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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Robotersystem zum aufeinanderfolgenden Aufnehmen von geschütteten Werkstücken gleicher Art mittels eines Roboters, der einen Arm und eine Hand aufweist, sowie ein Verfahren zum Beurteilen eines Werkstück-Greifzustandes mittels einer Hand.
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2. Zum Stand der Technik
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Bei Förderung eines Werkstückes mit einem Roboter, der einen Arm und eine Hand aufweist, können verschiedene photoelektrische Sensoren an der Hand eingesetzt werden als Mittel zur Bestätigung eines Greifzustandes bezüglich des Werkstückes mit der Hand. Dabei ist es wichtig, die Hand in Bezug auf das Werkstück exakt zu positionieren, um zu vermeiden, dass ein von der Hand gegriffenes Werkstück sich außerhalb des Detektionsbereiches eines photoelektrischen Sensors befindet. Bei aufeinanderfolgender Aufnahme und Förderung von Werkstücken, die geschüttet gelagert oder in einem Container gesammelt sind, ist es erforderlich, Werkstücke aufzugreifen, die in beliebigen Stellungen gelagert sind. Dabei ist es nicht immer einfach, die Hand exakt in Bezug auf das Werkstück zu positionieren. Einer der möglichen Wege zur Bestätigung des Greifzustandes von geschüttet gelagerten Werkstücken ist der Einsatz eines photoelektrischen Sensors unabhängig vom Roboter auf der Außenseite des Behälters und die Bewegung der Hand in den Detektionsbereich des photoelektrischen Sensors.
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Ergibt diese Überprüfung durch den photoelektrischen Sensor aber, dass die Hand das Werkstück nicht ergreift, ist es erforderlich, die Hand zur Aufnahme eines Werkstücks wieder in das Innere des Behälters zu bewegen und deshalb wird die Zykluszeit für den Aufnahmevorgang länger oder der Zyklus beendet. Ein Beispiel für eine Hand zum Ergreifen von geschüttet gelagerten Werkstücken ist eine sogenannte Absorptionshand, welche einen Zylinder an einem Arm aufweist und einen Absorber am vorderen Endabschnitt eines Kolbens der Zylindereinrichtung. Eine solche Absorptionshand ist in der
JP-A-H6-344351 beschrieben.
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Der Stand der Technik kennt auch Roboter, die eine vom oben erwähnten photoelektrischen Sensor verschiedene Einrichtung einsetzen als Mittel zur Überprüfung des Werkstück-Greifzsutandes durch die Hand. Beispielsweise schlagen die
JP-A-2013-195199 und die
JP-A-2013-56402 einen Roboter vor, bei dem das Gewicht eines Werkstückes mittels eines Kraftsensors gemessen wird, der zwischen dem Arm und der Hand angeordnet ist, und die
JP-A-2013-27940 schlägt einen Roboter vor mit einer Gewichtsmesseinrichtung, die am vorderen Endabschnitt des Armes angebracht ist. Die
JP-A-H8-94424 schlägt eine Gewichtsmesseinrichtung vor mit einem Lastsensor, der an der Hand angebracht ist, um so eine Last zu messen, die auf eine Montageplatte eines Vakuumblockes wirkt, und die
JP-A-H4-152223 beschreibt eine Handhabungseinrichtung, welche das Gewicht eines Werkstückes unter Verwendung einer elektromagnetischen Kraftmesseinrichtung misst mit einer Spule und einem Magneten. Bei Anwendung der Techniken gemäß der
JP-A-2013-195199 , der
JP-A-2013-56402 , der
JP-A-2013-27940 , der
JP-A-H8-94424 und der
JP-A-H4-152223 ist es allerdings erforderlich, eine komplizierte Messeinrichtung in den Arm oder die Hand aufzunehmen und damit hat der Roboter einen komplizierten Aufbau und die Herstellungskosten sind hoch.
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Ziel ist ein Robotersystem und ein Prüfverfahren zur Überprüfung eines Werkstück-Greifzustandes mittels einer Hand unter Verwendung eines einfachen und kostengünstigen Mechanismus.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer ersten Merkmalskombination der Erfindung wird ein Robotersystem bereitgestellt zum aufeinanderfolgenden Aufnehmen von geschüttet gelagerten Werkstücken gleicher Art mit einem Folgendes aufweisenden Roboter: einen Arm und eine Hand, wobei die Hand ein Basisteil aufweist, welches am Arm befestigt ist, eine Zylindereinheit, welche einen Zylinder aufweist, der sich vom Basisteil weg erstreckt, und eine Kolbenstange, welche in einem Streckzustand der Zylindereinheit von einem vorderen Ende vorsteht und sich in zur Steckrichtung entgegengesetzter Richtung bewegen kann aufgrund eines Fluid-Druckes im Inneren des Zylinders, und eine Greifeinheit, welche am vorderen Endabschnitt der Kolbenstange in Streckrichtung angebracht ist und welche ein Werkstück ergreifen kann, wobei das Robotersystem weiterhin eine Fluiddruckeinestelleinrichtung aufweiset, welche einen Fluiddruck im Inneren des Zylinders einstellen kann, eine Bewegungsdetektionseinrichtung, welche eine Bewegung der Kolbenstange in zur Streckrichtung entgegengesetzter Richtung detektiert, und eine Prüfeinrichtung, welche prüft, ob die Hand eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken ergreift auf Basis der Größe des Fluiddruckes im Inneren des Zylinders und von Detektionsergebnissen der Bewegungsdetektionseinrichtung.
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Gemäß einer zweiten Merkmalskombination der Erfindung wird ein Beurteilungsverfahren (Prüfverfahren) bereitgestellt zur Überprüfung eines Greifzustandes eines Werkstückes durch eine Hand, insbesondere in einem Robotersystem gemäß der ersten Merkmalskombination, mit folgenden Schritten: Einstellen eines Fluiddruckes innerhalb der Zylindereinheit mittels einer Fluiddruckeinstelleinrichtung auf einen ersten Druckwert, bei dem die Kolbenstange sich in einer Richtung bewegt, die entgegengesetzt ist der Streckrichtung, wenn die Greifeinheit kein Werkstück ergreift und wobei die Kolbenstange sich nicht bewegt wenn die Greifeinheit ein Werkstück ergreift, Detektieren, mittels der Bewegungsdetektionseinrichtung, ob die Kolbenstange sich in einer Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung bewegt hat, und Beurteilen, dass die Hand das Werkstück nicht ergreift wenn der Fluiddruck gemäß dem ersten Druckwert die Kolbenstange veranlasst, in Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung sich zu bewegen, während festgestellt wird, dass die Hand ein Werkstück ergreift wenn der Fluiddruck gemäß dem ersten Druckwert die Kolbenstange nicht veranlasst, sich zu bewegen.
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Gemäß einer Merkmalskombination der Erfindung wird ein Prüfverfahren gemäß der zweiten Merkmalskombination bereitgestellt, welches weiterhin folgende Schritte aufweist: Einstellen eines Fluiddruckes in der Zylindereinheit durch die Fluiddruckeinstelleinheit auf einen zweiten Druckwert, bei dem sich die Kolbenstange in Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung bewegt wenn die Greifeinrichtung nur ein Werkstück ergreift und wobei die Kolbenstange sich nicht bewegt wenn die Greifeinrichtung zwei oder mehr Werkstücke ergreift, wenn festgestellt wird, dass die Hand ein Werkstück ergreift, erneute Detektion, ob die Kolbenstange sich in Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung bewegt hat mittels der Bewegungsdetektionseinrichtung, und Feststellen, dass die Hand nur ein Werkstück ergreift wenn der Fluiddruck gemäß dem zweiten Druckwert die Kolbenstange veranlasst, sich in Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung zu bewegen, wohingegen festgestellt wird, dass die Hand zwei oder mehr Werkstücke ergreift wenn der Fluiddruck gemäß dem zweiten Druckwert die Kolbenstange nicht veranlasst, sich zu bewegen.
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Gemäß einer vierten Merkmalskombination der Erfindung wird ein Prüfverfahren gemäß der zweiten oder dritten Merkmalskombination bereitgestellt, welches weiterhin folgende Schritte aufweist: Einstellen eines Fluiddruckes im Zylinder durch die Fluiddruckeinstelleinrichtung derart, dass die Kolbenstange die Schwerkraft ausbalanciert, welche auf die Greifeinrichtung wirkt, ohne dass eine Bewegung entgegengesetzt zur Richtung der Streckrichtung erfolgt bis die Greifeinheit das Werkstück ergreift.
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Diese sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung von erläuternden Ausführungsbeispielen der Erfindung im Detail, welche in den beigefügten Figuren gezeigt sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines beispielhaften Robotersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 ist eine perspektivische Darstellung der Erscheinung des Roboters in einem Robotersystem gemäß 1.
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3 ist eine vergrößerte Teildarstellung der Hand und ihrer Umgebung in einem Roboter gemäß 2.
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4 ist eine erste Seitenansicht einer Hand, die in einer Entnahmestellung gehalten wird, in einem Zustand, in dem ein Fluiddruck im Zylinder gleich ist einem ersten Druckwert.
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5 ist eine zweite Seitenansicht einer Hand, die in einer Aufnahmestellung gehalten wird, welche einen Zustand zeigt, in dem ein Fluiddruck im Zylinder gleich ist einem ersten Druckwert.
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6 ist eine erste Seitenansicht einer Hand, die in einer Entnahmestellung gehalten wird, in einem Zustand, in dem ein Fluiddruck im Zylinder gleich ist einem zweiten Druckwert.
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7 ist eine zweite Seitenansicht einer Hand, die in einer Entnahmestellung gehalten wird, in einem Zustand, in dem ein Fluiddruck im Zylinder einem zweiten Druckwert gleich ist.
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8 ist ein Luftdruckdiagramm einer Fluiddruckeinstelleinrichtung in einem Robotersystem gemäß 1 und zeigt einen Zustand, in dem ein Solenoidventil in einer zweiten Stellung ist.
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9 ist ein Luftdruckdiagramm ähnlich 8 und zeigt einen Zustand, in dem ein Solenoid-Ventil in eine erste Stellung bewegt ist.
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10 ist ein Luftdruckdiagramm ähnlich 8 und zeigt einen Zustand, in dem ein Solenoidventil in eine dritte Position bewegt ist.
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11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Überprüfung eines Greifzustandes gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN IM EINZELNEN
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Einzelnen mit Blick auf die Figuren näher erläutert. Die nachfolgende Beschreibung begrenzt aber nicht den technischen Umfang der Erfindungen, die in den Ansprüchen beschrieben sind oder die Bedeutung der verwendeten Begriffe etc.
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Mit Bezug auf die 1 bis 11 wird ein Robotersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Das Robotersystem bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Fördersystem, welches nacheinander geschüttet gelagerte Werkstücke (unregelmäßig liegende Werkstücke) gleichen Typs nacheinander aufnimmt und fördert. 1 ist ein Blockdiagramm und zeigt den Aufbau des beispielhaften Robotersystems RS dieses Ausführungsbeispieles. Gemäß 1 hat das Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles einen Roboter 10 mit einem Arm und einer Hand, eine Steuereinrichtung 20, eine Fluiddruckeinstelleinrichtung 30, eine Bewegungsdetektionseinrichtung 40, und eine Prüfeinrichtung 50. Das Robotersystem RS dieses Beispiels hat die Funktion der Prüfung eines Werkstück-Greifzustandes durch die Hand des Roboters 10 beim Aufnehmen des geschüttet gelagerten Werkstückes. Eine solche Prüfung wird nachfolgend auch als „Greifzustand-Prüfverfahren” bezeichnet. Die Komponenten des Robotersystem RS dieses Beispiels werden nachfolgend näher beschrieben.
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung den Roboter 10 des Robotersystems RS entsprechend 1. Gemäß 2 handelt es sich bei dem Roboter 10 dieses Beispieles um einen vertikalen Gelenk-Roboter mit einem Arm RA, der ein (Hand-)Gelenk RB aufweist, und eine Hand RH, die am Gelenk RB angebracht ist. Bei diesem Beispiel hat der Arm RA des Roboters 10 eine feststehende Basis B1, die an der Bodenfläche befestigt ist, eine Drehbasis B2, die an der Basis B1 befestigt ist, einen unteren Arm A1, der an der Drehbasis B2 befestigt ist, einen oberen Arm A2, der an dem unteren Arm A1 befestigt ist, und ein Gelenk RB, welches am oberen Arm A2 befestigt ist. Der Arm RA dieses Beispiels kann frei die Position und Stellung der Hand RH ändern, die am Gelenk RB befestigt, und zwar mittels Antriebskraft von Servomotoren (nicht gezeigt). Wie 2 zeigt, ist der Roboter 10 dieses Ausführungsbeispieles so betätigbar, dass er nacheinander Werkstücke aufnimmt, welche in einem deckellosen Schüttgutbehälter C gelagert sind. Hierzu bewegt der Arm RA das Anziehelement 82 der Hand RH in eine Aufnahmestellung direkt über dem aufzunehmenden Werkstück, sodass das Anziehelement 82 der Hand RH in Kontakt mit dem Werkstück kommt. Diese Aufnahmestellung kann beispielsweise durch einen optischen Sensor (nicht gezeigt) detektiert werden, der im Container C eingerichtet ist.
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3 ist eine Teildarstellung in vergrößertem Maßstab der Hand RH des Roboters 10 nach 2. Gemäß 3 hat die Hand RH bei diesem Ausführungsbeispiel eine scheibenförmige Basis 60, die am Gelenk RB des Armes RA angebracht ist, und eine Zylindereinrichtung 70, die an der Basis 60 angebracht ist und durch Luftdruck oder Öldruck oder einen anderen Fluiddruck angetrieben wird. Die Zylindereinrichtung 70 dieses Ausführungsbeispieles arbeitet als Schwebemechanismus, der Stöße absorbiert wenn die bewegte Hand RH unbeabsichtigt mit dem Werkstück kollidiert. Entsprechend 3 hat die Zylindereinrichtung 70 bei diesem Ausführungsbeispiel einen quaderförmigen Zylinder 71, der sich von der Basis 60 aus erstreckt, einen Kolben (nicht gezeigt), der im Zylinder 71 sich vorwärts und rückwärts bewegen kann, und eine Kolbenstange 72, die mit dem Kolben verbunden ist und sich in Streckrichtung des Zylinders erstreckt. Nachfolgend wird die Streckrichtung der Kolbenstange 72 entsprechend dem Pfeil A30 in 3 einfach auch als „Stangenstreckrichtung” bezeichnet.
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Wie 3 zeigt, hat der Zylinder 71 dieses Ausführungsbeispieles Anschlüsse CP1 und CP2, die an den beiden Enden (des Zylinders) in Stangenstreckrichtung ausgeformt sind. Durch dieses Anschlüsse CP1 und CP2 wird das Arbeitsfluid der Zylindereinrichtung 70 zugeführt bzw. abgelassen. Nachfolgend wird der Anschluss CP1, welcher nahe an der Kolbenstange 72 liegt, als „kolbenseitiger Anschluss CP1” bezeichnet, während der Anschluss CP2, welcher nahe der Basis 60 liegt, als „basisseitiger Anschluss CP2” bezeichnet wird. Die Kolbenstange 72 bei diesem Ausführungsbeispiel kann in der Streckrichtung entgegengesetzter Richtung bewegt werden mittels des Druckes des Arbeitsfluids, welches durch den stangenseitigen Anschluss CP1 eingeführt wird. Im Einzelnen: wird unter hohem Druck stehendes Fluid in das Innere des Zylinders 1 über den stangenseitigen Anschluss CP1 zugeführt, wirkt eine Schiebekraft auf den Kolben in Richtung entgegengesetzt zur Streckrichtung. Deshalb bewegt sich die Kolbenstange 72 zusammen mit dem Kolben in einer Richtung entgegengesetzt zur Stangenstreckrichtung. Bei der nachfolgenden Beschreibung wird eine Bewegung der Kolbenstange 72 in Richtung entgegengesetzt zur Stangenstreckrichtung auch als „Rückziehbewegung” bezeichnet.
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Entsprechend 3 hat die Hand RH bei diesem Ausführungsbeispiel weiterhin eine Greifeinheit 80, die am vorderen Ende der Kolbenstange 72 angebracht ist, und zwar in Streckrichtung, und welche ein Werkstück ergreifen kann. Die Greifeinheit 80 dieses Ausführungsbeispieles hat einen säulenförmigen Elektromagneten 81, der eine magnetische Anziehungskraft erzeugt, und ein vorspringendes Anziehelement 82, welches Anziehkräfte des Elektromagneten 81 einsetzt, um ein metallisches Werkstück aufzunehmen und zu greifen. Entsprechend 3 ist der Elektromagnet 31 dieses Ausführungsbeispieles mit einem vorderen Endabschnitt der Kolbenstange 72 verbunden, wobei das Anziehelement 82 vom vorderen Endabschnitt des Elektromagneten 81 in Stangenstreckrichtung vorsteht. Die Greifeinheit 80 dieses Beispiels ist integral mit der Kolbenstange 72 verbunden und deshalb eingerichtet, zusammen mit der Kolbenstange 72 aufgrund des Fluiddruckes im Zylinder 71 eine Rückziehbewegung auszuführen. Nimmt der Roboter 10 ein geschüttet gelagertes Werkstück auf, wird die Hand RH in einer Stellung gehalten, in welcher die Stangenstreckrichtung vertikal nach unten weist (vgl. 2). Eine solche Stellung ist unten auch als „Aufnahmestellung” bezeichnet. In der Aufnahmestellung gemäß 2 ist die Kolbenstange 72 parallel zu Vertikalrichtung ausgerichtet, jedoch kann die Kolbenstange 72 auch etwas in Bezug auf die Vertikalrichtung geneigt sein.
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Entsprechend 1 hat die Bewegungsdetektionseinrichtung 40 im Robotersystem RA dieses Ausführungsbeispieles die Funktion der Detektion einer Rückziehbewegung der Kolbenstange 72 der oben erläuterten Zylindereinrichtung 70. Die Bewegungsdetektionseinrichtung 40 dieses Ausführungsbeispieles ist eine Schalteranordnung und kann im Zylinder 71 der Zylindereinrichtung 70 eingebaut sein (vgl. 3). Die Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 beim Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles hat die Funktion der Einstellung des Fluiddruckes im Zylinder 71. Insbesondere kann die Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 den Fluiddruck im Zylinder 71 auf beispielsweise einen Wert einstellen, bei dem die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung aufgrund des Fluiddruckes ausführt wenn die Hand RH in der oben erläuterten Aufnahmestellung kein Werkstück ergreift, wobei die Kolbenstange 72 in der Ausgangsposition verbleibt anstelle der Ausführung einer Rückziehbewegung wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung ein oder mehrere Werkstücke ergreift. Ein solcher Druck wird nachfolgend als „erster Druckwert” bezeichnet. Der erste Druckwert kann im Voraus entsprechend der Art des Werkstückes bestimmt werden.
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Die 4 und 5 sind Seitenansichten einer Hand RH in einer Aufnahmestellung und zeigen einen Zustand, in dem der Fluiddruck im Zylinder 71 gleich ist dem oben genannten ersten Druckwert. Wie 4 zeigt, macht dann, wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung kein Werkstück W ergreift, wenn also die Greifeinheit 80 kein Werkstück W aufgenommen hat, die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung aufwärts in vertikaler Richtung mittels des Fluiddruckes im Zylinder 71. Wenn andererseits gemäß 5 die Hand RH in der Aufnahmestellung ein oder mehrere Werkstücke W ergreift, d. h. wenn die Greifeinheit erfolgreich ein Werkstück W aufgegriffen hat, wird die vertikal nach unten gerichtete Kraft, welche vom Greifelement 80 auf die Kolbenstange 72 einwirkt, relativ groß und deshalb verbleibt die Kolbenstange 72 in der Anfangsposition, ohne dass aufgrund des Fluiddruckes eine Rückziehbewegung erfolgt.
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In ähnlicher Weise kann die Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 bei diesem Ausführungsbeispiel auch den Fluiddruck im Zylinder 71 auf einen anderen Druckwert einstellen, der größer ist als der erste Druckwert, wobei die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung aufgrund des Fluiddruckes ausführt wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung nur ein Werkstück ergreift und wobei die Kolbenstange 72 in der Ausgangsstellung verbleibt anstelle der Ausführung einer Rückziehbewegung wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung 2 oder mehr Werkstücke ergreift. Ein solcher anderer Druckwert wird unten bezeichnet als „zweiter Druckwert”. Der zweite Druckwert, wie der erste Druckwert, kann im Voraus in Abhängigkeit von der Art des Werkstückes bestimmt werden.
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Die 6 und 7 sind Seitenansichten einer Hand RH in Aufnahmestellung und zeigen den Zustand, in dem der Fluiddruck im Zylinder 71 gleich ist dem vorstehend genannten zweiten Druckwert. Wie 6 gezeigt, macht dann, wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung ein Werkstück W ergreift, die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung nach oben in vertikaler Richtung aufgrund des Fluiddruckes im Zylinder 71. Andererseits wird dann, wenn die Hand RH in der Aufnahmestellung zwei oder mehr Werkstückes W ergreift die nach unten gerichtete Kraft in vertikaler Richtung, welche von der Greifeinheit 80 auf die Kolbenstange 72 wirkt, relativ groß und deshalb verbleibt die Kolbenstange 72 in der Ausgangsstellung ohne Ausführung einer Rückziehbewegung aufgrund des Fluiddruckes.
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Nunmehr werden die Grundsätze des Betriebs der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 bei diesem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Zylindereinrichtung 70 des Robotersystems RS durch Luftdruck angetrieben und die Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 stellt den Luftdruck im Inneren des Zylinders 71 ein. 8 ist ein Schaltbild des Luftdruckes der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 in dem Robotersystem RS gemäß 1. Wie 8 zeigt, hat die Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 dieses Ausführungsbeispieles ein Solenoidventil SV, welches mit einer Luftdruckquelle AS über einen zwischengeschalteten Filter FL und einen Regulierer RG verbunden ist. Das Solenoidventil SV dieses Ausführungsbeispieles ist ein Drei-Wege-Elektromagnetventil, welches zwischen einer ersten Stellung, einer zweiten Stellung und einer dritten Stellung bewegt wird. In 8 ist das Solenoidventil SV in einer Neutralstellung angeordnet, welche der zweiten Position entspricht. Die „Neutralstellung” ist hier die Position des Solenoidventils SV, die eingenommen wird, wenn kein Steuersignal eingegeben wird.
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Wie 8 zeigt, zweigt der Strömungskanal stromab des Solenoidventils SV in der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 dieses Ausführungsbeispieles in einen ersten Strömungskanal FC1, welcher ein erstes Luftbetriebsventil AO1 passiert und einen Präzisionsregulierer PR, um dann einen stangenseitigen Anschluss CP1 des Zylinders 71 zu erreichen, und in einen zweiten Strömungskanal FC2, welcher ein zweites Luftbetriebsventil AO2 und einen elektromagnetischen Regulierer ER passiert um den stangenseitigen Anschluss CP1 zu erreichen. Wie sich aus 8 ergibt, wird die komprimierte Luft von der Luftdruckquelle AS dann, wenn sich das Solenoidventil SV in der zweiten Position befindet, an dem Solenoidventil SV abgetrennt und sowohl der erste Strömungskanal FC1 als auch der zweite Strömungskanal FC2 sind am Solenoidventil SV an den äußeren Luftdruck angeschlossen. In diesem Falle sind sowohl das erste Luftbetriebsventil AO1 als auch das zweite Luftbetriebsventil AO2 geöffnet und deshalb nimmt der Luftdruck im Zylinder 71 den äußeren Luftdruck an. Also macht die Kolbenstand 72 der Zylindereinrichtung 70 dann, wenn sich das Solenoideventil SV in der zweiten Position befindet, niemals eine Rückziehbewegung aufgrund von Luftdruck.
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Wie 8 zeigt, ist das Solenoidventil SV dieses Beispieles eingerichtet, sich in die erste Position oder die dritte Position zu bewegen entsprechend einem Steuersignal der Bewegungsbefehlseinheit 22 der Steuereinrichtung 20. Ein solches Steuersignal wird nachfolgend auch als „Bewegungsbefehl” bezeichnet. 9 ist ein Luftdruck-Schaltkreis ähnlich 8 und zeigt einen Zustand, in dem das Solenoidventil SV in die erste Position bewegt ist. Die Strömung komprimierter Luft wird in diesem Fall durch den Pfeil A90 angegeben. Wie sich aus dem Pfeil A90 ergibt, passiert die komprimierte Luft von der Luftdruckquelle AS dann, wenn sich das Solenoidventil SV in der ersten Position befindet, das Solenoidventil SV um in den zweiten Strömungskanal FC2 eingespeist zu werden und der erste Strömungskanal FC1 ist am Solenoidventil SV mit dem äußeren Druck (Atmosphärendruck) verbunden. In diesem Falle ist das zweite Luftbetriebsventil AO2 geöffnet und das ersten Luftbetriebsventil AO1 geschlossen und deshalb passiert die komprimierte Luft von der Luftdruckquelle AS den elektropneumatischen Regulierer ER des zweiten Strömungskanals FC2, um in den stangenseitigen Anschluss CP1 eingespeist zu werden. Wenn also das Solenoidventil SV sich in der ersten Position befindet, kann der Luftdruck im Zylinder 71 mittels des elektropneumatischen Regulierers ER frei eingestellt werden und die Kolbenstange 72 kann deshalb eine Rückziehbewegung ausführen aufgrund des Luftdruckes. Wie 9 zeigt, reguliert der elektropneumatische Regulator ER den Luftdruck im Zylinder 71 auf Basis eines Steuersignals von der Druckbefehlseinheit 23 der Steuereinrichtung 20. Ein solches Steuersignal wird nachfolgend auch als „Druckbefehl” bezeichnet. Der elektropneumatische Regulierer ER kann den Luftdruck im Zylinder 71 beispielsweise auf den obigen ersten Druckwert oder den obigen zweiten Druckwert einstellen.
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10 ist ein Luftdruck-Schaltkreis ähnlich 8 und zeigt den Zustand, in dem das Solenoidventil SV in die dritte Position bewegt ist. Die Strömung komprimierter Luft ist in diesem Falle durch den Pfeil A100 angegeben. Wie sich aus dem Pfeil A100 ergibt, passiert komprimierte Luft von der Luftdruckquelle AS dann, wenn sich das Solenoidventil SV in der dritten Position befindet, dass Solenoidventil SV, um in den ersten Strömungskanal FC1 eingespeist zu werden, während der zweite Strömungskanal FC2 am Solenoidventil SV mit dem äußeren Druck verbunden ist. In diesem Falle ist das erste Betriebsventil AO1 geöffnet und das zweite Luftbetriebsventil AO2 geschlossen und deshalb passiert komprimierte Luft von der Luftdruckquelle AS den Präzisionsregulator PR des ersten Strömungskanals FC1, um in den stangenseitigen Anschluss CP1 eingespeist zu werden. Da der Präzisionsregulator PR eingerichtet ist, hochgenaue Einstellungen des Ausgangsdruckes vorzunehmen, kann er den Luftdruck im Zylinder 71 so einstellen, dass keine Rückziehbewegung der Kolbenstange 72 aufgrund von auf sie einwirkenden Druckkräften erfolgt. Auf diese Weise wird ein Teil der auf die Greifeinheit 30 einwirkenden Schwerkraft ausbalanciert durch die obige Druckkraft und deshalb wird ein Stoß abgefangen wenn die Greifeinheit 80 das Werkstück kontaktiert. Im Ergebnis ist es auch dann, wenn die Greifeinheit 80 relativ groß ist, möglich, Beschädigungen am Werkstück W aufgrund des Stoßes zwischen der Greifeinheit 80 und dem Werkstück W zu vermeiden.
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Entsprechend 1 hat die Steuereinrichtung 20 des Robotersystems RS dieses Ausführungsbeispieles eine Betriebssteuereinheit 21, eine Bewegungsbefehlseinheit 22 und eine Druckbefehlseinheit 23. Die Betriebssteuereinheit 21 erzeugt Betriebsbefehle für die verschiedenen Komponenten des Roboters 10 gemäß einem vorab vorbereiteten Betriebsprogramm. Die so erzeugten Betriebsbefehle werden den Servomotoren zugeführt zum Antreiben verschiedener Komponenten des Roboters 10. Die Bewegungsbefehlseinheit 22 erzeugt einen Bewegungsbefehl für das Solenoidventil SV der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 im oben erläuterten Greifzustandsbeurteilungsverfahren (vgl. 9 und 10). Die Druckbefehlseinheit 23 dieses Ausführungsbeispieles erzeugt einen Druckbefehl für den elektropneumatischen Regulierer ER der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 im oben erläuterten Greifzustandsbeurteilungsverfahren (vgl. 9).
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Entsprechend 1 hat die Beurteilungsvorrichtung 50 des Robotersystems RS dieses Ausführungsbeispieles die Funktion der Beurteilung, wie ein Werkstück durch die Hand RH beim oben erläuterten Greifzustandsprüfverfahren ergriffen ist. Im Einzelnen: die Beurteilungsvorrichtung 50 dieses Ausführungsbeispieles beurteilt, ob die Hand RH eine vorgegebene Anzahl von Werkstücken ergreift, und zwar auf Basis des Fluiddruckes im Zylinder 71 der Hand RH und der Detektionsergebnisse der Bewegungsdetektionseinrichtung 40. Insbesondere ermittelt die Beurteilungseinrichtung 50 dieses Ausführungsbeispieles, dass die Hand RH ein Werkstück W nicht ergreift wenn die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung ausführt bei einem Fluiddruck im Zylinder 71, der gleich ist dem obigen ersten Druckwert (vgl. 4), während sie ermittelt, dass die Hand RH ein oder mehrere Werkstücke W ergreift wenn die Kolbenstange 72 keine Rückziehbewegung ausführt bei einem Fluiddruck im Zylinder 71, der gleich ist dem obigen ersten Druckwert (vgl. 5). Die Beurteilungseinrichtung 50 dieses Ausführungsbeispieles ermittelt, dass die Hand RH nur ein Werkstück W ergreift wenn die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung ausführt bei einem Fluiddruck im Zylinder 71, der gleich ist dem zweiten Druckwert (vgl. 6), während sie andererseits ermittelt, dass die Hand RH zwei oder mehr Werkstücke W ergreift wenn die Kolbenstange 72 keine Rückziehbewegung ausführt bei einem Fluiddruck im Zylinder 71, der gleich ist dem zweiten Druckwert (vgl. 7). Angemerkt sei, dass in 1 die Beurteilungseinrichtung 50 und die Steuereinrichtung 20 als separate Komponenten dargestellt sind, jedoch kann die Beurteilungseinrichtung 50 auch Teil der Steuereinrichtung 20 sein.
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Nunmehr wird das besondere Verfahren des Greifzustandsbeurteilungsverfahrens im Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles näher erläutert. 11 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Greifzustandbeurteilungsverfahrens. Gemäß 11, Schritt S101, überträgt die Bewegungsbefehlseinheit 22 der Steuereinrichtung 20 zunächst einen Bewegungsbefehl zur Bewegung des Solenoidventils SV der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 in die obige zweite Position. Dies stellt sicher, dass sowohl das erste Luftbetriebsventil AO1 als auch das zweite Luftbetriebsventil AO2 der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 offen sind und deshalb ein Restdruck im Zylinder 71 der Zylindereinheit 70 entfernt wird (vgl. 8). Sodann überträgt in Schritt S102 die Bewegungsbefehlseinheit 22 der Steuereinrichtung 20 einen Bewegungsbefehl zur Bewegung des Solenoidventils SV der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 in die obige dritte Position. Dies stellt sicher, dass der Luftdruck im Zylinder 71 durch den Präzisionsregulierer PR eingestellt wird und deshalb wird eine Druckkraft auf die Kolbenstange 72 einwirken, damit keine Rückziehbewegung der Kolbenstange 72 erfolgt (vgl. 10).
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Sodann bewegt in Schritt S103 der Arm RA die Hand RH in die oben erläuterten Aufnahmeposition. In diesem Schritt wird ein Teil der Schwerkraft, welche auf die Greifeinheit 80 der Hand RH wirkt, ausbalanciert durch die vorstehend erwähnte Druckkraft und deshalb wird der Kontaktstoß zwischen der Greifeinheit 80 und dem Werkstück abgemildert. Angemerkt sei, dass bis das die Hand RH die Aufnahmeposition erreicht und das Werkstück W ergreift, der obige Verbindungsansschluss CP2 des Zylinders 71 auf der Basisseite vorzugsweise mit der äußeren Atmosphäre verbunden bleibt. Dies stellt sicher, dass die Größe der Reaktionskraft vom Schwebemechanismus, d. h. von der Zylindereinrichtung 71 auf das Werkstück W, konstant gehalten wird, unabhängig vom Schwebezustand des Schwebemechanismus. Deshalb ist es möglich, auch dann, wenn die bewegende Hand RH unbeabsichtigt mit dem Werkstück W zusammenstößt, zu verhindern, dass die Hand RH eine große Reaktionskraft auf das Werkstück W überträgt. Im Gegenteil, bei einem herkömmlichen Schwebemechanimus, welcher Federn oder andere elastische Teile verwendet, wächst die Größe der Reaktionskraft, die auf das Werkstück übertragen wird, proportional zum Schwebezustand und deshalb kann das Werkstück ernsthaft beschädigt werden durch einen unbeabsichtigten Zusammenstoß zwischen der Hand und dem Werkstück.
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Sodann überträgt in Schritt S104 die Druckbefehlseinheit 23 der Steuereinrichtung 20 einen Druckbefehl zur Einstellung des Luftdruckes im Zylinder 71 auf den obigen ersten Druckwert. Sodann bewegt in Schritt S105 der Arm RH die Hand RH in eine vorgegebene Überprüfungsposition. Die hier genannte Überprüfungsposition ist beispielsweise eine Position getrennt von der obigen Aufnahmeposition, und zwar nach oben in vertikaler Richtung gemäß einem vorgegebenen Abstand. Sodann überträgt in Schritt S106 die Bewegungsbefehlseinheit 22 der Steuereinrichtung 20 einen Bewegungsbefehl zur Bewegung des Solenoidventils SV der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 in die obige erste Position. Dies stellt sicher, dass das erste Luftbetriebsventil AO1 der Fluiddruckeinstelleinrichtung 30 geschlossen ist und das zweite Luftbetriebsventil AO2 offen ist und deshalb der Luftdruck im Zylinder 71 mittels des elektropneumatischen Regulierers ER auf den ersten Druckwert eingestellt ist (vgl. 9).
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Sodann detektiert in Schritt S107 die Bewegungsdetektionseinrichtung 40, ob die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung ausgeführt hat. Hat die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung ausgeführt (Schritt 107: JA), stellt die Überwachungseinrichtung 50 fest, dass die Hand RH kein Werkstück W ergreift (Schritt S108). Der Zustand der Hand RH in diesem Fall ist in 4 dargestellt. Danach kehrt das Robotersystem RS zum obigen Schritt S101 zurück. Wenn andererseits die Kolbenstange 72 keine Rückziehbewegung ausgeführt hat (Schritt 107: NEIN), ermittelt die Beurteilungseinrichtung 50, dass die Hand RH einen oder mehrere Werkstücke W ergreift (Schritt S109). Der Zustand der Hand RH in diesem Fall ist in 5 dargestellt. Sodann überträgt in Schritt S110 die Druckbefehlseinheit 23 der Steuereinrichtung 20 einen Druckbefehl zur Einstellung des Luftdruckes im Zylinder 71 auf den obigen zweiten Druckwert. Im Ergebnis stellt der elektropneumatische Regulierer ER den Luftdruck im Zylinder 71 auf den zweiten Druckwert ein (vgl. 9).
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Sodann prüft in Schritt S111 die Bewegungsdetektionseinrichtung 40 wiederum, ob die Kolbenstange 72 ein Rückziehbewegung ausgeführt hat. Wenn die Kolbenstange 72 keine Rückziehbewegung ausgeführt hat (Schritt S111: NEIN), bestimmt die Überwachungseinrichtung 50, dass die Hand RH nur ein Werkstück W ergreift (Schritt S112). Der Zustand der Hand RH in diesem Falle ist in 6 gezeigt. Danach beendet das Robotersystem RS die Überwachung des Greifzustandes. Wenn andererseits die Kolbenstange 72 keine Rückziehbewegung ausgeführt hat (Schritt S111: JA), bestimmt die Überwachungseinrichtung 50, dass die Hand RH zwei oder mehr Werkstücke W ergreift (Schritt S113). Der Zustand der Hand RH in diesem Falle ist in 7 gezeigt. Sodann bewegt in Schritt S114 der Arm RA die Hand RH in eine vorgegebene Rückkehrposition im Behälter C und die Hand RH beendet dann den Absorptionszustand des Elektromagneten 81 zur Rückführung des Werkstückes W. Die Rückkehrposition ist beispielsweise eine von der obigen Aufnahmeposition in vertikaler Richtung nach oben um eine vorgegebene Distanz getrennte Position. Danach kehrt das Robotersystem RS zum obigen Schritt S101 zurück.
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Wie oben gezeigt ist, ist es mit dem Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles möglich, den Greifzustand der Hand RH bezüglich eines Werkstückes W auf Basis der Größe des Fluiddruckes im Zylinder 71 der Zylindereinrichtung 70 und der Detektionsergebnisse bezüglich der Rückziehbewegung der Kolbenstange 72 zu beurteilen. Im Einzelnen ist es möglich, festzustellen, ob die Hand RH ein Werkstück W ergreift durch Einstellen des Fluiddruckes im Zylinder 71 auf einen vorgegebenen ersten Druckwert und sodann Detektieren, ob die Kolbenstange 72 eine Rückziehbewegung ausführt bei einem Fluiddruck im Zylinder, der gleich ist dem ersten Druckwert (vgl. 11, Schritt S107). Deshalb ist es mit dem Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles möglich, mit einem einfachen und kostengünstigen Mechanismus festzustellen, ob die Hand RH ein oder mehrere Werkstücke W ergreift. Weiterhin ist es damit möglich, festzustellen, ob die Hand RH ein oder mehrere Werkstücke W ergreift, ohne dass die Hand RH aus dem Behälter C herausbewegt werden müsste und deshalb ist es weiterhin möglich, die Zykluszeit zur Aufnahme eines geschüttet gestapelten Werkstückes W zu verkürzen.
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Auch ist es mit dem Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles möglich, festzustellen, ob die Hand nur ein Werkstück ergreift, nämlich durch Einstellen des Fluiddruckes im Zylinder 71 auf einen vorgegebenen zweiten Druckwert und sodann Detektieren, ob die Kolbenstange 72 bei einem Fluiddruck, der gleich ist dem zweiten Druckwert, eine Rückziehbewegung ausführt (vgl. 11, Schritt S111).
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Entsprechend ist es mit dem Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles möglich, festzustellen, ob die Hand RH nur ein Werkstück W ergreift, und zwar mit einem einfachen und kostengünstigen Mechanismus. Schließlich ist es mit dem Robotersystem RS dieses Ausführungsbeispieles möglich, festzustellen, ob die Hand RH nur ein Werkstück W ergreift ohne dass die Hand RH aus dem Container herausbewegt werden müsste und deshalb ist es möglich, die Zykluszeit für die jeweils einzelne Aufnahme eines geschütteten Werkstückes zur verkürzen.
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WIRKUNG DER ERFINDUGN
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Gemäß den ersten und zweiten Merkmalskombinationen der Erfindung ist es möglich, den Werkstück-Greifzustand der Hand auf Basis der Größe des Fluiddruckes im Zylinder und des Detektionsergebnisses bezüglich einer Rückziehbewegung der Kolbenstange zu überwachen. Im Einzelnen ist es möglich, festzustellen, ob die Hand ein Werkstück ergreift durch Einstellen des Fluiddruckes im Zylinder auf einen vorgegebenen ersten Druckwert und sodann Detektieren, ob die Kolbenstange eine Rückziehbewegung ausführt aufgrund eines Fluiddruckes, der gleich ist dem ersten Druckwert. Somit ist es mit den ersten und zweiten Merkmalskombinationen der Erfindung möglich, in einfacher und kostengünstiger Weise festzustellen, ob die Hand ein Werkstück ergreift. Weiterhin ist es mit den ersten und zweiten Merkmalskombinationen der Erfindung möglich, festzustellen, ob die Hand ein Werkstück ergreift ohne dass die Hand aus dem Container herausbewegt werden müsste und deshalb ist es schließlich möglich, die Zykluszeit für die Aufnahme eines geschütteten Werkstückes zu verkürzen.
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Mit den ersten und dritten Merkmalskombinationen der Erfindung ist es möglich, einen Werkstück-Greifzustand der Hand zu überwachen auf Basis der Größe des Fluiddruckes im Zylinder und der Detektionsergebnisse bezüglich einer Rückziehbewegung der Kolbenstange. Im Einzelnen ist es möglich, zu ermitteln, ob die Hand nur ein Werkstück ergreift durch Einstellen des Fluiddruckes im Zylinder auf einen vorgegebenen zweiten Druckwert und sodann Detektieren, ob die Kolbenstange eine Rückziehbewegung macht weil der Fluiddruck gleich ist dem zweiten Druckwert. Deshalb ist es mit den ersten und dritten Merkmalskombinationen der Erfindung möglich, mit einem einfachen und kostengünstigen Mechanismus festzustellen, ob eine Hand nur ein Werkstück ergreift. Weiterhin ist es mit den ersten und dritten Merkmalskombinationen der Erfindung möglich, zu bestimmen, ob eine Hand nur ein Werkstück ergreift, ohne dass die Hand aus dem Container herausbewegt werden müsste und deshalb ist es auch hier möglich, die Zykluszeit für die Aufnahme eines geschüttet gelagerten Werkstückes, dass einzeln aufgenommen wird, zu verkürzen.
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Gemäß einer vierten Merkmalskombination der Erfindung wird eine Drückkraft auf die Kolbenstange ausgeübt, um so die Schwerkraft auszubalancieren (aufzuheben), welche auf die Greifeinheit wirkt bis die Greifeinheit das Werkstück ergreift und deshalb ergibt sich eine Dämpfung beim Kontakt zwischen der Greifeinheit und dem Werkstück. Somit ist es mit der vierten Merkmalskombination der Erfindung möglich, eine Beschädigung des Werkstückes aufgrund des Kontaktes mit der Greifeinheit zu vermeiden, und zwar auch dann, wenn die Greifeinheit ein relativ hohes Gewicht hat. Dies Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann in unterschiedlicher Art im Rahmen der Ansprüche modifiziert werden. Beispielsweise erläutern die obigen Ausführungsbeispiele eine Hand RH mit elektromagnetischer Absorption unter Verwendung einer Absorptionskraft eines Elektromagneten 81 zum Greifen eines Werkstückes W, jedoch kann ein Robotersystem nach der Erfindung auch eine Hand verwenden mit Vakuumansaugung oder einem Servoantrieb, beispielsweise. Die Dimensionen, Formen, Materialien etc. der Komponenten des oben beschriebenen Robotersystems RH sind nur beispielhaft. Unterschiedliche Abmessungen, Formen, Materialien etc. können eingesetzt werden zum Erreichen der Wirkungen der vorliegenden Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 6-344351 A [0003]
- JP 2013-195199 A [0004, 0004]
- JP 2013-56402 A [0004, 0004]
- JP 2013-27940 A [0004, 0004]
- JP 8-94424 A [0004, 0004]
- JP 4-152223 A [0004, 0004]
