流发生装置产生的力来计算加速度极限。

例如，如果可以用50N的力将物体保持到夹持系统，则在夹持系统保持要分拣的物体的点处的机器人臂的加速度可以被限制为小于a＝F/m，其中F是极限力(50N)，并且m是物体的重量，并且a成为极限加速度。还可以想象，来自气流发生装置的力被调整，使得当拾取高于某个阈值的物体时，使用更大的气流并且因此使用更大吸力。

当考虑到物体的重量时，对轻型物体执行分拣的速度可以比对较重的物体快得多，从而产生更有效的分拣。显然，极限力可以例如在10N与100N之间变化。此外，所设置的加速度极限可以包括安全级别系数(例如，可以使用150％或200％的安全系数)，使得所使用的实际加速度是理论加速度极限的2/3或1/2。这将使得要分拣的物体的掉落减少。

应当理解，本发明不限于所公开的特定实施方式，并且修改和其他实施方式旨在包括在所附权利要求的范围内。此外，尽管前述描述和相关附图在元件和/或功能的某些示例性组合的上下文中描述了示例性实施方式，但是应该理解，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，替代实施方式可以提供元件和/或功能的不同组合。在这方面，例如，也可以预期与上面明确描述的元件和/或功能的组合不同的元件和/或功能的组合，如可以在一些所附权利要求中阐述的。本文描述了优点、益处或问题的解决方案的情况下，应该理解，此类优点、益处和/或解决方案可以适用于一些实施例实施方式，但不一定适用于所有实施例实施方式。因此，本文描述的任何优点、益处或解决方案不应被认为是对所有实施方式或本文要求保护的实施方式至关重要、必需或必不可少的。尽管本文采用了特定的术语，但这些术语仅用于一般和描述性意义上使用，而不是为了限制的目的。

Claims (15)

1.一种用于废弃物材料的机器人真空分拣系统，包括：

-机器人臂，适于以三维方式移动；

-抽吸夹持构件，经由流动通道流体地联接到气流发生系统，所述抽吸夹持构件构造成夹持要分拣的物体，

-第一管和第二管，伸缩地布置并且能够在收缩状态与伸展状态之间移动，

-弹簧装置，用于在所述第一管和所述第二管上施加使所述第一管和所述第二管朝向所述伸展状态的轴向力，以及

-过滤器，用于阻止物体被朝向所述气流发生系统抽吸，

其中，所述第一管联接到所述机器人臂，并且所述抽吸夹持构件联接到所述第二管并且构造成与所述第二管一起在伸展位置与收缩位置之间移动，并且其中所述气流发生系统适于使气流反向以抛出物体，并且所述弹簧装置构造成当所述气流反向时将所述第一管和所述第二管从所述收缩状态移动到所述伸展状态，以便产生附加的抛出运动。

2.根据权利要求1所述的机器人真空分拣系统，包括传感器，所述传感器配置成确定所述第一管相对于所述第二管的位置状态。

3.根据权利要求2所述的机器人真空分拣系统，其中，所述传感器适于检测要分拣的物体的成功夹持和/或在夹持重量超过预定值的物体时的过载状态。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，进一步包括压力传感器，所述压力传感器配置成感测所述流动通道中的空气压力以检测空气堵塞。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，其中，所述第一管和所述第二管处于所述伸展状态，直到在接合要分拣的物体时由于真空而产生的力使所述第一管和所述第二管转换到所述收缩状态。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，其中，所述流动通道中的截面流动开口构造成避免所述流动通道中的压降。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，包括过滤器腔体，所述过滤器腔体布置在所述流动通道中，所述过滤器腔体具有比所述流动开口更大的截面，并且其中过滤器开口等于或大于所述流动通道中的所述截面流动开口。

8.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，其中，所述第一管由具有第一磨损系数的材料制成，并且所述第二管由具有较小的第二磨损系数的材料制成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统，其中，所述流动通道布置在所述第一管和所述第二管内部。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的机器人真空分拣系统，包括多个所述第一管和多个所述第二管，多个所述第一管和多个所述第二管构成伸缩地布置并且能在收缩状态与伸展状态之间移动的多个第一管和第二管管对。

11.根据权利要求10所述的机器人真空分拣系统，其中，多个所述第一管和第二管管对围绕所述机器人真空分拣系统的竖直中心轴线均匀分布，并且其中，所述流动通道布置在与多个所述第一管和第二管管对分离的柔性管中。

12.一种用于控制根据前述权利要求中任一项所述的机器人真空分拣系统的方法，所述方法包括以下步骤：

-识别要分拣的物体(S1)，

-施加通过所述抽吸夹持构件的抽吸气流(S2)，

-使所述机器人臂朝向所述要分拣的物体移动(S3)，使得所述抽吸夹持构件与所述要分拣的物体接触，

-借助于所述要分拣的物体来限制所述抽吸气流通过所述抽吸夹持构件中的开口(S4)，

-至少部分地压缩所述弹簧装置(S5)，并且利用所述抽吸气流使所述第一管和所述第二管朝向所述压缩状态移动，

-利用所述抽吸气流保持所述要分拣的物体(S6)，

-使所述机器人臂朝向分拣位置移动(S7)，

-使所述抽吸气流反向(S8)并且利用所述弹簧装置将所述第一管和所述第二管推向所述伸展状态，并且因此

-将所述要分拣的物体朝向所述分拣位置抛出(S9)。

13.根据权利要求12所述的用于控制机器人真空分拣系统的方法，所述方法进一步包括：

-当使所述抽吸夹持构件与所述要分拣的物体接触时，通过使所述第一管和所述第二管朝向所述压缩状态移动来对所述抽吸夹持构件与所述要分拣的物体之间的冲击进行阻尼缓冲(S3b)。

14.根据权利要求12或13所述的用于控制机器人真空分拣系统的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

-利用所述反向气流清洁所述过滤器(S8b)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的用于控制机器人真空分拣系统的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

-确定或测量所述要分拣的物体的重量(S2b)，

-将带有所述要分拣的物体的所述机器人臂以与该物体的所确定或测量的重量相关的加速度朝向所述分拣位置移动(S7b)。