CN207971936U

CN207971936U - 用于操纵和/或用于处理如包装件或件货的物品的设备

Info

Publication number: CN207971936U
Application number: CN201590000986.0U
Authority: CN
Inventors: 米夏埃尔·哈特尔; 克里斯迪安·韦斯特迈尔; 约翰·哈斯; 约瑟夫·翁特泽尔; 曼努埃尔·库尔摩斯; 彼得·蔡纳
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2018-10-16
Anticipated expiration: 2025-11-03
Also published as: DE102014223407A1; EP3221093A1; WO2016078906A1; SI3221093T1; DE102014223407A8; EP3221093B1

Abstract

本实用新型涉及用于操纵和/或用于处理如包装件或件货的物品的设备，包括上方的悬挂装置(18)，在该悬挂装置处铰接紧固有至少三个独立驱动的调节臂(20)，其中每个所述至少三个调节臂(20)由至少两个可相对于彼此枢转的臂区段(22，24)形成，并且其中至少三个调节臂(20)可相互独立地操作。该设备包括操纵器(16)，其包括用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的一个或多个机构并且与所述至少三个调节臂(20)机械地联结，从而能够通过一个或多个所述至少三个调节臂(20)的运动预定操纵器(16)的位置，其中上方的悬挂装置(18)连同所述至少三个调节臂(20)的紧固机构能垂直调节和/或相对于垂直线到达角度位置。

Description

用于操纵和/或用于处理如包装件或件货的物品的设备

技术领域

本实用新型涉及用于操纵和/或用于处理如包装件或件货的物品的设备。

背景技术

已知的用于物体、如具有多个例如为饮料容器的物品的包裹或包装件的堆放和码垛的包装或码垛设备通常具有带有传送带的水平传送装置，件货或包装件在所述传送带上以不间断的或不规则的顺序被运送至操纵装置。在那里进行各个件货或包装件的移置、对齐和/或转动，以使它们获得合适的空间布置，所述布置形成将所述件货或包装件在下游的分组站中推在一起成为可堆放的件货垛层或包装件垛层的基础。

在现有的灌装线和包装线中使用用于使包装件转动的不同方法，所述方法例如可具有适合的能活动的止挡或两个具有不同速度的带。已知的操纵装置也可设有抓具，其例如挂在龙门吊车架系统上并且在限定的运动区域内移动、旋转并且此外能沿垂直方向运动，从而可以提升单个件货或包装件以用于转动和/或移动。所述抓具例如也可布置在多轴机器人臂上，所述多轴机器人臂放置在水平传送装置侧向。

在实践中，在这样操纵件货或包装件时，所述件货或包装件为了错移和/或为了其定向而被抓取、提升并且转送至分组内的期望位置或取向。为此，由现有技术已知很多抓取设备，例如由文献EP2388216A1 已知。所述已知的抓取设备具有两个水平相互间隔并通过机械连接机构布置在间置的支架上的抓取臂。所述抓取臂可彼此相对运动，以便抓住物体。此外，所述抓取臂可在限定的力作用下在垂直方向上并迎着支架从支架处松开。在自由端部处，两个抓取臂具有夹紧颚，所述夹紧颚在抓住物体时与相应的物体处于表面接触的状态。

例如文献DE10204513A1示出另一种抓取设备。在那里多个相互对置的抓取臂在中间机件中引导。其中一个抓取臂借助于调整机构可相对于另一抓取臂移动，从而两个抓取臂可接上。在抓取臂的下端部、在相向的侧面处设有用于抓取建筑材料包裹的抓取区段。

此外设有另一用于基于所谓的三角机器人(Deltarobotern)或平行运动机器人(Parallelkinematik-Robotern)来进行物品或包装件的抓取、移置、转动和/或错移的操纵装置，其在三臂式实施方式中也称作三脚架。这样的三脚架或三角机器人的每个臂由在基座处可围绕固定的枢转轴线驱动枢转地布置的上臂和与所述上臂和联结元件铰接连接的下臂组成。所述下臂在此构造成被动的、独立于驱动装置的，所述驱动装置用于下臂相对于上臂或联结元件的枢转。一个或多个所述下臂可例如通过球窝接头与相应所属的上臂和联结元件连接。这样的单个下臂可自由枢转并且不具有固有稳定性。三角机器人的所有上臂以均可围绕优选位于共同平面内的枢转轴线枢转的方式驱动地支承。三个与联结元件并且相应地与其所属的上臂连接的下臂在每个位置处形成力三角形，所述力三角形仅在所述三个上臂同步实施为了它们计算得出的、围绕它们的固定的枢转轴线的枢转运动时才能运动。两个或更多枢转轴线可平行延伸；通常，所有枢转轴线具有与其它枢转轴线的两个交点。

至少一个所述下臂可由两个也称作尺骨和桡骨的、形成平行四边形杆的杆元件组成，以便沿至少一个预先给定的定向相对于基座引导联结元件。在这种情况下，所述联结元件用作工作平台，其在实践中也称作工具中心点(TCP)。在所述TCP处可布置有操纵器，例如呈可相向进给的抓取臂或类似操纵装置的形式，从而可借以对物品、包装件或类似件货进行抓取和转动、平移或从支承面提升。

布置在所述工作平台或TCP处的操纵器可选择性地转动地支承，以便能使操纵器定向或能对物品或件货实施所期望的转动。原则上，替代在联结元件处可驱动地转动支承所述操纵器的方案，也可设想将所述操纵器不可扭转地布置在联结元件处并且整个联结元件在所述臂借助于伸缩轴的相应的平衡运动的情况下相对于基座扭转。然而，随之而来的是所述联结元件仅受限的转动角度的缺点。所述限制由于到达所述上臂和/或联结元件与下臂的和/或与相邻于相互接触部位的下臂的铰接连接的端部止挡而产生。

由文献DE102010006155A1、由文献DE102013208082A1以及由文献US8210068B1已知这样的具有三脚架的操纵装置。

已知的平行运动机器人或所谓的三脚架可遮盖可供相应的机器人支配的工作空间，所述工作空间由上臂的长度、上臂的紧固机构相对于固定的基座的中心点的距离、下臂的长度、下臂的紧固机构相对于在工具架处的所谓的工具中心点的距离和上臂的最大枢转范围得出。所述工作空间相对于工具中心点沿z方向是圆柱体部，在其下边缘紧接有截球体部。此外，所述工作空间在上边缘处如有必要还由于万向的伸缩驱动轴的最大枢转角度而受限。因为所述工作空间对于一些应用和使用情况来说是不足的，合理的可以是使其例如沿z方向(也就是沿工作平面上的垂直方向)扩大，然而这通常需要下臂和上臂的延长。然而这样的延长导致增大质量、惯性力矩和杠杆作用，这又导致传动系的尺寸增大或在动力方面的损失。相同的缺点可出现在相应地沿x方向和/或沿y方向增大工作空间的情况中。

实用新型内容

本实用新型的目标在于提出基于三角机器人的操纵系统，所述操纵系统具有用于操纵物品、包装件、组合或件货的扩大的工作空间，所述操纵系统在简单可控性的情况下具有针对不同应用情况的增强的变化性。

本实用新型的目标借助于本实用新型的主题实现。本实用新型还公开了有利的改进方案。因此，为了实现上述目标，本实用新型提出用于操纵和/或用于处理物品、组合、包装件、件货或诸如此类的设备，所述设备尤其可配设给用于操纵、输送、分组和/或包装物品、件货、组合和/或包装件的设备的支承平面和/或输送区段。构造为抓取和/或处理单元的设备优选布置在所述支承平面和/或输送区段之上并且包括上方的悬挂装置，在所述悬挂装置处铰接地紧固有三个独立驱动的调节臂。所述至少三个调节臂的每个调节臂由至少两个能相对于彼此枢转的臂区段形成。此外，所述至少三个调节臂的每个调节臂可与其它调节臂无关地操作，由此得出操纵器的自由活动性，所述操纵器包括用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的一个或多个机构并且所述操纵器与至少三个调节臂机械地联结，从而可通过所述至少三个调节臂的一个或多个调节臂的运动预定所述操纵器的位置。按照本实用新型，所述上方的悬挂装置连同所述至少三个调节臂的紧固机构能够垂直调节和/或相对于垂直线到达或倾斜至角度位置。

为了实现所述可调节性，所述上方的悬挂装置尤其可支承在框架中的能垂直调节的线性引导机构中。所述线性引导机构例如可相应地由主轴驱动装置形成，所述上方的悬挂装置借助于所述主轴驱动装置以能调节高度的方式支承在框架中。所述线性引导机构也可选择性地相应地由合适的线性驱动装置形成，所述上方的悬挂装置借助于所述线性驱动装置以能调节高度的方式支承在框架中。所述线性驱动装置例如可由电动的线性驱动装置、液压的或气动的调整气缸或诸如此类形成。为了实现如所期望地扩展所述操纵器的工作空间，合理的可以是，所述至少三个线性引导机构相应地可大致同步地调节。以这种方式，所述上方的悬挂装置均匀地提升和下降，在其上铰接地紧固有至少三个调节臂。这例如对于适应于不同的物品、包装件或件货尺寸来说可以是有意义的，以便能在合理高度抓取所述物品、包装件或件货。此外，在产品重新摆放的情况下，由于在所述物品、包装件或件货的重心的区域内或附近抓取所述物品、包装件或件货的必要性，所述操纵器的抓取臂有必要在其理想的工作高度之上或之下投入使用，由此可以不同时全面利用整个设备的工作区域。关于此的一个示例是将大的物品或件货变为很小的物品或件货，其与之前操纵的更大的物品或件货相比具有用于附接抓取臂的、更深的作用点。由此，根据所述枢转臂和上方的悬挂装置的基本尺寸，由于在用于物品的支承面之上以更低的高度待运行的操纵器而得出用于所述操纵器的最大偏转运动的缩减的作用范围。本实用新型通过下述方式补救所述问题，即所述上方的悬挂装置的垂直定向可匹配于边界条件，由此可在出现的所有情况下耗尽所述设备的最大运动可能性。

在按照本实用新型的设备的备选实施方式变型中，所述上方的悬挂装置通过至少三个可调节的连接点支承在框架中，其中所述可调节的连接点相应地设有可相互独立调节的致动器，以便所述上方的悬挂装置可相对于框架沿垂直方向调节和/或相对于垂直线弯曲。在所述变型方案中，不仅能实现所述上方的悬挂装置的下降或提升，而且还能额外地实现其相对于垂直线的枢转、倾翻或弯曲，这在操纵物品、组合、包装件或件货时或在扩大所述操纵器的可能的工作空间时提供额外的运动自由度。

所述框架借助于可在其内调节高度的和/或枢转的、用于操纵物品、组合、包装件或件货的设备优选配设给用于穿过用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的至少一个机构的工作空间或者用于在设备的上方的悬挂装置之下水平运送所述物品、组合、包装件或件货的水平输送装置。

按照本实用新型的设备的特别的优点在于，所述三脚架或三角机器人从其工作空间开始可保持为紧凑且小的，从而所述驱动装置在具有相同动力的情况下也不必改变尺寸或者也可具有更小尺寸。所有的结构组成部分如上臂、下臂和接头可构造为更小且更轻的。

此外，本实用新型公开了用于借助于按照前述实施方式变型所述的设备来操纵和/或用于处理物品、组合、包装件、件货或诸如此类的方法。针对所述方法而使用的设备包括上方的悬挂装置，在所述上方的悬挂装置处铰接地紧固有至少三个驱动的调节臂，其中所述至少三个调节臂分别由至少两个能相对于彼此枢转的臂区段组成并且能够相互独立地操作。此外，所述设备具有操纵器，所述操纵器包括用于抓取所述物品的一个或多个机构并且与所述至少三个调节臂机械地联结，从而能够通过所述至少三个调节臂的一个或多个调节臂的运动预定所述操纵器的位置。所述上方的悬挂装置连同所述至少三个调节臂的紧固机构能够垂直调节和/或相对于垂直线到达角度位置，由此得到扩大的工作空间。

所述上方的悬挂装置例如可借助于能垂直调节的线性引导机构支承在框架中，从而其可为了用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的至少一个机构的工作空间的扩展而根据需要沿垂直方向调节。在所述方法变型中，用于将所述上方的悬挂装置支承在框架中的至少三个线性引导机构相应地大致同步地调节。

所述上方的悬挂装置可选择性地在至少三个能调节的连接点或铰接点处支承在框架中，从而可为了扩展所述至少一个机构的工作空间而沿垂直方向调节和/或相对于垂直线弯曲，所述机构用于抓取所述物品、组合、包装件或件货。

所述待操纵、待抓取、待转动和/或待移置的物品、组合、包装件或件货优选穿过用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的所述至少一个机构的工作空间或者在所述设备的上方的悬挂装置之下被水平地运送。

尤其动态的方法变型规定，所述垂直调节和/或相对于垂直线的角度调节在对物品、组合、包装件或件货进行操纵、抓取、转动和/或移置时形成所述抓取和/或操纵过程的组成部分。

对此备选地也可通常与产品变动相结合地静态地进行所述高度调节，其中得出所述操纵器的运动范围的变化的高度水平。

此外，关于所述三角机器人的、其构造、其工作原理和其运动空间的设计方案参阅文献DE102013106004A1的公开内容，特此明确地引用该文献的全部内容。

附图说明

接下来借助于附图进一步阐述本实用新型的实施例及其优点。附图中各个元件的尺寸比例不是总对应于实际的尺寸比例，因为与其它元件相比简化示出一些形状并且为了更好的说明而放大了其它形状。

图1示出按照本实用新型的、用于操纵和/或用于处理物品、组合、包装件或件货的设备的实施方式变型的示意性视图。

图2以另一示意性视图示出按照图1的设备的部分及其可变的工作区域。

对本实用新型的相同的或作用相同的元件使用一致的附图标记。此外，为了清楚目的，在各个附图中仅示出对于各个附图的说明所需要的附图标记。所示实施方式仅示出按照本实用新型的设备能如何设计的示例而不视为最终的限定。

具体实施方式

在这里开始要指出的是，在图1至图2中阐明的按照本实用新型的设备和按照本实用新型的方法的实施方式变型涉及具有三个同类型枢转臂的三角机器人或涉及三脚架，所述三角机器人或三脚架是用于操纵、用于转动、移置或容置物品、件货或包装件的操纵装置或操纵器的部分。关于所述三角机器人或三脚架的、其构造、其工作原理和其运动空间的可行的设计方案例如参阅文献DE102013106004A1的公开内容，特此明确地引用该文献的全部内容。因此在此可略去针对所述三个枢转臂的运动模式、驱动装置等等的详细描述。

图1的示意性视图示出按照本实用新型的设备10的可设想的设计方案，所述设备用于操纵和/或用于处理在此未示出的物品、组合、包装件、件货或诸如此类。所述在此未示出的物品、组合、包装件或件货尤其竖放在用于对物品、件货、组合和/或包装件进行操纵、输送、分组和/或包装的设备14的支承平面和/或输送区段12上或者在所述支承平面或输送区段12上沿水平方向运动。构造为抓取和/或处理单元 16的操纵设备10布置在所述支承平面和/或输送区段12之上并且包括上方的悬挂装置18，在所述悬挂装置处铰接地紧固有三个独立驱动的调节臂20。所述三个调节臂20的每个调节臂由两个可相对于彼此枢转的臂区段22和24形成，即相应地由上臂22以及由下臂24形成，所述上臂能绕水平枢转轴线活动并且以铰接和发动机驱动的方式悬挂在上方的悬挂装置18处，所述下臂与上臂22铰接地连接并且向下引导，从而所有三个下臂24在下方联结区段26、即所谓的工具中心点或TCP 中相遇。可独立激活的、具有一对可相向进给的抓取颚的抓取装置28 位于所述下方联结区段26或TCP处，所述抓取颚用于抓住、抓取和/ 或处理位于输送区段12上的物品、组合、包装件或件货。

如这已在文献DE102013106004A1中详细描述地，所述三个调节臂20的每个调节臂可与其它调节臂20无关地操作，由此得出所述操纵器16连同其抓取装置28在限定的运动空间30内的自由活动性，其中通过总共三个调节臂20其中一个或多个调节臂的运动可在运动空间 30内预定抓取装置28的位置。

所述运动空间或工作空间30相对于工具中心点26沿垂直方向或沿z方向是圆柱体部，在其下边缘紧接有截球体部，如其在图1中所表明的那样。

在图1中所示的实施例中，所述上方的悬挂装置18在总共三个倾斜的支撑梁32上方设有支撑机构，所述支撑梁又支撑在用于对物品、件货、组合和/或包装件进行操纵、输送、分组和/或包装的设备14的框架34中。所述框架34例如可以是具有旋紧的垂直梁和水平梁的刚性的钢支架框或诸如此类，所述钢支架框在下方区域内容置有水平输送区段12。按照本实用新型，所述上方的悬挂装置18连同所述操纵设备10可沿垂直方向调节，这通过双向箭头36表明。所述操纵设备10 的垂直调节36同样负责用于操纵器28的运动空间30的相应的垂直调节38(见双向箭头)，所述垂直调节36例如可通过在框架34的上方区域内用于三个支撑梁32的(未示出的)铰接机构的均匀垂直可调节性实现。

图2的示意性视图表明所述设备10的调节可能性，所述调节可能性由上方的悬挂装置18在框架34中的可调节性得出。在所示的平行运动机器人、所谓的三脚架中，可供机器人支配的工作空间30由上臂 22的长度L1、上臂22的紧固机构至固定的上方的悬挂装置18的中心点的距离a1、下臂24的长度L2、下臂24的紧固机构至位于工具架处的工具中心点26的中心点的距离a2和上臂22的最大枢转范围40得出。所述最大枢转范围40在图2中由右侧上臂22的上方偏转表明。由此得出的、在输送区段12(参见图1)上方的工具(例如抓取装置28；参见图1)可遮盖的工作空间或运动空间30相对于工具中心点26 是低矮的、具有外周高度hZ具有垂直中心轴线的圆柱体部42，所述中心轴线从中心延伸经过TCP 26。

在图2中表明的所述圆柱体部42的上方环绕的倒棱44由通过万向的伸缩驱动轴46的最大枢转角度引起的机械限制导致，其也限制调节臂20的最大可能调节范围。从上方的悬挂装置18中心向下延伸至工具架或联结区段26的驱动轴46根据需要可负责抓取装置28(参见图1)的转动。在运动空间30的圆柱体部42的下边缘处紧接有截球体部48，所述截球体部具有限定的球直径dK，所述球直径大于圆柱体部 42的圆柱体部直径dZ。

如已参照图1说明地，所述运动空间或工作空间30能够沿垂直方向38调节，方式为，所述上方的悬挂装置18沿箭头方向36垂直调节，例如通过未在此示出的主轴驱动装置或通过其它合适的电动的、液压的或气动的调节装置，所述调节装置相应地在支撑梁32和框架34之间建立可垂直调节的连接。如有必要可通过所述上方的悬挂装置18的可选的水平调节50进行工作空间30的、平行于支承平面的额外的水平调整，如其在图2中表明的那样。

所述上方的悬挂装置18可选择性地支承在框架34中的至少三个可调节的连接点或铰接点处，从而为了扩展抓取装置28的工作空间30，所述悬挂装置不仅可沿垂直方向调节、而且如有必要也可相对于垂直线弯曲。

尤其动态的方法变型可规定，所述垂直调节36和/或相对于垂直线的角度调节(未示出)在对物品、组合、包装件或件货进行操纵、抓取、转动和/或移置时形成所述抓取和/或操纵过程的组成部分。对此备选地也可通常与产品变动相结合地静态地进行所述高度调节，其中得出所述操纵器或抓取装置28的运动范围30的变化的高度水平。

按照本实用新型的设备10参照在图1和图2中示出的优选实施方式变型来描述。然而对于本领域技术人员来说可设想本实用新型的变型或变化，同时不背离下述权利要求书的保护范围。

附图标记列表

10 设备，操纵设备

12 输送区段，水平输送区段，水平输送装置

14 设备，操纵、输送、分组、包装设备

16 抓取单元，处理单元，操纵器

18 上方的悬挂装置

20 调节臂

22 上臂，上方的臂区段

24 下臂，下方的臂区段

26 联结区段、工具中心点(TCP)，工具架

28 抓取装置

30 运动空间，工作空间

32 支撑梁

34 框架，框子

36 垂直调节，(设备10、上方的悬挂装置18的)高度调节

38 垂直调节，(运动空间30的)高度调节

40 (上臂22的)最大枢转范围

42 (运动空间30的)圆柱体部

44 倒棱，运动空间的上方界限

46 驱动轴，伸缩驱动轴，万向的伸缩驱动轴

48 截球体部

50 水平调节，(设备10、上方的悬挂装置18的)移置

a1 (上臂22的紧固机构至上方的悬挂装置18的中心点的)距离

a2 (下臂24的紧固机构至工具中心点26的中心点的)距离

L1 上臂22的长度

L2 下臂24的长度

hZ 圆柱体部42的外周高度hZ

dZ 圆柱体部42的直径

dK (截球体部48的)球直径

Claims

1.用于操纵和/或用于处理如包装件或件货的物品的设备(10)，包括：

-上方的悬挂装置(18)，在所述上方的悬挂装置处铰接地紧固有至少三个独立驱动的调节臂(20)，其中所述至少三个调节臂(20)的每个调节臂由至少两个能相对于彼此枢转的臂区段(22，24)形成，并且其中所述至少三个调节臂(20)能够相互独立地操作，

-操纵器(16)，所述操纵器包括用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的一个或多个机构并且与所述至少三个调节臂(20)机械地联结，从而能够通过所述至少三个调节臂(20)的一个或多个调节臂的运动预定所述操纵器(16)的位置，

其中所述上方的悬挂装置(18)连同所述至少三个调节臂(20)的紧固机构能够垂直调节和/或相对于垂直线到达角度位置。

2.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述上方的悬挂装置(18)支承在框架(34)中的能垂直调节的线性引导机构中。

3.根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述线性引导机构相应地由主轴驱动装置形成，借助于所述主轴驱动装置，所述上方的悬挂装置(18)以能够调节高度的方式支承在框架(34)中。

4.根据权利要求2所述的设备(10)，其中所述线性引导机构相应地由线性驱动装置形成，借助于所述线性驱动装置，所述上方的悬挂装置(18)以能够调节高度的方式支承在框架(34)中。

5.根据权利要求2至4之一所述的设备(10)，其中所述上方的悬挂装置(18)通过至少三个线性引导机构支承在框架(34)中，所述线性引导机构相应地能够同步地调节。

6.根据权利要求1所述的设备(10)，其中所述上方的悬挂装置(18)通过至少三个能调节的连接点支承在框架(34)中。

7.根据权利要求6所述的设备(10)，其中所述能调节的连接点相应地设有能相互独立调节的致动器，以便使所述上方的悬挂装置(18)相对于框架(34)沿垂直方向调节和/或相对于垂直线弯曲。

8.根据权利要求5所述的设备(10)，其中所述框架(34)借助于用于操纵物品、组合、包装件或件货的设备(10)配设给用于穿过用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的至少一个机构的工作空间(30)或者在设备(10)的上方的悬挂装置(18)之下水平运送所述物品、组合、包装件或件货的水平输送装置(12)。

9.根据权利要求7所述的设备(10)，其中所述框架(34)借助于用于操纵物品、组合、包装件或件货的设备(10)配设给用于穿过用于抓取所述物品、组合、包装件或件货的至少一个机构的工作空间(30)或者用于在设备(10)的上方的悬挂装置(18)之下水平运送所述物品、组合、包装件或件货的水平输送装置(12)。