DE102016218320B4

DE102016218320B4 - Aufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zum Greifen eines Objektes

Info

Publication number: DE102016218320B4
Application number: DE102016218320.6A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Mütherich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2036-09-24
Also published as: DE102016218320A1

Abstract

Aufnahmevorrichtung (1) zum Greifen eines Objektes (8) mit einem wenigstens längs einer ersten Raumrichtung (6.1) auslenkbaren Träger (2), an dem ein Aufnahmemodul (4) angebracht ist, das einen vom Träger (2) abgewandten, das Aufnahmemodul (4) stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich (5) zum Anheben und Aufheben wenigstens eines Objektes (8) besitzt und relativ zum Träger (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) linearbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufnahmemodul (4) und dem Träger (2) ein erstes Koppelmodul (3) angeordnet ist, das in Form einer Linearführung mit einem ansteuerbaren Antrieb ausgebildet ist, der derart ansteuerbar ist, dass bei einem Kontakt des Aufnahmebereiches (5) des Aufnahmemoduls (4) mit wenigstens einem Objekt (8) durch Längsbewegen des Trägers (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) in Richtung des Objektes (8) das erste Koppelmodul (3) einen Abstand zwischen Träger (2) und Aufnahmemodul (4) derart verändert, so dass innerhalb wenigstens eines Verfahrweges des Trägers (2) relativ zum Objekt (8) nach Inkontakttreten des Aufnahmebereiches (5) mit dem Objekt (8) die zwischen dem Objekt (8) und dem Aufnahmebereich (5) des Aufnahmemoduls (4) wirkende Kontaktkraft konstant bleibt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zum Greifen eines Objektes, insbesondere zum Entpalletieren von stapelbaren Gebinden, mit einem wenigstens längs einer ersten Raumrichtung auslenkbaren Träger, an dem ein Aufnahmemodul angebracht ist, das einen vom Träger abgewandten, das Aufnahmemodul stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich zum Anheben wenigstens eines Objektes besitzt.
Stand der Technik
Beim automatisierten Greifen von Objekten ist es gewünscht, die zwischen dem Greifer und einem zu greifenden Objekt wirkenden Kräfte möglichst gering zu halten, um Beschädigungen sowohl am Greifer als auch an dem zu ergreifenden Objekt zu vermeiden. Gleichermaßen gilt es den betriebsbedingten Verschleiß sowohl am Objekt sowie auch am Greifersystem möglichst zu vermeiden, um die Wartungs- und Betriebskosten von Greifersystemen zu minimieren.
Greif- bzw. Aufnahmevorrichtungen verfügen über ein Aufnahmemodul, das zu Zwecken einer vorzugsweise freien räumlichen Positionierung an einem Roboterarm oder einer beliebig ausgebildeten Positionierkinematik angebracht ist. In Anbetracht der großen Vielzahl unterschiedlich ausgestalteter Aufnahmemodule beziehen sich die weiteren Ausführungen vornehmlich auf Aufnahmemodule, die nach dem Aufwälzprinzip ausgestaltet sind. Derartige Aufnahmemodule verfügen über einen Aufnahmebereich zumeist in Form einer angetriebenen Gummirolle oder eines über eine Rolle geführten Förderbandes, die bzw. das gegen eine dem Aufnahmemodul zugewandte Stirnseite eines aufzunehmenden Objektes gedrückt wird, wodurch die Gummirolle bzw. das über eine Rolle geführte Förderband eine lokale Reibschlußverbindung mit dem aufzunehmenden Objekt ausbildet und das Objekt aufgrund des Rollen- bzw. Förderbandantriebes lokal anhebt bzw. ankippt, wodurch sich ein Spalt zwischen Objekt und dessen ursprünglicher Auflagefläche ausbildet, in den das zumeist keilförmig ausgebildete Aufnahmemodul einfährt und das Objekt unterfährt, um es vollständig auf dem Aufnahmemodul aufliegend aufzunehmen.
Auf dem Aufwälzprinzip beruhende Aufnahmevorrichtungen sind u.a. in den nachstehenden Druckschriften offenbart:

Die Druckschrift DE 10 2012 009 649 B4 beschreibt eine Greifvorrichtung mit zwei parallel zueinander orientierten Aufwälzgreifermodulen, die zur Variation ihres gegenseitigen Querabstandes einzeln oder gemeinsam orthogonal zu ihrer Längserstreckung längs eines Trägers linearbeweglich angeordnet sind. Die als Aufwälzgreifer ausgebildeten Aufnahmemodule verfügen jeweils über drehbar angetriebene, stirnseitig angebrachte Gummirollen, die kraftbeaufschlagt in Reibkontakt mit einem aufzunehmenden Objekt bringbar sind.

Die Druckschrift EP 0 627 373 B1 beschreibt eine Aufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zur Aufnahme einzelner Stückgüter mit einem horizontal orientierten und längs eines aufzunehmenden Stückgutes horizontal verfahrbaren Aufnahmetisch sowie einem Anstellorgan, das bei Annäherung an das Stückgut in einem oberen Bereich in Kontakt mit diesem tritt und ein Aufrichtmoment auf das Stückgut ausübt, wodurch sich ein Spalt zwischen Stückgut und Auflagefläche ausbildet, in den der Aufnahmetisch zur weiteren Aufnahme des Stückgutes fahrbar ist.
Der Druckschrift EP 1 855 970 B1 ist eine Vorrichtung zum Depalletieren zu entnehmen, die einen Transportkäfig zur Aufnahme einer Vielzahl einzelner Stückgüter aufweist, der räumlich frei positionierbar ist und an dessen einer Stirnseite ein Aufnahmemodul mit einer stirnseitig angebrachten, motorisch angetriebenen Reibrolle, zum friktionsbedingten vertikalen Ankippen eines in einem Stapelverbund gelagerten Stückgutes. In gleicher Weise greift das Aufnahmemodul in einen sich ausbildenden Zwischenspalt nach entsprechendem Ankippen des aufzunehmenden Stückgutes und überführt dieses in den Bereich des Transportkäfiges.
Die Druckschrift GB1 559 973 A offenbart eine Vorrichtung zum Entpalletieren von stapelbaren Gebinden mit einem gegenüber einem Gebindestapel horizontal und vertikal positionierbaren Aufnahmemodul, das wenigstens ein über zwei Rollen umlaufendes Förderband vorsieht, auf das jeweils vereinzelte Gebinde oder Gebindelagen aus dem Stapel nach Art eines Aufwälzgreifers zum Zwecke eines Abtransportes aufbringbar sind. Die dem Stapelverbund stirnseitig zugewandte Rolle ist über eine Spannfeder Abförderrichtung nachgiebig gelagert, um Beschädigungen an den zu entpalletierenden Gebinden sowie auch an der Vorrichtung zu vermeiden.
Allen bekannten Aufnahmevorrichtungen zum Greifen von Objekten, die auf dem Aufwälzgreiferprinzip beruhen, ist gemein, dass zum Zwecke des initialen Anhebens bzw. Ankippens des aufzunehmenden Objektes eine Mindestandruckkraft zwischen dem stirnseitigen Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls und dem aufzunehmenden Objekt erzeugt werden muss, die in erster Linie vom Objektgewicht und von den Objektabmessungen abhängig ist. Zudem ist die Andruckkraft von der Objektsteifigkeit abhängig, je nachdem ob die Objektoberfläche nachgiebig oder starr ausgebildet ist, gilt es dem horizontalen Vorschub des Aufnahmebereiches des Aufnahmemoduls entsprechend nachzuführen, um eine gewünschte minimale Kontakt- bzw. Andruckkraft zwischen Aufnahmebereich und Objektoberfläche herzustellen.
Für eine sichere Objekthandhabung gilt es daher die Andruckkraft zwischen Objekt und Aufnahmemodul objektspezifisch zu wählen, wobei die Andruckkraft größer als die Mindestandruckkraft, jedoch kleiner als eine Maximalandruckkraft zu wählen ist, bei deren Überschreitung Schäden am Objekt und/oder Aufnahmemodul auftreten können.
Weitere die minimale Andruckkraft beeinflussende Faktoren betreffen die Relativposition und Relativlage zwischen einem aufzunehmenden Objekt und dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls. So können die Relativlagen einzelner jeweils hintereinander und nebeneinander angeordneter Objekte bezüglich ihrer Positionierung um die Vertikalachse abweichen, wodurch die dem Aufnahmemodul zugewandten Objektstirnseiten nicht notwendigerweise parallel zueinander ausgerichtet sind. Insbesondere schräg zum Aufnahmebereich angestellte Objektstirnseiten können zu lokalen Kontaktsituationen zwischen Aufnahmebereich und Objekt führen, die ein hohes Schadenspotenzial darstellen.
Sämtliche vorstehenden Umstände, nämlich Objektsteifigkeit, Objektabstand zum Aufnahmemodul, Lage und Orientierung des Objektes relativ zum Aufnahmemodul, tragen allesamt dazu bei, dass die zwischen dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls und dem Objekt wirkende Andruckkraft unkontrollierbar ist. Durch die skizzierte multiparametrische Abhängigkeit der Andruckkraft, die für eine sichere und schonende Objektaufnahme maßgeblich ist, wird die Komplexität eines angestrebten, schadfreien Aufnehmens bzw. Greifens von Objekten deutlich. Insbesondere im Lichte einer erwünschten Effizienzsteigerung bei der Handhabung und Zwischenlagerung vor allem von werthaltigen Objekten gilt es sämtliche erforderliche Handhabungsprozesse zu beschleunigen und zugleich gegenüber auftretenden Fehlern und Beschädigungen abzusichern.
Die Druckschrift EP 2 069 221 B1 offenbart eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Entnahme von Ladegut mit einem Aufnahmemodul in Art eines Aufwälzgreifers, der ein um wenigstens zwei Umlenkelemente geführtes Förderband umfasst. Das Förderband wird mit Hilfe eines elektromotorischen Antriebes in Abhängigkeit der entsprechenden Manipulationsaufgabe mit einer geeigneten Förderrichtung angetrieben. Das Aufnahmemodul ist an einem Rahmen befestigt, der als Träger dient. Zu Zwecken einer linearen Auslenkung des Aufnahmemoduls in Richtung eines aufzunehmenden Objektes ist der Träger linearbeweglich vermittels einer Antriebsvorrichtung auf einem Traggestell angeordnet, das beispielsweise in Art einer vertikal verstellbaren Hubplattform eines Förderfahrzeuges ausgebildet ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Aufnahmevorrichtung sowie ein Verfahren zum Greifen eines Objektes, insbesondere zum Entpalletieren von stapelbaren Gebinden, mit einem wenigstens längs einer ersten Raumrichtung auslenkbaren Träger, an dem ein Aufnahmemodul angebracht ist, das einen vom Träger abgewandten, das Aufnahmemodul stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich zum Anheben und Aufnehmen wenigstens eines Objektes besitzt, dadurch weiterzubilden, dass kontaktbedingte Beschädigungen zwischen Objekt und Aufnahmebereich sowohl am Objekt als auch am Aufnahmemodul ausgeschlossen werden sollen. Insbesondere gilt es zwischen Objekt und Aufnahmemodul auftretende Andruckkraft-Spitzen, die ein Beschädigungspotential besitzen auszuschließen und zugleich sicherzustellen, dass ein sicheres Greifen bzw. Aufnehmen einzelner Objekt mit Hilfe des Aufnahmemoduls möglich ist.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist im Anspruch 1 und 2 angegeben. Gegenstand des Anspruches 12 ist die Verwendung und Gegenstand des Anspruches 13 ist ein lösungsgemäßes Verfahren zum Greifen eines Objektes. Den lösungsgemäßen Gedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Lösungsgemäß zeichnet sich die Aufnahmevorrichtung zum Greifen eines Objektes gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass zwischen dem Aufnahmemodul und dem Träger ein erstes Koppelmodul angeordnet ist, das in Form einer Linearführung mit einem ansteuerbaren Antrieb ausgebildet ist und derart ansteuerbar ist, dass bei einem Kontakt des Aufnahmebereiches des Aufnahmemoduls mit wenigstens einem Objekt durch Längsbewegen des Trägers längs der ersten Raumrichtung in Richtung des Objektes das erste Koppelmodul einen Abstand zwischen Träger und Aufnahmemodul derart veränderbar ist, so dass innerhalb wenigstens eines Verfahrweges des Trägers relativ zum Objekt nach Inkontakttreten des Aufnahmebereiches mit dem Objekt eine zwischen dem Objekt und dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls wirkende Kontaktkraft konstant bzw. weitgehend konstant bleibt.
Alternativ zeichnet sich Aufnahmevorrichtung zum Greifen eines Objektes gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 2 dadurch aus, dass zwischen dem Aufnahmemodul und dem Träger ein erstes Koppelmodul angeordnet ist, das in Form einer Linearführung mit einem regelbaren Antrieb ausgebildet ist, dass wenigstens ein Kraftsensor in Wirkrichtung längs der ersten Raumrichtung zur Erfassung der Kontaktkraft angebracht ist, dass eine Regeleinrichtung mit dem Kraftsensor und dem ersten Koppelmodul derart in Kommunikation steht, so dass bei einem Kontakt des Aufnahmebereiches des Aufnahmemoduls mit wenigstens einem Objekt durch Längsbewegen des Trägers längs der ersten Raumrichtung in Richtung des Objektes das erste Koppelmodul einen Abstand zwischen Träger und Aufnahmemodul derart verändert, so dass innerhalb wenigstens eines Verfahrweges des Trägers relativ zum Objekt nach Inkontakttreten des Aufnahmebereiches mit dem Objekt die zwischen dem Objekt und dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls wirkende Kontaktkraft konstant bleibt.
Im Falle von Objekten, die auf einer horizontalen Auflageebene aufliegen, verfährt der Träger längs einer horizontalen ersten Raumrichtung zum Zwecke der Annäherung und Kontaktierung des anzuhebenden Objektes.
Um sicherzustellen, dass während eines Kontaktes zwischen dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls und dem aufzunehmenden Objekt eine bestimmt vorgegebene, zulässige maximale Andruckkraft nicht überschritten wird, dient das zwischen dem Aufnahmemodul und dem Träger angeordnete erste Koppelmodul, das längs der ersten Raumrichtung nachgiebig ist.
Der vorstehende „vorgebbare Verfahrweg“ stellt einen verfahrwegspezifischen Toleranzbereich dar, längs dem der Träger gegenüber einem aufzunehmenden Objekt verfahrbar ist, während das mit dem Objekt kontaktierende Aufnahmemodul eine gleichbleibende Andruckkraft auf das aufzunehmende Objekt ausübt, die ausreichend groß ist einen reibschlussgestützten Anhebevorgang am Objekt zu initiieren, der zum Verkippen des Objektes führt, die aber zugleich deutlich unterhalb einer das Objekt und/oder das Aufnahmemodul beschädigenden Andruckkraft liegt.
Vorzugsweise ist der verfahrwegspezifische Toleranzbereich derart dimensioniert, so dass typische Lageabweichungen der Stirnflächen von in einer Vielfachanordnung nebeneinander, in einen Stapelverbund angeordneten Objekten von einer als ideal vorgegebenen Flächenebene kleiner bemessen ist als der verfahrwegspezifische Toleranzbereich.
Auf diese Weise ist es möglich eine Entpalletierung von einer Vielzahl von Objekten vorzunehmen, die längs einer gemeinsamen Auflageebene nebeneinander angeordnet sind und deren Stirnseiten mit einer üblichen geometrischen Abweichung zu einer Soll-Ebene verteilt angeordnet sind, über die der Kontakt zwischen Aufnahmebereich und Objekt bei horizontaler Annäherung in Idealfall erfolgen sollte.
Zu Zwecken der Entpalletierung bzw. Aufnahme der Objekte ist die Aufnahmevorrichtung mit einem konstant vorgegebenen Abstand zur Soll-Ebene positioniert und verfährt den Träger zu Zwecken einer vereinzelten Objektaufnahme mit einem geeignet gewählten Verfahrweg aus. Bei Objekten, die in Verfahrrichtung des Trägers vor der Sollebene angeordnet sind, stößt der nachgiebig gelagerte Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls an die betreffende Objektstirnseite. Das Aufnahmemodul wird in Abhängigkeit der Objekteigensteifigkeit abgebremst und festgehalten, während der Träger zum Erreichen seines konstant vorgegebenen Verfahrweges weiterverfährt. Während dieses Verfahrvorganges, stellt sich zwischen dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls und der stirnseitigen Oberfläche des aufzunehmenden Objektes eine konstant vorgegebene Andruckkraft ein. Detaillierte Erläuterungen zur Kontaktierung des Aufnahmemoduls mit den zu greifenden Objekten sind der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf illustrierte Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Das über linear bewegliche, nachgiebige Eigenschaften verfügende erste Koppelmodul ist in Form einer Linearführung mit oder ohne mechanischem Getriebe ausgebildet. Das erste Koppelmodul umfasst wenigstens einen regel- bzw. ansteuerbaren Antrieb der nachfolgenden Art: Motor-Spindeleinheit, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Elektrozylinder, Linearmotor, magnetische Feder, Motor-Hebel-Einheit, mechanische Feder mit Kraftsensor. Alle vorstehend erläuterten Antriebskonzepte zur Ausgestaltung des ersten Koppelmoduls liegt die Ausgestaltungsregel zugrunde, bei Inkontakttreten des Aufnahmebereiches des Aufnahmemoduls mit einem aufzunehmenden Objektes für eine konstante Andruckkraft zwischen Aufnahmebereich und Objekt zu sorgen, während der Träger relativ zum Aufnahmemodul und dem Objekt in Richtung des Objektes verfährt. Für die konstant-Regelung bzw. Steuerung der Andruckkraft sieht das erste Koppelmodul einen Kraftmesssensor vor, der die Andruckkraft zwischen Objekt und Aufnahmebereich zur erfassen vermag.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zusätzlich zur vorstehend erläuterten nachgiebigen Lagerung des Aufnahmemoduls relativ zum Träger längs der vorstehend bezeichneten ersten Raumrichtung das Aufnahmemodul drehbeweglich um die zweite Raumrichtung gelagert, längs der das wenigstens eine Objekt mittels des Aufnahmebereiches des Aufnahmemoduls anhebbar ist. Hierzu ist zwischen dem Aufnahmemodul und dem Träger ein zweites Koppelmodul angebracht, das in Art wenigstens eines Drehgelenkes oder wenigstens eines Bandscharniers ausgebildet ist, das jeweils eine längs der zweiten Raumrichtung orientierte Drehachse besitzt.
Durch eine vorzugsweise passive Drehbeweglichkeit des Aufnahmemoduls um die zweite Raumachse können kontaktbedingte, auf das Aufnahmemodul gerichtete Drehmomente kompensiert bzw. aufgenommen werden.
Kontaktbedingte Drehmomente treten auf, sobald die Stirnseite eines aufzunehmenden Objektes schräg zur vorstehend beschriebenen Soll-Ebene orientiert ist und der Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls asymmetrisch, beispielsweise an einer Ecke oder einen Endbereich mit dem aufzunehmenden Objekt initial in Kontakt tritt. Derartige Aufnahmekonstellationen führen bei konventionellen Aufnahmemodulen unweigerlich zwischen Objekt und Aufnahmemodul zu lokalen Kontakten mit hohen Andruckkraftspitzen, die ein hohes Beschädigungspotential besitzen. Die lösungsgemäße Drehbeweglichkeit des Aufnahmemoduls vermeidet derartige Kontaktkonstellationen und stellt sicher, dass der Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls stirnseitig ganzflächig bzw. stets linienförmig in Kontakt mit der Stirnseite des aufzunehmenden Objektes tritt.
Alternativ zu einer passiven Ausgestaltung des zweiten Koppelmoduls ist es ebenso denkbar, die Drehbeweglichkeit durch entsprechende Sensor-Aktor-Kombinationen aktiv zu steuern, bzw. zu regeln.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das zweite Koppelmodul arretierbar ausgebildet, so dass die Drehbeweglichkeit des Aufnahmemoduls um die zweite Raumrichtung lediglich im Kontaktfall gegeben ist und ansonsten arretiert ist, um unkontrollierte Rotationen des Aufnahmemoduls um die zweite Raumrichtung zu vermeiden. Insbesondere zu Transport- oder Positionierzwecken ist es zweckmäßig, dass das Aufnahmemodul raumfest an den Träger gebunden ist.
Wie den weiteren Ausführungen unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen ist, sieht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Ausgestaltung der lösungsgemäßen Aufnahmevorrichtung eine seriell hintereinander geordnete Anordnung des ersten und zweiten Koppelmoduls zwischen dem Aufnahmemodul und dem Träger vor.
Die lösungsgemäße Aufnahmevorrichtung ermöglicht ein neuartiges Verfahren zum Greifen eines Objektes, insbesondere zum Entpalletieren von stapelbaren Gebinden, mit einem längs wenigstens der ersten Raumrichtung auslenkbaren Träger, an dem ein Aufnahmemodul angebracht ist, das einen vom Träger abgewandten, das Aufnahmemodul stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich zum Anheben und Aufheben wenigstens eines Objektes besitzt und relativ zum Träger längs der ersten Raumrichtung linearbeweglich gelagert ist, bei dem der Träger samt Aufnahmemodul längs der ersten Raumrichtung verfahren wird bis Kontakt zwischen dem Aufnahmebereich und dem Objekt hergestellt wird. Nach Inkontakttreten wird der Träger samt Aufnahmemodul kraft- und/oder moment-geregelt/gesteuert längs eines vorgebbaren Verfahrweges längs der ersten Raumrichtung weiter verfahren, so dass eine zwischen dem Objekt und dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls herrschende Kontaktkraft konstant bleibt.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Annäherungsvorgang zwischen Aufnahmemodul und Objekt, noch vor Inkontakttreten mit einer größeren Verfahrgeschwindigkeit des Trägers und des damit verbundenen Aufnahmemoduls durchgeführt, als im Kontakt-Fall. Sobald der Kontakt zwischen Aufnahmemodul und dem zu erfassenden Objekt detektiert wird, beispielsweise durch eine sensoriell detektierbare Nachgiebigkeit, beispielsweise in Form eines Einfederns, wird die Bewegungsdynamik entsprechend gegenüber dem Annäherungsvorgang in Bezug auf Verfahrgeschwindigkeit reduziert. Auch bietet die Detektion des Inkontakttretens die Möglichkeit, die Drehbeweglichkeit um die zweite Raumachse durch entsprechende Lösung der Arretierung vorzunehmen.
Typischerweise erfolgt der Annäherungsvorgang vor Inkontakttreten zwischen Aufnahmemodul und Objekt positionsgeregelt. Die sich nach Inkontakttreten anschließende Bewegung des Trägers erfolgt kraft- bzw. momentengeregelt bzw. - gesteuert, um auf diese Weise eine konstante Andruckkraft zwischen Aufnahmemodul und Objekt sicherzustellen.
Die lösungsgemäß ausgebildete Aufnahmevorrichtung ermöglicht die Vermeidung von zwischen dem Aufnahmemodul und einem zu ergreifenden Objekt auftretenden Andruckkräften, die Schädigungspotential besitzen. Durch die lösungsgemäße Sicherstellung einer sich zwischen Objekt und Aufnahmemodul ausbildenden, konstanten Andruckkraft, die eine schadlose und sicher Objektaufnahme durch das Aufnahmemodul gewährleistet, kann ein Anfahren des Aufnahmemoduls an das Objekt vor und während des Kontaktes viel schneller erfolgen, als mit konventionellen Greifersystemen mit progressiv ansteigender Andruckkraft. Dies trägt zu einem effizienteren und sicheren Betrieb der Aufnahmevorrichtungen bei.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1a, b Schematisierte Draufsicht eines längs einer ersten Raumrichtung nachgiebig gelagerten Aufnahmemoduls relativ zu einem Träger,
2 a, b Diagrammdarstellung zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen Andruckkraft und Verfahrweg sowie
3a - d Ausführungsformen zur Realisierung eines um die zweite Raumrichtung drehbeweglich angeordneten Aufnahmemoduls

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Die 1a, b zeigen jeweils eine schematisierte Draufsicht auf eine Aufnahmevorrichtung 1 zur Aufnahme eines nicht weiter dargestellten Objektes. Die Aufnahmevorrichtung 1 sieht einen Träger 2 vor, an dem ein erstes Koppelmodul 3 einseitig fest angebracht ist, das andererseits mit einem Aufnahmemodul 4 verbunden ist, an dessen dem Träger 2 abgewandten Ende ein stirnseitiger Aufnahmebereich 5 vorgesehen ist. Das Aufnahmemodul 4 ist in Art eines an sich bekannten Aufwälzmoduls ausgebildet und weist an dessen stirnseitigem Aufnahmebereich 5 ein motorisch angetriebenes, umlaufendes Band oder eine motorisch angetriebene Rolle auf, das bzw. die reibschlüssig mit wenigstens einem Objekt in Kontakt bringbar ist und eine das Objekt anhebende, reibschlüssige Kraft zu generieren vermag.
Das zwischen dem Träger 2 und dem Aufnahmemodul 4 angebrachte erste Koppelmodul 3 ist derart ausgebildet, so dass das Aufnahmemodul 4 relativ zum Träger 2 längs einer ersten Raumrichtung 6.1 linear beweglich auslenkbar ist. Die erste Raumrichtung 6.1 entspricht jener Bewegungsrichtung, längs der der Träger 2 samt Aufnahmemodul 4 zur Aufnahme eines Objektes verfahren wird.
Der in 1a dargestellte Fall illustriert einen Auslenkungszustand zwischen Träger 2 und Aufnahmemodul 4, in dem das Aufnahmemodul 4 den geringsten Abstand zum Träger 2 besitzt. 1b illustriert jenen Fall, in dem das Aufnahmemodul 4 mittels der des ersten Koppelmoduls 3 am weitesten vom Träger 2 entfernt ausgelenkt ist. Der aus 1b ersichtliche Hub 7 entspricht jenem Verfahrweg, längs dem der Träger 2 nach Inkontakttreten des Aufnahmemoduls 4 mit einem Objekt verfahren werden kann, längs dem das erste Koppelmodul für eine konstante Andruckkraft zwischen Aufnahmemodul 4 und Objekt sorgt.
Das zwischen dem Träger 2 und dem Aufnahmemodul 4 vorgesehene erste Koppelmodul kann vorzugsweise aus einer der nachfolgenden Antriebseinheiten ausgebildet sein: Kombination aus Motor und Spindel, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Elektrozylinder, Linearmotor, magnetische Feder, Motor mit Hebel, mechanische Feder und Kraftsensor.
Das in 2 illustrierte Diagramm illustriert den Verlauf einer zwischen dem Aufnahmemodul 4 und einem zu ergreifenden Objekt wirkenden Andruckkraft F. Die Abszisse des in 2 illustrierten Diagramms illustriert den Verfahrweg s des Trägers 2 längs der ersten Raumrichtung 6, längs der Ordinate ist die zwischen dem Aufnahmemodul 4 und dem Objekt wirkende Andruckkraft F angetragen.
Zunächst sei der in dem Diagramm mit a) bezeichnete Funktionsverlauf erläutert: Der Träger 2 wird so lange längs der ersten Raumrichtung 6 linear verfahren, bis der Aufnahmebereich 5 des Aufnahmemoduls 4 mit dem aufzunehmenden Objekt in Kontakt tritt. Sobald Kontakt hergestellt ist, steigt die Andruckkraft F mit fortschreitendem Verfahrweg steil an, bis eine vorgegebene Andruckkraft F1 erreicht ist. Sobald die Andruckkraft F1 sensorisch erfasst ist, regelt oder steuert das erste Koppelmodul 3 die zwischen dem Aufnahmemodul 4 und dem Objekt herrschende Andruckkraft F1 konstant, während der Träger 2 längs der ersten Raumrichtung 6 weiter bewegt wird. Die Andruckkraft F1 kann so lange konstant geregelt werden, solange der Träger 2 längs des maximalen Hubes 7 des ersten Koppelmoduls 1 verfahren wird. Erfolgt eine weitergehende Linearbewegung des Trägers 2 längs der ersten Raumrichtung 6 über dem Bereich des Hubes 7 hinaus, so steigt die Andruckkraft F zwischen Objekt und Aufnahmemodul 4 signifikant an und kann je nach Robustheit von Objekt und Aufnahmemodul zu entsprechenden Schädigungen führen.
Die Länge des Hubes 7 ist vorzugsweise größer bemessen als eine Tiefenungenauigkeit ΔT, mit der eine Vielzahl einzelner Objekte 8, siehe Darstellung in 2b, die nebeneinander angeordnet sind und deren vordere Stirnseiten 9 vorzugsweise längs einer gemeinsamen Soll-Ebene 10 angeordnet sind, real verteilt sind. Es sei angenommen, dass die einzelnen Objekte 8 über deren Stirnseite 9 von einer nicht weiter dargestellten Aufnahmevorrichtung vereinzelt aufgenommen werden. Die Aufnahmevorrichtung wird hierzu längs der in 2a angegebenen ersten Raumrichtung 6 verfahren.
Um sämtliche nebeneinander angeordnete Objekte 8, die auf einer gemeinsamen Auflageebene angeordnet sind, möglichst schnell und ökonomisch einzeln nacheinander mit der Aufnahmevorrichtung zu erfassen, wird die Aufnahmevorrichtung in einem definiert vorgegebenen Abstand zur Soll-Ebene 10 einmalig positioniert. Der Träger wird zur Aufnahme jedes einzelnen Objektes 8 jeweils mit einem fest vorgegebenen Verfahrweg längs der ersten Raumrichtung 6 ausgelenkt. Der Verfahrweg ist derart bemessen, so dass ein Kontakt zwischen dem Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls und dem jeweiligen Objekt 8 hergestellt wird und bei Maximalauslenkung des Trägers stets sichergestellt ist, dass die Andruckkraft F zwischen Aufnahmemodul und Objekt die vorher eingestellte Andruckkraft F1 nicht übersteigt. Hierzu gilt es den Hub 7 gleich oder größer zu wählen als die geometrische Tiefenungenauigkeit ΔT.
Die Größe der Andruckkraft F wird in Abhängigkeit der Festigkeit und Gewicht der jeweils zu greifenden Objekte gewählt. Dies spiegelt sich in dem in 2a illustrierten Diagramm durch die zwei unterschiedlichen Diagrammverläufe A, B wider, dessen Diagrammverlauf B eine höhere als konstant vorgegebene Andruckkraft F2 aufweist als im Falle des Funktionsverlaufes A.
Zusätzlich zu der in 2b illustrierten Tiefenungenauigkeit ΔT, mit der einzeln nebeneinander angeordnete Objekte 8 relativ zu einer Soll-Ebene 10 angeordnet sein können, kann es vorkommen, dass die Stirnseiten 9 einzelner Objekte 8 schräg zur Sollebene 10 orientiert sind. Bei einer frontalen Aufnahme derartig schräg gestellter Objekte, bei der der Aufnahmebereich des Aufnahmemoduls in der Regel parallel zur Soll-Ebene orientiert ist, treten asymmetrische Berührungen zwischen Aufnahmemodul und Objekt auf, wodurch es zu unerwünschten lokalen Andruckkraftspitzen kommt.
Um dies zu verhindern, ist lösungsgemäß vorgeschlagen, zumindest das Aufnahmemodul 4, siehe die Ausführungsbeispiele für eine Aufnahmevorrichtung 1 in den 3a-d, über ein entsprechend ausgebildetes zweites Koppelmodul 11, vorzugsweise in Form eines Drehgelenkes 12 um eine zweite Raumachse 6.2 drehbar zu lagern, die im gezeigten Fall senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist.
3a zeigt eine schematisierte Draufsicht auf ein als Doppelgabel ausgebildetes Aufnahmemodul 4, das an einem Träger 2 angebracht ist, der seinerseits um eine zweite Raumrichtung 6.2, die orthogonal zur ersten Raumrichtung 6.1 orientiert ist, drehgelenkig gelagert ist. Über eine mechanische Schnittstelle 14 ist die Aufnahmevorrichtung 1 mit einer nicht dargestellten Positioniereinheit, vorzugsweise in Form eines Industrieroboters, verbunden.
3b zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der das Aufnahmemodul 4 über ein Drehgelenk 12 um die zweite Raumrichtung 6.2 relativ zum Träger 2 drehgelenkig gelagert ist.
Alternativ kann das Drehgelenk 12 auch als Bandscharniergelenk 13 ausgebildet sein, das den Träger 2 samt Aufnahmemodul 4 drehbar um die zweite Raumrichtung 6.2 lagert, siehe 3c.
Schließlich zeigt das in 3d illustrierte Ausführungsbeispiel die Möglichkeit, dass mehr als ein Drehgelenk 12 zur Drehbeweglichkeit um jeweils die zweite Raumrichtung 6.2 zwischen Träger 2 und Aufnahmemodul 4 sowie Träger 2 und einer Schnittstelle 14 vorgesehen sein können.
Sämtliche in den 3a bis d illustrierten Drehgelenke bzw. Bandscharniere sind vorzugsweise mechanisch arretierbar ausgeführt.
In vorteilhafter Weise sind das in 1 illustrierte erste Koppelmodul 3 und das in den 3 a-d illustrierte, zweite Koppelmodul 11 seriell hintereinander angeordnet, um den lösungsgemäßen Einfedermechanismus und zudem den Winkelausgleich zu ermöglichen.
Bezugszeichenliste

1: Aufnahmevorrichtung
2: Träger
3: erstes Koppelmodul
4: Aufnahmemodul
5: Aufnahmebereich
6.1: erste Raumrichtung
6.2: zweite Raumrichtung
7: Hub
8: Objekt
9: Stirnseite
10: Soll-Ebene
11: zweites Koppelmodul
12: Drehgelenk
13: Bandscharnier
14: Mechanische Schnittstelle
F, F1, F2: Andruckkraft
ΔT: Tiefenunschärfe
S: Stellweg

Claims

Aufnahmevorrichtung (1) zum Greifen eines Objektes (8) mit einem wenigstens längs einer ersten Raumrichtung (6.1) auslenkbaren Träger (2), an dem ein Aufnahmemodul (4) angebracht ist, das einen vom Träger (2) abgewandten, das Aufnahmemodul (4) stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich (5) zum Anheben und Aufheben wenigstens eines Objektes (8) besitzt und relativ zum Träger (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) linearbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufnahmemodul (4) und dem Träger (2) ein erstes Koppelmodul (3) angeordnet ist, das in Form einer Linearführung mit einem ansteuerbaren Antrieb ausgebildet ist, der derart ansteuerbar ist, dass bei einem Kontakt des Aufnahmebereiches (5) des Aufnahmemoduls (4) mit wenigstens einem Objekt (8) durch Längsbewegen des Trägers (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) in Richtung des Objektes (8) das erste Koppelmodul (3) einen Abstand zwischen Träger (2) und Aufnahmemodul (4) derart verändert, so dass innerhalb wenigstens eines Verfahrweges des Trägers (2) relativ zum Objekt (8) nach Inkontakttreten des Aufnahmebereiches (5) mit dem Objekt (8) die zwischen dem Objekt (8) und dem Aufnahmebereich (5) des Aufnahmemoduls (4) wirkende Kontaktkraft konstant bleibt.
Aufnahmevorrichtung (1) zum Greifen eines Objektes (8) mit einem wenigstens längs einer ersten Raumrichtung (6.1) auslenkbaren Träger (2), an dem ein Aufnahmemodul (4) angebracht ist, das einen vom Träger (2) abgewandten, das Aufnahmemodul (4) stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich (5) zum Anheben und Aufheben wenigstens eines Objektes (8) besitzt und relativ zum Träger (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) linearbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufnahmemodul (4) und dem Träger (2) ein erstes Koppelmodul (3) angeordnet ist, das in Form einer Linearführung mit einem regelbaren Antrieb ausgebildet ist, dass wenigstens ein Kraftsensor in Wirkrichtung längs der ersten Raumrichtung (6.1) zur Erfassung der Kontaktkraft angebracht ist, dass eine Regeleinrichtung mit dem Kraftsensor und dem ersten Koppelmodul (3) derart in Kommunikation steht, so dass bei einem Kontakt des Aufnahmebereiches (5) des Aufnahmemoduls (4) mit wenigstens einem Objekt (8) durch Längsbewegen des Trägers (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) in Richtung des Objektes (8) das erste Koppelmodul (3) einen Abstand zwischen Träger (2) und Aufnahmemodul (4) derart verändert, so dass innerhalb wenigstens eines Verfahrweges des Trägers (2) relativ zum Objekt (8) nach Inkontakttreten des Aufnahmebereiches (5) mit dem Objekt (8) die zwischen dem Objekt (8) und dem Aufnahmebereich (5) des Aufnahmemoduls (4) wirkende Kontaktkraft konstant bleibt.
Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemodul (4) um eine zur ersten Raumrichtung (6.1) orthogonalen zweiten Raumrichtung (6.2) drehbeweglich gelagert ist.
Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Raumrichtung (6.2) jene ist, längs der das wenigstens eine Objekt (8) vermittels des Aufnahmebereiches (5) des Aufnahmemoduls (4) anhebbar ist.
Aufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelmodul (3) ein mechanisches Getriebe aufweist.
Aufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Koppelmodul (3) wenigstens einen der nachfolgenden Antriebe umfasst: Motor-Spindel-Einheit, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder, Elektrozylinder, Linearmotor, Magnetische Feder, Motor-Hebel-Einheit, Mechanische Feder mit Kraftsensor.
Aufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufnahmemodul (4) und dem Träger (2) ein zweites Koppelmodul (11) angeordnet ist, das in Art wenigstens eines Drehgelenkes (12) oder wenigstens eines Bandscharniers (13) ausgebildet ist, jeweils mit einer längs der zweiten Raumrichtung (6.2) orientierten Drehachse.
Aufnahmevorrichtung Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Koppelmodul (11) aktiv steuer- oder regelbar oder passiv ausgebildet ist.
Aufnahmevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Koppelmodul (11) arretierbar ausgebildet ist.
Aufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Koppelmodul (3, 11) seriell hintereinander zwischen Aufnahmemodul (4) und Träger (2) angeordnet sind.
Aufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemodul (4) ein Aufwälzmodul umfasst, an dessen Aufnahmebereich (5) ein umlaufendes Band oder eine motorisch angetriebene Rolle angebracht ist, das bzw. die reibschlüssig mit dem wenigstens einen Objekt (8) in Kontakt bringbar ist und eine das Objekt (8) anhebende Kraft generiert.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Entpalletieren von stapelbaren Gebinden.
Verfahren zum Greifen eines Objektes (8) mit einem längs wenigstens einer ersten Raumrichtung (6.1) auslenkbaren Träger (2), an dem ein Aufnahmemodul (4) angebracht ist, das einen vom Träger (2) abgewandten, das Aufnahmemodul (4) stirnseitig begrenzenden Aufnahmebereich (5) zum Anheben und Aufheben wenigstens eines Objektes (8) besitzt und relativ zum Träger (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) linearbeweglich gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) samt Aufnahmemodul (4) längs der ersten Raumrichtung (6.1) verfahren wird bis Kontakt zwischen dem Aufnahmebereich (5) und dem Objekt (8) hergestellt wird, und dass der Träger (2) samt Aufnahmemodul (4) derart Kraft- und/oder Momentengeregelt oder -gesteuert längs eines vorgebbaren Verfahrweges längs der ersten Raumrichtung (6.1) verfahren wird, sodass eine zwischen dem Objekt (8) und dem Aufnahmebereich (5) des Aufnahmemoduls (4) herrschende Kontaktkraft konstant bleibt, während sich ein Abstand zwischen Träger (8) und Aufnahmemodul (4) längs der ersten Raumrichtung (6.1) verändert.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) längs der ersten Raumrichtung (6.1) vor Inkontakttreten mit dem Objekt (8) mit einer höheren Verfahrgeschwindigkeit verfahren wird als nach Inkontakttretens mit dem Objekt (8) .
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktkraft sensorisch erfasst wird, die der Kraft- und/oder Momenten-Regelung zugrundegelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemodul (4) bei Inkontakttreten mit dem Objekt (8), im Falle eines längs auf den Aufnahmebereich (5) einwirkenden Drehmomentes um eine zweite Raumrichtung (6.2), längs der das wenigstens eine Objekt (8) vermittels des Aufnahmebereiches (5) des Aufnahmemoduls (4) anhebbar ist, um die zweite Drehachse ausgelenkt wird.