DE102015223999A1

DE102015223999A1 - Parallelkinematik-Roboter zum Manipulieren von Stückgütern mit wenigstens einem Manipulator und mindestens einer Betätigungseinrichtung für den wenigstens einen Manipulator sowie Verfahren zum Manipulieren von Stückgütern mittels mindestens eines Parallelkinematik-Roboters

Info

Publication number: DE102015223999A1
Application number: DE102015223999.3A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kirzinger; Frank Winzinger
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Es ist ein Parallelkinematik-Roboter zum Manipulieren von Stückgütern offenbart. Der Parallelkinematik-Roboter umfasst wenigstens einen Manipulator (10), der zum Erfassen und Loslassen mindestens eines Stückgutes ausgebildet ist. Weiter umfasst der Parallelkinematik-Roboter mehrere Arbeitsarme, die an den wenigstens einen Manipulator mechanisch gekoppelt sind, so dass der wenigstens eine Manipulator durch eine gemeinsame und aufeinander abgestimmte Bewegung der mehreren Arbeitsarme versetzt werden kann. Zudem ist ein Betätigungselement (17) für den wenigstens einen Manipulator (10) vorgesehen. Der wenigstens eine Manipulator (10) und das mindestens eine Betätigungselement (17) wirken hierbei derart zusammen, dass der wenigstens eine Manipulator (10) zum Erfassen und Loslassen und/oder Drehen des mindestens einen Stückgutes via eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17) ansteuerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter zum Manipulieren von Stückgütern mit wenigstens einem Manipulator und mindestens einer Betätigungseinrichtung für den wenigstens einen Manipulator, eine Vorrichtung mit einem solchen Parallelkinematik-Roboter sowie ein Verfahren zum Manipulieren von Stückgütern mittels mindestens eines Parallelkinematik-Roboters.
Bekannte Verpackungs- oder Palettieranlagen zum Stapeln und Palettieren von Objekten wie Paketen oder Gebinden mit mehreren Artikeln wie bspw. Getränkebehältern weisen üblicherweise Horizontalfördereinrichtungen mit Förderbändern auf, auf denen die Stückgüter oder Gebinde in ununterbrochener oder unregelmäßiger Folge zu einer Handhabungseinrichtung befördert werden. Dort erfolgt eine Verschiebung, Ausrichtung und/oder Drehen einzelner Stückgüter oder Gebinde, um diese in eine geeignete räumliche Anordnung zu bringen, die eine Basis bildet, um die Stückgüter oder Gebinde in nachgeordneten Gruppierstationen zu stapelfähigen Stückgut- oder Gebindelagen zusammenzuschieben.
In aktuellen Abfüll- und Verpackungslinien werden unterschiedliche Verfahren zum Drehen von Gebinden eingesetzt, die bspw. geeignete bewegliche Anschläge oder zwei Bänder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aufweisen können. Bekannte Handhabungseinrichtungen können auch mit Greifern versehen sein, die bspw. an einem Portalsystem aufgehängt und in einem definierten Bewegungsbereich verschoben, rotiert und zudem in vertikaler Richtung bewegt werden können, um einzelne Stückgüter oder Gebinde zum Drehen und/oder Verschieben anheben zu können. Die Greifer können bspw. auch an Mehrachsroboterarmen angeordnet sein, die seitlich an den Horizontalfördereinrichtungen platziert sind. Derartige Greifvorrichtungen sind etwa aus der EP 2 388 216 A1 bekannt.
Darüber hinaus gibt es weitere Handhabungseinrichtungen zum Greifen, Verschieben, Drehen und/oder Versetzen von Artikeln oder Gebinden, die auf sog. Deltarobotern oder Parallelkinematik-Robotern basieren, welche in einer dreiarmigen Ausführung auch als Tripode bezeichnet werden. Jeder der Arme eines solchen Tripods oder Deltaroboters besteht aus einem an der Basis um eine gestellfeste Schwenkachse angetrieben verschwenkbar angeordneten Oberarm und einem mit dem Oberarm und einem Koppelelement gelenkig verbundenen Unterarm. Der Unterarm ist hierbei passiv, frei von einem Antrieb zu dessen Verschwenkung gegenüber dem Oberarm oder dem Koppelelement ausgeführt. Einer oder mehrere der Unterarme können bspw. über Kugelgelenke oder andere mehrachsig bewegliche Gelenke mit den jeweils zugehörigen Oberarmen und dem Koppelelement verbunden sein. Ein solcher einzelner Unterarm ist frei schwenkbar und besitzt keine Eigenstabilität. Alle Oberarme eines Deltaroboters sind jeweils um vorzugsweise innerhalb einer gemeinsamen Ebene liegende Schwenkachsen verschwenkbar angetrieben gelagert. Drei mit dem Koppelelement und jeweils mit ihrem zugehörigen Oberarm verbundene Unterarme bilden in jeder Position ein Kraftdreieck, das sich nur bewegen lässt, wenn die drei Oberarme synchron die für sie berechneten Schwenkbewegungen um deren gestellfeste Schwenkachsen ausführen. Zwei oder mehr Schwenkachsen können parallel verlaufen; in der Regel weisen alle Schwenkachsen zwei Schnittpunkte mit anderen Schwenkachsen auf.
Wenigstens einer der Unterarme kann wahlweise aus zwei auch als Elle und Speiche bezeichneten, ein Parallelogrammgestänge bildenden Gestängeelementen bestehen, um das Koppelelement in zumindest einer vorgegebenen Ausrichtung relativ zur Basis zu führen. Typischerweise sind alle Unterarme jeweils aus solchen als Parallelogrammgestänge fungierenden Strebenpaaren gebildet. Das an den Unterarmen gelenkig aufgehängte Koppelelement dient dabei als Arbeitsplattform, die in der Praxis auch als Tool-Center-Point (TCP) bezeichnet wird. An diesem TCP kann ein Manipulator angeordnet sein, bspw. in Gestalt von gegeneinander zustellbaren Greifarmen o. dgl. Handhabungseinrichtung, so dass damit Artikel, Gebinde o. dgl. Stückgüter ergriffen und gedreht, verschoben oder von einer Auflagefläche angehoben werden können.
Aus dem Stand der Technik sind zudem Tripode bekannt, mittels welcher Stückgüter entgegengenommen, versetzt und gedreht werden können. Beispielsweise offenbart die WO 2014053115 A1 einen derartigen Tripod. Der Tripod aus der WO-Schrift besitzt eine erste Welle, mittels welcher der Manipulator zum klemmenden Fixieren eines Stückgutes ansteuerbar ist und eine zweite Welle, mittels welcher der Manipulator gedreht werden kann. Die zweite Welle ist als Hohlwelle ausgebildet, wobei die erste Welle in der zweiten Welle aufgenommen ist.
Die Praxis hat gezeigt, dass die erste und die zweite Welle, welche für das Drehen und Versetzen des Manipulators benötigt werden, eine große Masse und hohe Anschaffungskosten besitzen. Zudem ist eine komplexe Übersetzung notwendig, um das Drehmoment der ersten Welle auf den Manipulator zum Entgegennehmen des jeweiligen Stückgutes zu übertragen.
Eine Aufgabe der Erfindung kann aus diesem Grunde darin gesehen werden, einen gattungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter, eine Vorrichtung mit einem solchen Parallelkinematik-Roboter sowie ein gattungsgemäßes Verfahren zur Verfügung zu stellen, die sich durch einen einfachen Aufbau und geringe Anschaffungskosten bzw. durch geringe Kosten bei Durchführung und eine einfach Umsetzung auszeichnen.
Die obigen Aufgaben werden durch einen Parallelkinematik-Roboter, eine Vorrichtung und ein Verfahren gelöst, welche die Merkmale in den Schutzansprüchen 1, 13 und 14 umfassen. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden durch die jeweiligen abhängigen Ansprüche beschrieben.
Die Erfindung betrifft einen Parallelkinematik-Roboter zum Manipulieren von Stückgütern. Die Stückgüter, welche mittels des Parallelkinematik-Roboters manipulierbar sind, können beispielsweise durch Getränkebehältnisse bzw. durch zu Gebinden zusammengefasste Getränkebehältnisse ausgebildet sein. Bei den Getränkebehältnissen kann es sich beispielsweise um Flaschen, Dosen oder Beutel handeln. Die Gebinde können beispielsweise durch eine die Getränkebehältnisse zusammenhaltende Umverpackung gebildet sein. Bei der Umverpackung kann es sich um eine Schrumpffolie oder eine die Getränkebehältnisse umwickelnde Stretchfolie, Trays, Kartons, Wraparound-Kartonagen, Banderolen und/oder Bänder handeln. Alternativ oder zusätzlich können die Getränkebehältnisse durch Klebeverbindungen zusammengehalten werden.
Der Parallelkinematik-Roboter umfasst wenigstens einen Manipulator, der zum Erfassen und Loslassen mindestens eines Stückgutes ausgebildet ist. Hierzu kann der wenigstens eine Manipulator, wie nachfolgend noch erwähnt, eine Klemm- und/oder Greifeinrichtung zum Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes besitzen. Insbesondere kann der Parallelkinematik-Roboter wenigstens einen Manipulator umfassen, der zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes ausgebildet ist.
Bei Erfassen des mindestens einen Stückgutes können Mittel in Richtung des jeweiligen mindestens einen Stückgutes bewegt werden, so dass nach Erfassung das jeweilige mindestens eine Stückgut bei einer Verschiebung und/oder Drehung zumindest in einer Achse formschlüssige über die Mittel gehalten wird. Hierbei ist nicht für sämtliche vorstellbare Ausführungsformen erforderlich, dass die Mittel bei Erfassen des mindestens einen Stückgutes eine Klemmkraft auf das jeweilige mindestens eine Stückgut übertragen. Es kann hierbei sein, dass nach Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes zwischen dem jeweiligen mindestens einen Stückgut und den Mitteln bzw. Klemmbacken eine Beabstandung ausgebildet ist. Die Dimensionierung der Beabstandung kann geringer als 1cm und vorzugsweise geringer als 5mm ausgebildet sein.
Um eine Genauigkeit bei Manipulation des mindestens einen Stückgutes zu erhöhen, kann das jeweilige mindestens eine Stückgut über den wenigstens einen Manipulator vorzugsweise klemmend erfasst werden. Die Mittel treten hierbei zur Erfassung des jeweiligen mindestens einen Stückgutes kraftbeaufschlagt mit dem jeweiligen mindestens einen Stückgut in Anlage.
Weiter umfasst der Parallelkinematik-Roboter mehrere Arbeitsarme, die an den wenigstens einen Manipulator mechanisch gekoppelt sind, so dass der wenigstens eine Manipulator durch eine gemeinsame und aufeinander abgestimmte Bewegung der mehreren Arbeitsarme versetzt werden kann. Bewährt haben sich Ausführungsformen, bei welchen der Parallelkinematik-Roboter genau drei bzw. mindestens drei Arbeitsarme besitzt. In weiteren denkbaren Ausführungsformen kann der Parallelkinematik-Roboter genau drei oder genau vier Arbeitsarme besitzen. Die genau drei bzw. genau vier Arbeitsarme können derart an den wenigstens einen Manipulator gekoppelt sein, dass der wenigstens eine Manipulator mittels einer aufeinander abgestimmten Bewegung der genau drei bzw. genau vier Arbeitsarme versetzt werden kann und mittels einer aufeinander abgestimmten Bewegung der genau drei bzw. genau vier Arbeitsarme um eine vertikal orientierte Achse gedreht werden kann. Eine Drehachse kann hierbei senkrecht zu einer horizontalen Fördereinrichtung orientiert sein, auf welcher das mindestens eine Stückgut vor, nach und vorzugsweise während des Drehens transportiert wird.
Zudem umfasst der erfindungsgemäße Parallelkinematik-Roboter mindestens ein Betätigungselement für den wenigstens einen Manipulator. Der wenigstens eine Manipulator und das mindestens eine Betätigungselement wirken derart zusammen, dass der wenigstens eine Manipulator zum klemmenden Erfassen und Loslassen und/oder Drehen des mindestens einen Stückgutes via eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes ansteuerbar ist. Der Terminus „linear“ kann hierbei als geradlinig ausgelegt werden. Somit kann sich das mindestens eine Betätigungselement zumindest abschnittsweise entlang einer Geraden bewegen.
Hierbei ist vorstellbar, dass das mindestens eine Betätigungselement mit einer Übersetzung bzw. einem Getriebe in Verbindung steht, welches aus einer ersten linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes eine Drehbewegung des wenigstens einen Manipulators in einer ersten Drehrichtung bewirkt. Weiter kann es sein, dass die Übersetzung bzw. das Getriebe, mit welchem das mindestens eine Betätigungselement ggf. in Verbindung steht, aus einer zweiten linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes, welche in Gegenrichtung zur ersten linearen Stellbewegung verläuft, eine Drehbewegung des wenigstens einen Manipulators in einer zweiten Drehrichtung bewirkt. Die zweite Drehrichtung kann hierbei in Gegenrichtung der ersten Drehrichtung orientiert sein.
Der Begriff des „Drehens“ ist im Rahmen vorliegender Patentanmeldung breit zu verstehen. So ist vorstellbar, dass das Drehen über eine Schwenkbewegung des mindestens einen Stückgutes erfolgt. Insbesondere erfolgt ein Drehen des mindestens einen Stückgutes um eine vertikale Achse. Die vertikale Achse kann den Schwerpunkt des mindestens einen Stückgutes schneiden, in weiteren Ausführungsformen hingegen exzentrisch zum mindestens einen Stückgut positioniert sein.
In bevorzugten Ausführungsformen kann jedoch vorgesehen sein, dass über eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes das jeweilige mindestens eine Stückgut erfasst oder losgelassen werden kann. Hierzu kann das mindestens eine Betätigungselement, wie nachfolgend noch beschrieben, via eine Übertragungseinrichtung mit mindestens einem Anschlag des wenigstens einen Manipulators zusammenwirken, über welchen mindestens einen Anschlag der wenigstens eine Manipulator das jeweilige mindestens eine Stückgut klemmend halten kann.
Aus Gründen der Vollständigkeit sei erwähnt, dass in denkbaren Ausführungsformen durch mindestens eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes ein Erfassen, Loslassen und Drehen des mindestens einen Stückgutes bewirkt werden kann. Dem wenigstens einen Manipulator und dem mindestens einen Betätigungselement können entsprechende Übertragungseinrichtungen bzw. Getriebe zwischengeordnet sein, um via die jeweilige mindestens eine lineare Stellbewegung ein Erfassen, Loslassen und Drehen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes zu bewirken.
Durch die lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes kann auf komplizierte Übersetzungsmechanismen verzichtet werden, welche bei aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen zum Übertragen eines Drehmomentes einer Welle für ein Erfassen und Loslassen bzw. Drehen eines jeweiligen Stückgutes notwendig sind.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der Parallelkinematik-Roboter mindestens ein als Bestandteil des wenigstens einen Manipulators ausgebildetes Mittel zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes besitzt. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise als Greif- und/oder Klemmfinger ausgebildet sein. Weiter kann das mindestens eine Mittel als mindesten ein Anschlag ausgebildet sein, welcher zum klemmenden Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes mit dem jeweiligen mindestens einen Stückgut in Oberflächenkontakt gebracht werden kann. Der mindestens eine Anschlag kann wenigstens auf einer für den Oberflächenkontakt mit dem mindestens einen Stückgut vorgesehenen Breitseitenfläche plan ausgebildet sein.
Zudem kann der Parallelkinematik-Roboter eine Übertragungseinrichtung besitzen, mit welcher das mindestens eine Betätigungselement und das mindestens eine Mittel derart in Verbindung stehen, dass das mindestens eine Mittel über eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes zum Erfassen und Loslassen mindestens eines Stückgutes versetzbar ist.
Weiter kann es sein, dass das mindestens eine Mittel mit einer Linearführung in Verbindung steht, entlang welcher das mindestens eine Mittel bei Versatz bewegbar ist. Um das jeweilige mindestens eine Stückgut zu erfassen bzw. um das jeweilige mindestens eine Stückgut loszulassen, kann sich das mindestens eine Mittel somit in linearer Richtung bewegen. Die Linearführung kann eine horizontale Orientierung besitzen, so dass das mindestens eine Mittel bei Versatz via die Linearführung horizontal bewegt wird. Vorstellbar ist auch, dass der wenigstens eine Manipulator ein Gehäuse besitzt, wobei die Linearführung als Bestandteil des Gehäuses des wenigstens einen Manipulators ausgebildet ist.
Alternativ oder ergänzend zu der Linearführung kann eine Hebelanordnung vorgesehen sein, bei welcher zwei Greifer bzw. Anschläge des Mittels um jeweils eine oder eine gemeinsame Achse geschwenkt werden.
Zudem kann es sein, dass die mindestens eine Übertragungseinrichtung wenigstens einen an das wenigstens eine Betätigungselement gekoppelten Hebel umfasst, mit welchem das mindestens eine Mittel gelenkig in Verbindung steht. Die gelenkige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Betätigungselement und dem wenigstens einen Hebel kann eine in horizontaler Richtung orientierte Schwenkachse für das wenigstens eine Betätigungselement und den wenigstens einen Hebel bereitstellen. Sind mehrere Mittel bzw. mehrere Anschläge vorgesehen, so kann jedem der Mittel bzw. Anschläge ein eigener Hebel zugeordnet sein, wobei die Hebel der mehreren Mittel bzw. Anschläge gelenkig miteinander in Verbindung stehen. An die gelenkige Verbindung der mehreren Hebel kann das mindestens eine Betätigungselement angreifen. Insbesondere kann das mindestens eine Betätigungselement im Rahmen seiner linearen Stellbewegung im Bereich der gelenkigen Verbindung eine Zugbewegung auf die Hebel übertragen, woraus resultierend die Mittel bzw. Anschläge versetzt werden und sich relativ zueinander bewegen.
Zudem kann es sein, dass das mindestens eine Mittel mit einer Zugfeder in Verbindung steht, über welche das mindestens eine Mittel zum Loslassen des wenigstens einen Stückgutes in eine stabile Lageposition überführbar ist. Wie nachfolgend noch erwähnt, können mindestens zwei Mittel zum Erfassen und Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes vorgesehen sein. Hierbei ist denkbar, dass die mindestens zwei Mittel jeweils mit einer eigenen Zugfeder in Verbindung stehen. Die jeweilige Zugfeder kann an einem Gehäuse des wenigstens einen Manipulators befestigt sein und ggf. in einem Gehäuse des wenigstens einen Manipulators aufgenommen sein.
Weiter kann der Parallelkinematik-Roboter eine Welle aufweisen, die an den wenigstens einen Manipulator mechanisch gekoppelt ist, so dass der wenigstens eine Manipulator mittels einer Drehbewegung der Welle rotierend bewegt werden kann. Dem wenigstens einen Manipulator und der Welle kann hierbei ein Getriebe zwischengeordnet sein. Das Getriebe kann beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet sein. Auch ist vorstellbar, dass der wenigstens eine Manipulator drehfest an der Welle aufgehängt bzw. drehfest an die Welle gekoppelt ist. Die Welle kann kardanisch mit einer oberen Aufhängung des Parallelkinematik-Roboters in Verbindung stehen. Weiter kann die Welle kardanisch an eine Basis gekoppelt sein, von welcher der wenigstens eine Manipulator getragen wird bzw. an welcher der wenigstens eine Manipulator vorzugsweise hängend befestigt ist.
Die Welle kann zudem als Hohlwelle ausgebildet sein. Das wenigstens eine Betätigungselement kann zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle verlaufen. Jedoch ist auch denkbar, dass das wenigstens eine Betätigungselement neben bzw. außerhalb der Welle verläuft. Beispielsweise kann das wenigstens eine Betätigungselement zumindest abschnittsweise parallel zur Welle verlaufen.
Ist die Welle als Hohlwelle ausgebildet und verläuft das wenigstens eine Betätigungselement zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle, so kann es sein, dass die Hohlwelle zusammen mit dem wenigstens einen Betätigungselement gedreht wird bzw. dass das wenigstens eine Betätigungselement bei einer Drehbewegung der Hohlwelle mitgeführt wird.
Auch kann es sein, dass die Hohlwelle relativ zum wenigstens einen Betätigungselement gedreht wird, wobei keine eigene Rotations- bzw. Drehbewegung des wenigstens einen Betätigungselementes erfolgt. Derartige Ausführungsformen sind insbesondere vorstellbar, sofern das wenigstens eine Betätigungselement, wie nachfolgend noch erwähnt, als flexibles strangförmiges Zugelement ausgebildet ist. Hierbei kann es sein, dass sich das wenigstens eine Betätigungselement verdrillt.
Auch kann es sein, dass ein Abschnitt des wenigstens einen Betätigungselementes drehfest mit der oberen Aufhängung verbunden ist und ein weiterer Abschnitt des wenigstens einen Betätigungselementes relativ zur oberen Aufhängung verdreht werden kann. Die beiden Abschnitte des wenigstens einen Betätigungselementes können hierbei über ein Drehlager und insbesondere über ein Wälzlager drehbar miteinander verbunden sein. Einer der beiden Abschnitte kann als Bestandteil des Drehlagers bzw. Wälzlagers ausgebildet sein. Dies kann vorgesehen sein, sofern das Drehlager im Bereich bzw. mit geringer Beabstandung zur oberen Aufhängung positioniert ist.
Für Ausführungsformen, bei welchen das wenigstens eine Betätigungselement zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle verläuft, kann dem wenigstens einen Betätigungselement und der Hohlwelle mindestens ein Drehlager zwischengeordnet sein. Insbesondere haben sich hierzu Ausführungsformen bewährt, bei welchen das mindestens eine Drehlager das mindestens eine Betätigungselement bei einer relativen Dreh- bzw. Rotationsbewegung der Welle gegenüber dem mindestens einen Betätigungselement stützt.
Wie vorhergehend erwähnt, kann der Parallelkinematik-Roboter mindestens zwei sich gegenüberliegende und mit der Übertragungseinrichtung in Verbindung stehende Mittel zum klemmenden Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes umfassen. Die mindestens zwei sich gegenüberliegenden Mittel können ggf. über eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes zum Erfassen und Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes jeweils versetzbar sein. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei welchen der wenigstens eine Manipulator lediglich ein Mittel zum klemmenden Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes oder zwei sich gegenüberliegende Mittel zum klemmenden Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes umfasst. Auch können mehr als zwei, wie beispielsweise vier oder sechs derartige Mittel vorgesehen sein, die sich ggf. paarweise gegenüberliegen, wobei sich ggf. paarweise gegenüberliegende Mittel via eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselemente relativ zueinander versetzt werden können.
Die Basis, an welcher der wenigstens eine Manipulator ggf. befestigt ist, kann mehrere Lager umfassen, an welche die mehreren Arbeitsarme gekoppelt sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die mehreren Lager während einer Entgegennahme, einem Drehen und einem Loslassen des mindestens einen Stückgutes ihr horizontales Niveau beibehalten.
Denkbar ist zudem, dass der wenigstens eine Manipulator entlang zweier und vorzugsweise entlang dreier translatorischer Achsen über die mehreren Arbeitsarme bewegbar ist. Zudem kann es sein, dass der wenigstens eine Manipulator um lediglich eine Achse, welche eine vertikale Orientierung besitzt, gedreht werden kann. Die Drehachse des wenigstens einen Manipulators kann in einer bestimmten Position des wenigstens einen Manipulators parallel oder koaxial zu einer linearen Stellachse des mindestens einen Betätigungselementes orientiert sein. In weiteren Positionen des wenigstens einen Manipulators können die lineare Stellachse und die Drehachse des wenigstens einen Manipulators miteinander einen spitzen Winkel einschließen, welcher bevorzugt kleiner als 90° ausgebildet ist.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen können sämtliche Antriebe des Parallelkinematik-Roboters an der oberen Aufhängung befestigt sein. Somit kann an der Basis ggf. kein Antrieb unmittelbar befestigt sein. Bei derartigen Ausführungsformen besitzt der wenigstens eine Manipulator eine hohe Beweglichkeit, da die Massen sämtlicher Antriebe im stationären Teil bzw. an der oberen Aufhängung angeordnet sind.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Parallelkinematik-Roboter eine Steuerungseinrichtung umfasst, welche Steuerungseinrichtung zur aufeinander abgestimmten Bewegung mit den mehreren Arbeitsarmen in Verbindung steht. Die Steuerungseinrichtung kann als rechnergestütztes System ausgebildet sein. Zudem kann die Steuerungseinrichtung an einen Aktor für das mindestens eine Betätigungselement gekoppelt sein, wobei die Steuerungseinrichtung bei einer Bewegung der mehreren Arbeitsarme mit dem Aktor zum Durchführen einer Ausgleichsbewegung des mindestens einen Betätigungselementes zusammenwirkt.
Die Ausgleichsbewegung kann derart ausgebildet sein, dass bei einer horizontalen Bewegung der Basis weg von einer zentralen Lage unterhalb der oberen Aufhängung (also weg von einer Position, in der die Strecke von der Basis zu einem Aufhängungsmittelpunkt am kürzesten ist) eine effektive Länge des mindestens einen Betätigungselementes verlängert wird.
In bevorzugten Ausführungsformen kann das mindestens eine Betätigungselement wenigstens einen mit einer linearen Stellbewegung beaufschlagbaren Stab und/oder wenigstens ein mit einer linearen Stellbewegung beaufschlagbares strangförmiges flexibles Zugmittel umfassen. Der wenigstens eine Stab und/oder das wenigstens eine strangförmige flexible Zugmittel kann die vorherig bereits erwähnte Hohlwelle ggf. durchsetzen bzw. in der vorherig bereits erwähnten Hohlwelle verlaufen. Der wenigstens eine Stab kann starr bzw. im Wesentlichen starr ausgebildet sein.
Weiter kann es sein, dass die mehreren Arbeitsarme von einer oberen Aufhängung getragen werden und an eine gemeinsame Basis gekoppelt sind, an welcher der wenigstens eine Manipulator hängend befestigt ist, wobei sich das mindestens eine Betätigungselement durch die obere Aufhängung erstreckt.
Zudem sind Ausführungsformen denkbar, bei welchen der Parallelkinematik-Roboter mindestens zwei Betätigungselemente für den wenigstens einen Manipulator umfasst. Hierbei kann wenigstens ein erstes der mindestens zwei Betätigungselemente mit dem wenigstens einen Manipulator derart zusammenwirken, dass der wenigstens eine Manipulator zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes via eine jeweilige lineare Stellbewegung des wenigstens einen ersten Betätigungselementes ansteuerbar ist. Weiter kann wenigstens ein zweites der mindestens zwei Betätigungselemente mit dem wenigstens einen Manipulator derart zusammenwirken, dass der wenigstens eine Manipulator zum Drehen des mindestens einen Stückgutes via eine jeweilige lineare Stellbewegung des wenigstens einen zweiten Betätigungselementes ansteuerbar ist.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Bilden einer Neuorientierung aus einer Vielzahl an Stückgütern, welche Vorrichtung mindestens einen Parallelkinematik-Roboter gemäß vorheriger Beschreibung aufweist. Weiter umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Horizontalfördereinrichtung, über welche mehrere Stückgüter in einen Erfassungsbereich des mindestens einen Parallelkinematik-Roboters transportierbar sind. Zudem ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die mit dem mindestens einen Parallelkinematik-Roboter in Verbindung steht. Auf der Steuerungseinrichtung können Informationen zu einer bestimmten aus den mehreren Stückgütern zu bildenden Soll-Ausrichtung abgelegt sein. Weiter kann der mindestens eine Parallelkinematik-Roboter über die Steuerungseinrichtung zum definierten Versatz mindestens eines Stückgutes aus den mehreren Stückgütern ansteuerbar sein.
Beispielsweise kann es sein, dass die Neuorientierung als Stückgutstrom ausgebildet ist, welcher aus n parallel zueinander orientierten Reihen an Stückgütern besteht. Auf der Horizontalfördereinrichtung kann zudem ein Stückgutstrom ausgebildet sein, welcher aus mindestens einer Reihe und vorzugsweise mehreren Reihen mit Anzahl m besteht, wobei sich die Anzahl n von der Anzahl m unterscheidet. Dem mindestens einen Parallelkinematik-Roboter kann wenigstens eine weitere Horizontalfördereinrichtung nachgeordnet sein, um den mittels des mindestens einen Parallelkinematik-Roboters gebildeten und aus n Reihen bestehenden Stückgutstrom in Richtung weg des mindestens einen Parallelkinematik-Roboters zu transportieren.
Auch kann es sein, dass die Neuorientierung als Vorgruppierung ausgebildet ist, mittels welcher durch eine nachfolgende Verdichtung eine palettierfähige Lage herstellbar ist. Die Vorrichtung kann hierzu eine Einrichtung zum Verdichten der Vorgruppierung aufweisen, welche Einrichtung dem mindestens einen Parallelkinematik-Roboter in einer Bewegungsrichtung der Stückgüter nachgeordnet ist. Der Einrichtung kann zudem eine Palettierstation nachgeordnet sein, mittels welcher die jeweilige palettierfähige Lage auf einer zugeordneten Palette abgesetzt bzw. an eine zugeordnete Palette überführt wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Manipulieren von Stückgütern mittels mindestens eines Parallelkinematik-Roboters. Merkmale, welche vorhergehend zu denkbaren Ausführungsformen des Parallelkinematik-Roboters bzw. der Vorrichtung bereits beschrieben wurden, können für diverse Ausführungsformen des Verfahrens Verwendung finden. Weiter können nachfolgend beschriebene Merkmale zu diversen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens für den vorherig bereits beschriebenen Parallelkinematik-Roboter bzw. für die vorherig bereits beschriebene Vorrichtung vorgesehen sein. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Erfassen mindestens eines Stückgutes über wenigstens einen Manipulator,
– Aufeinander abgestimmtes Bewegen mehrerer mechanisch an den wenigstens einen Manipulator gekoppelter Arbeitsarme und hiermit einhergehendes Versetzen des wenigstens einen Manipulators zusammen mit dem mindestens einen erfassten Stückgut,
– Loslassen des mindestens einen erfassten Stückgutes zeitlich nach Versetzen des wenigstens einen Manipulators zusammen mit dem mindestens einen erfassten Stückgut.

Weiter ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der wenigstens eine Manipulator mit mindestens einem Betätigungselement zusammenwirkt, welches mindestens eine Betätigungselement eine lineare Stellbewegung ausführt, woraus resultierend das jeweilige mindestens eine Stückgut klemmend erfasst oder losgelassen und/oder um eine vertikale Achse gedreht wird. Sofern vorgesehen ist, dass das jeweilige mindestens eine Stückgut um eine vertikale Achse gedreht wird, kann es sein, dass das jeweilige mindestens eine Stückgut zusammen mit dem wenigstens einen Manipulator um eine vertikale Achse gedreht wird.
Bewährt haben sich zudem Ausführungsformen, bei welchen das mindestens eine Betätigungselement in Zusammenhang mit einer aufeinander abgestimmten Bewegung der mehreren an den wenigstens einen Manipulator gekoppelten Arbeitsarme eine Ausgleichsbewegung ausführt. Die Ausgleichsbewegung kann über einen Aktor herbeigeführt werden, mit welchem das mindestens eine Betätigungselement in Verbindung steht. Für die Ausgleichsbewegung kann der Aktor das mindestens eine Betätigungselement in linearer Richtung bewegen bzw. in linearer Richtung verstellen.
Sofern das mindestens eine Betätigungselement als flexibles strangförmiges Zugelement ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der Aktor eine Rolle antreibt, von welcher das flexible strangförmige Zugelement via den Aktor auf- und abgewickelt werden kann. Die effektive Länge des flexiblen strangförmigen Zugelements wird hierbei bestimmt durch den abgewickelten Teil des flexiblen strangförmigen Zugelementes. Bei einer Ausgleichsbewegung kann eine Drehbewegung der ggf. an der oberen Aufhängung angeordneten Rolle unter Berücksichtigung eines relativen Abstandes der Basis zur Rolle erfolgen. Soll beispielsweise keine Greifbewegung oder Rotation des wenigstens einen Manipulators während einer Positionsveränderung der Basis stattfinden, so kann die Ausgleichsbewegung derart erfolgen, dass sich die Rolle soweit dreht, dass die effektive Länge des flexiblen Zugelementes um die Differenz des Abstandes der Basis zur oberen Aufhängung verändert wird. Befindet sich die Basis in einer ersten Stellung, beispielsweise zentral unter der oberen Aufhängung mit einem Abstand x (=effektive Länge in der ersten Stellung) und wird horizontal in eine zweite Stellung um die Strecke y verschoben, so wird die effektive Länge bei der Ausgleichsbewegung auf den Betrag der Wurzel aus der Summe der Quadrate von x und y ggf. verlängert. Die Ausgleichsbewegung kann auch zeitlich überlagert werden mit einer Greifbewegung und/oder Rotationsbewegung des wenigstens einen Manipulators.
In der Praxis haben sich hierbei Ausführungsformen bewährt, bei welchen eine auf das mindestens eine Betätigungselement einwirkende Zugkraft sensorisch erfasst wird, wobei unter Berücksichtigung der sensorischen Erfassung die Ausgleichsbewegung vorgegeben wird. Die sensorische Erfassung kann unter Zuhilfenahme des vorherig beschriebenen Aktors erfolgen, wobei der Aktor als Motor mit Drehmomentregelung ausgebildet ist. Insbesondere kann ein Sollwert für eine Kraft des mindestens einen Betätigungselementes bei einer nicht ausgebildeten Erfassungsbewegung und/oder Rotationsbewegung des wenigstens einen Manipulators ungleich Null ausgebildet sein. Insbesondere kann der Sollwert für die Kraft größer als die Kraft einer Federvorspannung ausgebildet sein, welche bei einer Grundstellung auf die Mittel zum Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes einwirkt.
Weiter kann es sein, dass die lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes zum Loslassen des mindestens einen Stückgutes unter Zuhilfenahme einer Zugfeder herbeigeführt wird. Das mindestens eine Betätigungselement kann, wie vorhergehend bereits erwähnt, an mindestens ein Mittel zum klemmenden Entgegennehmen und Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes gekoppelt sein. Die Zugfeder kann das mindestens eine Mittel in eine stabile Lageposition ziehen, wobei das mindestens eine Mittel einen Oberflächenkontakt zu dem jeweiligen mindestens einen Stückgut verliert und wobei zudem das mindestens eine Betätigungselement über die Zugfeder in linearer Richtung bewegt wird bzw. eine lineare Stellbewegung ausführt.
Wie soeben erwähnt, kann der wenigstens eine Manipulator mindestens ein Mittel zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes besitzen. Das mindestens eine Mittel kann zum klemmenden Erfassen mit dem jeweiligen mindestens einen Stückgut in Oberflächenkontakt treten und zum Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes seinen Oberflächenkontakt zum jeweiligen mindestens einen Stückgut verlieren. Es kann hierbei sein, dass das mindestens eine Mittel aus einer linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes resultierend in linearer Richtung versetzt wird. Hierzu kann das mindestens eine Mittel mit einer Linearführung in Verbindung stehen.
Insbesondere kann der wenigstens eine Manipulator mindestens zwei sich gegenüberliegende Mittel zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes besitzen, wobei die mindestens zwei sich gegenüberliegenden Mittel aus einer linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes resultierend jeweils aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden. In weiteren Ausführungsformen ist vorstellbar, dass eines der zwei sich gegenüberliegenden Mittel feststeht, wohingegen ein gegenüberliegendes Mittels aus einer linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes resultierend gegenüber dem feststehenden Mittel verstellt wird bzw. einen Versatz mit einer hiermit einhergehenden Relativbewegung gegenüber dem feststehenden Mittel ausführt.
Für diverse Ausführungsformen ist zudem vorstellbar, dass der wenigstens eine Manipulator zeitlich nach Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes und zeitlich vor Loslassen des mindestens einen Stückgutes um eine vertikal orientierte und durch den wenigstens einen Manipulator verlaufende Achse gedreht wird.
Weiter kann es sein, dass der wenigstens eine Manipulator das jeweilige mindestens eine Stückgut durch eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes erfasst und loslässt, wobei der wenigstens eine Manipulator zeitlich nach Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes und zeitlich vor Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes über eine mechanisch mit dem wenigstens einen Manipulator gekoppelte Welle gedreht wird. Das jeweilige mindestens eine Stückgut kann hierbei zusammen mit dem wenigstens einen Manipulator gedreht werden.
Insbesondere kann der wenigstens eine Manipulator während des Manipulierens des mindestens einen Stückgutes im Wesentlichen nur in einer vorzugsweise horizontalen Ebene verfahren werden. Bei einem Rückhub zwischen zwei Schritten des Manipulierens kann der wenigstens eine Manipulator auch in andere Ebenen versetzt werden, wenn der wenigstens eine Manipulator beispielsweise nicht zu manipulierenden Stückgütern ausweichen muss.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter.
2 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines Manipulators, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein kann;
3 zeigt den Manipulator aus 2 unter Verdeutlichung weiterer Aspekte.
4 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines weiteren Manipulators, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein kann;
5 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines weiteren Manipulators, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters vorgesehen sein kann.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die Erfindung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboter 1. Über den Parallelkinematik-Roboter 1 können Stückgüter 3, die im Ausführungsbeispiels aus 1 aus mehreren zu einem Gebinde 4 zusammengefassten Getränkebehältnissen 5 gebildet sind, versetzt und um eine vertikale Achse gedreht werden. Hierbei ist im Ausführungsbeispiel aus 1 der Parallelkinematik-Roboter 1 gesamthaft zu erkennen, wohingegen 2 und 3 den in 1 lediglich unter Verweis mit Ziffer 10 schematisch angedeuteten Manipulator hinsichtlich Funktion und Aufbau detailliert beschreiben.
Der Parallelkinematik-Roboter 1 umfasst drei Arbeitsarme 7, die jeweils aus einem Oberarm 13 und einem Unterarm 11 bestehen. Der jeweilige Oberarm 13 und der jeweilige Unterarm 11 sind gelenkig miteinander verbunden. Weiter sind die Unterarme 11 jeweils durch zwei parallele Gestänge gebildet, die wiederum gelenkig an einer Basis 2 des Parallelkinematik-Roboters 1 befestigt sind. Jedem der Arbeitsarme 7 ist ein eigener in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellter Aktor zugeordnet, welcher seinen jeweiligen Arbeitsarm 7 drehend bewegen kann. Die Arbeitsarme 7 sowie ihre zugeordneten Aktoren sind an einer oberen Aufhängung 32 befestigt. Die Aktoren können in bevorzugten Ausführungsformen durch Servomotoren ausgebildet sein.
Die Aktoren sind zudem an eine Steuerungseinrichtung S gekoppelt, welche die Aktoren ansteuern kann, um eine aufeinander abgestimmte gemeinsame Bewegung der Arbeitsarme 7 zu bewirken und hierdurch den Manipulator 10 zu versetzen.
Der Parallelkinematik-Roboter 1 besitzt zudem eine Welle 6, die als Hohlwelle 8 ausgebildet und zwischen den Arbeitsarmen 7 positioniert ist. Die Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 ist teleskopierbar und umfasst daher einen oberen Abschnitt 9 und einen unteren Abschnitt 19, die in Längsrichtung der Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 relativ zueinander bewegt werden können. Der obere Abschnitt 9 ist an der oberen Aufhängung 32 gelenkig befestigt. Weiter steht der untere Abschnitt 19 der Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 über ein Getriebe 15, wie es beispielhaft in den 2 und 3 zu erkennen ist, mit dem Manipulator 10 in Verbindung, so dass der Manipulator 10 mittels einer Drehbewegung der Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 zusammen mit einem aufgenommenen Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 oder auch ohne einem aufgenommenen Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 um eine vertikale Achse rotierend bewegt werden kann. Um die Drehbewegung zu ermöglichen, ist ein Lager 70 (vgl. 2) vorgesehen. Ziffer 71 verweist zudem auf ein Aufhängungslager, welches die Basis 2 mit den Arbeitsarmen 3 bzw. einem jeweiligen Unterarm der Arbeitsarme 3 verbindet.
Um ein Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 klemmend entgegenzunehmen, besitzt der Manipulator 10 zwei relativ zueinander bewegbare und sich gegenüberliegende Mittel 12 zum Entgegennehmen und Loslassen des jeweiligen Stückgutes 3 bzw. Gebindes 4. Die Mittel 12 sind als Anschläge 14 ausgebildet und bilden jeweils eine in Richtung des Stückgutes 3 bzw. Gebindes 4 weisende plane Breitseitenfläche aus, über welche die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 zum Erfassen eines Stückgutes 3 bzw. Gebindes 4 mit dem jeweiligen Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 klemmend in Anlage treten. Nachdem das jeweilige Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 über den Manipulator 10 versetzt und/oder. um eine vertikale Achse rotierend bewegt worden ist, bewegen sich die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 voneinander weg, so dass ihre jeweilige in Richtung des entgegengenommenen Stückgutes 3 bzw. Gebindes 4 weisende Breitseitenfläche ihren Oberflächenkontakt zu dem jeweiligen Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 verliert und das jeweilige Stückgut 3 bzw. Gebinde 4 vom Manipulator 10 losgelassen wird. Die Relativbewegung der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 zum Loslassen des jeweiligen Stückgutes 3 bzw. Gebindes 4 wird über die Steuerungseinrichtung S vorgegeben, erfolgt hierbei in linearer Richtung und ist in 1 mittels Pfeildarstellung angedeutet.
2 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines Manipulators 10, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 1 vorgesehen sein kann. Zu erkennen ist die in 1 bereits dargestellt und beschriebene Welle 6, die als Hohlwelle 8 ausgebildet ist. Die Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 steht über ein Getriebe 15 mit einem Gehäuse 30 bzw. Gerüst des Manipulators 10 in Verbindung, so dass der Manipulator 10 mittels einer drehenden Bewegung der Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 rotierend bewegt werden kann. Hierdurch können Stückgüter 3 (vgl. 1) um eine vertikale Achse gedreht werden, um diese ggf. in eine passende Ausrichtung zu bringen. Das Getriebe 15 ist vorliegend als Planetengetriebe 16 ausgebildet. Denkbar ist auch, dass die Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 drehfest mit dem Manipulator 10 bzw. mit dem Gehäuse 30 des Manipulators 10 in Verbindung steht, um den Manipulator 10 rotierend zu bewegen. Die Welle 6 bzw. Hohlwelle 8 weißt am oberen und unteren Ende jeweils ein nicht gezeigtes Kardangelenk auf und ist teleskopierbar, um eine mittels der Arbeitsarme 3 bewirkte Bewegung der Basis 2 auszugleichen.
Der Manipulator 10 besitzt, wie zu 1 bereits erwähnt, zwei sich gegenüberliegende Mittel 12 zum klemmenden Erfassen und Loslassen eines Stückgutes 3, welche Mittel 12 als Anschläge 14 ausgebildet sind und deren sich gegenüberliegende Breitseitenflächen jeweils im Wesentlichen plan ausgebildet sind. Die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 sind an einer Linearführung 33 aufgehängt, die als Bestandteil des Gehäuses 30 bzw. des Gerüstes des Manipulators 10 ausgebildet ist und eine im Wesentlichen horizontale Orientierung besitzt. Bei Versatz bzw. relativer Bewegung der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 zueinander, werden diese somit in linearer Richtung bewegt.
Jedes Mittel 12 bzw. jeder Anschlag 14 steht über ein jeweiliges Gelenk 24 mit einem eigenen Hebel 26 in Verbindung, welche Hebel 26 wiederum im Bereich ihres dem jeweiligen zugeordneten Mittel 12 bzw. Anschlag 14 abgewandten Endes über ein Gelenk 28 miteinander gekoppelt sind. Die beiden Hebel 26 sowie die Gelenke 24 und 28 bilden eine Übertragungseinrichtung 20, wobei unter Zuhilfenahme der Übertragungseinrichtung 20 mittels einer linearen Stellbewegung eines nachfolgend noch beschriebenen Betätigungselementes 17 ein Versatz der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 bewirkt werden kann. Die Drehachsen der Gelenke 24 und 28 sind parallel zueinander orientiert. Weiter besitzen die Drehachsen der Gelenke 24 und 28 eine lotrechte Orientierung zur Bewegungsrichtung der Mittel 12 bzw. 14 bei Versatz entlang der als Bestandteil des Gehäuses 30 bzw. Gerüstes ausgebildeten Linearführung 33.
In anderen Worten kann die Übertragungseinrichtung 20 einen Kniehebel ausbilden. Die Hebel 26 sind in ihrer Grundstellung in einem größeren Winkel zueinander angeordnet, bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Linearführung 33 (also 180°), als in einer klemmenden Stellung. Dadurch wird erreicht, dass große zu manipulierende Stückgüter 3 mit einer höheren Kraft geklemmt werden als kleinere Stückgüter 3.
Somit wird die Kraftübertragung der Mittel 12 durch die Übertragungseinrichtung 20 bei konstanter Kraft bzw. einem konstanten Moment des für die lineare Stellbewegung verantwortlichen Antriebs (nicht gezeigt) mit dem zurückgelegten Stellweg der Mittel 12 kleiner.
Mit dem Gelenk 28 steht zudem das Betätigungselement 17 in Verbindung, welches eine Stellbewegung in linearer Richtung ausführen kann. Eine Zusammenschau der 2 und 3 verdeutlicht hierbei eine derartige Stellbewegung, über welche das Betätigungselement 17 einen Versatz der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 bewirkt, bei welchem sich die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 aufeinander zubewegen. Das Betätigungselement 17 wird hierzu in linearer Richtung nach oben bewegt. Nach dem Versatz stehen die Mittel 12 bzw. Anschläge 14, wie in 1 zu erkennen, mit einem jeweiligen Stückgut 3 in Oberflächenkontakt, wobei das jeweilige Stückgut 3 über die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 klemmend am Manipulator 10 gehalten wird. Die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 befinden sich hierbei in einer Position, wie sie in 3 dargestellt ist.
Bei Ausführungsform eines Manipulators 10 gemäß 2 und 3 ist das Betätigungselement 17 als flexibles strangförmiges Zugelement 18 bzw. als Zugseil ausgebildet. Um die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 zum Loslassen eines Stückgutes 3 aus der in 3 gezeigten Position in die in 2 gezeigte Position zu versetzen, stehen die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 jeweils mit einer Zugfeder 22 in Verbindung. Die Zugfedern 22 sind am Gehäuse 30 bzw. Gerüst des Manipulators 10 befestigt. Die Steuerungseinrichtung S kann zum Versetzen der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 eine auf das Betätigungselement 17 aufgebrachte Zugkraft aufheben, woraus resultierend die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 durch die Zugfeder 22 selbständig in die stabile Lageposition gemäß 2 zurück versetzt werden. Die Bewegung der Mittel 12 bzw. Anschläge 14 erfolgt hierbei aufgrund ihrer Koppelung an die Linearführung 33 jeweils in linearer Richtung. Alternativ kann eine Feder auch an der oberen Aufhängung 32 angeordnet werden und nur auf das Betätigungselement 17 einwirken.
Es sei aus Gründen der Vollständigkeit darauf hingewiesen, dass das Betätigungselement 17 in weiteren Ausführungsformen starr bzw. als Stab ausgebildet sein kann, wobei die Steuerungseinrichtung S eine lineare Stellbewegung des starren Betätigungselementes 17 bzw. Stabes in Richtung nach unten bewirkt, woraus resultierend die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 aus der Position gemäß 3 in die stabile Lageposition aus 2 versetzt werden. Bei derartigen Ausführungsformen kann es sein, dass auf Zugfedern 22 verzichtet wird bzw. dass der Manipulator 10 keine Zugfedern 22 besitzt.
4 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines weiteren Manipulators 10, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 1 vorgesehen sein kann.
Bei der Ausführungsform aus 4 sind zwei Betätigungselemente 17 und 45 vorgesehen, welche sich jeweils von der oberen Aufhängung 32 in Richtung der Basis 2 (vgl. 1) erstrecken. Über das Betätigungselement, auf welches Ziffer 17 in 4 verweist, kann eine Zustellbewegung der Mittel 12 bewirkt werden, wohingegen das Betätigungselement, auf welches Ziffer 45 in 4 verweist, für eine Rückstellbewegung der Mittel 12 vorgesehen ist. Die Betätigungselemente 17 und 45 können jeweils über einen eigenen Antrieb bzw. Motor angetrieben werden oder mittels eines gemeinsamen Antriebes bzw. Motors angetrieben sein. Sofern die beiden Betätigungselemente 17 und 45 mittels eines gemeinsamen Antriebes bzw. Motors angetrieben werden, stehen die beiden Betätigungselemente 17 und 45 mit unterschiedlichen Wicklungsrichtungen mit einer Ausgangswelle des gemeinsamen Antriebes bzw. Motors in Verbindung.
In der Praxis sind darüber hinaus Ausführungsformen vorstellbar, bei welchen die Betätigungselemente 17 und 45 gemäß 4 durch flexible strangförmige Zugelemente 18, 46 ausgebildet sind. Hierbei kann eines der beiden flexiblen strangförmigen Zugelemente 18 bzw. 46 mit einer oberen starren Stange 42 der Übertragungseinrichtung 20 verbunden sein, wohingegen ein weiteres der beiden flexiblen strangförmigen Zugelemente 18 bzw. 46 mit einer unteren starren Stange 40 der Übertragungseinrichtung 20 verbunden ist.
Die Längserstreckung der oberen starren Stange 42 ist gegenüber einer relativen Beabstandung der Mittel 12 zueinander in der Grundstellung gemäß 4 vergrößert ausgebildet ist. Die obere starre Stange 42 ist im Bereich gegenüberliegender freier Enden jeweils mit einem Hebel 41 gelenkig verbunden. Die Hebel 41 stehen zudem jeweils mit den Gelenken 24 in Verbindung, über welche Gelenke 24 die Hebel 41 an die Mittel 12 bzw. Anschläge 14 gekoppelt sind. Im Schwerpunkt der starren Stange 42 bzw. zumindest näherungsweise zentral ist an die starre Stange 42 das Betätigungselement 45 gekoppelt und kann die starre Stange 42 mittels einer linearen Stellbewegung in Richtung nach oben bewegen, woraus resultierend die relative Beabstandung der Mittel 12 zueinander verkleinert wird.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit bzw. zur besseren Verdeutlichung sind in 4 die beiden Betätigungselemente 17 und 45 nebeneinander gezeigt. In der Praxis kann sich das Betätigungselement 45 hinter dem Betätigungselement 17 befinden.
5 zeigt im Querschnitt eine schematische Ansicht eines weiteren Manipulators 10, wie er für diverse Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Parallelkinematik-Roboters 1 vorgesehen sein kann. Im Ausführungsbeispiel aus 5 wird eine Drehbewegung des Manipulators 10 mittels einer linearen Stellbewegung des Betätigungselementes, auf welches Ziffer 48 verweist, bewirkt. Das Betätigungselement 48 erstreckt sich von der Basis 2 in Richtung der oberen Aufhängung 32 (vgl. 1). Um aus einer linearen Stellbewegung des Betätigungselementes 48 eine Drehbewegung für das jeweilige Stückgut 3 zu bewirken, umfasst der Manipulator 10 eine Übertragungseinrichtung, auf welche Ziffer 56 in 5 verweist.
Die Übertragungseinrichtung 56 umfasst eine Hülse 55, an deren Innenseite eine spiralförmige Nut 57 angeordnet ist. Die Mittelachse der Spirale ist dabei koaxial zum Betätigungselement 48 orientiert, welches Betätigungselement 48 ein flexibles strangförmiges Zugelement umfasst und welches mit einer weiteren Hülse 49 verbunden ist. Die weitere Hülse 49 ist zumindest abschnittsweise von der Hülse 55 aufgenommen. Zudem kann die weitere Hülse 49 mittels einer linearen Stellbewegung des Betätigungselementes 48 axial verschoben werden. Entlang des Umfangs der weiteren Hülse 49 sind Kurvenfolger 47 vorgesehen, welche in der spiralförmigen Nut 57 bewegt werden. Durch ein Verschieben der weiteren Hülse 49 wird die Hülse 55 gegenüber der weiteren Hülse 49 zusammen mit den Mitteln 12 und dem jeweiligen aufgenommenen Stückgut 3 gedreht.
Bei Ausführungsform gemäß 5 ist zudem eine Drehmomentstütze 58 vorgesehen, welche eine lineare Führung 59 für die innere Hülse 49 bereitstellt. Die Kraftübertragung erfolgt hierbei gemäß dem in der EP 2 366 908 A2 offenbarten Aktor. Die Offenbarung der EP-Patentanmeldung soll aus diesem Grunde in die vorliegende Beschreibung mit aufgenommen werden.
Zudem ist ein in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestelltes Kardangelenk für die Hülse 55 vorgesehen. Die Betätigungselemente 17, 45 und 48 können durch eine Trennwand oder mehrere Trennwände innerhalb des Rohres 6 oder durch das Rohr 6 selbst voneinander beabstandet werden, um Reibung zwischen den Betätigungselementen 17, 45 und 48 zu vermeiden.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Parallelkinematik-Roboter
2: Basis
3: Stückgut
4: Gebinde
5: Getränkebehältnis
6: Welle
7: Arbeitsarm
8: Hohlwelle
9: Oberer Abschnitt
10: Manipulator
11: Unterarm
12: Mittel zum Erfassen mindestens eines Stückgutes
13: Oberarm
14: Anschlag
15: Getriebe
16: Planetengetriebe
17: Betätigungselement
18: Strangförmiges flexibles Zugmittel
19: Unterer Abschnitt
20: Übertragungseinrichtung
22: Zugfeder
24: Gelenk
26: Hebel
28: Gelenk
30: Gehäuse
32: Obere Aufhängung
33: Linearführung
40: Untere starre Stange
41: Hebel
42: Obere starre Stange
45: Betätigungselement
46: Strangförmiges flexibles Zugmittel
47: Kurvenfolger
48: Betätigungselement
49: Weitere Hülse
55: Hülse
56: Übertragungseinrichtung
57: Nut
58: Drehmomentstütze
59: Lineare Führung
70: Lager
71: Aufhängungslager
S: Steuerungseinrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2388216 A1 [0003]
WO 2014053115 A1 [0006]
EP 2366908 A2 [0083]

Claims

Parallelkinematik-Roboter (1) zum Manipulieren von Stückgütern (3), aufweisend – wenigstens einen Manipulator (10), der zum Erfassen, Loslassen und Drehen mindestens eines Stückgutes (3) ausgebildet ist, – mehrere Arbeitsarme (7), die an den wenigstens einen Manipulator (10) mechanisch gekoppelt sind, so dass der wenigstens eine Manipulator (10) durch eine gemeinsame und aufeinander abgestimmte Bewegung der mehreren Arbeitsarme (7) versetzt werden kann sowie – mindestens ein Betätigungselement (17, 45, 48) für den wenigstens einen Manipulator (10), – dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Manipulator (10) und das mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) derart zusammenwirken, dass der wenigstens eine Manipulator (10) zum Erfassen und Loslassen und/oder Drehen des mindestens einen Stückgutes (3) via eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45, 48) ansteuerbar ist.
Parallelkinematik-Roboter nach Anspruch 1, umfassend – mindestens ein als Bestandteils des wenigstens einen Manipulators (10) ausgebildetes Mittel (12) zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) sowie – eine Übertragungseinrichtung (20), mit welcher das mindestens eine Betätigungselement (17) und das mindestens eine Mittel (12) derart in Verbindung stehen, dass das mindestens eine Mittel (12) über eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17) zum Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) versetzbar ist.
Parallelkinematik-Roboter nach Anspruch 2, bei welchem das mindestens eine Mittel (12) mit einer Linearführung (33) in Verbindung steht, entlang welcher das mindestens eine Mittel (12) bei Versatz bewegbar ist.
Parallelkinematik-Roboter nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei welcher die mindestens eine Übertragungseinrichtung (20) wenigstens einen an das wenigstens eine Betätigungselement (17, 45) gekoppelten Hebel (26, 41) umfasst, mit welchem das mindestens eine Mittel (12) gelenkig in Verbindung steht.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem das mindestens eine Mittel (12) zumindest mittelbar mit einer Zugfeder (22) in Verbindung steht, über welche das mindestens eine Mittel (12) zum Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) in eine stabile Lageposition überführbar ist.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend eine Welle (6), die an den wenigstens einen Manipulator (10) mechanisch gekoppelt ist, so dass der wenigstens eine Manipulator (10) mittels einer Rotationsbewegung der Welle (6) drehend bewegt werden kann.
Parallelkinematik-Roboter nach Anspruch 6, bei welcher die Welle (6) als Hohlwelle (8) ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Betätigungselement (17) zumindest abschnittsweise innerhalb der Hohlwelle (8) verläuft.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, umfassend mindestens zwei sich gegenüberliegende und mit der Übertragungseinrichtung (20) in Verbindung stehende Mittel (12) zum Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes (3), wobei die mindestens zwei sich gegenüberliegenden Mittel (12) über eine lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45) zum Erfassen und Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes (3) jeweils versetzbar sind.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, umfassend eine Steuerungseinrichtung (S), welche Steuerungseinrichtung – zur aufeinander abgestimmten Bewegung mit den mehreren Arbeitsarmen (7) in Verbindung steht sowie – an einen Aktor für das mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) gekoppelt ist, wobei die Steuerungseinrichtung (S) bei einer Bewegung der mehreren Arbeitsarme (7) mit dem Aktor zum Durchführen einer Ausgleichsbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45, 48) zusammenwirkt.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem das mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) wenigstens einen mit einer linearen Stellbewegung beaufschlagbaren Stab und/oder wenigstens ein mit einer linearen Stellbewegung beaufschlagbares strangförmiges flexibles Zugmittel (18, 46) umfasst.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die mehreren Arbeitsarme (7) von einer oberen Aufhängung (32) getragen werden und an eine gemeinsame Basis (2) gekoppelt sind, an welcher der wenigstens eine Manipulator (10) hängend befestigt ist, wobei sich das mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) durch die obere Aufhängung (32) erstreckt.
Parallelkinematik-Roboter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, umfassend mindestens zwei Betätigungselemente (17, 45, 48) für den wenigstens einen Manipulator (10), wobei – wenigstens ein erstes (17, 45) der mindestens zwei Betätigungselemente (17, 45, 48) mit dem wenigstens einen Manipulator (10) derart zusammenwirkt, dass der wenigstens eine Manipulator (10) zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) via eine jeweilige lineare Stellbewegung des wenigstens einen ersten Betätigungselementes (17, 45) ansteuerbar ist und wobei – wenigstens ein zweites (48) der mindestens zwei Betätigungselemente (17) mit dem wenigstens einen Manipulator (10) derart zusammenwirkt, dass der wenigstens eine Manipulator (10) zum Drehen des mindestens einen Stückgutes (3) via eine jeweilige lineare Stellbewegung des wenigstens einen zweiten Betätigungselementes (48) ansteuerbar ist.
Vorrichtung zum Bilden einer Neuorientierung aus einer Vielzahl an Stückgütern (3), aufweisend mindestens einen Parallelkinematik-Roboter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 sowie – wenigstens eine Horizontalfördereinrichtung, über welche mehrere Stückgüter (3) in einen Erfassungsbereich des mindestens einen Parallelkinematik-Roboters (1) transportierbar sind und – eine Steuerungseinrichtung (S), die mit dem mindestens einen Parallelkinematik-Roboter (1) in Verbindung steht, wobei auf der Steuerungseinrichtung (S) Informationen zu einer bestimmten aus den mehreren Stückgütern (3) zu bildenden Soll-Ausrichtung abgelegt sind, unter Berücksichtigung welcher Informationen der mindestens eine Parallelkinematik-Roboter (1) über die Steuerungseinrichtung (S) zum definierten Versatz und/oder Drehen mindestens eines Stückgutes (3) aus den mehreren Stückgütern (3) ansteuerbar ist.
Verfahren zum Manipulieren von Stückgütern (3) mittels mindestens eines Parallelkinematik-Roboters (1), umfassend folgende Schritte: – Erfassen mindestens eines Stückgutes (3) über wenigstens einen Manipulator (10), – aufeinander abgestimmtes Bewegen mehrerer mechanisch an den wenigstens einen Manipulator (10) gekoppelter Arbeitsarme (7) und hiermit einhergehendes Versetzen des wenigstens einen Manipulators (10) zusammen mit dem mindestens einen erfassten Stückgut (3), – Loslassen des mindestens einen erfassten Stückgutes (3) zeitlich nach Versetzen des wenigstens einen Manipulators (10) zusammen mit dem mindestens einen erfassten Stückgut (3), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Manipulator (10) mit mindestens einem Betätigungselement (17, 45, 48) zusammenwirkt, welches mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) eine lineare Stellbewegung ausführt, woraus resultierend das jeweilige mindestens eine Stückgut (3) via den wenigstens einen Manipulator erfasst oder losgelassen und/oder um eine vertikale Achse gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem das mindestens eine Betätigungselement (17, 45, 48) in Zusammenhang mit einer aufeinander abgestimmten Bewegung der mehreren an den wenigstens einen Manipulator (10) gekoppelten Arbeitsarme (7) eine Ausgleichsbewegung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei welchem die lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45, 48) zum Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) unter Zuhilfenahme einer Zugfeder (22) herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, bei welchem der wenigstens eine Manipulator (10) mindestens ein Mittel (12) zum klemmenden Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) besitzt, wobei das mindestens eine Mittel (12) aus einer linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45) resultierend in linearer Richtung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem der wenigstens eine Manipulator (10) mindestens zwei sich gegenüberliegende Mittel (12) zum Erfassen und Loslassen des mindestens einen Stückgutes (3) besitzt, wobei die mindestens zwei sich gegenüberliegenden Mittel (12) aus einer linearen Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45) resultierend jeweils aufeinander zubewegt oder voneinander wegbewegt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, bei welchem der wenigstens eine Manipulator (10) das jeweilige mindestens eine Stückgut (3) durch eine jeweilige lineare Stellbewegung des mindestens einen Betätigungselementes (17, 45) erfasst und loslässt und wobei der wenigstens eine Manipulator (10) zeitlich nach Erfassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes (3) und zeitlich vor Loslassen des jeweiligen mindestens einen Stückgutes (3) über eine mechanisch mit dem wenigstens einen Manipulator (10) gekoppelte Welle (6) gedreht wird.