DE102007054867A1

DE102007054867A1 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102007054867A1
Application number: DE200710054867
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Schaaf; Michael Nübel
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Ergreifen, Anheben und Transportieren von Werkstücken mit wenigstens einem seitlich am Werkstück angreifenden Aufwälzmodul sowie wenigstens einem zusätzlich am Werkstück angreifenden Saugmodul

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Ergreifen, Anheben und Transportieren von Werkstücken.
Derartige Greifvorrichtungen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Sie dienen zum manuellen oder insbesondere zum automatischen Greifen von Werkstücken, die dann kraftunterstützt angehoben und transportiert werden können. So können Werkstücke kommissioniert, depalettiert, verpackt oder auf andere Weise gehandhabt werden. Insbesondere bei gestapelten Werkstücken können Probleme dann auftreten, wenn lediglich die oberste Lage ergriffen und angehoben werden soll. Hierfür werden mitunter Aufwälzgreifer verwendet, welche Wälzelemente in Form von Rollen, Rollen mit einem sich daran anschließenden Abstützblech oder keilförmige Laufbänder besitzen. Diese Aufwälzgreifer werden seitlich ans Werkstück herangeführt und das Wälzelement derart in Drehung versetzt, dass das Werkstück aufgrund der Reibungskräfte bis über das Wälzelement angehoben wird. Sodann fährt das Wälzelement unter das Werkstück und zieht dieses über sich. So kann zum Beispiel ein mit Bechern (Yoghurtbecher) bestücktes Tray (Dosen- oder Becherträger) angehoben und transportiert werden. Werkstückabhängig kann es jedoch vorkommen, dass das Aufnehmen des Werkstücks problematisch ist, insbesondere dann, wenn das Werkstück sehr labil ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Greifvorrichtung bereitzustellen, mit welcher auch schwierig zu handhabende Werkstücke, insbesondere labile Werkstücke, welche übereinander gestapelt sind, einfacher aufzunehmen und zu handhaben sind.
Diese Aufgabe wird mit einer Greifvorrichtung zum Ergreifen, Anheben und Transportieren von Werkstücken gelöst, welche wenigstens ein am Werkstück angreifendes Aufwälzmodul sowie wenigstens ein zusätzlich am Werkstück angreifendes Saugmodul besitzt.
Bei der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung wird in vorteilhafter Weise der Greifvorgang des Aufwälzgreifers durch das Saugmodul unterstützt, indem das Werkstück nicht ausschließlich mittels des Aufwälzgreifers von einem darunter liegenden Werkstück selektiert, ergriffen, angehoben und transportiert wird. Das Saugmodul dient als unterstützende Einrichtung, wobei es insbesondere labile Werkstücke stabilisiert.
Dabei kann das Saugmodul von einem Flächensauggreifer oder von einer Vielzahl einzelner, nebeneinander angeordneter Sauggreifer gebildet werden. Flächensauggreifer besitzen den Vorteil, dass sie nicht nur preiswert sondern auch aufgrund ihrer Saugmatte in sich relativ stabil sind und dadurch Werkstückeinzelteile relativ gut stabilisiert werden. Einzelne Sauggreifer besitzen den Vorteil, dass sie gezielt zu- oder abgeschaltet werden können, so dass der Luftverbrauch optimiert werden kann.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel greifen das Aufwälzmodul und das Saugmodul gleichzeitig am Werkstück an. Beide Module dienen zum Separieren einzelner Werkstücke, wobei das Saugmodul zusammen mit dem Werkstück verfahren wird.
Die beiden Module können auch nacheinander am Werkstück angreifen, insbesondere wird das Werkstück mittels des Aufwälzmoduls separiert und an das Saugmodul herangeführt, so dass es dann nach dem Kontaktieren des Saugmoduls angesaugt und zusammen mit den beiden Modulen transportiert werden kann. Das Werkstück kann auch vom Saugmodul angesaugt und mittels dieses Saugmodul angehoben werden, so dass ein Aufwälzmodul unter das Werkstück greifen kann.
Um das Werkstück von einem Werkstückstapel zu separieren, können das Aufwälzmodul und das Saugmodul an der gleichen Seitenfläche des Werkstücks angreifen. Hierdurch ist sichergestellt, dass nach dem Ansaugen des Werkstücks dieses von den Wälzelementen des Aufwälzmoduls und vom Saugelement bewegt wird. Insbesondere bei labilen Werkstücken bietet diese Variante besondere Vorteile, da die bewegenden Kräfte von unterschiedlich arbeitenden Modulen aufgebracht werden, so dass zum Beispiel auch bei Werkstücken mit rauen Oberflächen, bei welchen die Wälzelemente aufgrund hoher Reibungskräfte relativ gut arbeiten, oder bei extrem glatten Oberflächen, welche optimal von Saugelementen angesaugt werden können, sehr gute Ergebnisse erzielt werden können. Insbesondere kann das Werkstück vom Saugmodul an das Wälzmodul herangezogen werden.
Eine Variante sieht vor, dass das Aufwälzmodul und das Saugmodul an gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks oder an winklig zueinander stehenden Seiten angreifen. Dabei kann das Saugmodul auch als Gegenhalter für das Aufwälzmodul dienen, so dass Werkstück optimal aufgewälzt werden kann und nicht entweicht oder ausweicht.
Bei einer Variante sind wenigstens zwei Saugmodule vorgesehen, die an unterschiedlichen, insbesondere nicht parallelen, zum Beispiel rechtwinklig zueinander stehenden Seiten, am Werkstück angreifen. Mittels dieser zwei Saugmodule können extrem labile Werkstücke in ihrer Form stabilisiert werden, so dass sie anschließend ohne Schwierigkeiten aufgewälzt werden können. Insbesondere kann das Saugmodul an einer oberen oder einer seitlichen Fläche des Werkstücks angreifen.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Saugmodul wenigstens einen Sensor aufweist, der mit einer Steuerung für das Aufwälzmodul verbunden ist und Daten zur Ansteuerung des Aufwälzmoduls und gegebenenfalls des Saugmoduls liefert. Auf diese Weise kann der Aufwälzvorgang, insbesondere bei der Verwendung mehrerer Aufwälzgreifer, überwacht werden, so dass vorauseilende Aufwälzgreifer gebremst beziehungsweise nacheilende Aufwälzgreifer beschleunigt werden können, beziehungsweise dass das Werkstück zum Beispiel waagerecht angehoben wird, indem dessen Oberseite mittels einzelner Sauggreifer überwacht wird. Dabei kann der Sensor ein Unterdrucksensor oder ein Strömungssensor sein, so dass die einzelnen Sauggreifer mit diesen Sensoren bestückt werden können und hierfür kein zusätzlicher Platz benötigt wird. Es können auch Unterdruck unabhängige Sensoren, wie Annäherungssensoren und dergleichen, verwendet werden.
Unterschiedliche Varianten der Erfindung sehen vor, dass das Aufwälzmodul bezüglich des Saugmoduls in einer Richtung, in einer Ebene oder im Raum verfahrbar ist. Hierdurch kann das Aufwälzmodul nicht nur seitlich an das Werkstück herangefahren, sondern auch unter das Werkstück gefahren werden und kann das Werkstück zusammen mit dem Aufwälzmodul an das Saugmodul angenähert werden. Zur Lageoptimierung von Werkstück und Saugmodul kann das Aufwälzmodul auch in einer dritten Dimension bewegt werden, so dass auch verrutschte Stapel von Werkstücken depalettiert werden können. Denkbar ist auch ein Verschwenken des Aufwälzmoduls um einen, zwei oder um drei Raumwinkel. Gleichermaßen denkbar ist die bewegliche Lagerung des Saugmoduls.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung in Grundstellung;
2 die Greifvorrichtung gemäß 1 mit seitlich an das Werkstück angesetzten Aufwälzmodulen;
3a die Greifvorrichtung gemäß 2 mit über die Aufwälzmodule gleichmäßig angehobenem Werkstück;
3b die Greifvorrichtung gemäß 2 mit über die Aufwälzmodule ungleichmäßig angehobenem Werkstück;
4 die Greifvorrichtung mit in Transportlage sich befindendem Werkstück;
5 eine der 1 entsprechende Ausführungsform der Greifvorrichtung mit in einer Ebene beweglich gelagerten Aufwälzmodulen;
6 unterschiedliche Varianten von Aufwälzmodulen;
7 eine bevorzugte Ausführungsform einer Greifvorrichtung mit Sensoren;
8 eine Ausführungsform einer Greifvorrichtung mit Anschlag;
9 eine Ausführungsform der Greifvorrichtung mit vertikal verschieblichem Anschlag;
10 eine Ausführungsform der Greifvorrichtung mit einem Saugmodul als Anschlag; und
11 ein Ablaufschema eines Depalettierungsvorganges mit einer Greifvorrichtung gemäß der Erfindung.
Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 10, welche zwei Aufwälzmodule 12 und ein Saugmodul 14 aufweist. Das Saugmodul 14 ist an eine Unterdruckquelle 16 angeschlossen, welche eine Vielzahl von Sauggreifer 18 mit Unterdruck versorgt. Außerdem ist erkennbar, dass das Saugmodul 14 bei 20 starr eingespannt ist. An dieser Einspannung 20 sind auch die Aufwälzmodule 12 gelagert; sie sind jedoch über eine geeignete Vorschubeinrichtung 22 in Richtung auf ein Werkstück 24, wie in 2 mit den Pfeilen 26 dargestellt, verfahrbar. Das Werkstück 24 besteht zum Beispiel aus einem Tray 28, in welchem mehrere Dosen oder Becher, zum Beispiel Yoghurtbecher 30, angeordnet sind. Das Werkstück 24 ist relativ labil, da das Tray 28 aus Karton besteht und die einzelnen Yoghurtbecher 30 relativ schwer sind. Die freien, in Richtung auf das Werkstück 24 zuweisenden Enden der Aufwälzmodule 12 sind mit Wälzelementen 32 bestückt, welche in 6 näher dargestellt sind.
Nachdem die Greifvorrichtung an das Werkstück 24 herangeführt worden ist, werden die Vorschubeinrichtungen 22 in Richtung der Pfeile 26 bewegt, was in 2 dargestellt ist, und die Wälzelemente 32 liegen mit einer vorbestimmten Kraft an den seitlichen Flächen (Vertikalflächen) des Werkstücks 24 an. Die Wälzelemente 32 werden, wie mit den Pfeilen 34 dargestellt, derart in Drehung versetzt und an das Werkstück 24 angepresst, dass das Werkstück 24 aufgrund der vorherrschenden Reibungskraft in Richtung des Saugmoduls 14 angehoben wird. Dieser Vorgang erfolgt solange, bis die Oberseite des Werkstücks 24 an den Sauggreifern 18 anliegt, was in 3a dargestellt ist. Sodann werden die Sauggreifer 18 mit Unterdruck versorgt, so dass das Werkstück 24, insbesondere die Yoghurtbecher 30, angesaugt werden. Die Wälzelemente 32 untergreifen nunmehr das Werkstück 24 und werden, wie in 4 dargestellt, weiter unter das Werkstück 24 untergeschoben, so dass das Werkstück 24 auf den Wälzelementen 32 aufsitzt. Das Werkstück 24 wird nun vom Aufwälzmodul 12 unterstützt und vom Saugmodul 14 angesaugt. Es kann problemlos transportiert werden, da nicht nur die vertikalen Seitenflächen und ein Teil der Unterseite, sondern auch die Oberseite abgestützt wird.
Die 3b zeigt das ungleichmäßige Anheben des Werkstücks 24, das seine Ursache in der Labilität des Werkstücks 24, in ungleichen Reibungskoeffizienten, ungleichmäßiger Gewichtsverteilung und so weiter haben kann. Dabei ist zum Beispiel das rechte Wälzelement 32 bereits unter dem Werkstück 24 angelangt, wohingegen sich das linke Wälzelement 32 noch an der vertikalen Seitenwand des Werkstücks 24 abstützt. Der rechte Bereich der Oberseite des Werkstücks 24 liegt dabei bereits am Saugmodul 14 an. Für derartige Problemfälle kann die erfindungsgemäße Greifvorrichtung 10 mit Sensoren ausgestattet sein, was zur 7 beschrieben wird.
Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung 10, bei der das Aufwälzmodul 12 nicht nur mittels der Vorschubeinrichtung 22 in horizontaler Richtung verlagerbar ist, sondern auch eine weitere Vorschubeinrichtung 36 aufweist, über welche das Wälzelement 32 in vertikaler Richtung verschoben werden kann. Auf diese Weise kann die Greifvorrichtung 10 an unterschiedlich hohe Werkstücke 24 relativ einfach angepasst werden.
Die 6 zeigt unterschiedliche Varianten von Wälzelementen 32, wobei die 6a eine in Richtung des Pfeils 34 angetriebene Rolle oder Walze 38 zeigt, die bei angehobenem Werkstück 24 dieses unterseitig abstützt. Bei der Variante gemäß der 6b ist die Walze 38 mit einer in Vorschubrichtung dahinterliegenden starren Auflage 40 versehen. Die starre Auflage 40 dient zur zusätzlichen Abstützung des Werkstücks 24, und wird insbesondere bei sehr labilen Werkstücken 24 verwendet.
Die 6c zeigt ein als umlaufendes Band 42 ausgebildetes Wälzelement 32, wobei das Band 42 auch als Vakuumband mit Vakuumöffnungen ausgeführt sein kann. Aufgrund der Keilform des Wälzelements 32 wird das Werkstück 24 durch allmähliches Unterschieben des Wälzelements 32 angehoben. Wie in 6d dargestellt, kann das umlaufende Band 42 auch mit einem sich anschließenden waagerecht liegenden Abschnitt 44 versehen sein. Dieser Abschnitt 44 dient, wie beim Ausführungsbeispiel der 6b, zur Unterstützung relativ labiler Werkstücke 24.
Die 7 zeigt den in der 3b dargestellten Fall, wobei das Saugmodul 14 in drei voneinander unabhängige Einzelmodule 46, 48 und 50 aufgeteilt ist. Jedes Einzelmodul 46 bis 50 ist mit einer Unterdruckquelle 16 verbunden und weist einen als Unterdrucksensor 52 ausgebildeten Sensor 54 auf. Mittels dieses Unterdrucksensors 52 kann der in jedem Einzelmodul 46 bis 50 herrschende Unterdruck erfasst und die Daten kabelgebunden oder kabellos (wie mit den Pfeilen 56 dargestellt) an eine Greifersteuerung 58 übermittelt werden. Diese Greifersteuerung 58 steuert die Vorschubeinrichtung 22 sowie die Wälzelemente 32 an.
Befindet sich das Werkstück 24 in der in der 7 dargestellten, gekippten Position, dann liegt die rechte Oberseite am Einzelmodul 50 an, wohingegen die beiden anderen Einzelmodule 46 und 48 unbelegt sind. Der mit dem Einzelmodul 50 verbundene Unterdrucksensor 52 registriert einen höheren Unterdruck aufgrund der belegten Sauggreifer 18 und übermittelt diese Information an die Greifersteuerung 58. Die Greifersteuerung 58 verzögert den Antrieb der rechten Vorschubeinrichtung 22 und/oder den Antrieb des rechten Wälzelements 32 und/oder beschleunigt den Antrieb des linken Wälzelements 32. Hierdurch wird versucht, die Kipplage des Werkstücks 24 zu vermindern.
Eine andere Steuerungsvariante sieht vor, dass das rechte Aufwälzmodul 12 so weit nach links verfahren wird, bis das Werkstück 24 am Arm des Aufwälzmoduls 12 anliegt, welcher dann einen Anschlag bildet. Sodann kann über die linke Vorschubeinrichtung 22 ein höherer Druck auf das linke Wälzelement 32 ausgeübt werden, wodurch ein eventueller Schlupf am Werkstück 24 eliminiert wird. Greift das linke Wälzelement 32 dann unter das Werkstück 24, kann das linke Aufwälzmodul 12 vollständig an das Werkstück 24 herangefahren und angehoben werden. Das Werkstück 24 liegt dann mit seiner Oberseite vollständig an den Einzelmodulen 46 bis 50 an, was über die Unterdrucksensoren 52 registriert wird. Das Werkstück 24 kann dann über die Greifvorrichtung 10 transportiert werden.
Die 8 zeigt eine Variante der Greifvorrichtung 10, bei der links ein Aufwälzmodul 12 und rechts ein Anschlag 60 vorgesehen sind, an welchem sich das Werkstück 24 abstützen kann, so dass über das Wälzelement 32 relativ hohe Kräfte auf das Werkstück 24 ausgeübt werden können.
Beim Ausführungsbeispiel der 9 ist der Anschlag 60 über eine Vorschubeinrichtung 36 vertikal verlagerbar, so dass das Wälzelement 32 problemlos unter das Werkstück 24 greifen kann, ohne dass das Werkstück 24 gekippt wird.
Beim Ausführungsbeispiel der 10 ist der Anschlag 60 als weiteres Saugmodul 62 ausgebildet, so dass das Werkstück 24 nicht nur seitlich abgestützt, sondern auch mittels Unterdruck fixiert werden kann.
Die 11 zeigt einen Verfahrensablauf beim Depalettieren eines Werkstücks 24 von einem Werkstückstapel 64. Gemäß Figur 11a wird an eine seitliche Fläche des Werkstücks 24 ein Saugmodul 14 angesetzt, wobei das Aufwälzmodul 12 noch nicht am Werkstück 24 angreift. Zusätzlich kann ein weiteres Saugmodul 66 an der Oberseite des Werkstücks 24 angreifen.
Gemäß 11b wird nunmehr die gesamte Greifvorrichtung 10 in Richtung des Pfeils 68 angehoben, wodurch das Werkstück 24 derart geringfügig gekippt wird, dass zum darunter liegenden Werkstück ein Spalt entsteht, in welchen das freie Ende des Aufwälzmoduls 12 eingeschoben werden kann.
Das Aufwälzmodul 12 wird in Drehung versetzt (Pfeil 34) und mittels der Vorschubeinrichtung 22 unter das Werkstück 24 geschoben, was in 11c dargestellt ist. Sobald das Aufwälzmodul 12 das Werkstück 24 untergreift, wird eine Vorschubeinrichtung 70 aktiviert und das Saugmodul 14 in Richtung des Pfeils 72 bewegt und das Werkstück 24 auf das Aufwälzmodul 12 aufgezogen, wie in 11d dargestellt. Dabei wird dieser Vorgang durch das umlaufende Band 42 des Wälzelements 32 unterstützt.
Befindet sich das Werkstück 24 vollständig auf dem Wälzelement 32, was in 11e dargestellt ist, kann dieses zum Beispiel mittels eines weiteren Saugmoduls 74, welches aus einer Ruheposition in eine Arbeitsposition auf das Werkstück 24 kippt, gesichert werden. Das Werkstück 24 kann dann durch Anheben der Greifvorrichtung 10 in Richtung des Pfeils 76 angehoben und transportiert werden.
Außerdem können die Bewegungen von Aufwälzmodul 12 und Saugmodul 14 gekoppelt sein, was den Vorteil mit sich bringt, dass nur ein Antrieb (Motor) für beide Bewegungsrichtungen benötigt wird. Die Kopplung kann über eine Kette, Riemen, Zahnräder, Reibräder oder dergleichen erfolgen.
Durch die Verwendung eines oder mehrerer zusätzlicher Saugmodule 14 wird das Ergreifen von Werkstücken 24 mittels einer oder mehrerer Aufwälzmodule 12 wesentlich unterstützt oder bei extrem labilen Werkstücken 24 erst ermöglicht. Ein Depalettiervorgang kann schneller und Werkstück schonender erfolgen.

Claims

Greifvorrichtung (10) zum Ergreifen, Anheben und Transportieren von Werkstücken (24) mit wenigstens einem am Werkstück (24) angreifenden Aufwälzmodul (12) sowie wenigstens einem zusätzlich am Werkstück (24) angreifenden Saugmodul (14).
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugmodul (14) von einem Flächensauggreifer gebildet wird.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugmodul (14) eine Vielzahl einzelner, nebeneinander angeordneter Sauggreifer (18) aufweist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) und das Saugmodul (14) gleichzeitig am Werkstück (24) angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) und das Saugmodul (14) nacheinander am Werkstück (24) angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) und das Saugmodul (14) an der gleichen Seitenfläche des Werkstücks (24) angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) und das Saugmodul (14) an gegenüberliegenden Seiten des Werkstücks (24) angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Saugmodule (14) vorgesehen sind, die an unterschiedlichen, insbesondere nicht parallel zueinander stehenden, zum Beispiel rechtwinklig zueinander stehenden Seiten am Werkstück (24) angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugmodul (14) und/oder Aufwälzmodul (12) an einer oberen oder seitlichen Fläche des Werkstücks (24) angreift bzw. angreifen.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugmodul (14) wenigstens einen Sensor (54) aufweist, der mit einer Steuerung (58) für das Aufwälzmodul (12) verbunden ist und Daten zur Ansteuerung des Aufwälzmoduls (12) liefert.
Greifvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (54) ein Unterdrucksensor (52), ein Strömungssensor oder ein Annäherungssensor ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) bezüglich des Saugmoduls (14) in einer Richtung verfahrbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) bezüglich des Saugmoduls (14) in einer Ebene verfahrbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwälzmodul (12) bezüglich des Saugmoduls (14) im Raum verfahrbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen von Aufwälzmodul (12) und Saugmodul (14) gekoppelt sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung über eine Kette, Riemen, Zahnräder, Reibräder oder dergleichen erfolgt.