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Die Erfindung betrifft eine mit zumindest einem Greifer ausgestattete Vorrichtung zur Handhabung und/oder Positionierung zumindest eines Objektes in einer vorbestimmten Soll-Position, wobei der Greifer zumindest zwei relativ zueinander bewegliche, das Objekt in einer Fixierposition zwischen sich kraftschlüssig fixierende Halteelemente aufweist, wobei das Halteelement zumindest ein gegenüber dem Objekt zustellbares, mit Kontaktflächen für das Objekt ausgestattetes Haltemittel aufweist, welches zum Transport des Objektes in einer Transport-/Förderrichtung rotationsbeweglich antreibbar ist.
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Nach dem Stand der Technik im Bereich der Handhabungstechnik für Intralogistikprozesse sind eine Vielzahl von Vorrichtungen mit Greifern und Greifsystemen für die Stückguthandhabung von Objekten bekannt, die sich durch eine Spezialisierung auf bestimmte Anwendungen und Produkte auszeichnen.
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Weiterhin zählt auch bereits eine Vorrichtung mit einem Greifer zum Beladen eines Ladungsträgers, wie etwa eine Palette mit Packeinheiten, die einen Ladestapel auf dem Ladungsträger bilden, aufgrund offenkundiger Vorbenutzung zum Stand der Technik.
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Bei der Entwicklung von Logistiksystemen geht diese hin zu immer stärkerer Automatisierung, um die Wirtschaftlichkeit der Systeme zu erhöhen. Die Einlagerung in einen Lagerraum sowie die Auslagerung aus diesem erfolgt dabei häufig mit automatisierten Vorrichtungen. Beispielsweise werden derartige Vorrichtungen zum Beladen von Transportfahrzeugen, insbesondere LKW oder auch für Schienen- oder Luftfahrzeuge verwendet.
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Eine manuelle Palettenbeladung ist zeitaufwendig, erfordert geschickte und geübte Mitarbeiter und stellt einen begrenzenden Faktor für die Wirtschaftlichkeit des Logistiksystems dar.
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Es ist auch bekannt, solche Objekte mittels Greifern zu bewegen. Dabei wird das zu handhabende Ladegut durch Greifarme vorzugsweise seitlich durch einen Kraftschluss oder über Vakuumsaugnäpfe ergriffen und dann in der vorbestimmten Position in dem Lagerraum oder Laderaum abgesetzt.
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Nachteilig dabei ist jedoch, dass Vakuumgreifer nur bei glatten und formstabilen Materialien anwendbar sind und auch eine kraftschlüssige Fixierung des Ladegutes durch Greifarme eine ausreichende Formstabilität voraussetzt oder bei empfindlichen Verpackungen Beschädigungen hervorrufen können.
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Außerdem verbleiben bei dem Einsatz von seitlich angreifenden Greifarmen notwendigerweise Abstände zwischen dem Objekt und seitlichen Begrenzungsflächen des Raumes, insbesondere des Laderaumes, oder des Ladungsträgers, um die ungehinderte Rückführung der Greifarme in die Ausgangsposition außerhalb des Laderaumes zu ermöglichen, sodass eine optimale Volumenausnutzung des verfügbaren Raumes vor allem bei leicht kompressiblen Objekten nicht möglich ist.
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Ferner ist aus der
DE 10 2012 003 653 B4 eine bei der Holzernte einsetzbare, auch als Harvester bezeichnete Vorrichtung mit einem Greifer für ein Objekt bekannt, mit dem es möglich ist, einen Baum zu fällen, zu entasten und den Stamm in Stücke einer gewünschten Länge zu zerteilen. Hierzu verfügt der Harvester über eine Vorschubeinrichtung, die beispielsweise aus zwei gegenüberliegenden Rollen als Haltemittel besteht, die in Kontakt mit dem Stamm eines Baumes gebracht werden. Nachdem dieser abgesägt wurde, kann der Baumstamm durch Rotation dieser beiden Vorschubrollen gefördert, also translatorisch bewegt werden.
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Als nachteilig erweist sich zudem beim Einsatz solcher Vorrichtungen, dass einerseits eine zuverlässige Bewegung des Objektes in der vorbestimmten Transport-/Förderrichtung eine zuverlässige Fixierung durch entsprechende Haltekraft der Haltemittel erfordert, andererseits jedoch eine große Krafteinwirkung auf die Oberfläche des Objektes zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenheit des Objektes führt. So hinterlassen beispielsweise beim Harvester die Transport- und Klemmrollen deutliche Spuren auf der Oberfläche, sodass dieses Prinzip für hochwertige Objekte offensichtlich nicht anwendbar ist.
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Die Krafteinwirkung der rotierenden Haltemittel auf das Objekt hängt dabei wesentlich von dem Durchmesser der Haltemittel ab, sodass ein kleiner Durchmesser aufgrund der damit einhergehenden erhöhten Flächenpressung zu einem erhöhten Druck und entsprechenden Auswirkungen auf die Objektoberfläche führt. Demgegenüber haben Haltemittel mit großem Durchmesser den Nachteil der erhöhten Masse sowie vor allem auch der damit verbundenen großen Abmessungen der Vorrichtung, sodass diese unter beengten Einsatzbedingungen gegebenenfalls nicht einsetzbar ist oder aufgrund der zur Handhabung von Lagerobjekten durch den Greifer erforderlichen Freiräume zu einer ungünstigen Raumausnutzung führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, eine Vorrichtung mit einem Greifer zu schaffen, die eine weitgehende Automatisierung und vor allem eine optimale Ausnutzung des verfügbaren Raumes sowie eine zuverlässige Positionierung des Objektes ermöglicht. Dabei sollen zugleich die Abmessungen der Vorrichtungen reduziert werden, um deren Einsatzmöglichkeiten zu erweitern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Drehachsen der Haltemittel parallel zu der Förderrichtung angeordnet sind und dass die Kontaktflächen am Umfang der Haltemittel zumindest abschnittsweise mit einer eine Steigung gegenüber der Drehachse des Haltemittels aufweisenden Profilierung und/oder Strukturierung ausgestattet sind. Hierdurch wird in überraschend einfacher Weise eine zuverlässige und problemlose Handhabung und Positionierung vor allem solcher Objekte ermöglicht, deren Oberflächenbeschaffenheit nachgiebig, insbesondere elastisch verformbar oder flexibel ist. Das Objekt wird durch zwei relativ nach Art von Klemmbacken bewegliche Halteelemente ergriffen, die das Objekt zwischen sich einspannen. Anschließend erfolgt in an sich bekannter Weise die Positionierung des Objektes. Indem nun die Haltemittel rotationsbeweglich angetrieben werden, bewirkt die an ihrer Umfangsfläche vorgesehene Profilierung oder Strukturierung eine Förderwirkung mit einer Hauptrichtungskomponente parallel zu der Transport- bzw. Förderrichtung. Der erfindungsgemäße Effekt beruht darauf, dass die Kontaktfläche zwischen dem Objekt und der Kontaktfläche der Haltemittel aufgrund der zu dem Objekt parallelen Orientierung der Haltemittel im Verhältnis zu den äußeren Abmessungen der Vorrichtung groß ist. Infolge der geringen Flächenpressung kann auch bei verhältnismäßig hohen Haltekräften eine Beschädigung der Oberfläche des Objektes zuverlässig vermieden werden. Hierzu können die Haltemittel ähnlich einer Schraube oder einer Schnecke mit einem eine Steigung aufweisenden Profil ausgestattet sein. Infolge des Drehantriebes der Haltemittel kommt es so zu einer Förderrichtung parallel zu der Drehachse.
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Mehrere derart ausgeführte Haltemittel können jeweils einen separaten Antrieb aufweisen oder vorzugsweise kinematisch gekoppelt sein, um so eine synchrone Rotationsbewegung bzw. Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen.
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Obwohl eine polygonale Querschnittsform der Haltemittel nicht grundsätzlich ausgeschlossen ist, hat es sich bereits als zweckdienlich erwiesen, wenn die Haltemittel eine rotationssymmetrische Querschnittsform aufweisen.
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Indem die Haltemittel zumindest abschnittsweise eine zylindrische Grundform aufweisen, bleibt die auf das Objekt wirkende Kraft in dem zylindrischen Kontaktbereich mit dem Objekt während der Förder- bzw. Transportbewegung konstant erhalten.
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Zum Ausgleich einer der endseitigen Lagerung gegenüberliegenden Auslenkung oder Verformung in der Fixierposition der Haltemittel könnten diese einen stetig zunehmenden Durchmesser aufweisen. Bei einer anderen, ebenfalls besonders praxisnahen Abwandlung der Erfindung weisen die Haltemittel zumindest abschnittsweise eine konische Grundform auf, sodass in dem der Lagerung des Haltemittels abgewandten Bereich eine Reduzierung der Halte- bzw. Klemmkraft eintritt. Hierdurch wird die Belastung der Haltemittel in diesem Bereich reduziert. Zugleich nimmt die auf das Objekt wirkende Kraft mit größerem Abstand von der Lagerung ab.
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Die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Anzahl von Haltemitteln beschränkt. Vielmehr richtet sich die Anzahl nach der Art, insbesondere der Geometrie und dem Gewicht, des Objektes sowie den jeweiligen Einsatzbedingungen. Besonders hilfreich ist es dabei auch, wenn mehrere Haltemittel an einem Umfang des Objektes gleichverteilt anlegbar sind, sodass die auf das Objekt wirkende Fixierkraft nicht zu einer unerwünschten Verlagerung des Objektes führt. Die Haltemittel können zu diesem Zweck beispielsweise austauschbar oder erweiterbar ausgeführt sein. Insbesondere kann so die jeweils zweckmäßige Anzahl der Haltemittel eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise sind zumindest zwei Haltemittel in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, sodass die Zustellrichtung parallel zu dieser Ebene erfolgt.
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Die Haltemittel könnten durch eine Schwenkbewegung ähnlich einem Scherenprinzip gegenüber dem Objekt zustellbar ausgeführt sein. Als besonders sinnvoll hat es sich bereits erwiesen, wenn die Haltemittel translatorisch in Richtung des Objektes zustellbar ausgeführt sind, sodass eine gleichmäßige, über eine große Fläche wirkende Anlage des Haltemittels gegen das Objekt sichergestellt werden kann. Obwohl sich eine parallele Zustellbewegung der Kontaktflächen mehrerer Haltemittel bereits als zweckmäßig erwiesen hat, können hiervon abweichend auch andere, an die Kontur des Objektes angepasste Zustellrichtungen vorgesehen sein. Auch eine sich selbst zentrierende, schwenkbeweglich gelagerte Anordnung der Haltemittel ist realisierbar. Insbesondere können also die Halteelemente unter Einhaltung einer parallelen Orientierung einander angenähert oder voneinander entfernt werden, um so das Objekt flächig einzuschließen. Selbstverständlich kann eine solche translatorische Zustellbewegung konstruktiv auf unterschiedliche Weise realisiert werden, sodass insbesondere neben Schlitten, Schienen oder teleskopischen Führungselementen auch Parallelogrammführungen oder Scherenführungen zur Realisierung des Greifers geeignet sind.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltungsform der Erfindung sind mehrere Haltemittel in Förderrichtung beabstandet zueinander angeordnet und gemeinsam gegenüber dem Objekt zustellbar ausgeführt. Auf diese Weise können insbesondere auch besonders große oder lange Objekte zuverlässig fixiert werden, wobei sich eine synchronisierte Zustellbewegung mehrerer in Förderrichtung beabstandete Haltemittel bereits als sinnvoll erwiesen hat.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Kontaktflächen durch Wälzkörper gebildet, die in einer Führung der Haltemittel beweglich angeordnet sind. Indem also beispielsweise kugelförmige Wälzkörper an der Umfangsfläche des Haltemittels in entsprechenden, beispielsweise nutenförmigen Führungen vorzugsweise entlang einer schneckenförmigen Bahn beweglich sind, führen die bei der Rotation der Haltemittel auftretenden Kräfte nicht zu einer Beeinträchtigung der Oberflächenbeschaffenheit des Objektes. Vielmehr wälzt das Haltemittel dadurch auf dem Objekt ab, wobei die Wälzkörper an dem Haltemittel endlos umlaufend angeordnet sind. Darüber hinaus kann die Führung auch mit einer Zuführung für Schmierstoff oder Kühlmittel ausgestattet sein.
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Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe noch dadurch gelöst, dass mehrere in Förderrichtung beabstandete Haltemittel durch ein endlos umlaufendes Transport- oder Förderband verbunden sind, welches die jeweilige Kontaktfläche bildet. Durch die auf diese Weise wesentlich vergrößerte Kontaktfläche mit dem Objekt wird eine Reduzierung der Flächenpressung bei zugleich reduzierten äußeren Abmessungen der Vorrichtung erreicht. Hierzu ist das Transport- oder Förderband an zwei Umlenkrollen geführt, von denen zumindest eine angetrieben ist. Die Umlenkrollen weisen vorzugsweise einen übereinstimmenden Durchmesser auf, können jedoch auch unterschiedlich bemessen sein, wodurch sich ein verjüngter Bereich ergibt. Zusätzlich können weitere Stützrollen zwischen den Umlenkrollen vorgesehen sein.
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Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die beweglichen Haltemittel verschiedener Halteelemente einander gegenüberliegend angeordnet sind, sodass die seitliche Krafteinleitung homogen und ohne eine unerwünschte seitliche Auslenkung des Objektes erfolgen kann. Insbesondere liegen die beweglichen Haltemittel der verschiedenen Halteelemente in derselben horizontalen Ebene.
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Dabei hat es sich auch bereits als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn mehrere Haltemittel desselben Halteelementes und/oder verschiedener Halteelemente synchronisiert antreibbar ausgeführt sind, sodass die Trennung des Greifers von dem Objekt zugleich vergleichsweise schnell erreicht und die bei der Rückstellbewegung der Haltemittel auf das Objekt wirkenden Reibungskräfte gleichmäßig eingeleitet werden.
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Eine weitere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung der Erfindung wird hingegen auch dann erreicht, wenn zwei Halteelemente einen ersten Greifer und zwei weitere Halteelemente einen zweiten Greifer bilden und dass die verschiedenen Greifer in Richtung unterschiedlicher Raumachsen in Richtung auf das Objekt zustellbar sind. Dadurch kann das Objekt von vier Seiten zwischen den paarweise wirkenden Halteelementen eingespannt werden und so die Handhabung des Objektes wesentlich verbessert werden. Zugleich lässt sich so der mittels der Kontaktflächen zu übertragende Anpressdruck zur sicheren Fixierung des Objektes vermindern, sodass auch Objekte mit empfindlichen Oberflächen zuverlässig ergriffen und positioniert werden können.
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Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn mehrere Greifer unabhängig voneinander betätigbar sind und dadurch die Haltefunktion an die jeweiligen Einsatzbedingungen in optimaler Weise angepasst werden kann.
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Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Ausgestaltung der Erfindung weist die Vorrichtung ein insbesondere als beweglicher Stempel ausgeführtes Widerlager auf, welches mit einer Anlagefläche während einer Rückführung der Vorrichtung gegen das Objekt anliegt. Indem das Widerlager das Objekt in der Soll-Position hält, während die beweglichen Haltemittel von dem Objekt entfernt werden, lässt sich eine unerwünschte Verlagerung des Objektes zuverlässig vermeiden. Insbesondere können auf diese Weise auch solche Objekte von dem Haltemittel getrennt werden, die zu einer Anhaftung an den Kontaktflächen des Haltemittels neigen, beispielsweise aufgrund von Adhäsion oder thermischer Anhaftung bei Gefriertemperaturen.
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Die Vorrichtung ist nicht auf bestimmte Anwendungszwecke beschränkt. Vielmehr kann diese universell und auch für unterschiedlichste gewerbliche oder industrielle Aufgaben genutzt werden. So ist die Anwendung der Erfindung sowohl bei sehr großen Objekten ebenso realisierbar wie bei Objekten im Mikrobereich. Besonders praxisgerecht ist es hingegen, wenn der Raum als ein Lagerraum, ein Laderaum eines Transportfahrzeuges oder ein beweglicher Objektträger ausgeführt ist.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung einer Draufsicht in
- 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Haltemitteln während der Bewegung in Richtung des zu greifenden Objektes;
- 2 eine Zustellbewegung der Haltemittel in Richtung des Objekts zum Erreichen einer Fixierposition;
- 3 die Fixierposition der Vorrichtung;
- 4 die Vorrichtung bei der Trennung von dem Objekt durch eine Drehbewegung der Haltemittel;
- 5 die Vorrichtung und das Objekt nach dem Trennen der Haltemittel von dem Objekt;
- 6 eine vergrößerte Darstellung der Haltemittel mit zylindrischer Grundform;
- 7 eine vergrößerte Darstellung der Haltemittel mit konischer Grundform;
- 8 eine Darstellung eines Haltemittels mit einem Bandförderelement;
- 9 eine Darstellung eines Haltemittel mit einem konisch verjüngten Bandförderelement.
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Das der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugrundeliegende Funktionsprinzip wird nachstehend anhand der 1 bis 9 näher erläutert. Zum Transport und zur Positionierung eines hier beispielhaft quaderförmigen Objektes 1 beispielsweise in einem durch seitliche Begrenzungsflächen 2 begrenzten Raum 3 ist die Vorrichtung mit einem Greifer 4 ausgestattet, der zwei relativ zueinander bewegliche, das Objekt 1 in einer Fixierposition zwischen sich einschließende Halteelemente 5 aufweist. Diese Halteelemente 5 weisen zwei parallele Haltemittel 7 auf, die mit einer Kontaktfläche 8 für das Objekt 1 ausgestattet sind. Der Greifer 4 ist in Richtung 6 gegenüber dem Objekt 1 beweglich, während zusätzlich die Halteelemente 5 in Pfeilrichtung 9 beweglich sind, um das Objekt 1 zum Transport zwischen sich einzuspannen, wie dies in 2 gezeigt ist. Dabei wird eine Haltekraft auf das Objekt 1 übertragen, welches dadurch klemmschlüssig fixiert wird und sich in der gewünschten Position innerhalb des Laderaumes 3 anordnen lässt.
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Um den Greifer 4 von dem Objekt 1 zu trennen, ohne dadurch eine erwünschte Verlagerung des Objektes 1 aus seiner Soll-Position zu verursachen, sind die Haltemittel 7 jeweils in einer als Lagerung dienenden Führung 10 mit einer zu einer Transportrichtung 12 des Objektes 1 parallelen Drehachse 11 in Pfeilrichtung 14 rotationsbeweglich antreibbar. Die jeweilige Kontaktfläche 8 ist mit einer eine Steigung gegenüber der Drehachse 11 aufweisenden Strukturierung 13 ausgestattet. Diese in den 6 bis 9 erkennbare Strukturierung 13 weist schneckenförmig in der Kontaktfläche 8 verlaufende Vorsprünge und Vertiefungen mit einer konstanten Steigung α auf. Indem die Haltemittel 7 synchron angetrieben und entsprechend in eine Drehbewegung versetzt werden, entsteht aufgrund der Strukturierung 13 eine Förderwirkung gegenüber dem Objekt 1, welches dadurch in die Transportrichtung 12 bewegt wird. Zugleich wird die Vorrichtung 7 entgegen dieser Transportrichtung 12 in Pfeilrichtung 15 bewegt, sodass die Position des Objektes 1 unverändert erhalten bleibt bis die Vorrichtung vollständig von dem Objekt 1 getrennt ist. Somit führen die bei der Fixierung und beim Positionieren des Objektes 1 auftretenden Kräfte nicht zu einer Verlagerung des Objektes 1. Zudem lässt sich der Greifer 4 unter Einhaltung der vorbestimmten Fixierkraft von dem Objekt 1 trennen ohne ihn dabei zu öffnen.
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Bei einer in 7 gezeigten Variante weist das Haltemittel 7 eine sich konisch verjüngende Formgebung auf, um so die Trennung von dem Objekt 1 sukzessive mit fortschreitendem Abstand in Pfeilrichtung 15 von dem Objekt 1 zu unterstützen.
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Eine alternative Ausgestaltungsform der Erfindung ist noch in den 8 und 9 dargestellt. Dabei weisen die Haltemittel 7 ein in Umlaufrichtung 18 endlos umlaufendes Förderband 16 auf, welches an zwei Umlenkrollen 17 geführt ist und welches die Kontaktfläche 8 mit dem Objekt 1 bildet. Die Umlenkrollen 17 sind entsprechend der gewünschten Förderrichtung antreibbar und können, wie in 9 verdeutlicht, unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Objekt
- 2
- Begrenzungsfläche
- 3
- Raum
- 4
- Greifer
- 5
- Halteelement
- 6
- Richtung
- 7
- Haltemittel
- 8
- Kontaktfläche
- 9
- Pfeilrichtung
- 10
- Führung
- 11
- Drehachse
- 12
- Transportrichtung
- 13
- Strukturierung
- 14
- Pfeilrichtung
- 15
- Pfeilrichtung
- 16
- Förderband
- 17
- Umlenkrolle
- 18
- Umlaufrichtung
- α
- Steigung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012003653 B4 [0009]
