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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruchs 12.
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In der Automatisierungstechnik, wo mit einer Vielzahl beispielsweise gleichartiger Artikel umgegangen werden muss, wie etwa in der Automatisierungstechnik für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie und/oder in der Verpackungstechnik und in der Verpackungsindustrie, ist es üblich, für immer wiederkehrende Vorgänge eigens hierfür konstruierte Vorrichtungen zum Umgang mit Artikeln vorzusehen.
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Bei den Artikeln kann es sich beispielsweise um Objekte, wie etwa verpackte oder unverpackte Gegenstände, Behälter, Kartonagen, oder um Gruppen oder Gebinde aus mehreren Objekten handeln, wobei die Objekte eines Gebindes beispielsweise vermittels einer Umreifung, einer Umverpackung, wie etwa einer Umwickelung, einem Schrumpfschlauch oder eines Kartons oder eines Tragegestells zusammengehalten werden, um nur einige denkbare Ausgestaltungen zu nennen.
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Neben Stillstandzeiten und der den Quotienten der Anzahl von Artikeln zur Zeit, innerhalb der mit dieser Anzahl von Artikeln umgegangen wird, widerspiegelnden Taktung ist eine möglichst kostengünstige konstruktive Umsetzung entsprechender Vorrichtungen zum Umgang mit Artikeln ein wesentlicher Kostenfaktor, da die Komplexität von Steuerung und Programmierung im Verhältnis zum konstruktiven Aufwand eine immer schwächere Rolle im Lichte zwischenzeitlich erreichter Rechenleistungen sowie Verfügbarkeit von in Massenproduktion hergestellten Mikroprozessoren spielt.
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Durch
DE 10 2013 206 125 A1 ist eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln bekannt, welche mindestens einen umlaufenden Parallelkinematik-Roboter bestehend aus einer Gruppe von insgesamt vier unabhängig voneinander entlang zweier geschlossen umlaufender Führungsbahnen beweglich angetriebener Schlitten umfasst. Ein erstes Paar Schlitten der Gruppe ist entlang einer ersten, und ein zweites Paar Schlitten der Gruppe ist entlang einer zweiten Führungsbahn beweglich angetrieben. Die Schlitten sind über ein Gestänge aus einem zentralen Koppelelement sowie insgesamt vier Gestängeelementen miteinander verbunden. Jedes Gestängeelement ist mit einem ersten Ende mit dem zentralen Koppelelement gelenkig verbunden und mit einem jeweils verbleibenden, vom ersten Ende entfernten zweiten Ende gelenkig an einem der vier Schlitten angeordnet. Dabei ist jeder der vier Schlitten mit genau einem der vier Gestängeelemente gelenkig verbunden. Die Schlitten der Gruppe können sowohl Relativbewegungen zueinander als auch – beispielsweise in Überlagerung - Kollektivbewegungen miteinander entlang deren Führungsbahnen ausführen. Die Gestängeelemente bilden hierbei eine geometrische Pyramide, deren durch das Koppelelement gebildete Spitze durch Relativbewegungen der Schlitten relativ zu den Führungsbahnen und durch Kollektivbewegungen entlang der Führungsbahnen verbracht werden kann. Die Verbringung der Spitze der geometrischen Pyramide kann dabei selbst zur Verbringung von Artikeln zu deren Umgang verwendet werden, beispielsweise zumindest beitragen. Alternativ oder zusätzlich kann hierdurch ein am Koppelement vorgesehener Manipulator positioniert werden, der am so erreichten, bzw. eingenommenen Ort beispielsweise durch Greifen und/oder Ausübung einer oder mehrerer Dreh- und/oder Linearbewegungen um und/oder entlang einer oder mehrerer Achsen, sowie Kombinationen hieraus, eine dem Umgang mit Artikeln zumindest beitragende Aktion ausführen kann. Der Manipulator umfasst ein oder mehrere Werkzeuge, wie etwa einen Greifer oder mindestens eine beispielsweise lageveränderliche Anlagefläche oder eine Kombination hieraus, sowie einen oder mehrere Aktoren zu dessen Betätigung. Um den Manipulator mit zur Ausführung seiner Aktionen benötigter Energie, vornehmlich Elektrizität und/oder einem unter Druck stehenden Medium zu versorgen, ist eine zum Koppelelement verlegte Energieleitung vorgesehen.
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Ein hierbei ungelöstes Problem hinsichtlich der Komplexität des konstruktiven Aufwands ist die Übertragung von Energie einhergehend mit den erforderlichen Steuerbefehlen auf einen beispielsweise umlaufenden Parallelkinematik-Roboter.
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Denkbare Lösungen mit die Energieversorgung zum bewegten Parallelkinematik-Roboter übernehmenden stationären Energieversorgungseinrichtungen, wie etwa parallele Induktionsschienen oder Schleifkontakte beispielsweise in Verbindung mit einer Übertragung von Steuerbefehlen in Funktechnik sind aufgrund ihrer Störanfälligkeit sowie aufgrund von Wechselwirkungen und Beeinträchtigungen in Arbeitsumgebungen nur bedingt vielversprechend. Darüber hinaus ist der konstruktive Aufwand sehr groß. Störungen und/oder Beschädigungen der Energieversorgungseinrichtung führen zu langen Stillstandzeiten der kompletten Vorrichtung, bis die Störungs- und/oder Schadensursache vollständig behoben ist.
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Denkbare Lösungen mit wiederholt an separaten, ähnlich Parallelstreckenabschnitten oder Abstellgleisen von den Führungsbahnen abzweigenden Ladestationen aufladbaren Energiespeichern, die von den bewegten Parallelkinematik-Robotern mitgeführt werden, sind aufgrund ihres zu erwartenden Wartungsaufwands einhergehend mit hohen Betriebskosten ebenfalls nur bedingt vielversprechend.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln anzugeben, welche die Vorteile von Parallelkinematik-Robotern nutzt, diese ausbaut und zugleich konstruktiv einfach ausführbar ist, mit geringem Betriebs- und Wartungsaufwand auskommt, und darüber hinaus geringe Stillstandzeiten einhergehend mit einer hohen Taktung sicherstellt. Darüber hinaus ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln anzugeben.
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Die Aufgabe wird jeweils durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, den Zeichnungen sowie in der nachfolgenden Beschreibung, einschließlich der zu den Zeichnungen zugehörigen, wiedergegeben.
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Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft demnach eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Führungsbahn sowie mindestens eine Master-Slave-Einheit mit sowohl gemeinsam, als auch relativ zueinander entlang der mindestens einen Führungsbahn beweglich angetriebenen Schlitten. Bei den Schlitten der Master-Slave-Einheit handelt es sich um mindestens einen Master-Schlitten und um mindestens einen Slave-Schlitten.
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Die mindestens eine Führungsbahn kann geschlossen umlaufend ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Schlitten der Master-Slave-Einheit gemeinsam umlaufend beweglich angetrieben sein können.
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Verfügt die Vorrichtung über mehrere Führungsbahnen, so können diese in einer gemeinsamen Ebene liegen oder jeweils eine Ebene aufspannen und/oder in einer der Zahl der Führungsbahnen entsprechenden Anzahl beispielsweise parallel verlaufender Ebenen liegen.
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Jede Master-Slave-Einheit verfügt über einen von ihrem mindestens einen Master-Schlitten getragenen und entlang der mindestens einen Führungsbahn positionierbaren und/oder positionierten Manipulator.
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Weist die Master-Einheit mehrere entlang einer oder mehreren Führungsbahnen unabhängig voneinander beweglich angetriebene Master-Schlitten auf, so sind die Master-Schlitten über ein Gestänge aus einem zentralen Koppelelement sowie einer der Zahl der Master-Schlitten entsprechenden Anzahl von Gestängeelementen miteinander verbunden. Der von den Master-Schlitten getragene Manipulator ist an dem zentralen Koppelelement angeordnet. Der Manipulator in diesem Fall zusätzlich quer zu der mindestens einen Führungsbahn positionierbar.
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Der Manipulator umfasst ein in einer der Zahl von Slave-Schlitten der Master-Slave-Einheit entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden betätigbares Werkzeug.
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Je Freiheitsgrad beziehungsweise je Slave-Schlitten ist das Werkzeug in der Lage, eine einem Umgang mit einem Artikel zumindest beitragende Aktion durch- beziehungsweise auszuführen.
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Ist beispielsweise ein Slave-Schlitten vorhanden, so kann das Werkzeug, beispielsweise ein Greifer, in einem Freiheitsgrad betätigt werden, beispielsweise geöffnet und geschlossen werden. Handelt es sich bei dem Werkzeug um einen um eine Vertikalachse schwenkbaren Anschlag, so kann das Werkzeug hierbei um die Vertikalachse hingeschwenkt und wieder zurückverschwenkt werden.
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Sind beispielsweise zwei Slave-Schlitten vorhanden, so kann das Werkzeug in zwei Freiheitsgraden betätigt werden. Ein Beispiel für ein entsprechendes Werkzeug ist ein um eine Vertikalachse verschwenkbar angeordneter, zu öffnender und zu schließender Greifer. Durch Betätigung innerhalb des einen Freiheitsgrads kann dieser um die Vertikalachse hin- und wieder zurückverschwenkt werden und durch Betätigung im anderen Freiheitsgrad kann dieser geöffnet und geschlossen werden.
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Sind beispielsweise drei Slave-Schlitten vorhanden, so kann das Werkzeug in drei Freiheitsgraden betätigt werden. Aufbauend auf dem voranstehenden Ausführungsbeispiel ist so ein zusätzliches Anheben und Wiederabsenken entlang der Vertikalachse denkbar.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass auch andere Kombinationen von Freiheitsgraden der Betätigung, wie beispielsweise Anheben und Absenken entlang sowie Verschwenken um eine Achse möglich sind, ebenso wie Kombinationen mit einer höheren Zahl von Freiheitsgraden der Betätigung als drei.
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Je Freiheitsgrad der Betätigung des Werkzeugs ihres Manipulators umfasst die Master-Slave-Einheit Koppelmittel, welche je einen Slave-Schlitten mit dem Werkzeug zu dessen Betätigung in einem Freiheitsgrad durch Relativbewegung gegenüber dem mindestens einen Master-Schlitten wirkverbinden.
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Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer voranstehend beschriebenen Vorrichtung.
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Das Verfahren sieht vor, den von dem oder den Master-Schlitten einer Master-Slave-Einheit getragenen Manipulator durch gemeinsamen Antrieb der Schlitten der Master-Slave-Einheit entlang der mindestens einen Führungsbahn zu verbringen und/oder gegebenenfalls zu positionieren.
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Das Verfahren sieht weiter vor, während oder am Ende der Verbringung den Manipulator in zumindest einem Freiheitsgrad zu betätigen, indem je Freiheitsgrad der Betätigung ein Slave-Schlitten eine Relativbewegung zu dem oder den Master-Schlitten ausführt.
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Im weiteren Verlauf des Verfahrens kann der Manipulator weiter entlang der mindestens einen Führungsbahn verbracht und/oder gegebenenfalls erneut positioniert werden, um den Manipulator während oder am Ende der Verbringung in zumindest einem Freiheitsgrad erneut durch Ausführung einer Relativbewegung eines Slave-Schlittens gegenüber dem oder den Master-Schlitten zu betätigen, beispielsweise in einem anderen Freiheitsgrad oder im selben Freiheitsgrad wie bei der vorangehenden Betätigung.
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Das Verfahren kann weitere Verbringungen und/oder Betätigungen vorsehen, bevorzugt so lange, bis die Master-Slave-Einheit wieder dieselbe Position entlang der mindestens einen Führungsbahn einnimmt, wie zu Beginn des Verfahrens, und/oder deren Manipulator ebenfalls wieder seine ursprüngliche Ausrichtung und Stellung wie zu Beginn des Verfahrens inne hat.
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Das Verfahren kann hierbei vorsehen, während einer Verbringung und/oder in einer oder mehreren Positionen, beispielsweise zwischen zwei aufeinander folgenden Positionen, mit einem Artikel umzugehen, beispielsweise diesen mit zu verbringen und/oder wenigstens zu dessen Umgang beitragend mit dem Manipulator auf den Artikel einzuwirken.
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Es ist ersichtlich, dass die Erfindung vorsieht, einen aus einem in einem oder mehreren Freiheitsgraden betätigbaren Werkzeug bestehenden und von mindestens einem Master-Schlitten getragenen und zumindest entlang der Führungsbahn verbringbaren Manipulator in durch Relativbewegung jeweils eines Slave-Schlittens gegenüber dem oder den Master-Schlitten in genau einem Freiheitsgrad seiner der Zahl von Slave-Schlitten entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden zu betätigen, um eine einem Umgang mit einem Artikel zumindest beitragende Aktion durch- beziehungsweise auszuführen.
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Sich zusätzlich gegenüber einer vollständigen Lösung der gestellten Aufgabe unter Behebung sämtlicher Nachteile des Standes der Technik ergebende Vorteile sind, dass eine Energieübertragung für Bewegungen des Werkzeugs des von dem oder den Master-Schlitten getragenen Manipulators rein mechanisch frei von konstruktiv aufwändigen und teuren sowie störungsanfälligen Schleppketten mit Pneumatik, Hydraulik oder Elektrik erfolgen. Die Steuerung der Betätigung des Werkzeugs des von dem oder den Master-Schlitten getragenen Manipulators erfolgt rein von Außen. Damit ist in einfacher Form ein umlaufendes System mit sehr hohen Leistungspotentialen, insbesondere sehr hoher Taktung möglich. Bei einem ein Gruppieren umfassenden Umgang mit Artikeln kann die Ausübung des Umgangs, beispielsweise eine Gebinde-Manipulation, von oben erfolgen. Die Antriebsysteme sind gut zugänglich und nicht im Schmutzbereich. Zum unterhalb der Vorrichtung stattfindenden Transport von Artikeln können preiswerte Standardförderer wie etwa Mattenketten verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. 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. 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. Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit einer Führungsbahn.
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit zwei Führungsbahnen.
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit drei Führungsbahnen.
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit zwei geschlossen umlaufenden Führungsbahnen.
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit zwei geschlossen umlaufenden Führungsbahnen.
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6 eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit zwei in Transportrichtung der Artikel nacheinander angeordneten Führungsbahnen, von denen eine erste Führungsbahn mehrere, an jeweils einem Schlitten fest angeordnete Anschlagswinkel zur Querverschiebung von Artikeln aufweist, und eine zweite Führungsbahn mehrere, an jeweils einem Schlitten beispielsweise drehbar angetrieben angeordnete Rollen zum Drehen zuvor querverschobener Artikel aufweist.
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7 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit einer mehrere Parallelkinematik-Roboter sowohl zum Drehen, als auch zur Querverschiebung von Artikeln tragenden Führungsbahn.
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8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit einer mehrere zum Drehen der Artikel vorgesehene Parallelkinematik-Roboter tragenden Führungsbahn.
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9 eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit einer Kombination zweier in Transportrichtung der Artikel nacheinander angeordneten Führungsbahnen, wobei die erste Führungsbahn mehrere Parallelkinematik-Roboter zum Drehen der Artikel trägt, und die zweite Führungsbahn mehrere, an jeweils einem Schlitten angeordnete Paddel zur Querverschiebung von Artikeln aufweist.
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10 eine Detailansicht einer Anordnung von Paddels zur Querverschiebung von Artikeln an je zwei entlang der selben Führungsbahn längsbeweglich angetrieben angeordneten Schlitten.
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11 eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln mit einer Parallelkinematik-Roboter sowohl zum Drehen, als auch zur Querverschiebung von Artikeln tragenden Führungsbahn und einer parallel zu dieser verlaufenden Abstützschiene.
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Eine in 1, 2, 3, 4, 5 ganz oder in Teilen dargestellte Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 umfasst mindestens eine Führungsbahn 03 sowie mindestens eine Master-Slave-Einheit 04 mit sowohl, in 1, 2, 3, 4 durch Doppelpfeile K (1 bis 3) für hin und hergehende Bewegungen und durch Pfeile K1, K2 (4) für vor- und rückführende Abschnitte einer umlaufende Bewegungen angedeutet, gemeinsam, als auch, in 1, 2, 3 durch Doppelpfeile R1, R2, R3 angedeutet relativ zueinander beispielsweise hin- und hergehend und/oder unidirektional umlaufend entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 beweglich angetrieben angeordneten Schlitten, mindestens einem Master-Schlitten 05 und mindestens einem Slave-Schlitten 06.
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Zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips ist jeder eine Relativbewegung andeutende Doppelpfeil R1, R2, R3 in Übereinstimmung mit der fortlaufenden Nummerierung einem in 1, 2, 3 jeweils durch einen der Doppelpfeile F1, F2, F3 angedeuteten Freiheitsgrad der Betätigung eines Werkzeugs 08 eines Manipulators 07 zugeordnet.
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Die Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 umfasst darüber hinaus einen von dem mindestens einen Master-Schlitten 05 der Schlitten ihrer Master-Slave-Einheit 04 getragenen und entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 positionierbaren und/oder positionierten Manipulator 07 mit einem in einer der Zahl von Slave-Schlitten 06 der Master-Slave-Einheit 04 entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden betätigbaren, auch als Manipulator-Kopf bezeichenbaren Werkzeug 08.
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Die Master-Slave-Einheit 04 umfasst je Freiheitsgrad der Betätigung des Werkzeugs 08 ihres Manipulators 07 Koppelmittel 09, welche je einen Slave-Schlitten 06 mit dem Werkzeug 08 zu dessen Betätigung in einem in 1, 2, 3 jeweils durch einen der Doppelpfeile F1, F2, F3 angedeuteten Freiheitsgrad durch Relativbewegung gegenüber dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 wirkverbinden.
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Die Erfindung sieht demnach vor, einen aus einem in einem oder mehreren Freiheitsgraden betätigbaren Werkzeug 08 bestehenden und von mindestens einem Master-Schlitten 05 getragenen und zumindest entlang der Führungsbahn 03 wie in 1, 2, 3, 4 durch Doppelpfeile K beziehungsweise Pfeile K1, K2 angedeutet verbringbaren Manipulator 07 in durch Relativbewegung jeweils eines Slave-Schlittens 06 gegenüber dem oder den Master-Schlitten 05 in genau einem Freiheitsgrad seiner der Zahl von Slave-Schlitten 06 entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden zu betätigen, um eine einem Umgang mit einem Artikel 02 zumindest beitragende Aktion durch- beziehungsweise auszuführen.
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Jeder Freiheitsgrad der Betätigung entspricht hierbei einer hin- und hergehenden Bewegung, beispielsweise einem in 3 durch einen Doppelpfeil F2 angedeuteten Öffnen und Schließen eines als Greifer ausgeführten Werkzeugs 08, einem in 1, 2, 3 jeweils durch einen Doppelpfeil F1 angedeuteten Hin- und Herschwenken, einem in 3 durch einen Doppelpfeil F3 angedeuteten Anheben und Absenken des Werkzeugs 08, um ohne Anspruch auf Vollständigkeit nur einige denkbare Freiheitsgrade der Betätigung zu nennen.
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Je Freiheitsgrad seiner Betätigung beziehungsweise je Slave-Schlitten 06 ist das Werkzeug 08 in der Lage, eine einem Umgang mit einem Artikel 02 zumindest beitragende Aktion durch- beziehungsweise auszuführen.
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Ist beispielsweise ein Slave-Schlitten 06 vorhanden, so kann das Werkzeug 08, beispielsweise wie in 3 dargestellt ein Greifer, in einem Freiheitsgrad betätigt werden, beispielsweise geöffnet und geschlossen werden. Handelt es sich bei dem Werkzeug 08 wie in 1, 2, 4 dargestellt um einen um eine Vertikalachse hin und her schwenkbaren Anschlag, so kann das Werkzeug 08 hierbei um die Vertikalachse hingeschwenkt und wieder zurückverschwenkt werden.
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Sind beispielsweise zwei Slave-Schlitten 06 vorhanden, so kann das Werkzeug 08 in zwei Freiheitsgraden betätigt werden. Ein Beispiel für ein entsprechendes Werkzeug 08 ist ein um eine Vertikalachse verschwenkbar angeordneter, zu öffnender und zu schließender Greifer. Durch Betätigung in dem einen Freiheitsgrad kann dieser um die Vertikalachse hin- und wieder zurückverschwenkt werden und durch Betätigung im anderen Freiheitsgrad kann dieser geöffnet und geschlossen werden.
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Sind beispielsweise wie in 3 dargestellt drei Slave-Schlitten 06 vorhanden, so kann das Werkzeug 08 in drei Freiheitsgraden betätigt werden. Aufbauend auf dem voranstehenden Ausführungsbeispiel ist so ein zusätzliches Anheben und Wiederabsenken entlang der Vertikalachse denkbar.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass auch andere Kombinationen von Freiheitsgraden der Betätigung, wie beispielsweise Anheben und Absenken entlang sowie Verschwenken um eine Achse möglich sind, ebenso wie Kombinationen mit einer höheren Zahl von Freiheitsgraden der Betätigung als drei.
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Vorzugsweise bildet jeder der Schlitten 05, 06 zusammen mit einer Führungsbahn 03 einen Linearantrieb beziehungsweise Linearmotor. Die eine oder mehreren Führungsbahnen 03 bilden Statoren der Linearmotoren, die Schlitten 05, 06 die Läufer des Linearmotors. Der Läufer eines Linearmotors entspricht dabei dem Rotor bei einem elektromotorischen Drehantrieb. Demnach bilden beziehungsweise sind die Schlitten 05, 06 und die mindestens eine Führungsbahn 03 jeweils Teile von Linearantrieben.
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Die mindestens eine Führungsbahn 03 kann wie in 4, 5 angedeutet geschlossen umlaufend ausgeführt sein, wobei in diesem Fall die Schlitten 05, 06 der Master-Slave-Einheit 04 gemeinsam umlaufend beweglich angetrieben sein können.
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Verfügt die Vorrichtung 01 wie in 2, 3, 4, 5 dargestellt über mehrere Führungsbahnen 03, so können diese in einer gemeinsamen Ebene liegen oder jeweils eine Ebene aufspannen und/oder in einer der Zahl der Führungsbahnen 03 entsprechenden Anzahl beispielsweise parallel verlaufender Ebenen liegen.
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Weist die Master-Slave-Einheit 04 mehrere entlang einer oder mehrerer Führungsbahnen 03 unabhängig voneinander beweglich angetriebene Master-Schlitten 05 auf, so können die Master-Schlitten 05 wie bei einem Eingangs beschriebenen Parallelkinematik-Roboter über ein Gestänge aus einem zentralen Koppelelement sowie einer der Zahl der Master-Schlitten 05 entsprechenden Anzahl von Gestängeelementen miteinander verbunden sein. Der von den Master-Schlitten 05 getragene Manipulator 07 ist hierbei vorteilhaft an dem zentralen Koppelelement angeordnet. Der Manipulator 07 ist in diesem Fall zusätzlich quer zu der mindestens einen Führungsbahn 03 positionierbar.
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Als wenigstens ein Koppelmittel 09 kann wie in 1, 2, 3, 4 dargestellt ein mechanisches Koppelgestänge vorgesehen sein, beispielsweise umfassend einen um eine Achse an dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 schwenkbar angeordneten und mit einem Ende mit dem Werkzeug 08 des Manipulators 07 verbundenen Hebelarm und eine sowohl mit einem verbleibenden freien Ende des Hebelarms, als auch mit einem Slave-Schlitten 06 gelenkig verbundene Koppelstange.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koppelmittel 09 einen Bowdenzug beispielsweise mit einer an dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 angeordneten Hülle und einer in der Hülle geführten, mit einem ersten Ende mit dem Werkzeug 08 des Manipulators 07 und mit einem zweiten Ende mit einem Slave-Schlitten 06 verbundenen Seele umfassen.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koppelmittel 09 zwei miteinander über eine Hydraulikleitung kommunizierende, beispielsweise an dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 angeordnete Hydraulikzylinder umfassen, von deren Kolben einer mit dem Werkzeug 08 des Manipulators 07 und der andere mit einem Slave-Schlitten 06 zusammenwirkt. Nähert sich der Slave-Schlitten 06 dem Master-Schlitten 05, fährt der mit dem Slave-Schlitten 05 gekoppelte Kolben des einen Hydraulikzylinders ein und der mit dem Werkzeug 08 des Manipulators verbundene Kolben des anderen Hydraulikzylinders aus. Umgekehrt fährt der Kolben des anderen Hydraulikzylinders ein, wenn sich der Slave-Schlitten 06 entfernt.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koppelmittel 09 ein mit dem Werkzeug des Manipulators 07 zusammenwirkendes Getriebe umfassen, beispielsweise mit einer mit einem Slave-Schlitten 06 verbundenen Zahnstange zu dessen Betätigung.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koppelmittel 09 einen mit dem Werkzeug des Manipulators 07 zusammenwirkenden elektromotorischen Antrieb sowie zu dessen Energieversorgung beispielsweise einen durch Relativbewegung zwischen dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 und einem Slave-Schlitten 06 antreibbaren Generator umfassen.
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Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Koppelmittel 09 eine Teleskopanlenkung, beispielsweise einen Teleskop-Anlenkhebel umfassen, wie dies in 3 für die Koppelmittel 09 zwischen dem den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 und dem zur Betätigung im das in 3 durch einen Doppelpfeil F2 angedeutete Öffnen und Schließen eines als Greifer ausgeführten Werkzeugs 08 bewirkenden Freiheitsgrad vorgesehenen, auf einer hierbei beispielhaft von der Führungsbahn 03, entlang welcher der den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben ist, verschiedenen Führungsbahn 03 beweglich angetriebenen Slave-Schlitten 06 verwirklicht sein kann.
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Grundsätzlich ist wie bereits angedeutet eine Kombination verschiedener Koppelmittel 09 zur Betätigung des Werkzeugs 08 je Freiheitsgrad denkbar.
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Eine solche Kombination kann entsprechend dem Abstand der jeweils gekoppelten Slave-Schlitten 06 gewählt sein, wobei ein einem nahen Slave-Schlitten 06 zugeordnetes Koppelmittel 09 beispielsweise einen Bowdenzug oder ein Getriebe umfasst, ein einem mittleren Slave-Schlitten 06 zugeordnetes Koppelmittel 09 eine Zahnstange zur Betätigung eines Getriebes oder Generators oder eine hydraulische Kopplung vorsieht, und ein einem fernen Slave-Schlitten 06 zugeordnetes Koppelmittel 09 ein Gestänge umfasst.
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Beispielsweise kann das oder können die Koppelmittel 09 mehrere ineinander angeordnete Hohlwellen umfassen, um gleichzeitig Betätigungen in mehreren Freiheitsgraden zum Werkzeug 08 zu übertragen.
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Der oder die oder zumindest ein Slave-Schlitten 06 kann oder können entlang der selben Führungsbahn 03 beweglich angetrieben sein, wie der mindestens eine den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 oder wie mindestens einer der den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05.
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1 zeigt eine Master-Slave-Einheit 04 einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02, bei welcher der einzige Slave-Schlitten 06 entlang der selben Führungsbahn 03 beweglich angetrieben angeordnet ist, wie der einzige, den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05.
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3 zeigt eine Master-Slave-Einheit 04 einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02, bei welcher einer von insgesamt drei Slave-Schlitten 06 entlang der selben Führungsbahn 03 beweglich angetrieben angeordnet ist, wie der einzige, den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05.
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Der oder die oder zumindest ein Slave-Schlitten 06 kann oder können alternativ oder zusätzlich entlang einer von der Führungsbahn 03, entlang welcher der mindestens eine den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 oder mindestens einer der den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben ist, verschiedenen Führungsbahn 03 beweglich angetrieben sein.
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2 zeigt eine Master-Slave-Einheit 04 einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02, bei welcher der einzige Slave-Schlitten 06 entlang einer von der Führungsbahn 03, entlang welcher der einzige, den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben ist, verschiedenen Führungsbahn 03 beweglich angetrieben angeordnet ist.
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4 zeigt gleich mehrere Master-Slave-Einheiten 04 einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02, bei denen der je Master-Slave-Einheit 04 jeweils einzige Slave-Schlitten 06 entlang einer von der Führungsbahn 03, entlang welcher der je Master-Slave-Einheit 04 vorgesehene einzige, den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben ist, verschiedenen Führungsbahn 03 beweglich angetrieben angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt sieht eine Betätigung in einem Freiheitsgrad ein Verschwenken des Werkzeugs 08 um eine Achse vor.
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Beispielsweise ist in 1, 2, 3 ein jeweils durch einen Doppelpfeil F1 angedeutetes und in 4 durch die vorauseilende Master-Slave-Einheit 04 im Vergleich zu den ihr nachfolgenden Master-Slave-Einheiten 04 bereits ausgeführtes Hin- und Herschwenken des Werkzeugs 08 um eine Achse vorgesehen.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass mittels eines weiteren, beispielsweise zweiten, dritten, und so weiter Slave-Schlittens 06 über ein zusätzliches Koppelmittel 09, beispielsweise wie in 3 dargestellt ein zusätzliches Koppelgestänge, eine durch den Doppelpfeil F2 in 3 angedeutete Öffnungs-Schließ Bewegung oder auch eine durch den Doppelpfeil F3 in 3 angedeutete Anhebe- und Absenkbewegung eines Werkzeugs 08 eines von mindestens einem Master-Schlitten 05 getragenen Manipulators 07 initiiert, oder entsprechend einer beispielsweise zum Öffnen und Schließen eines Greifers benötigten Betätigungsbewegung, sei dies eine Dreh- oder eine Linearbewegung, erzeugt werden kann.
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Dabei ist grundsätzlich denkbar, weitere Bewegungen mittels zusätzlicher Slave-Schlitten 06 zu erzeugen, oder für weitere Bewegungen zusätzliche Slave-Schlitten 06 vorzusehen, die entlang der selben oder auf verschiedenen, beispielsweise geschlossen umlaufenden Führungsbahn 03 sowohl gemeinsam miteinander kollektivbeweglich, als auch unabhängig voneinander relativbeweglich angetrieben sind.
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Damit kann auf jegliche weitere Zufuhr anderer Energieformen verzichtet werden, um einen von mindestens einem Master-Schlitten 05 getragenen, beispielsweise an einem Master-Schlitten 05 angeordneten Manipulator 07 zu betätigen.
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In diesem Zusammenhang sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Koppelmittel 09 zur Übertragung einer Bewegung und/oder Erzeugung einer Betätigung in einem Freiheitsgrad nicht auf mechanische Koppelgestänge beschränkt sind. Vielmehr ist auch eine mechanisch-pneumatische oder eine mechanisch-hydraulische Kopplung vermittels einer auf einen Zylinder, beispielsweise einen Hydraulikzylinder, einwirkenden Kolbenstange denkbar. Grundsätzlich denkbar in diesem Zusammenhang ist, dass durch eine gesteuert betätigbare Ventilanordnung so vermittels nur eines Slave-Schlittens 06 mehrere Bewegungen eines Manipulators 07 entsprechend einer wiederkehrenden Abfolge von verschiedenartigen Aktionen unabhängig voneinander ausgeführt werden.
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Grundsätzlich ist auch denkbar, durch Relativbewegungen eines Slave-Schlittens 06 gegenüber einem Master-Schlitten 05 durch magnetische Induktion Elektrizität zu erzeugen, welche Energie dann auf dem Master-Schlitten 05 zur Betätigung des Manipulators 07 zur Verfügung steht.
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Bevorzugt erfolgt eine Kraftübertragung von einem Slave-Schlitten 06 auf einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 zur Betätigung dessen Werkzeugs 08 mittels mechanischer Übertragung. Die Koppelmittel 09 umfassen hierzu bevorzugt Hebel und/oder Teleskopanlenkung und/oder Zahnstange.
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Die entsprechenden Elemente der Koppelmittel 09 sind bevorzugt aus einem besonders leichten Material, wie etwa Aluminium, Titan oder einem Verbundwerkstoff, beispielsweise CFK hergestellt.
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In der zur Betätigung in einem Freiheitsgrad vorgesehenen Kraftübertragungsrichtung sind die Koppelmittel 09 bevorzugt möglichst steif ausgebildet, wohingegen sie in anderen Richtungen beispielsweise biegeweich oder gar biegeschlaff ausgebildet sein können, um ein Umlenken der Master-Slave-Einheit 04 in Kurven der Führungsbahn 03 zu vereinfachen und auf zusätzliche Gelenke, welche für eine Kurvenfahrt erforderlich wären, zu verzichten.
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Sind mehrere Slave-Schlitten 06 zur entsprechenden Betätigung des Werkzeugs 08 des Manipulators 07 in mehreren Freiheitsgraden, wie etwa zum Hin- und Herdrehen, Öffnen und Schließen, Heben und Senken, so kann die Kraftübertragung von dem mindestens einen den Manipulator tragenden Master-Schlitten 05 zum Werkzeug 08 des Manipulators 07 beispielsweise über mehrere ineinander angeordnete Teile der Koppelmittel 09 bildende Hohlwellen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende, Teile der Koppelmittel 09 bildende Wellen nebeneinander angeordnet sein.
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Die beweglich angetriebene Anordnung der Schlitten 05, 06 der einen oder mehreren Master-Slave-Einheiten 04 einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 ist bevorzugt entlang mindestens einer geschlossen umlaufenden Führungsbahn 03 umlaufend. Alternativ oder zusätzlich, beispielsweise in zeitweiliger Überlagerung, kann auch eine hin- und hergehende, beweglich angetriebene Anordnung der Schlitten 05, 06 vorgesehen sein, die vollkommen frei von einem Umlauf sein kann.
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Die mindestens eine Führungsbahn 03 kann bogenförmig aber auch raumgängig ausgeführt sein. Sie ist in jedem Fall bevorzugt so ausgebildet, dass sie in der Lage ist, die beim Umgang mit Artikeln oder einem Beitrag hierzu auftretenden Reaktionskräfte unter Beibehaltung der Bewegungsfreiheit der Schlitten entlang ihrer Erstreckung aufzunehmen.
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Durch eine entsprechende Formgebung beziehungsweise einen entsprechenden Verlauf der mindestens einen Führungsbahn 03, entlang welcher die Schlitten 05, 06 der mindestens einen Master-Slave-Einheit 04 der Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 beweglich angetrieben angeordnet sind, mit einer teilweisen zu einer durch einen Pfeil Z in 5 angedeuteten Zufuhrrichtung der Artikel 02 im wesentlichen parallelen Ausrichtung, kann das Anfahren des Werkzeugs 08 ohne wesentliche Quer-Komponente der Bewegung an die Artikel 02 in einfacher Form besonders stoßarm gestaltet werden (5).
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Durch eine entsprechende Anordnung von Master-Schlitten 05 und Slave-Schlitten 06 mit entsprechenden gelenkigen Koppelmitteln 09 kann bei einer Vorrichtung 01 auch bei einer nicht im wesentlichen parallelen Anordnung der Führungsbahn 03 im Aufnahmebereich der Artikel 02 ein stoßarmes Anfahren des Werkzeugs 08 an die Artikel 02 erreicht werden.
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Eine Betätigung des Werkzeugs 08 des Manipulators 07 in jedem Freiheitsgrad seiner Betätigung erfolgt erfindungsgemäß durch Relativbewegung jeweils eines Slave-Schlittens 06 der Master-Slave-Einheit 04.
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Beispielsweise erfolgt ein Hin- und Herschwenken und/oder ein Öffnen und Schließen des Werkzeugs 08 des Manipulators 07 erfindungsgemäß durch einen (Hin- und Herschwenken oder ein Öffnen und Schließen) oder mehrere (Hin- und Herschwenken und ein Öffnen und Schließen) mit dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 mitfahrende Slave-Schlitten 06 über bevorzugt mechanische Koppelmittel 09. Die Koppelmittel 09 setzen bevorzugt eine mechanische Anlenkung des Werkzeugs 08 in dessen Freiheitsgraden der Betätigung um.
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Dabei können die Slave-Schlitten 06 auf der selben Führungsbahn 03 vor oder nach dem mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 sowohl gemeinsam, als auch relativbeweglich angetrieben angeordnet sein, oder auf zumindest einer im wesentlichen beispielsweise parallel zur Führungsbahn 03, entlang welcher zumindest ein den Manipulator 07 tragender Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben angeordnet ist, angeordneten Führungsbahn 03 fahren (2, 3, 4, 5).
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Durch eine Abstandsvariation zwischen der mindestens einen Führungsbahn 03, entlang welcher der zumindest eine den Manipulator 07 tragende Master-Schlitten 05 beweglich angetrieben angeordnet ist, und wenigstens einer Führungsbahn 03, entlang welcher zumindest ein Slave-Schlitten 06 beweglich angetrieben angeordnet ist, kann – beispielsweise in Verbindung mit gleich langen Fahrstrecken über einen Umlauf hinweg – frei von Relativbeschleunigungen zwischen den beteiligten Schlitten 05, 06 eine Betätigung des Werkzeugs 08 in zumindest einem dessen Freiheitsgrade vorgenommen werden, beispielsweise eine immer wiederkehrend am selben Ort eines kontinuierlichen Umgangs mit Artikeln 02 erforderliche, dem Umgang mit Artikeln 02 beitragende Aktion ausgeführt werden (5).
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Bei der in 4 dargestellten Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 treffen diese in einer durch einen Pfeil Z in 5 angedeuteten Zufuhrrichtung auf einem ersten Horizontalfördermittel 11 mit einer ersten Geschwindigkeit V1 ein und werden an ein die Artikel 02 in einer durch einen Pfeil T in 6 angedeuteten Transportrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit V2 weitertransportierendes zweites Horizontalfördermittel 12 übergeben. Dieses zweite Horizontalfördermittel 12 wird von zwei parallel verlaufenden Führungsbahnen 03 gequert. Entlang der in Transportrichtung gesehen als erstes querenden Führungsbahn 03 sind jeweils die Master-Schlitten 05, entlang der in Transportrichtung gesehen als zweites querenden Führungsbahn 03 jeweils die Slave-Schlitten 06 mehrerer Master-Slave-Einheiten 04 beweglich angetrieben angeordnet. Jede Master-Slave-Einheit 04 verfügt über einen von einem Master-Schlitten 05 getragenen Manipulator 07, der einen an dem Master-Schlitten 05 befestigten Ausleger und einen an diesem um eine Vertikalachse schwenkbaren Winkelschieber als Werkzeug 08 umfasst. Das Werkzeug 08 verfügt über einen durch ein Hin- und Herschwenken des Winkelschiebers um die Vertikalachse gebildeten Freiheitsgrad dessen Betätigung. Die vom zweiten Horizontalfördermittel 12 transportierten Artikel 02 können von dem Winkelschieber erfasst und vermittels einer in 4 durch den Pfeil K1 angedeuteten gemeinsamen Verbringung der Schlitten 05, 06 einer Master-Slave-Einheit 04 entlang der Führungsbahnen 03 quer zur Transportrichtung verschoben werden. Unabhängig von einer Verbringung oder während der Verbringung kann ein im Winkelschieber einer Master-Slave-Einheit 04 beherbergter Artikel 02 gedreht werden. Dies erfolgt durch eine Betätigung des Freiheitsgrads des Werkzeugs 08 anhand einer Relativbewegung des Slave-Schlittens 06. Im Anschluss werden die so auf dem zweiten Horizontalfördermittel 12 durch Verschieben und/oder Drehen ausgerichteten Artikel 02 an ein drittes Horizontalfördermittel 13 übergeben, welches die ausgerichteten Artikel 02 in einer durch einen Pfeil A in 4 bzw. in 6 angedeuteten Abtransportrichtung mit einer dritten Geschwindigkeit V3 zu deren weiterer Verwendung, beispielsweise einem weiteren Umgang abtransportiert.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass bei allen beschriebenen Ausführungsvarianten die Master-Schlitten 05 und/oder die Slave-Schlitten 06 als Sekundärteile eines Linearmotors ausgebildet sein können. Wie bereits erwähnt bilden hierbei die eine oder mehreren Führungsbahnen 03 Statoren der Linearmotoren, die Schlitten 05, 06 die Läufer des Linearmotors.
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Ebenfalls wichtig ist hervorzuheben, dass zum Umgang mit vielen und/oder schweren Artikeln 02 eine zusätzliche Abstützung vorgesehen sein kann, um die Stabilität und Belastbarkeit der Vorrichtung 01 zu erhöhen. Eine solche Abstützung kann durch eine parallel zu einer Führungsbahn 03, vorzugsweise parallel zur Führungsbahn 03 des Master-Schittens 05 verlaufende Abstützschiene 303 gebildet sein, wie dies in 11 am Beispiel eines Parallelkinematik-Roboters 400 mit zwei entlang einer gemeinsamen Führungsbahn 300 gemeinsam und relativbeweglich angetriebenen und über ein Gestänge 600 mit einem zentralen Koppelelement 700 verbundenen Schlitten 500 dargestellt ist. Entlang der Abstützschiene 303 sind Rutscher 304 längsverschiebbar angeordnet, welche die Schlitten 500 zusätzlich zu deren Abstützung gegenüber der Führungsbahn 300 gegenüber der Abstützschiene 303 abstützen. Die Rutscher 304 sind hierbei fest mit den jeweiligen Schlitten 500 verbunden und rein passiv und ohne separaten Antrieb ausgeführt. Mindestens ein derartiger, entlang einer parallel zu einer Führungsbahn 03 eines Master-Schlittens 05 verlaufenden Abstützschiene 303 verschiebbar angeordneter Rutscher 304, der mit dem Master-Schlitten 05 fest verbunden ist, kann vorgesehen sein, um die Stabilität und Belastbarkeit einer Vorrichtung 01 zu erhöhen.
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Die Abstützung in Form einer Abstützschiene 303, die parallel zu einer beispielsweise durch einen Langstator eines Linearmotors gebildeten, einen Master-Schlitten 05 tragenden Führungsbahn 03 verläuft, mit einem oder mehreren längs dieser verschiebbar angeordneten, fest mit dem Master-Schlitten 05 verbundenen Rutschern 304 ist in der Lage, rechtwinklig zur Führungsbahn 03 wirkende Kräfte aufzunehmen.
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Der oder die Rutscher 304 können entlang der Abstützschiene 303 gleiten, oder es können Wälzelemente zwischen dem oder den Rutschern 304 und der Abstützschiene 303 vorgesehen sein.
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Zusätzlich können hier auch noch Dämpfer vorgesehen sein.
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Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen 01 zum Umgang mit Artikeln 02 erlauben die Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02, welches vorsieht, den von dem oder den Master-Schlitten 05 einer Master-Slave-Einheit 04 getragenen Manipulator 07 durch gemeinsamen Antrieb der Schlitten 05, 06 der Master-Slave-Einheit 04 entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 zu verbringen und/oder gegebenenfalls zu positionieren und während oder am Ende der Verbringung den Manipulator 07 beziehungsweise das Werkzeug 08 des Manipulators 07 in zumindest einem Freiheitsgrad zu betätigen, indem je Freiheitsgrad der Betätigung ein Slave-Schlitten 06 eine Relativbewegung zu dem oder den Master-Schlitten 05 ausführt.
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In einem gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Verlauf des Verfahrens kann der Manipulator 07 weiter entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 verbracht und/oder gegebenenfalls erneut positioniert werden, um den Manipulator 07 während oder am Ende der Verbringung in zumindest einem Freiheitsgrad erneut durch Ausführung einer Relativbewegung eines Slave-Schlittens 06 gegenüber dem oder den Master-Schlitten 05 in einem anderen Freiheitsgrad oder im selben Freiheitsgrad wie bei der vorangehenden Betätigung zu betätigen.
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Im Verlauf des Verfahrens können so lange weitere Verbringungen und/oder Betätigungen vorgesehen sein, bis die Master-Slave-Einheit 04 wieder dieselbe Position wie zu Beginn des Verfahrens entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 einnimmt und/oder deren Manipulator 07 beziehungsweise dessen Werkzeug 08 ebenfalls wieder seine ursprüngliche Ausrichtung und Stellung wie zu Beginn des Verfahrens inne hat.
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Das Verfahren kann vorsehen, während einer oder mehreren Verbringungen und/oder in einer oder mehreren Positionen, beispielsweise zwischen zwei aufeinander folgenden Positionen, beispielsweise mittels des Manipulators 07 mit einem Artikel 02 umzugehen, beispielsweise diesen mit zu verbringen, und/oder wenigstens zu einem Umgang mit einem Artikel 02 beitragend beispielsweise mit dem Manipulator 07 auf den Artikel 02 einzuwirken.
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Es ist ersichtlich, dass die Erfindung verwirklicht sein kann durch eine oder mehrere Führungsbahnen 03 mit einer oder mit mehreren entlang dieser beweglichen Master-Slave-Einheiten 04. Eine Master-Slave-Einheit 04 besteht aus wenigstens einem entlang der wenigstens einen Führungsbahn 03 beweglich angetriebenen Master-Schlitten 05 und mindestens einem dem wenigstens einen Master-Schlitten 05 zugeordneten, entlang der wenigstens einen Führungsbahn 03 beweglich angetriebenen Slave-Schlitten 06. Der wenigstens eine Master-Schlitten 05 trägt den Manipulator 07. Der mindestens eine Slave-Schlitten 06 folgt programmgesteuert dem zumindest einen Master-Schlitten 05 beispielsweise gleichauf und/oder voraus- und/oder nacheilend. Zur Betätigung des Manipulators 07 wird wenigstens ein Slave-Schlitten der Master-Slave-Einheit 04 relativ zum mindestens einen den Manipulator 07 tragenden Master-Schlitten 05 programmgesteuert bewegt.
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Eine zuvor beschriebene und ein voranstehend beschriebenes Verfahren ausführende Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 kann als Ersatz oder in Ergänzung zu einer in 6, 7, 8, 9, 10 ganz oder in Teilen dargestellten Vorrichtung 100 zum Umgang mit Artikeln 02 vorgesehen sein.
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Beispielsweise kann die in 4 dargestellte Vorrichtung 01 zum Umgang mit Artikeln 02 eine die selbe Aufgabe einer Ausrichtung von Artikeln 02 erfüllende, in 6 gezeigte Vorrichtung 10 zum Umgang mit Artikeln 02 ersetzen und umgekehrt. Die in 6 dargestellte Vorrichtung 10 verfügt ebenfalls über ein Artikel 02 in einer durch einen Pfeil Z in 6 angedeuteten Zufuhrrichtung mit einer ersten Geschwindigkeit V1 zuförderndes erstes Horizontalfördermittel 11, ein die Artikel 02 in einer durch einen Pfeil T in 6 angedeuteten Transportrichtung mit einer zweiten Geschwindigkeit V2 weitertransportierendes zweites Horizontalfördermittel 12, und ein drittes Horizontalfördermittel 13, welches im Anschluss an eine Ausrichtung der Artikel 02 durch Verschieben und/oder Drehen auf dem zweiten Horizontalfördermittel 12 diese in einer durch einen Pfeil A in 6 angedeuteten Abtransportrichtung mit einer dritten Geschwindigkeit V3 zu deren weiterer Verwendung, beispielsweise einem weiteren Umgang abtransportiert. Das zweite Horizontalfördermittel 12 wird ebenfalls von zwei parallel verlaufenden Führungsbahnen 31, 32 gequert. Entlang der in Transportrichtung gesehen als erstes querenden Führungsbahn 31 sind jeweils erste Schlitten mit an diesen fest und unbeweglich angeordneten Winkelschiebern 50, entlang der in Transportrichtung gesehen als zweites querenden Führungsbahn 32 jeweils zweite Schlitten mit an diesen unbeweglich oder um eine Vertikalachse rotierend angetriebenen Rollen 60 beweglich angetrieben angeordnet. Die vom zweiten Horizontalfördermittel 12 transportierten Artikel 02 können von einem Winkelschieber 50 erfasst und vermittels dessen Verbringung entlang der ersten Führungsbahn 31 quer zur Transportrichtung verschoben werden. Unabhängig von einer vorangehenden Verbringung kann ein Artikel 02 gedreht werden, indem eine Rolle 60 entlang der zweiten Führungsbahn 32 in den durch die Transportrichtung des zweiten Horizontalfördermittels 12 festgelegten Transportpfad des Artikels 02 entlang der zweiten Führungsbahn 32 quer zur Transportrichtung verbracht wird, so dass die Rolle 60 außermittig an der in Transportrichtung des zweiten Horizontalfördermittels 12 gesehen zunächst vorauseilenden Vorderseite des Artikels 02 zur Anlage kommt. Je nachdem, ob die Rolle 60 in Transportrichtung des zweiten Horizontalfördermittels 12 gesehen rechts oder links der Mitte des Artikels außermittig an der zunächst vorauseilenden Vorderseite des Artikels 02 zur Anlage kommt, wird der Artikel 02 im oder entgegen dem Uhrzeigersinn um dessen Vertikalachse gedreht, bevor der so durch Verschieben und/oder Drehen ausgerichtete Artikel 02 dem dritten Horizontalfördermittel 13 übergeben wird. Da der Umgang nicht mit einem Werkzeug stattfindet, müssen die Artikel 02 zur Übergabe zwischen Winkelschieber 50 und Rolle 60 erfasst werden, wie in 6 durch eine einer Bilderfassung dienenden Kamera 70 beispielhaft angedeutet.
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Bei einer zuvor beschriebenen Konfiguration kann ein Schlitten, beispielsweise ein eine Rolle 60 tragender, entlang einer zweiten Führungsbahn 32 beweglich angetrieben angeordneter Schlitten sklavisch einem einen Winkelschieber 50 tragenden, entlang einer ersten Führungsbahn 32 beweglich angetrieben angeordneten Schlitten folgen und hierdurch quasi gemeinsam mit dem einen Winkelschieber 50 tragenden, entlang der ersten Führungsbahn 32 beweglich angetrieben angeordneten Schlitten eine ausschließlich programmgesteuert gekoppelte Master-Slave-Einheit 40 bilden.
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Eine in 7 dargestellte Vorrichtung 100 zum Umgang mit Artikeln 02 umfasst mehrere entlang einer ein Horizontalfördermittel 200 querenden Führungsbahn 300 beweglich angetriebene Parallelkinematik-Roboter 400. Diese bestehen jeweils aus zwei über ein Parallelkinematikgestänge 600 mit einem zentralen Koppelelement 700 gekoppelte Schlitten 500. Am zentralen Koppelelement 700 ist ein Werkzeug 800 bestehend aus einem Schieber 1000 mit einer an seiner Vorderkante angeordneten Rolle 900 befestigt. Bei dieser Vorrichtung 100 sieht der Umgang eine Ausrichtung der Artikel 02 durch Drehen und Querverschieben vor. Die Artikel 02 werden erst mittels der Rolle 900 gedreht und anschließend per Schieber 1000 querverschoben. Per Relativbewegung beider Schlitten 500 des Parallelkinematik-Roboters 400 zueinander ist ein ruck- und stoßfreies Anlegen sowohl der Rolle 900, als auch des Schiebers 1000 an den Artikel 02 möglich.
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Bei einer in 8 dargestellten Vorrichtung 101 mit einer quer zu einem zweibahnigen Horizontalfördermittel 201 angeordneten Führungsbahn 301 und zweier entlang dieser beweglich angetriebener Parallelkinematik-Roboter 401 aus jeweils zwei über ein Gestänge 601 mit einem als eine Rolle ausgebildeten zentralen Koppelelement 701 verbundenen Schlitten 501 sieht der Umgang mit den Artikeln 02 ein Drehen vor. Das Drehen erfolgt vermittels einer am zentralen Koppelelement 701 des Parallelkinematik-Roboters 401 angeordneten oder von diesem umfassten Rolle statt, die durch Verfahren des Parallelkinematik-Roboters 401 quer zur Transportrichtung des Horizontalfördermittels 201 beweglich ist. Durch eine Relativbewegung der Schlitten 501 des Parallelkinematik-Roboters 401 kann die Rolle auch eine Bewegung in Transportrichtung des Horizontalfördermittels 201 ausführen. So wird ein hartes Auftreffen eines Artikels 02 auf die Rolle vermieden und es kann schonend gedreht werden.
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Soll ein Artikel 02 nicht gedreht werden, fährt die Rolle weg. Ein Sensorsystem 1001 kann zusätzlich die Lage einer oder mehrerer Rollen und der Artikel 02 aufnehmen und mit Hilfe eines Rechenmodells kann die Bewegung der Schlitten 501 so geregelt werden das ein optimales Ergebnis der Drehung erzielt wird. Die Drehung wird in dieser Ausführung hauptsächlich durch passives Abrollen eines Artikels 02 an der Rolle erreicht, es ist jedoch auch denkbar, dass ein Teil der Drehung durch aktives Schieben der Rolle auf den Artikel 02 erreicht wird.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass auch andere Drehmechanismen denkbar sind wie etwa parallele Horizontalförderer mit Relativgeschwindigkeiten oder ein fest stehender Anschlag.
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Mittels einer darauffolgenden Verschiebung können kleine Winkelfehler bis etwa 25° ausgeglichen werden, wie dies beispielsweise bei einer in 9 dargestellten Vorrichtung 102 zum Umgang mit Artikeln 02 vorgesehen ist. Somit sind einer Verschiebung vorgelagert auch sehr einfache und fehlerbehaftete Drehmechanismen denkbar.
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Die in 9 dargestellte Vorrichtung 102 zum Umgang mit Artikeln 02 umfasst zusätzlich zu einer in 8 dargestellten Vorrichtung 101 eine dieser in Transportrichtung des Horizontalfördermittels 201 nachgeordnete, weitere Führungsbahn 302 mit mehreren entlang dieser beweglich angetrieben angeordneten Schlitten 502. An jedem Schlitten 502 ist ein Paddel 602 angeordnet, das durch Bewegung des jeweiligen Schlittens 502 entlang der Führungsbahn 302 seitlich zur Anlage an einen Artikel 02 gebracht werden kann. Wird der Schlitten 502 anschließend in diejenige Richtung entlang der Führungsbahn 302 verbracht, in welcher ein Artikel 02 am von dem Schlitten 502 getragenen Paddel 602 anliegt, so wird mit ihm auch der Artikel 02 quer zur Transportrichtung des Horizontalfördermittels 201 verbracht. Durch eine exakte Ausrichtung der Paddel 602 parallel zur Transportrichtung des Horizontalfördermittels 201 können durch das seitliche Anlegen und Verschieben beim vorangehenden Drehen nicht exakt ausgerichtete Artikel 02 in ihrer Drehlage korrigiert werden.
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10 zeigt eine alternative Anordnung eines Paddels 602 einer in 9 dargestellten Vorrichtung 102 an jeweils zwei entlang der Führungsbahn 302 beweglich angetrieben angeordneten Schlitten 502. Diese Anordnung weist den Vorteil eines sanften seitlichen Anlegens an einen Artikel 02 auf, ohne dass ein Geschwindigkeitsprofil mit in der Realität nur erschwert umsetzbaren, sprunghaften Geschwindigkeitsänderungen des beziehungsweise der Paddel 602 tragenden Schlitten 502 erforderlich ist.
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Im Idealfall soll die Verschiebung quer zur Transportrichtung eines Horizontalfördermittels, beispielsweise des Horizontalfördermittels 201 in 9, ruck- und stoßfrei erfolgen. Um dies mit einer geraden Führungsbahn 302 zu erreichen, muss sich der Artikel 02 relativ zum Paddel 602 bewegen können.
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Eine Möglichkeit sind kleine Rollen auf dem Paddel 602.
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Eine weitere Möglichkeit ist, dass das Paddel 602 wie in 10 mit zwei Schlitten 502 so gehalten wird, dass das Paddel 602 quer zur Transportrichtung eines Horizontalfördermittels, beispielsweise des Horizontalfördermittels 201 in 9 verschiebbar ist, wie anhand der das selbe Paddel 602 in unterschiedlichen Positionen der es tragenden Schlitten 502 zeigenden 10a) und 10b) ersichtlich ist.
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Im Ergänzung zu den voranstehenden Äußerungen die Vorrichtung 01 betreffend umfasst die Erfindung auch eine Vorrichtung, bei der nicht jedem Freiheitsgrad einer Bewegung des Werkzeugs 08 ein eigener Slave-Schlitten 06 zugeordnet sein muss.
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Insbesondere in Verbindung mit einem Werkzeug 08 mit mehr als zwei Betätigungsmöglichkeiten, also mit mindestens drei in 1, 2, 3 jeweils durch einen der Doppelpfeile F1, F2, F3 angedeuteten Freiheitsgraden dessen Betätigung kann eine Vorrichtung ein vermittels eines ersten Slave-Schlittens 06 schaltbares Getriebe beispielsweise anstatt der Koppelmittel 09 oder als Teil der Koppelmittel 09 umfassen, welches in jeder seiner Schaltstufen einen zweiten Slave-Schlitten 06 mit dem Werkzeug 08 zur Betätigung in einem oder gleichzeitig in mehreren dessen in 1, 2, 3 jeweils durch einen der Doppelpfeile F1, F2, F3 angedeuteten Freiheitsgraden koppelt.
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Eine solche Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln 02 umfasst mindestens eine Führungsbahn 03 sowie mindestens eine Master-Slave-Einheit 04 mit sowohl gemeinsam, als auch relativ zueinander entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 beweglich angetriebenen Schlitten. Bei den Schlitten der Master-Slave-Einheit 04 handelt es sich um mindestens einen Master-Schlitten 05 und mindestens zwei Slave-Schlitten 06. Diese Vorrichtung umfasst ebenso einen von ihrem mindestens einen Master-Schlitten 05 getragenen und entlang der mindestens einen Führungsbahn 03 positionierbaren und/oder positionierten Manipulator 07 mit einem in mindestens zwei, vorzugsweise jedoch in mindestens drei Freiheitsgraden betätigbaren Werkzeug 08.
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Das Werkzeug 08 kann in einer der Zahl von Slave-Schlitten 06 der Master-Slave-Einheit 04 entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden betätigbar sein, vorzugsweise ist das Werkzeug 08 jedoch in einer höheren Anzahl von Freiheitsgraden betätigbar, als die Master-Slave-Einheit 04 Slave-Schlitten 06 aufweist.
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Allgemein ausgedrückt ist das Werkzeug 08 einer solchen Vorrichtung mindestens in einer der Zahl von Slave-Schlitten 06 der Master-Slave-Einheit 04 entsprechenden Anzahl von Freiheitsgraden betätigbar.
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Die Master-Slave-Einheit 04 dieser Vorrichtung umfasst ein in Abhängigkeit von der Relativposition den ersten ihrer beiden Slave-Schlitten 06 zum Master-Schlitten 05 schaltbares Getriebe. Das vermittels des ersten Slave-Schlittens 06 schaltbare Getriebe koppelt in seinen verschiedenen Schaltstufen den zweiten Slave-Schlitten 05 mit dem Werkzeug 08 in unterschiedlichen Freiheitsgraden dessen Betätigung. Das Getriebe koppelt den zweiten der beiden Slave-Schlitten 06 der Vorrichtung abhängig von seiner durch die Relativposition des ersten Slave-Schlittens 06 eingenommenen Schaltstellung mit jeweils einem anderen Freiheitsgrad oder einer anderen Kombination von Freiheitsgraden der Betätigung des Werkzeugs 08. Das Werkzeug 08 wird dann in dem oder den durch die Schaltstellungen des Getriebes momentan gekoppelten Freiheitsgraden seiner Betätigung in der jeweiligen Schaltstellung des Getriebes durch Relativbewegung eines zweiten Slave-Schlittens 06 betätigt.
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Durch das schaltbare Getriebe, welches durch Relativbewegungen des ersten Slave-Schlittens 06 gesteuerte Einnahme verschiedener Schaltstellungen die Bewegung des zweiten Slave-Schlittens 06 in mehrere Bewegungen aufteilt, können mit nur einem zweiten Slave-Schlitten 06 mehrere Freiheitsgrade der Betätigung des Werkzeugs 08 bedient werden.
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Hierbei muss nicht jedem Slave-Schlitten 06 explizit ein Freiheitsgrad der Betätigung des Werkzeugs 08 zugeordnet sein.
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Über das Getriebe können beispielsweise in einzelnen Schaltstellungen auch mehrere Freiheitsgrade der Betätigung des Werkzeugs 08 zu deren gemeinsamer Ausführung kombiniert werden. Beispiele für denkbare, über ein schaltbares Getriebe gemeinsam ausgeführte Kombinationen von Freiheitsgraden der Betätigung eines Werkzeugs 08 sind Drehen und Heben oder Heben und Öffnen.
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Das Getriebe kann Teil der erwähnten Koppelmittel 09 sein, welche je einen Slave-Schlitten 06 mit dem Werkzeug 08 zu dessen Betätigung in einem Freiheitsgrad durch Relativbewegung gegenüber dem mindestens einen Master-Schlitten 05 wirkverbinden.
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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.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Vorrichtung
- 02
- Artikel
- 03
- Führungsbahn
- 04
- Master-Slave-Einheit
- 05
- Master-Schlitten
- 06
- Slave-Schlitten
- 07
- Manipulator
- 08
- Werkzeug
- 09
- Koppelmittel
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Horizontalfördermittel
- 12
- Horizontalfördermittel
- 13
- Horizontalfördermittel
- 31
- Führungsbahn
- 32
- Führungsbahn
- 40
- Master-Slave-Einheit
- 50
- Winkelschieber
- 60
- Rolle
- 70
- Kamera
- 100
- Vorrichtung
- 101
- Vorrichtung
- 102
- Vorrichtung
- 200
- Horizontalfördermittel
- 201
- Horizontalfördermittel
- 300
- Führungsbahn
- 301
- Führungsbahn
- 302
- Führungsbahn
- 303
- Abstützschiene
- 304
- Rutscher
- 400
- Parallelkinematik-Roboter
- 401
- Parallelkinematik-Roboter
- 500
- Schlitten
- 501
- Schlitten
- 502
- Schlitten
- 600
- Gestänge, Parallelkinematikgestänge
- 601
- Gestänge
- 602
- Paddel
- 700
- Koppelelement
- 701
- Koppelelement
- 800
- Werkzeug
- 900
- Rolle
- 1000
- Schieber
- 1001
- Sensorsystem
- A
- Pfeil
- F1
- Doppelpfeil
- F2
- Doppelpfeil
- F3
- Doppelpfeil
- K
- Doppelpfeil
- K1
- Pfeil
- K2
- Pfeil
- R1
- Doppelpfeil
- R2
- Doppelpfeil
- R3
- Doppelpfeil
- T
- Pfeil
- Z
- Pfeil
- V1
- Geschwindigkeit
- V2
- Geschwindigkeit
- V3
- Geschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013206125 A1 [0005]
