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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine hiermit ausgestattete Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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In der Automatisierungstechnik, wo mit einer Vielzahl beispielsweise gleichartiger Artikel umgegangen werden muss, beispielsweise 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, einer Schrumpffolie oder eines Kartons oder eines Tragegestells zusammengehalten werden, um nur einige denkbare Ausgestaltungen zu nennen.
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Der Umgang mit Artikeln kann alternativ oder zusätzlich zu einer Interaktion mit einem Artikel ein Verschieben auf einer beispielsweise durch ein Transportmittel einer die Artikel durch eine Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln oder durch eine beispielsweise aus in einer Reihe hintereinander angeordneter und miteinander zusammenwirkender Vorrichtungen zum Umgang mit Artikeln bestehenden Anlage zur Ausführung einer Abfolge von Umgängen mit Artikeln hindurch transportierenden Transportvorrichtung gebildeten Arbeitsfläche, ein Versetzen auf einer Arbeitsfläche unter Erfassung, Verbringung und Freigabe von Artikeln, oder ein Verschieben und/oder Versetzen von einer Arbeitsfläche auf eine andere, beispielsweise gleichartige oder beispielsweise durch eine oberste Stapellage eines bis dato aufgestapelten Stapels von Artikeln oder Artikellagen aus mehreren Artikeln gebildeten Arbeitsfläche umfassen. Dabei kann das Versetzen von einer Arbeitsfläche auf einer andere unter Übernahme von Artikeln auf eine weitere, beispielsweise durch eine Transportfläche beispielsweise einer Beladestation gebildete Arbeitsfläche erfolgen.
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Der Umgang mit Artikeln kann eine einzelne Manipulation oder eine Abfolge gleichartiger oder verschiedener Manipulationen umfassen, wobei ein oder mehrere eigens hierfür ausgebildete Werkzeuge in Wechselwirkung mit einem oder mehreren Artikeln gebracht wird. Dabei ist fast immer vorgesehen, das Werkzeug zu bewegen und vor und/oder während der Bewegung und/oder im Anschluss an diese mit dem Werkzeug auf einen Artikel einzuwirken.
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Bei den Werkzeugen kann es sich ohne Anspruch auf Vollständigkeit der nachfolgenden Aufzählung beispielsweise um einfache Schieber oder Finger, oder um komplexere Einrichtungen, wie etwa einen Greifer, beispielsweise einen Zangengreifer oder eine oder mehrere Greiftulpen, einen Umreifungskopf, einen Artikel mittels Unterdruck haltenden Sauggreifer, oder einen Palettierkopf einer bereits erwähnten Beladestation handeln, wie beispielsweise einen so genannten Jalousiekopf, welcher zuvor durch eine Gruppierung von Artikeln hergestellte Artikellagen übernimmt und sie an einem Stapelplatz als oberste Stapellage eines bis dato üblicherweise auf einer Palette errichteten Stapels absetzt.
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Zur Ausführung derartiger, mit einer Bewegung eines oder mehrerer Werkzeuge vor und/oder während und/oder nach einem Umgang stattfindender Umgänge sind allgemein als Manipulator bezeichnete automatisch gesteuerte, motorisch angetriebene Einrichtungen bekannt, welche mindestens ein mit einem oder mehreren Artikeln interagierendes Werkzeug, den so genannten Manipulatorkopf, tragen und welche die Lage und Ausrichtung des Manipulatorkopfs vor und/oder während und/oder nach einem Umgang im Raum verändern und/oder den Manipulatorkopf vor und/oder während und/oder nach einem Umgang entlang einer Bewegungsbahn führen.
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Beispiele für Manipulatoren sind Portal- oder Knickarmroboter, Duopoden, Tripoden, Quadropoden, ein- oder mehrachsige Roboterarme sowie umlaufende Parallelkinematik-Roboter, welche einen von ihnen getragenen Manipulatorkopf mit in einem kontinuierlichen Prozess beförderten Artikeln und/oder Artikelgruppen mitzubewegen sowie gegebenenfalls auf diese abzusenken und wieder anzuheben in der Lage sein können.
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Dabei kann es ungeachtet der waltenden Sorgfalt sowohl bei der Überwachung der Artikel, als auch bei der Erstellung der die Bewegungsabläufe steuernden Steuerungsprogramme zu Kollisionen zwischen dem Manipulatorkopf und einzelnen Artikeln und/oder Teilen einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln kommen. Beispiele für Ursachen reichen von fehlstehenden oder umgestürzten oder beschädigten Artikeln bis zu einem Ausfall eines Teils einer Vorrichtung, etwa durch Ausfall eines Antriebs oder dergleichen.
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Solche Kollisionen können kostspielige Kollisionsschäden zur Folge haben, die sich sowohl aus unmittelbar auftretenden Beschädigungen von Teilen einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln, unter anderem auch des Manipulators und des von diesem getragenen Manipulatorkopfs, als auch den hieraus entstehenden, für einen laufenden Produktionsprozess höchst nachteiligen Stillstandszeiten kompletter, eine entsprechende Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln umfassender Anlagen zur Ausführung von Abfolgen von Umgängen mit Artikeln zusammensetzen, deren Andauern insbesondere vom Grad der Beschädigung abhängig ist.
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Zur Abmilderung von in Folge von Kollisionen auftretenden Kollisionsschäden ist bekannt, eine direkte Kollision in so genannter, normal zur Arbeitsfläche beziehungsweise Aufstandsfläche von Artikeln verlaufender Z-Richtung abzupuffern. Dies kann durch einen begrenzten Federweg des Manipulatorkopfs in Z-Richtung, ein Schwerkraft-Scharniergelenk an einem horizontalen Roboter-Haltearm, oder durch Erkennung einer Kollision und folgende Stillegung vermittels Riemenschleppschalter an einem Hubschlitten verwirklicht sein.
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Bislang brechen oder verbiegen sich die betroffenen Teile bei Kollisionen in anderen Freiheitsgraden als der Z-Richtung.
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Ein damit weiterhin bestehendes Problem ist, dass filigrane Bauteile umfassende Manipulatorköpfe bei Kollisionen weiterhin in dem Maße um so mehr beschädigt werden, je stärker die Wucht der Kollision ist, und um so mehr die durch die Kollision einwirkenden Kräfte über mehrere oder andere Freiheitsgrade als in Z-Richtung einfließt. Wichtig ist hierbei zu erwähnen, dass eine Kollision in allen sechs translatorischen sowie rotatorischen Freiheitsgraden eines im Raum und/oder in seiner Lage und/oder Ausrichtung bewegten Manipulatorkopfs eintreten kann.
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Diese Einwirkungen über alle oder mehrere Freiheitsgrade können bisher nicht verhindert beziehungsweise deren Folgen bisher nicht ausreichend gemildert werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist eine auch in anderen Freiheitsgraden als der Z-Richtung wirkungsvolle Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden und eine hiermit ausgestattete Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln zu entwickeln. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur kostengünstigen Herstellung einer entsprechenden Einrichtung 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 Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs beispielsweise mit fehlstehenden und/oder beschädigten und/oder umgestürzten Artikeln und/oder Teilen einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln. Die Einrichtung umfasst zwei vermittels eines zentralen Teils gelenkig miteinander über Kreuz mehrachsig beweglich verbundene Endstücke. Die Endstücke sind zur Verbindung mit einem Manipulator einerseits sowie einem von diesem getragenen beziehungsweise an diesem angeordneten Manipulatorkopf andererseits geeignet, beispielsweise vorbereitet.
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Die Einrichtung umfasst darüber hinaus Arretierungsmittel, welche die beiden Endstücke bis zum Überschreiten einer Belastungsgrenze in einer Ausgangsstellung in gestreckter Linie über das zentrale Teil hinweg festlegen. Nach Überschreitung der Belastungsgrenze geben die Arretierungsmittel die Festlegung frei und die beiden Endstücke können ihre Ausgangsstellung verlassen, wobei das eine Endstück gegenüber dem anderen Endstück um das zentrale Teil um eine normal zur gestreckten Linie verlaufende Achse verschwenkt werden kann. Erreichen beide Endstücke hiernach erneut ihre Ausgangsstellung in gestreckter Linie, so legen die Arretierungsmittel diese erneut in gerader Linie fest.
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Jedes der beiden Endstücke kann um eine eigene, normal zu der gestreckten Linie in Ausgangsstellung verlaufende Schwenkachse schwenkbar am zentralen Teil angeordnet sein, wobei sich die beiden Schwenkachsen der beiden Endstücke rechtwinklig kreuzen.
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Die Arretierungsmittel können je Endstück jeweils mindestens ein federndes Druckstück und eine korrespondierende, diesem gegenüberliegend angeordnete Druck- und/oder Ruhemulde umfassen, wobei der Druckstift wahlweise am Endstück oder am zentralen Teil und die Druck- und/oder Ruhemulde entsprechend gegenüberliegend am zentralen Teil oder am Endstück vorgesehen sein kann.
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Vorteilhaft ist das in die Druck- und/oder Ruhemulde eingreifende federbelastete Ende des Druckstücks kugelabschnittsförmig ausgebildet, oder es kann zur Verringerung von Verschleiß eine drehbar gelagerte Kugel am freien Ende des Druckstücks vorgesehen sein. Ein entsprechend ausgestaltetes Druckstücks kann auch als Kugeldruckstück bezeichnet werden.
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Zur Lenkung der beiden Endstücke hin zur Einnahme der Ausgangsstellung kann mindestens ein Rückführungsmittel beispielsweise in Form eines über das zentrale Teil hinweg um die beiden Endstücke herum angeordneten federelastischen Elements vorgesehen sein. Beispielsweise eignet sich eine Spiralfeder oder ein hohlzylinderförmiger Abschnitt eines elastischen Werkstoffs, beispielsweise eines Gummischlauchs.
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Wichtig ist hierbei, die Rückstellkraft des Rückführungsmittels bei der Festlegung der Belastungsgrenze zu berücksichtigen, insbesondere im Hinblick auf die Lösekraft der Arretierungsmittel.
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Um den Manipulatorkopf nach einer Kollision wieder in die Ausgangsstellung zurückzuführen, kann eine Feder um das Kardan-Ausweichgelenk herum angeordnet sein, welche die beiden Endstücke wieder in gerade Linie zurückführt, um nach einer Kollision möglichst schnell wieder den Umgang mit Artikeln fortzuführen.
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Zusätzlich kann die Einrichtung eine Drehbewegung um eine in der Ausgangsstellung entlang der gestreckten Linie verlaufende Drehgelenkachse ermöglichen, beispielsweise indem eines der beiden Endstücke zwei oder mehrteilig mit einer gegenüber einem verbleibenden Teil drehbar angeordneten Partie ausgeführt ist. Dabei kann entweder der verbleibende Teil oder die Partie beispielsweise zur Weiterverbindung mit einem Manipulator vorgesehen sein. Um auch hier unkontrollierte Bewegungen innerhalb der Belastungsgrenze zu unterbinden, sind zusätzlich Dreharretierungsmittel vorgesehen, welche die beiden Endstücke beziehungsweise die Partie gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks bis zum Überschreiten einer Belastungsgrenze in einer Ausgangsdrehlage unverdrehbar gegeneinander festlegen. Nach Überschreitung der Belastungsgrenze geben die Dreharretierungsmittel die Festlegung frei und die Partie kann ihre Ausgangsdrehlage gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks verlassen, wodurch eine Verdrehmöglichkeit des einen Endstücks gegenüber dem anderen Endstück gegeben ist. Erreichen beide Endstücke beziehungsweise die Partie und der verbleibenden Teil des einen Endstücks hiernach erneut ihre Ausgangsdrehlage, so legen die Dreharretierungsmittel diese erneut gegeneinander fest.
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Die Dreharretierungsmittel können Teil der Arretierungsmittel sein oder von diesen ganz oder teilweise umfasst werden oder diese ganz oder teilweise umfassen.
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Die Rückführungsmittel können auch eine Rückführung in die Ausgangsdrehlage unterstützen, beispielsweise indem diese eine Drehfeder oder dergleichen umfassen.
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Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft eine mit einer zuvor beschriebenen Einrichtung ausgestattete Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln. Die Vorrichtung umfasst einen Manipulator mit einen von diesem getragenen Manipulatorkopf. Die Einrichtung ist zwischen dem Manipulator und dem Manipulatorkopf angeordnet.
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Die Vorrichtung kann zusätzlich einen oder mehrere Sensoren umfassen, die Kollisionen vorangehende Annäherungen beispielsweise zu fehlstehenden, beschädigten oder umgestürzten Artikeln sowie beispielsweise zu ausgefallenen, ansonsten bewegten Teilen der Vorrichtung erfassen und entsprechende, von einem in einer Steuerung der Vorrichtung ablaufenden Steuerungsprogramm weiterverarbeitbare Ausgangssignale zur Kollisionsvorwarnung ausgeben.
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Zumindest ein entsprechender Sensor kann an dem Manipulator, besonders bevorzugt am Manipulatorkopf angeordnet sein.
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Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um Ultraschallsensoren handeln.
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Ein dritter Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zuvor beschriebenen Einrichtung.
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Das Verfahren sieht vor, die Einrichtung mittels 3D-Drucks herzustellen.
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Die Einrichtung kann als Ganzes dreidimensional (3D) gedruckt hergestellt werden und zwischen einem Manipulator und einem von diesem getragenen Manipulatorkopf angeordnet sein beziehungsweise werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Manipulatorkopf um einen ebenfalls bevorzugt in 3D-Drucktechnik hergestellten Greifer oder Sauggreifer handeln.
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Sich zusätzlich gegenüber einer vollständigen Lösung der gestellten Aufgabe unter Behebung sämtlicher Nachteile des Standes der Technik ergebende Vorteile sind unter Anderem:
- – eine erhöhte Kollisionsbeständigkeit eines vermittels der Einrichtung an einem Manipulator angeordneten und von diesem getragenen Manipulatorkopfs.
- – eine selbständige Rückstellung in eine Ausgangsstellung und/oder Ausgangsdrehlage durch gegebenenfalls vorgesehene Rückführungsmittel, wie etwa eine oder mehrere speziell angebrachte Federn, einhergehend mit einer selbständigen Rückstellung eines Manipulatorkopfs in seine Ausgangsstellung und/oder Ausgangsdrehlage nach einer Kollision.
- – ein Sensor-Druckstück kann ein Verlassen der Ausgangsdrehlage erfassen und das Ausgangssignal des Sensor-Druckstücks dazu verwendet werden, die betroffene, mit einer entsprechenden Einrichtung ausgestattete Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln stillzulegen. Durch zusätzliche Ausgabe eines optischen und/oder akustischen und oder sonstigen Warnsignals kann ein Bediener aufgefordert werden, die Ausgangsdrehlage manuell wieder herzustellen und daraufhin die Stilllegung sofort wieder aufzuheben.
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Der erste Gegenstand der Erfindung kann einzelne oder eine Kombination der zuvor und/oder nachfolgend in Verbindung mit dem zweiten oder dritten Gegenstand der Erfindung beschriebene Merkmale aufweisen, ebenso wie der zweite Gegenstand der Erfindung einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor und/oder nachfolgend in Verbindung mit dem ersten oder dem dritten Gegenstand der Erfindung beschriebene Merkmale aufweisen und/oder verwirklichen kann, ebenso wie der dritte Gegenstand der Erfindung einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor und/oder nachfolgend in Verbindung mit dem ersten oder dem zweiten Gegenstand der Erfindung beschriebene Merkmale aufweisen und/oder verwirklichen kann.
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Der erste und/oder der zweite und/oder der dritte Gegenstand der Erfindung können alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer einleitend in Verbindung mit dem Stand der Technik und/oder in einem oder mehreren der zum Stand der Technik erwähnten Dokumente und/oder in der nachfolgenden Beschreibung zu den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschriebene Merkmale aufweisen.
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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 einen Teil eines Manipulatorkopfs mit einer an diesem angeordneten Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs in einem Schnitt.
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2 eine Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs in einer Seitenansicht.
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3 ein zur Arretierung der gelenkigen Verbindungen einer Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs bis zu einer definierten Kraft vorgesehenes Druckstück in einer Seitenansicht in 3a) und in einem Schnitt in 3b).
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4 eine in 3D-Drucktechnik hergestellte Vorstufe einer an einem ebenfalls in 3D-Drucktechnik hergestellten Teils eines Manipulatorkopfs angeordneten Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs in perspektivischer Ansicht.
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5 die Vorstufe aus 4 in einer Seitenansicht.
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6 eine mit ihrem einen Endstück an einem Manipulatorkopf und mit ihrem anderen Endstück an einer Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators angeordnete Einrichtung zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs, in einer perspektivischen Ansicht.
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7 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Handhabungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
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8 die Handhabungsvorrichtung aus 7 in einer Draufsicht.
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9 die Handhabungsvorrichtung aus 7 in einer Seitenansicht.
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10 einen zentralen Flanschabschnitt der Handhabungsvorrichtung aus 7 in perspektivischer Ansicht.
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11 den zentralen Flanschabschnitt der Handhabungsvorrichtung aus 7 in einem Schnitt.
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12 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Handhabungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht.
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13 den zentralen Flanschabschnitt der Handhabungsvorrichtung aus 12 in perspektivischer Ansicht.
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14 den zentralen Flanschabschnitt der Handhabungsvorrichtung aus 12 in einem Schnitt.
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15 einen weiteren zentralen Flanschabschnitt, wie er für diverse Ausführungsformen einer Handhabungsvorrichtung vorgesehen sein kann, in einem Schnitt.
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Eine in 1, 2, 4, 5 und 6 ganz oder in Teilen sowie in 7, 8, 9, 12 vereinfacht schematisch dargestellte Einrichtung 40 zur Begrenzung von Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen eines von einem Manipulator getragenen Manipulatorkopfs umfasst zwei vermittels eines zentralen Teils 41 gelenkig miteinander über Kreuz und dadurch mehrachsig beweglich verbundene und zur Verbindung mit dem Manipulator einerseits sowie dem von diesem getragenen und/oder an diesem angeordneten Manipulatorkopf andererseits vorgesehene, beispielsweise vorbereitete Endstücke 42, 43.
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Das zentrale Teil 41 mit den beiden an diesem über kreuz gelenkig angeordneten Endstücken 42, 43 bilden ein Kardangelenk, welches eine Ausweichpendelbewegung des einen Endstücks 43 gegenüber dem anderen Endstück um eine beliebige, innerhalb einer von den Schwenkachsen 101, 102 der gelenkigen Verbindung der beiden Endstücke 42, 43 via des zentralen Teils 41 über Kreuz aufgespannten Ebene ermöglicht.
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Um die im kollisionsfreien Normalbetrieb unerwünschten unkontrollierten, da freien Schwenkbewegungen des Kardangelenks bis zum Auftreten einer Kollision zu unterbinden, verfügt die Einrichtung 40 über Arretierungsmittel 50, welche die beiden Endstücke 42, 43 bis zum Überschreiten einer durch ein von dem einen Endstück 43 auf das andere Endstück 42 zu übertragendes Schwellendrehmoment vorgegebenen Belastungsgrenze in einer in 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 12 dargestellten Ausgangsstellung in 2 gestrichelt eingezeichneter gestreckter Linie 100 über das zentrale Teil 41 hinweg festlegen.
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Um im Kollisionsfall die dann erwünschten Schwenkbewegungen des Kardangelenks zu erhalten, geben die Arretierungsmittel 50 bei einer Überschreitung der Belastungsgrenze die Festlegung frei, wodurch die beiden Endstücke 42, 43 ihre Ausgangsstellung verlassen können und das eine Endstück 43 gegenüber dem anderen Endstück 42 um eine durch das zentrale Teil 41 hindurch und normal zur gestreckten Linie 100 verlaufende, beispielhaft in 2 ebenfalls gestrichelt eingezeichnete Achse 200 verschwenkt werden kann.
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Um nach einem Kollisionsfall möglichst schnell wieder den Normalbetrieb aufzunehmen legen die Arretierungsmittel 50 die beiden Endstücke 42, 43 erneut in gestreckter Linie 100 fest, sobald diese hiernach wieder ihre Ausgangsstellung erreichen.
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Wichtig ist hierbei hervorzuheben, dass die Achse 200 nicht mit einer der in 4 gestrichelt eingezeichneten Schwenkachsen 101, 102 übereinstimmen muss, um welche die Endstücke 42, 43 schwenkbar am zentralen Teil 41 gelenkig angeordnet sind. Wie bei einem Kardangelenk kann die Schwenkbewegung des einen Endstücks 43 gegenüber dem anderen Endstück 42 um eine beliebig innerhalb einer durch die beiden Schwenkachsen 101, 102 aufgespannten Ebene verlaufende Achse 200 erfolgen.
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Durch die kardangelenkige Verbindung der beiden Endstücke 42, 43 via des zentralen Teils 41 über Kreuz wird eine Schwenklagerung erhalten, welche durch die Arretierungsmittel 50 mit einer Drehmomentschwellwert-Entriegelung zur Minderung von Kollisionschäden, beispielsweise an einem Manipulatorkopf, beispielsweise an einem Greifsystem, ausgestattet ist.
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Bevorzugt ist jedes der beiden Endstücke 42, 43 um eine eigene, in Ausgangsstellung normal zu der gestreckten Linie 100 verlaufende Schwenkachse 101, 102 schwenkbar am zentralen Teil 41 angeordnet, wobei sich die beiden Schwenkachsen 101, 102 der beiden Endstücke 42, 43 rechtwinklig kreuzen.
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Die Arretierungsmittel 50 können je Endstück 42, 43 jeweils ein in 3 dargestelltes Druckstück 51 mit einem beispielsweise durch einen federbelasteten Druckstift oder eine federbelasteten Kugel 54 gebildeten federnden Ende 52, welches in der Ausgangsstellung eine korrespondierende, diesem gegenüberliegend angeordnete Druck- und/oder Ruhemulde 53 eingreift, umfassen.
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Das Druckstück 51 kann hierbei wahlweise am Endstück 42, 43 oder am zentralen Teil 41 und die Druck- und/oder Ruhemulde 53 entsprechend gegenüberliegend am zentralen Teil 41 oder am Endstück 42, 43 vorgesehen sein.
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Bevorzugt ist ein in die Druck- und/oder Ruhemulde 53 eingreifendes federndes Ende 52 des Druckstücks 51 kugelabschnittsförmig ausgebildet oder ist zur Verringerung von Verschleiß mit einer drehbar gelagerten Kugel 54 ausgestattet.
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Ein entsprechend ausgestaltetes Druckstück 51 kann auch als Kugeldruckstück bezeichnet werden
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Um nach einer Kollision möglichst schnell wieder den Umgang mit Artikeln fortzuführen kann die Einrichtung 40 darüber hinaus Rückführungsmittel 60 umfassen, welche die beiden Endstücke 42, 43 hin zur Einnahme deren Ausgangsstellung drängen und lenken.
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Beispielsweise können die Rückführungsmittel 60 ein über das zentrale Teil 41 hinweg um die beiden Endstücke 42, 43 herum angeordnetes, die beiden Endstücke wieder in gerade Linie zurückführendes federelastisches Element 61 umfassen, welches einen an einem der beiden Endstücke 42, 43 angeordneten Manipulatorkopf nach einer Kollision wieder in die Ausgangsstellung gegenüber dem mit einer beispielsweise durch einen Rohrabschnitt 70 gebildeten Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators zurückzuführt.
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Beispielsweise eignet sich als federelastisches Element 61 eine Spiralfeder 62 oder ein hohlzylinderförmiger Abschnitt aus einem elastischen Werkstoff, wie etwa ein Gummischlauch.
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Wichtig ist hierbei, die Rückstellkraft des Rückführungsmittels 60 bei der Festlegung der Belastungsgrenze zu berücksichtigen, insbesondere im Hinblick auf die Lösekraft der Arretierungsmittel 50.
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Ebenfalls wichtig ist an dieser Stelle darauf hinzuweisen, dass es keinesfalls ausreichend ist, ausschließlich Rückführungsmitteln 60 entsprechende Mittel als Arretierungsmittel 50 vorzusehen. Diese würden zwar scheinbar auf den ersten Blick zugleich eine ähnliche Funktion, wie die Arretierungsmittel 50 erfüllen, bei genauer Betrachtung jedoch ein Ausschwingen aus der Ausgangsstellung bis zur Belastungsgrenze lediglich verringern, jedoch nicht verhindern, wie dies durch die Arretierungsmittel 50 jedoch der Fall ist.
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Um auch Kollisionsschäden in Folge von Kollisionen bei Drehbewegungen zu begrenzen oder gar zu vermeiden, können die beiden Endstücke 42, 43 der Einrichtung um eine in der Ausgangsstellung entlang der gestreckten Linie 100 verlaufende Drehgelenkachse gegeneinander verdrehbar miteinander verbunden sein.
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Beispielsweise kann hierzu wenigstens eines der beiden Endstücke 42, 43 mehrteilig ausgebildet sein, wobei zumindest eines der beiden Endstücke 42, 43 eine beispielsweise zur Weiterverbindung beispielsweise mit einer Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators vorgesehene Partie 44 umfasst, die um die Drehgelenkachse an oder in einem verbleibenden Teil des Endstücks 42, 43 drehbar gelagert ist.
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Um die im kollisionsfreien Normalbetrieb unerwünschten unkontrollierten, da freien Drehbewegungen des einen Endstücks 42 gegenüber dem anderen Endstück 43 bis zum Auftreten einer Kollision zu unterbinden, kann die Einrichtung 40 Dreharretierungsmittel umfassen, welche die beiden Endstücke 42, 43 beziehungsweise die Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 bis zum Überschreiten einer durch ein von dem einen Endstück 42 auf das andere Endstück 43 zu übertragendes Schwellendrehmoment vorgegebenen Belastungsgrenze in einer Ausgangsdrehlage unverdrehbar gegeneinander festlegen.
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Um im Kollisionsfall die dann erwünschten Relativdrehbewegungen des einen Endstücks 42 gegenüber dem anderen Endstück 43 beziehungsweise der Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 zu erhalten, geben die Dreharretierungsmittel nach Überschreitung der Belastungsgrenze die Festlegung frei, wodurch die beiden Endstücke 42, 43 beziehungsweise die Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 ihre Ausgangsdrehlage verlassen können, und das eine Endstück 42 gegenüber dem anderen Endstück 43 beziehungsweise die Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 verdreht werden kann.
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Um nach einem Kollisionsfall möglichst schnell wieder den Normalbetrieb aufnehmen zu können legen die Dreharretierungsmittel die beiden Endstücke 42, 43 beziehungsweise die Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 erneut in ihrer Ausgangsdrehlage fest, sobald diese hiernach wieder ihre Ausgangsdrehlage erreichen.
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Durch die drehgelenkige Verbindung der beiden Endstücke 42, 43 beziehungsweise der Partie 44 des Endstücks 42 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 zusätzlich zu deren kardangelenkiger Verbindung via des zentralen Teils 41 über Kreuz wird eine Drehlagerung mit Drehmomentschwellwert-Entriegelung zur Minderung von Kollisionschäden an Manipulatorköpfen, wie etwa Greifsystemen erhalten.
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Zur Weiterverbindung mit einem Manipulator kann ein eine Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators bildender Rohrabschnitt 70 an einem Endstück 42 beispielsweise im Falle einer zweiteiligen Ausgestaltung des Endstücks 42 an dessen gegenüber der Partie 44 verdrehbarem verbleibendem Teil oder an dessen gegenüber dem verbleibenden Teil verdrehbarer Partie 44 angeordnet sein.
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Die Dreharretierungsmittel können eine oder mehrere am Außenumfang der in dem verbleibenden Teil drehbar gelagerten Partie 44 oder am Außenumfang des in der Partie 44 drehbar gelagerten verbleibenden Teils angeordnete Druck- und/oder Ruhemulden und an dem verbleibenden Teil oder der Partie 44 ein oder mehrere mit der oder den Druck- und/oder Ruhemulden korrespondierende federnde Druckstücke, beispielsweise mit einem durch einen federbelasteten Druckstift oder eine federbelastete Kugel gebildeten federnden Ende, welche in der Ausgangsdrehlage beispielsweise mit ihren federnden Enden in die Ruhemulden eingreifen, umfassen.
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Die Dreharretierungsmittel können Teil der Arretierungsmittel 50 sein oder von diesen ganz oder teilweise umfasst werden oder diese ganz oder teilweise umfassen.
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Überschreitet ein in die Einrichtung 40 an einem Endstück 43 eingeleitetes Drehmoment einen durch die Belastungsgrenze vorgegebenen Wert, rasten die federnden Enden der Druckstücke aus den ihnen jeweils zugeordneten Druck- und/oder Ruhemulden aus und ein an dem einen Endstück 43 angeordneter Manipulatorkopf kann sich gegenüber einem an dem anderen Endstück 42 angeordneten Manipulator, beispielsweise gegenüber einem eine Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators bildenden Rohrabschnitt 70 in Wirkrichtung des Drehmoments verdrehen. Somit wird der Widerstand gegen das Drehmoment genommen und durch die Nachgiebigkeit entsteht kein Schaden.
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Die Ausgangsdrehlage kann manuell zurück- beziehungsweise wiederhergestellt werden. Alternativ können Drehrückführungsmittel vorgesehen sein, die eine Rückstellung in die Ausgangsdrehlage unterstützen.
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Besonders bevorzugt unterstützen die Rückführungsmittel 60 auch eine Rückführung in die Ausgangsdrehlage, beispielsweise indem diese eine Drehfeder oder dergleichen umfassen.
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Beispielsweise können die Rückführungsmittel 60 eine Rückstellfeder 62 umfassen, welche als eine Drehfeder ausgebildet sein kann und beispielsweise die gegenüber einem verbleibenden Teil eines Endstücks 42, 43 verdrehbar gelagerte Partie 44 gegenüber dem verbleibenden Teil des Endstücks 42 in Ausgangsdrehlage zurückführt.
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Grundsätzlich kann mindestens ein Sensor-Druckstück 55 vorgesehen sein, welches ein Ausgangssignal erzeugt, welches beispielsweise anzeigt, ob das federnde Ende eines solchen Sensor-Druckstücks 55 in eine Druck- und/oder Ruhemulde eingreift, oder ausgerückt ist. Ein entsprechendes Sensor-Druckstück 55 kann beispielsweise dazu dienen, ein Verlassen der Ausgangsdrehlage zu erfassen, beispielsweise um einen Bediener aufzufordern, diese manuell wieder herzustellen.
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Mindestens ein Sensor-Druckstück 55 kann auch im Kardangelenk verbaut werden, um auch dort schnellstmöglich eine Kollision zu melden. Es kann auch ein Fehlerspeicher angelegt werden, wie oft der es zu einer Kollision kommt, was Vorteile bei der Bewertung einer mit einer entsprechenden Einrichtung 40 ausgestatteten Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln bringt.
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Eine zuvor beschriebene Einrichtung 40 kann besonders kostengünstig und vorteilhaft mit einem Verfahren hergestellt werden, welches zumindest die Herstellung der Endstücke 42, 43 und des zentralen Teils 41 in 3D-Drucktechnik vorsieht.
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Besonders bevorzugt sieht ein solches Verfahren die gemeinsame Herstellung der kardangelenkig über das zentrale Teil 41 hinweg miteinander verbundenen Endstücke 42, 43 in 3D-Drucktechnik vor.
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Eine zuvor beschriebene Einrichtung 40 kann demnach besonders kostengünstig und vorteilhaft mit einem Verfahren hergestellt werden, welches zumindest die Herstellung der kardangelenkig über das zentrale Teil 41 miteinander verbundenen Endstücke 42, 43 gemeinsam und in gelenkig miteinander verbundenem Zustand in 3D-Drucktechnik vorsieht.
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Das Verfahren kann vorsehen, solche Bereiche 45 der Einrichtung 40 zum Einbau von verschleißmindernden Gleitelementen freizulassen, die durch die Arretierungsmittel 50, namentlich durch die federnden Enden 52 der Teile der Arretierungsmittel 50 bildenden Druckstücke 51 besonderem Verschleiß ausgesetzt sind (5).
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Die im fertiggestellten Zustand der Einrichtung 40 den federnden Enden 52 der Druckstücke 51 gegenüberliegenden und bevorzugt die Druck- und/oder Ruhemulden 53 umfassenden Gleitelemente können besonders kostengünstig aus Metallstreifen hergestellt sein, welche bereits beispielsweise durch Biegen hergestellt die Druck- und/oder Ruhemulde 53 bereits umfassen können sowie beidseitig dieser sich anschließende, der Geometrie beispielsweise des durch das zentrale Teil 41 gebildeten Kreuzstücks folgende Gleitflächen aufweisen. Solche Metallstreifen können in ihren Abmessungen und in ihrer Geometrie den Anforderungen gemäß beispielsweise als ein Metallrund, als ein Abschnitt einer kugelförmigen Schale oder als einfacher Blechstreifen hergestellt und ausgestaltet sein. Insbesondere in Verbindung mit einer Herstellung der Einrichtung 40 aus einem Kunststoff mittels 3D-Druck ist es vorteilhaft, in die Druck- und/oder Ruhemulden 53 ein Metallrund oder ein Blech einzusetzen um eine den Kunststoff zumindest auf Dauer schädigende Flächenpressung der in der während des Betriebs einer die Einrichtung 40 umfassenden Vorrichtung überwiegend vorherrschenden Normalstellung in die Druck- und/oder Ruhemulden 53 eingreifenden, beispielsweise als Kugeln ausgebildeten federnden Enden 52 der Druckstücke 51 direkt auf dem Kunststoff zu vermeiden.
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Eine beispielsweise entsprechend hergestellte Einrichtung 40 ist zur Anordnung zwischen einem Manipulatorkopf 10 und einem Manipulator einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln vorgesehen. Hierzu kann die Einrichtung 40 mit ihrem einen Endstück 42 an einem eine Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators bildenden Rohrabschnitt 70 angeordnet sein, wohingegen an ihrem anderen Endstück 43 ein Manipulatorkopf 10 angeordnet ist (6).
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Eine entsprechende Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln umfasst demnach einen Manipulator und einen von diesem getragenen Manipulatorkopf 10 und zeichnet sich durch eine zwischen dem Manipulator und dem Manipulatorkopf 10 angeordnete, zuvor beschriebene, beispielsweise durch ein voranstehend beschriebenes Verfahren hergestellte Einrichtung 40 aus.
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Die Vorrichtung kann mindestens einen Sensor 80 umfassen, welcher Kollisionen vorangehende Annäherungen des Manipulators und/oder des Manipulatorkopfs 10 beispielsweise zu fehlstehenden, beschädigten oder umgestürzten Artikeln sowie beispielsweise zu ausgefallenen, ansonsten bewegten Teilen der Vorrichtung erfasst und entsprechende, von einem in einer kurz als Steuerung der Vorrichtung bezeichneten Steuereinheit ablaufenden Steuerungsprogramm weiterverarbeitbare, einer Kollisionsvorwarnung und/oder Kollisionswarnung dienende Ausgangssignale ausgibt.
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Zumindest ein entsprechender Sensor 80 kann an dem Manipulator, besonders bevorzugt wie in 1 und in 6 gezeigt am Manipulatorkopf 10, beispielsweise an einem zentralen Flanschabschnitt 4 eines Manipulatorkopfs 10 angeordnet sein.
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Zumindest ein solcher Sensor 80 kann als ein Ultraschallsensor 81 ausgeführt sein, beispielsweise zur Prüfung, welchen Abstand ein als ein Greifer, etwa als ein Sauggreifer ausgebildeter Manipulatorkopf 10 zu den durch Zwischenlagen gebildeten Artikeln hat, mit denen ein Umgang auszuführen ist. Der beispielsweise als kostengünstig erhältlicher Ultraschallsensor 81 ausgeführte Sensor 80 prüft ständig, welchen Abstand der Greifer zur Zwischenlage hat. Dies ist ein zusätzlicher Kollisionsschutz, welcher verhindern soll, dass der Greifer zu weit in so genannter, vertikal verlaufender Z-Richtung verfährt.
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Alternativ oder zusätzlich zu einem erwähnten Sensor 80 kann in Verbindung mit einer Steuereinheit vorgesehen sein, dass der Manipulatorkopf 10 etwa zu Beginn eines Produktionszyklus und/oder intervallweise wiederkehrend beispielsweise zur Setzung eines Nullpunkts seiner Bewegung im Raum und/oder zur Bestimmung des Orts von ruhenden Teilen der Vorrichtung gegen diese Teile bewegt wird, die hierdurch erfolgende Antastung beispielsweise durch Überwachung der Stromaufnahme der die Bewegungen ausführenden Antriebe erfasst wird und hieraus Kollisionsbereiche des Manipulatorkopfs 10 mit den Teilen der Vorrichtung abgeleitet werden.
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Geeignete Mittel hierzu können neben der zur Steuerung sowohl der Bewegungsabläufe, als auch zur Ableitung der Kollisionsbereiche erforderlichen Steuereinheit Sensoren sein, welche ein mechanisches Antasten der Teile der Vorrichtung durch den Manipulatorkopf 10 erfassen. Denkbar sind hierzu beispielsweise Taster an den Extremitäten des Manipulatorkopfs 10 und/oder Stromüberwachungsmittel zur Erfassung der erwähnten Änderung der Stromaufnahme der Antriebe im Fall der Antastung.
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Es ist ersichtlich, dass die Erfindung verwirklicht sein kann, indem bei einer Vorrichtung zum Umgang mit Artikeln ein vorzugsweise durch 3D-Drucken hergestelltes Kardan-Ausweichgelenk mit Federrasterung als Einrichtung 40 zur Begrenzung von Kollisionsschäden zwischen einem Manipulator der Vorrichtung und einem von dem Manipulator getragenen Manipulatorkopf 10 angeordnet ist.
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Dabei bilden die freien Enden der Druckstücke 51 mit den diesen in der Ausgangsstellung sowie gegebenenfalls in der Ausgangsdrehlage gegenüberliegenden Druck- und/oder Ruhemulden 53 der gelenkig miteinander verbundenen Teile der Einrichtung 40 Federrasterungen, welche die Einrichtung in Ausgangsstellung in gestreckter Linie 100 sowie gegebenenfalls in Ausgangsdrehlage zunächst festlegen.
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Die beiden über das zentrale Teil 41 um zwei Schwenkachsen 101, 102 über Kreuz miteinander gelenkig verbundenen Endstücke 42, 43 bilden dabei ein Kardangelenk, welches durch die Arretierungsmittel 50 zu einem Kardan-Ausweichgelenk weitergebildet ist.
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Durch seine Gelenkigkeit in jeder Kipprichtung erlaubt das Kardan-Ausweichgelenk ein Nachgeben aus einer gestreckten, geraden Stellung, bei welcher ein beispielsweise als ein Greifer ausgeführter Manipulatorkopf 10 eine ideale, waagerechte Stellung einnimmt.
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Das Kardan-Ausweichgelenk erhält bevorzugt dennoch die korrekte Funktion des Drehens des beispielsweise als ein Greifer ausgeführten Manipulatorkopfs 10 bei. Um das Kardan-Ausweichgelenk während des kollisionsfreien Normalbetriebs, bei dem der Manipulatorkopf 10 durch die Bewegungen des Manipulators Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte erfährt, in seiner idealen, gestreckten Arbeits- beziehungsweise Betriebsstellung zu fixieren, in welcher der beispielsweise als ein Greifer ausgeführte Manipulatorkopf 10 eine ideale Stellung einnimmt, arretieren jeweils in Druck- und/oder Ruhemulden 53 an dem als ein die beiden Endstücke 42, 43 des Kardan-Ausweichgelenks miteinander rechtwinklig über Kreuz verbindendes, beispielsweise kugelförmiges Kreuzstück ausgeführten zentralen Teils 41 eingreifende, federbelastete Kugeldruckstücke die beiden Schwenkachsen 101, 102 des Kardangelenks, damit es sich nicht bewegen kann. Hierdurch verhält sich das Kardan-Ausweichgelenk innerhalb einer durch die Federbelastung der Kugeldruckstücke vorgegebenen Belastungsgrenze wie ein starres Verbindungselement. Erst dann, wenn eine außergewöhnlich hohe, im Normalbetrieb nicht auftretende Kraft beispielsweise durch eine Kollision über das Kardan-Ausweichgelenk übertragen werden soll, welche einen durch die Federbelastung der Kugeldruckstücke vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, werden die federnden Enden 52 der Druckstücke 51 entgegen ihrer Federbelastung aus den Druck- und/oder Ruhemulden 53 heraus gedrängt und das zentrale Teil 41 kann frei gegenüber einem oder gegenüber beiden Endstücken 42, 43 verschwenkt werden, entsprechend einer Ausweichpendelbewegung des einen Endstücks 42 gegenüber dem anderen Endstück 43.
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Wichtig ist hervorzuheben, dass es sich bei dem Manipulatorkopf 10 um einen ganz oder teilweise ebenfalls bevorzugt in 3D-Drucktechnik hergestellten Greifer oder Sauggreifer handeln kann.
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Ebenfalls wichtig ist hervorzuheben, dass die Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit einem als eine in 6 bis 15 ganz oder in Teilen dargestellte Handhabungsvorrichtung 1 zur Aufnahme flächiger Gegenstände ausgeführten Manipulatorkopf 10 verwirklicht und/oder eingesetzt werden kann. Die flächigen Gegenstände können durch Zwischenlagen ausgebildet sein und hierbei aus Karton bzw. Wellpappe bestehen.
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Bei der Verpackung von Artikeln, wie Getränkebehälter oder dergleichen, werden diese häufig auf einer Palette platziert. Über die erwähnten Zwischenlagen sind die einzelnen kurz als Ebenen bezeichneten, aus mehreren, jeweils relativ zueinander angeordneten Artikeln bestehenden Stapellagen der Palette voneinander getrennt. Artikel einer oberen Ebene können daher auf einer Zwischenlage aufstehen, welche auf einer benachbarten unteren Ebene von Artikeln aufliegt. Durch die Zwischenlagen wird eine stabile Aufstandsfläche für die jeweiligen Artikel bereitgestellt. Paletten mit derartigen Zwischenlagen besitzen eine sehr hohe Stabilität. Eine hohe Stabilität von Paletten ist gewünscht, um diese ohne Kippen der Palette bzw. ohne eines Verrutschens von Artikeln sicher transportieren zu können.
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Eine erwähnte Handhabungsvorrichtung 1 bzw. diverse Ausführungsformen einer solchen Handhabungsvorrichtung 1 können ggf. Zwischenlagen von einem Stapel trennen und auf der jeweiligen Palette platzieren. Auch kann es sein, dass der Handhabungsvorrichtung 1 bereits vereinzelte Zwischenlagen bereitgestellt werden, wobei die Handhabungsvorrichtung 1 die einzelne Zwischenlage aufnimmt und definiert auf einer jeweilige Palette absetzt.
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7 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Handhabungsvorrichtung 1. Die Handhabungsvorrichtung 1 ist vorgesehen zur Aufnahme von Zwischenlagen, die in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellt sind und ggf. auf gegenüberliegenden Seiten zwei Breitseitenflächen besitzen können, die eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie aufweisen.
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Die Handhabungsvorrichtung 1 umfasst einen zentralen Flanschabschnitt 4 sowie mehrere Auslegerarme 3, die als im Wesentlichen biegesteife Hohlrohre 5 ausgebildet sind und vom zentralen Flanschabschnitt 4 getragen werden. Im Ausführungsbeispiel aus 7 sind die Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 jeweils mittels Klebeverbindung am zentralen Flanschabschnitt 4 gehalten.
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An jedem der vier Auslegerarme 3 sind zwei Saugköpfe 6 angeordnet. Die Saugköpfe 6 werden durch ihren jeweiligen Auslegerarm 3 getragen bzw. sind hängend an ihrem jeweiligen Auslegerarm 3 fixiert. Der zentrale Flanschabschnitt 4 kann mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt werden und somit einstückig ausgebildet sein. Weiter können die Auslegerarme 3 zusammen mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 im dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden und somit einstückig ausgebildet sein. Auch ist denkbar, dass die Saugköpfe 6, die Auslegerarme 3 und der zentrale Flanschabschnitt 4 im dreidimensionalen Druckverfahren und ggf. mittels eines Zweikomponentendrucks hergestellt werden. Die Längsachsen jeweils zweier Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 schließen miteinander jeweils einen spitzen Winkel α ein.
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Der zentrale Flanschabschnitt 4 besitzt einen Anschluss 12, über welchen die Handhabungsvorrichtung 1 bzw. der zentrale Flanschabschnitt 4 mit einer Einrichtung zur Druckerzeugung in Verbindung steht. Eine Druckbeaufschlagung des zentralen Flanschabschnittes 4 kann über den Anschluss 12 beispielsweise mit 3 bis 5 bar erfolgen. Der zentrale Flanschabschnitt 4 besitzt ein Leitungssystem 15 (vgl. 11), über welches der zentrale Flanschabschnitt 4 aus der Druckbeaufschlagung mittels Venturi-Effekt einen Unterdruck erzeugt. Da die Auslegerarme 3 als Hohlrohre 5 ausgebildet sind, kann der Unterdruck vom Leitungssystem 15 ausgehend über die Auslegerarme 3 an die Saugköpfe 6 weitergegeben werden, welche hierdurch die jeweilige Zwischenlage durch Unterdruck aufnehmen. Der Schaft, welchen die Hohrohre 5 zur Weitergabe des Unterdrucks an die Saugköpfe 6 bereitstellen, ist hierbei fluchtend zur Längsachse des jeweiligen Auslegerarmes 3.
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7 lässt darüber hinaus zwei Einlässe 11 erkennen, die in das Leitungssystem 15 münden. Auch mit den Einlässen 11 steht eine Einrichtung zur Druckbeaufschlagung bzw. zur Erzeugung eines Überdrucks im Leitungssystem 15 in Verbindung. Der über die Einlässe 11 in das Leitungssystem 15 eingebrachte Überdruck kann via die Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 an die Saugköpfe 6 übertragen werden, um eine durch Unterdruck ausgebildete Fixierung von Zwischenlagen aufzuheben.
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Eine Aufhängung 7 bzw. Tragsäule 9 ist starr an den zentralen Flanschabschnitt 4 gekoppelt. Die Aufhängung 7 bzw. Tragsäule 9 kann mit einem Aktor in Verbindung stehen, um die Handhabungsvorrichtung 1 nach Erfassen einer Zwischenlage in Richtung einer Palette zu bewegen und ggf. nach Ablegen einer Zwischenlage auf der jeweiligen Palette in Richtung einer weiteren Zwischenlage zurück zu führen. Somit trägt die Aufhängung 7 bzw. Tragsäule 9 bei Bewegung der Handhabungsvorrichtung 1 die Masse des zentralen Flanschabschnittes 4, der Auslegerarme 3 sowie der an den Auslegerarmen 3 angeordneten Saugköpfe 6 und ggf. der jeweiligen an den Saugköpfen 6 fixierten Zwischenlage.
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Da diverse Komponenten, wie beispielsweise der zentrale Flanschabschnitt 4, im dreidimensionalen Druckverfahren gefertigt werden können, kann die Handhabungsvorrichtung 1 kostengünstig hergestellt werden. Durch die Integration eines Leitungssystems 15 (vgl. 11) in den zentralen Flanschabschnitt 4 und die Übertragung des Unterdrucks über die als Hohlrohre 5 ausgebildeten Auslegerarme 3 an die Saugköpfe 6, kann auf Schlauchverbindungen zur direkten Übertragung des Unterdrucks an die Saugköpfe 6 verzichtet werden. Hierdurch ist die Handhabungsvorrichtung 1 kompakt ausgebildet, wobei zusätzlich Kosten zur Herstellung der Handhabungsvorrichtung 1 reduziert werden.
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8 zeigt eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform einer
15 Handhabungsvorrichtung 1 aus 7. Dargestellt sind nochmals die Einlässe 11, über welche dem Leitungssystem 15 (vgl. 11) Druckluft zugeführt werden kann, um eine Fixierung von Zwischenlagen durch die Saugköpfe 6 aufzuheben. Die Einlässe 11 sind an einer oberen Seite in den zentralen Flanschabschnitt 4 eingebracht und können ggf. zusammen mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 gedruckt werden. Die Anzahl sowie Positionierung der Einlässe 11 sind vorliegend leidglich beispielhaft zu verstehen.
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9 zeigt eine schematische Seitenansicht der Ausführungsform einer Handhabungsvorrichtung 1 aus 1 und 2. Die Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5, welche an ihrem in Richtung weg des zentralen Flanschabschnittes 4 weisenden freien Endes geschlossen sind, sind hängend am zentralen Flanschabschnitt 4 angeordnet. Hierbei weisen die Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 in Richtung einer Bodenfläche bzw. in Richtung nach unten. Ein Winkel, welchen die Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 mit einer Horizontalen einschließen, kann jeweils zwischen 0° und 45° betragen.
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Vorstellbar ist auch, dass den Auslegerarmen 3 bzw. einem jeweiligen hohlen Schaft der Auslegerarme 3 eine in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellte Drossel zugeordnet ist. Verliert ein Saugkopf 6 der Handhabungsvorrichtung 1 seinen Kontakt zur Zwischenlage, so kann hierdurch der Unterdruck an den weiteren Saugköpfen 6 beibehalten werden.
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9 zeigt darüber hinaus einen Taststab 18 der Handhabungsvorrichtung 1, welcher zeitlich vor den Saugköpfen 6 mit der jeweiligen Zwischenlage in Kontakt tritt und eine in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellt Steuerungseinrichtung über den Kontakt informiert. Die Steuerungseinrichtung kann zeitlich hierauf folgend die Übertragung eines Unterdrucks bzw. den Aufbau eines Unterdrucks im Leitungssystem 15 (vgl. 11) veranlassen, wodurch die Saugköpfe 6 die jeweilige Zwischenlage aufnehmen können.
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Darüber hinaus zeigt 9 die Orientierung des Taststabes 18 und der Tragsäule 9, deren Längsachsen fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
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10 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines zentralen Flanschabschnittes 4 der Ausführungsform einer Handhabungsvorrichtung 1 gemäß 1 bis 3. Der zentrale Flanschabschnitt 4 besitzt für jeden der Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 einen eigenen Ausgang 17, von welchen in 10 zwei Ausgänge 17 zu erkennen sind. Über die Ausgänge 17 wird der Unterdruck auf die Auslegerarme 3 weitergegeben und via die Auslegerarme 3 an die einzelnen Saugköpfe 6 übertragen.
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Die Eingänge 11 besitzen ein Gewinde, über das die Drucklufterzeugungseinrichtung bzw. der Kompressor mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 gekoppelt werden kann. Durch Beaufschlagung des zentralen Flanschabschnittes 4 mit Überdruck über die Eingänge 11 kann der ggf. zwischen den Saugköpfen 6 und der jeweiligen Zwischenlage ausgebildete Unterdruck aufgehoben werden. Die Eingänge 11 führen somit direkt in das Leitungssystem 15 (vgl. 11) des zentralen Flanschabschnittes 4.
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Auch sind Schalldämpfer 19 des zentralen Flanschabschnittes 4 zu erkennen, deren Funktion nachfolgend noch beschrieben wird. Die Schalldämpfer 19 können als integrierter Bestandteil des zentralen Flanschabschnittes 4 zusammen mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt werden und befinden sich im Bereich einer jeweiligen Öffnung 33 des zentralen Flanschabschnittes 4. Über die Schalldämpfer 19 bzw. die Schalldämpfer 19 passierend kann Druckluft aus den Öffnungen 33 des zentralen Flanschabschnittes 4 entweichen.
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Über das Leitungssystem 15 (vgl. 11) wird somit eine fluidische Verbindung zwischen dem Anschluss 12 und den Öffnungen 33 hergestellt.
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11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des zentralen Flanschabschnittes 4 aus dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4. In der Schnittdarstellung aus 11 ist das Leitungssystem 15 des zentralen Flanschabschnittes 4 gut zu erkennen. Das Leitungssystem 15 wird über den Anschluss 12 mit Druckluft beaufschlagt. Bestandteil des Leitungssystems 15 sind zwei Venturi-Düsen 25, mittels welcher aus dem über den Anschluss 12 in das Leitungssystem 15 eingebrachten Überdruck ein Unterdruck aufgebaut werden kann. Weiter sind mehrere Zweige 16 des Leitungssystems 15 zu erkennen, welchen jeweils ein Ausgang 17 zugeordnet ist. Über die Zweige 16 und ihre Ausgänge 17 wird der durch die Venturi-Düsen 25 aufgebaute Unterdruck an die Saugköpfe 6 weitergeführt, um einen flächigen Gegenstand bzw. eine Zwischenlage an der Handhabungsvorrichtung 1 zu fixieren. Das Leitungssystem 15 bzw. die Venturi-Düsen 25, die Zweige 16 und die Ausgänge 17 können als einstückiger Bestandteil des zentralen Flanschabschnittes 4 im dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden.
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11 lässt darüber hinaus erkennen, dass der Anschluss 12 ein Gewinde besitzt, um eine in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellte Drucklufterzeugungseinrichtung bzw. einen Kompressor an den zentralen Flanschabschnitt 4 zu koppeln. Auch das Gewinde des Anschlusses 12 kann zusammen mit sämtlichen weiteren Bestandteilen des zentralen Flanschabschnittes 4 gedruckt werden. In Strömungsrichtung schließt an die Venturi-Düsen 25 jeweils eine Verbindung 21 an, welche die Druckluft an einen jeweiligen Schalldämpfer 19 weiterführt. Insbesondere bei Ausführungsformen mit hoher Taktfrequenz haben sich ein oder mehrere Schalldämpfern 19 bewährt, um einen Schallpegel bei Druckluftbeaufschlagung des Leitungssystems 15 gering zu halten. Auch die Verbindungen 21 sowie die Schalldämpfer 19 können als einstückiger Bestandteil des zentralen Flanschabschnittes 4 im dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden. Die Schalldämpfer 19 können als Absorptionsschaldämpfer oder als Reflexionsschalldämpfer ausgebildet sein.
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12 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung 1. Ebenso wie die Ausführungsform aus den 1 bis 3 besitzt die Ausführungsform aus 12 vier Auslegerarme 3 mit jeweils zwei Saugköpfen 6. Die Saugköpfe 6 sind weiterhin an einem zentralen Flanschabschnitt 4 gehalten. Der zentrale Flanschabschnitt 4 besitzt Eingänge 11, um eine durch Unterdruck ausgebildete Fixierung zwischen den Saufköpfen 6 und einer Zwischenlage (nicht dargestellt) aufzuheben. Über den Anschluss 12 wird Druckluft in den zentralen Flanschabschnitt 4 eingebracht. Die Auslegerarme 3 sind durch im Wesentlichen biegesteife Hohlrohre 5 ausgebildet und weisen jeweils vom zentralen Flanschabschnitt 4 weg. Die Masse des zentralen Flanschabschnittes 4, der Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5, der Saugköpfe 6 und ggf. der an den Saugköpfen 6 mittels Unterdruck haftenden Zwischenlage wird von der als Tragsäule 9 ausgebildeten Aufhängung 7 getragen. Zwischen der Tragsäule 9 und dem zentralen Flanschabschnitt 4 ist eine drehfeste Koppelung vorgesehen.
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Einzelne Bestandteile der Handhabungsvorrichtung 1 oder die gesamte Handhabungsvorrichtung 1 können auch im Ausführungsbeispiel der 12 mittels eines dreidimensionalen Druckverfahrens hergestellt werden. Alternativ ist vorstellbar, dass der zentrale Flanschabschnitt 4 aus 12 durch Sintern gebildet ist. Da auch der zentrale Flanschabschnitt 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 12 ein Leitungssystem 15 besitzt (vgl. 14), kann auf direkte Schlauchverbindungen zur Weitergabe eines Unterdrucks an die Saugköpfe 6 verzichtet werden.
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13 zeigt eine schematische Perspektivansicht des zentralen Flanschabschnittes 4 der Ausführungsform aus 12. Auch der zentrale Flanschabschnitt 4 aus 13 besitzt für jeden der Auslegerarme 3 bzw. Hohlrohre 5 einen eigenen Ausgang 17, von welchen in 13 zwei Ausgänge 17 zu erkennen sind. Über die Ausgänge 17 wird der Unterdruck auf die Auslegerarme 3 weitergegeben und via die Auslegerarme 3 an die einzelnen Saugköpfe 6 übertragen.
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Der zentrale Flanschabschnitt 4 besitzt Öffnungen 33, über welche Druckluft aus dem zentralen Flanschabschnitt 4 austritt. Jeder Öffnung 33 ist ein Gewinde 27 zugeordnet. Über die Gewinde 27 kann ein jeweiliger Schalldämpfer auf den zentralen Flanschabschnitt 4 aufgeschraubt werden, um einen Geräuschpegel der via den Anschluss 12 in den zentralen Flanschabschnitt 4 eingebrachten Druckluft zu mindern.
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Das Leitungssystem 15 (vgl. 14) setzt den Anschluss 12 sowie die Öffnungen 33 fluidisch in Verbindung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die entsprechenden Schalldämpfer, welche mittels der Gewinde 27 am zentralen Flanschabschnitt 4 befestigt werden können, in den Figuren vorliegender Patentanmeldung nicht mit dargestellt. Die Gewinde 27 und die Öffnungen 33 können zusammen mit dem zentralen Flanschabschnitt im dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden.
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14 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch den zentralen
5 Flanschabschnitt 4 aus 13. Zu erkennen ist eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 30, die als Bestandteil des Leitungssystems 15 ausgebildet ist. Durch die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 kann mittels Venturi-Effekt ein Unterdruck im Leitungssystem 15 aufgebaut werden, welcher über die Ausgänge 17 an die Saugköpfe 6 übertragen wird. Hierzu wird über den Anschluss 12 Druckluft in das Leitungssystem 15 eingebracht, welche die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 passiert und via die Öffnungen 33 aus dem zentralen Flanschabschnitt 4 austritt. Jede Öffnung 33 besitzt ein eigenes Gewinde 27, über welches ein jeweiliger Schalldämpfer auf den zentralen Flanschabschnitt 4 aufgeschraubt werden kann.
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Die Praxis hat gezeigt, dass die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 insbesondere bei hoher Taktfrequenz einem Verschleiß unterliegen kann. Die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 des Ausführungsbeispiels eines zentralen Flanschabschnittes 4 aus 14 ist demnach auswechselbar bzw. als lösbarer Bestandteil des zentralen Flanschabschnittes 4 ausgebildet. Sofern die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 einem Verschleiß unterliegt, kann diese über die jeweilige Öffnung 33 und/oder den Ausgang 17 aus dem zentralen Flanschabschnitt 4 entnommen werden. Eine weitere Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 kann nachfolgend über die Öffnung 33 bzw. über den Ausgang 17 in den zentralen Flanschabschnitt 4 eingeschoben bzw. eingesetzt werden.
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15 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen weiteren zentralen
Flanschabschnitt 4, wie er für diverse Ausführungsformen einer Handhabungsvorrichtung 1 vorgesehen sein kann. Der zentrale Flanschabschnitt 4 gemäß 15 kann im dreidimensionalen Druckverfahren hergestellt werden oder durch sintern gefertigt sein. Ebenso wie die Ausführungsform aus 14 besitzt der zentrale Flanschabschnitt 4 der Ausführungsform aus 15 einen Anschluss 12, vier Ausgänge 17, über welche ein Unterdruck an die Saugköpfe 6 weitergegeben werden kann und ein Leitungssystem 15. Weiter zwei Öffnungen 33 die mit dem Leitungssystem 15 fluidisch in Verbindung stehen und über welche Druckluft aus dem zentralen Flanschabschnitt 4 geführt werden kann. Jeder Öffnung 33 ist ein Gewinde 27 zugeordnet, um einen jeweiligen Schalldämpfer am zentralen Flanschabschnitt 4 zu fixieren.
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Die Unterdruckerzeugungseinrichtung 30 ist fest mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 verbunden und zusammen mit dem zentralen Flanschabschnitt 4 im dreidimensionalen Druckverfahren bzw. mittels sintern hergestellt. Venturi-Düsen 25 sind als Bestandteil der Unterdruckerzeugungseinrichtungen 30 zu erkennen, um aus einem durch den Anschluss 12 in das Leitungssystem 15 eingebrachten Überdruck jeweils einen Unterdruck zu erzeugen. Die Unterdruckerzeugungseinrichtungen 30 bzw. die Venturi-Düsen 25 sind als nicht lösbarer Bestandteil des zentralen Flanschabschnittes 4 ausgebildet.
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Um ein Endstück 43 einer mit ihrem anderen Endstück 42 an einer Aufhängung 7 oder Tragsäule 9 eines Manipulators befestigten Einrichtung 40 an der Handhabungseinrichtung 1 festzulegen, kann am zentralen Flanschabschnitt 4 eine in 10, 11, 13, 14, 15 dargestellte Aufnahmeausnehmung 20 vorgesehen sein, in welcher das Endstück 43 der Einrichtung 40 beispielsweise eingeklebt sein kann. Alternativ oder zusätzlich ist eine Festlegung durch eine Passung, durch Schraubverbindungsmittel, durch einen Bajonettverschluss, durch Rastmittel sowie Kombinationen hiervon denkbar.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung und dem Betrieb von Anlagen und Vorrichtungen der Automatisierungstechnik gewerblich anwendbar, wo mit einer Vielzahl beispielsweise gleichartiger Artikel umgegangen werden muss, beispielsweise in der Automatisierungstechnik für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie und/oder in der Verpackungstechnik und in der Verpackungsindustrie.
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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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- 1
- Handhabungsvorrichtung
- 3
- Auslegerarm
- 4
- Flanschabschnitt
- 5
- Hohlrohr
- 6
- Saugkopf
- 7
- Aufhängung
- 9
- Tragsäule
- 10
- Manipulatorkopf
- 11
- Einlass
- 12
- Anschluss
- 15
- Leitungssystem
- 16
- Zweig
- 17
- Ausgang
- 18
- Taststab
- 19
- Schalldämpfer
- 20
- Aufnahmeausnehmung
- 21
- Verbindung
- 25
- Venturi-Düse
- 27
- Gewinde
- 30
- Unterdruckerzeugungseinrichtung
- 33
- Öffnung
- 40
- Einrichtung
- 41
- zentrales Teil
- 42
- Endstück
- 43
- Endstück
- 44
- Partie
- 45
- Bereich
- 50
- Arretierungsmittel
- 51
- Druckstück
- 52
- federndes Ende
- 53
- Ruhemulde
- 54
- Kugel
- 55
- Sensor-Druckstück
- 60
- Rückführungsmittel
- 61
- federelastisches Element
- 62
- Spiralfeder
- 70
- Rohrabschnitt
- 80
- Sensor
- 81
- Ultraschallsensor
- 100
- gestreckte Linie
- 101
- Schwenkachse
- 102
- Schwenkachse
- 200
- Achse
- α
- spitzer Winkel
