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Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom, sowie eine Steuereinheit zur Steuerung einer Anlage zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind diverse Anlagen und Techniken bekannt, verschiedene Materialien in beispielsweise einem Schüttgutstrom voneinander zu trennen. Oftmals werden dazu verschiedene geometrische oder physikalische Eigenschaften der zu trennenden Stoffe ausgenutzt, wie beispielsweise unterschiedliche Größe, unterschiedliche Dichte, unterschiedliche Leitfähigkeit, unterschiedliche Magnetisierbarkeit oder unterschiedliche eigene magnetische Stärke.
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Dabei können diese unterschiedlichen geometrischen oder physikalischen Eigenschaften oftmals direkt zur Trennung der Materialien eingesetzt werden, beispielsweise mit Hilfe von Sieben, Gebläsen, elektrischen und/oder magnetischen Feldern.
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Erfolgt eine Trennung über optische Eigenschaften, so ist nach einer Erkennung eines auszusondernden Objektes zu seiner Entfernung aus dem Schüttgutstrom in der Regel eine gesteuerte Trennvorrichtung erforderlich, welche das Objekt mittels einer Anordnung aus einer oftmals Vielzahl von Düsen, Fallen, oder Weichen, wie beispielsweise in der
DE 10 2010 024 784 A1 beschrieben, aus dem Schüttgutstrom aussondert.
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Alternativ ist auch, analog zu einem Sortieren von Hand, ein Sortieren mittels eines oder mehrerer robotergesteuerter Greifer möglich. Eine derartige Lösung ist aus der
DE 10 2016 102 656 A1 bekannt, welche einen Sortierroboter mit einem Greifarm beschreibt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Lösung anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist eine Anordnung zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom, umfassend
- - eine Sensoreinheit, die eingerichtet ist, ein auszusonderndes Objekt in dem Materialstrom zu erfassen,
- - eine bewegliche Robotereinheit, die eine Separationsvorrichtung zum Aussondern des Objektes aus dem Materialstrom aufweist,
- - und eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, das auszusondernde Objekt unter Verwendung der Sensoreinheit zu detektieren, dessen Position im Materialstrom nachzuhalten, die Separationsvorrichtung der Robotereinheit zu positionieren und mit Hilfe der Separationsvorrichtung auszusondern,
wobei die Separationsvorrichtung einen Flipperarm aufweist, und die Steuereinheit eingerichtet ist, die Separationsvorrichtung der Robotereinheit innerhalb einer Reichweite des Flipperarmes neben dem auszusortierenden Objekt anzuordnen und durch eine Bewegung des Flipperarms aus dem Materialstrom auszusondern.
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Mit anderen Worten wird eine Sortieranlage vorgesehen, welche derart eingerichtet ist, dass eine Robotereinheit ein von einer Sensor- und Steuereinheit im Materialstrom als zu entfernen erfasstes Objekt mit einer Schnipp-Vorrichtung anfährt und das Objekt mittels einer schnipp-artigen Bewegung eines Flipperfingers, auch Flipperarm genannt, aus dem Materialstrom herausschießt.
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Dabei ist unter der Reichweite des Flipperarms eine Distanz zu verstehen, welche maximal der Länge des Flipperarms von einer Drehachse bis zu dessen Ende beträgt. Ein Flipperarm, auch als Flipperfinger oder Flipperhebel bezeichnet, ist ein drehbar gelagerter, vergleichsweise kurzer Hebel, in der Regel nicht länger als 15cm, welcher von einem Antrieb in eine hervorschnellende Bewegung versetzt werden kann.
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Unter einem Anfahren eines Objektes mit einer Schnipp-Vorrichtung ist eine Positionierung einer Separationsvorrichtung mit einem Flipperfinger bzw. einem Flipperarm in einer derartigen Distanz zum Objekt zu verstehen, dass die Drehachse des Flipperarms weniger als eine Länge des Flipperarms von dem Objekt positioniert wird.
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Eine derartige Anordnung bietet mehrere Vorteile, von denen ein erster darin besteht, dass ein Aussondern eines Objektes durch eine Schnipp-Bewegung eines Flipperarms deutlich schneller als durch eine Greif-Bewegung erfolgen kann. In der Folge ist es möglich, mit einer Schnipp-Vorrichtung im Vergleich mit einer Greifvorrichtung aus einem kontinuierlichen Materialstrom mehr Objekte entfernen zu können.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass mit derselben Schnipp-Vorrichtung bzw. deren Flipperarm diverse Objekte verschiedener Größe und/oder Beschaffenheit aus dem Materialstrom ausgesondert werden können.
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So ist es beispielsweise bei einer Sortierung von Schrottfragmenten möglich, sowohl vergleichsweise kleine und/oder leichte Objekte, z.B. kleiner als 1 cm, als auch vergleichsweise große und/oder schwere Objekte, z.B. größer als 10 cm, mit demselben Flipperarm auszusondern. Desweiteren können sowohl harte als auch weiche Objekte, oder Objekte, welche einen geringen Luftwiederstand aufweisen, beispielsweise Drähte oder Drahtknäuel, zuverlässig aus dem Materialstrom ausgesondert werden.
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Weiterhin vorteilhaft weist ein Flipperarm im Vergleich zu einer Klappe eine vergleichsweise geringe Breite auf. Die Breite des Flipperarms liegt üblicherweise in einem Bereich von 0,5 bis 4 cm und erlaubt es, Objekte aus einem Materialstrom auch dann auszusondern, wenn diese im Materialstrom dicht nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet, beziehungsweise vermengt oder umgeben mit nicht auszusondernden Objekten angeordnet sind. Vorteilhaft genügt ein schmaler Zwischenraum zwischen umgebenden Objekten im Materialstrom, um den Flipperarm zwischen diesen hindurch beziehungsweise an diesen vorbeibewegen zu können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anordnung eine Vorrichtung zum Vereinzeln oder zu Verringerung der Dichte der Objekte im Materialstrom auf. Eine derartige Vorrichtung kann erforderlich sein, um eine Dichte des Materialstroms, welcher beispielsweise ein Schüttgutstrom sein kann, soweit zu verringern, dass Zwischenräume zwischen den Objekten entstehen, die ein Anfahren auszusondernder Objekte mit der Separationsvorrichtung erlauben. Die Vorrichtung zum Vereinzeln oder zu Verringerung der Dichte kann derart eingerichtet sein, dass sich auch nach eine Verringerung der Dichte mehrere Objekte im Materialstrom nebeneinander auf einer gleichen Höhe befinden, ein auszusonderndes Objekt aber zumindest auf einer Seite zu anderen Objekten beabstandet ist. Vorteilhaft ist die Vorrichtung zum Vereinzeln oder zu Verringerung der Dichte derart eingerichtet, dass die Dichte der Objekte im Materialstrom soweit verringert wird, dass die Objekte innerhalb des Materialstroms berührungsfrei oder im Wesentlichen berührungsfrei sind. Durch eine zu starke Verringerung der Dichte, beispielsweise bei einer Vereinzelung, bei welcher sich keine zwei Objekte berührungsfrei nebeneinander auf gleicher Höhe im Materialstrom befinden, kann der Durchsatz der Anordnung unnötig verringert werden.
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Vorteilhaft kann die Anordnung zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom eingerichtet sein, Objekte aus einem Materialstrom auszusondern, welcher durch ein Förderband transportiert wird. Dabei bietet ein Förderband den Vorteil, dass der Materialstrom ausgebreitet auf einer zweidimensionalen Fläche des Bandes gut erfassbar ist und die Bewegung der Objekte durch Bandlauf und Bandgeschwindigkeit bestimmt ist.
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Die Steuereinheit und die Sensoreinheit können getrennt oder einstückig ausgeführt sein, weiterhin können strukturelle Merkmale der weiteren Ausgestaltungsformen sowohl in der Sensoreinheit, als auch in der Steuereinheit, als auch auf beide verteilt angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensor- und/oder die Steuereinheit eingerichtet, die Geometrie der auszusondernden Objekte zu erfassen. Dabei kann die erfasste Geometrie vorteilhaft die räumliche, dreidimensionale Geometrie eines Objektes betreffen. In vielen Fällen ausreichend genügt es, eine zweidimensionale Ansicht, beispielsweise eine Umrisslinie, beispielsweise auf einem Förderband, zu erfassen. Die erfasste Geometrie eines Objektes ermöglicht es, den geometrischen Schwerpunkt des Objektes zu ermitteln, dessen Kenntnis für eine gezielte Schnipp-Bewegung von Vorteil ist.
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Vorteilhaft können die Sensor- und/oder die Steuereinheit eingerichtet sein, die Oberfläche der auszusondernden Objekte zu erfassen. Die Oberfläche eines auszusondernden Objektes kann beispielsweise plan, eben, geneigt, glatt, rauh oder griffig sein. Auch die Kenntnis der Oberfläche ist für eine gezielte Schnipp-Bewegung von Vorteil.
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Ebenfalls vorteilhaft können die Sensor- und/oder die Steuereinheit eingerichtet sein, die Materialeigenschaft der auszusondernden Objekte zu erfassen. Ein erfasstes Objekt kann beispielsweise elastisch, massiv oder porös sein, es kann eine hohe oder niedrige Dichte aufweisen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensor- und/oder die Steuereinheit eingerichtet, das Material eines Objektes, beispielsweise Kupfer in Form eines Drahtes, eines Drahtgeflechtes, eines Kontaktstiftes, eines Blechstücks etc. zu erfassen beziehungsweise zu erkennen.
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Weiterhin vorteilhaft können die Sensor- und/oder die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Stoßpunkt auf dem Objekt zu bestimmen. Dabei bezeichnet der Stoßpunkt denjenigen Punkt an dem auszusondernden Objekt, an dem es zwecks Aussonderung aus dem Materialstrom von dem Flipperarm getroffen werden soll. Vorteilhaft kann dabei der Stoßpunkt derart gewählt werden, dass das auszusondernde Objekt bei einem Anschnippen über eine vorbestimmte Flugbahn oder zumindest in eine grob vorbestimmte Richtung aus dem Materialstrom aussonderbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Separationsvorrichtung derart eingerichtet, dass ein Stoßimpuls oder eine Stoßkraft, welche durch den Flipperarm auf ein Objekt ausgeübt werden kann, variabel ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Separationsvorrichtung zum Beispiel dazu eingerichtet, den Flipperarm unterschiedlich schnell zu betätigen, oder eingerichtet, eine Stoßkraft oder den Stoßimpuls auf ein auszusonderndes Objekt zu skalieren.
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Eine derartige Skalierung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sehr verschiedenartige Objekte, z.B. unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Gewichts aus dem Materialstrom auszusondern sind. Dementsprechend sind die Steuereinheit und/oder die Sensoreinheit vorteilhaft eingerichtet, eine Stoßkraft oder einen Stoßimpuls zur Entfernung des Objektes aus dem Materialstrom zu bestimmen.
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Ferner vorteilhaft sind die Steuereinheit und/oder die Sensoreinheit eingerichtet, eine Stoßrichtung, in welcher eine Stoßkraft oder ein Stoßimpuls auf das Objekt einwirkt, zu bestimmen. Dabei kann die Stoßrichtung durch einen, je nach Ausgestaltung, zwei- oder dreidimensionalen Vektor beschrieben werden, in dessen Richtung eine Kraft- oder Impulseinwirkung erfolgt.
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Mit anderen Worten sind die Steuereinheit und/oder die Sensoreinheit in einer vorteilhaften Ausführungsform eingerichtet, Robotereinheit und Separationseinrichtung derart zu steuern, dass ein auszusonderndes Objekt mittels des Flipperarms derart getroffen wird, dass das Objekt über eine vorbestimmte, insbesondere bogenförmige, Flugbahn aus dem Materialstrom ausgesondert wird.
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Wird ein Objekt einer bogenförmigen Flugbahn folgend aus beispielsweise einem Materialstrom ausgesondert, welcher mittels eines Förderbands bewegt wird, so bietet dies den Vorteil, dass das auszusondernde Objekt über benachbarte Objekte auf dem Förderband hinweg ausgesondert werden kann.
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Weiterhin sind die Steuereinheit und/oder die Sensoreinheit vorteilhaft eingerichtet, eine Kombination aus Stoßpunkt und Stoßrichtung, oder Stoßpunkt, Stoßrichtung und Stoßimpuls zu bestimmen in Abhängigkeit von einem oder mehreren der Kriterien gegeben in
- a. der Geometrie des Objektes,
- b. der Erreichbarkeit des Stoßpunktes durch den Flipperarm,
- c. der gewünschten Flugbahn, oder einem Auswahlbereich einer möglichen Flugbahn, charakterisiert durch einen Bereich eines Steigwinkels, einen Bereich eines Horizontalwinkels und einen Bereich einer Stoßweite;
- d. den Materialeigenschaften,
- e. der Oberfläche des Objektes am Stoßpunkt,
- f. den Reibungs- und/oder Haftungseigenschaften des Objektes, zum Beispiel im Bezug zu den Oberflächeneigenschaften eines transportierenden Förderbands, und
- g. der Oberfläche des Flipperarms.
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Vorteilhaft werden Stoßpunkt und Stoßrichtung derart gewählt, dass die Stoßrichtung in Richtung des Schwerpunkts des auszusondernden Objektes erfolgt, um einen Drall des Objektes und ein Abweichen von einer vorgesehenen Flugbahn zu vermeiden. Weiterhin werden Stoßpunkt und Stoßrichtung aus dem gleichen Grund vorteilhaft derart gewählt, dass das Objekt am Stoßpunkt eine möglichst plane und im Bezug zum Schwerpunkt möglichst ebene Oberfläche aufweist.
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Für die Bestimmung von möglichen Kombinationen aus Stoßpunkt und Stoßrichtung können die Sensor- und/oder Steuereinrichtung eingerichtet sein, zunächst den geometrischen Schwerpunkt eines zwei- oder dreidimensionalen Abbilds eines auszusondernden Objekts zu erfassen, und in einem weiteren Schritt potentielle Abschnitte auf einer zweidimensionalen Umrisslinie, oder Teilflächen auf einer dreidimensionalen Oberfläche, zu erfassen, welche senkrecht zu einer Geraden durch den geometrischen Schwerpunkt orientiert sind. Der Schnittpunkt aus dieser Geraden mit dem Abschnitt der zweidimensionalen Umrisslinie, bzw. bei einer dreidimensionalen Erfassung der Objekte, der Schnittpunkt der Geraden durch die Teilfläche der dreidimensionalen Oberfläche, stellt einen potentiellen Stoßpunkt in Kombination mit einer Stoßrichtung entlang der Geraden dar.
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Für das Beispiel eines Objekts, dessen zweidimensionaler Umriss einer Ellipse entspricht, werden nach diesem Verfahren bzw. einer entsprechend eingerichteten Sensor- und/oder Steuereinrichtung die vier Scheitelpunkte der Ellipse, d.h. den beiden Haupt- und den beiden Nebelscheitel, als mögliche Stoßpunkte identifiziert.
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In einer alternativen, weniger Rechenleistung erfordernden Ausgestaltung zur Bestimmung einer möglichen Kombination aus Stoßpunkt und Stoßrichtung können die Sensor- und/oder Steuereinrichtung eingerichtet sein, zum Beispiel anhand der zweidimensionalen Umrisslinie, zunächst einen längsten Seitenabschnitt eines Objektes zu erfassen. Der Mittelpunkt auf diesen Seitenabschnitt stellt einen potentiellen Stoßpunkt in Kombination mit einer Stoßrichtung dar, die senkrecht zu diesem Seitenabschnitt und in Richtung des Objektes orientiert ist.
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Für das Beispiel eines Objekts, dessen zweidimensionaler Umriss einer Ellipse entspricht, werden nach diesem Verfahren bzw. durch eine entsprechend eingerichtete Sensor- und/oder Steuereinrichtung die beiden Nebenscheitel der Ellipse als mögliche Stoßpunkte identifiziert. Beide Ausgestaltungen liefern Stoßpunkt/Stoßrichtungskombinationen für einen zentralen Stoß, welcher eine gute Vorhersage über die voraussichtliche Flugbahn erlaubt.
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Dabei werden die Möglichkeiten zur Festlegung von Stoßpunkt und Stoßrichtung durch die Erreichbarkeit im Materialstrom und die möglichen Flugbahnen, beispielsweise in einen oder mehrere Auffangbehälter neben einem Förderband, eingeschränkt.
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Wichtiger als eine möglichst exakte Vorhersage einer Flugbahn kann in der Praxis die Notwendigkeit sein, auf jeden Fall eine mögliche Stoßpunkt/ Stoßrichtungskombination zur Aussonderung eines Objekts zu ermitteln. Dies ist beispielsweise dann möglich, wenn Objekte nach lediglich einem Sortierkriterium, nach diesem aber mit hoher Priorität aus dem Materialstrom auszusondern sind. In diesem Fall kann beispielsweise ein Horizontalwinkel einer Flugbahn einen Wertebereich einnehmen, beispielsweise von 30° bis 150° bezogen auf die Richtung des Materialstroms, um ein Objekt zum Beispiel grob zur rechten Seite von einem Förderband zu entfernen. Für diesen Fall können beispielsweise Stoßpunkt/ Stoßrichtungskombinationen ermittelt werden, welche zwar keinen zentralen Stoß zur Folge haben, für die aber eine Flugbahn zumindest innerhalb eines Winkelbereichs vorhergesagt werden kann.
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In einer weiteren alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung zur Bestimmung einer möglichen Kombination aus Stoßpunkt und Stoßrichtung können die Sensor- und/oder Steuereinrichtung eingerichtet sein, eine Stoßpunkt/ Stoßrichtungskombination für einen Auswahlbereich von möglichen Flugbahnen, definiert durch einen Bereich eines Horizontalwinkels, und/oder einen Bereich eines Steigwinkels, und/oder einen Bereich einer Stoßweite, gegeben sein. Dabei müssen die resultierenden Stoßpunkt/ Stoßrichtungskombination nicht zwingend das Kriterium eines zentralen Stoßes ermöglichen.
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Weiterhin können die Materialeigenschaften Einfluss auf den Stoßpunkt besitzen und/oder die möglichen Flugbahnen beschränken, insbesondere, wenn der Stoßimpuls auf sehr elastische oder sehr weiche Objekte einwirkt. So besteht beispielsweise bei Objekten aus Gummi die Gefahr, dass sie sich zwischen Flipperarm und Förderband verkeilen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuervorrichtung eingerichtet, eine Sequenz, in welcher auszusondernde Objekte ausgesondert werden, nach einem Routing-Algorithmus zu bestimmen. Um die Fahrwege für die Robotereinheit zu minimieren, können Stoßpunkt und Stoßrichtung derart gewählt werden, dass bei einem entsprechenden Anfahren der auszusondernden Objekte möglichst kurze Fahrstrecken zurückgelegt werden müssen.
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Alternativ kann die Steuervorrichtung dazu eingerichtet sein, dass für ein Objekt mehrere Stoßpunkt/Stoßrichtungs Kombinationen ermittelt werden, von denen der Routing-Algorithmus diejenige auswählt, mit welcher die Routing-Kriterien am besten erfüllt werden.
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Vorteilhaft können die Routing-Kriterien einstellbar oder eingestellt sein. Mögliche Kriterien können beispielsweise sein, möglichst viele Objekte und/oder möglichst große oder einer anderen Klassifikationsgröße nach sortierbaren Objekten auszusondern. Dabei könnte eine Klassifikationsgröße beispielsweise eine Materialeigenschaft sein, für welche ein Ranking gegeben oder festlegbar sein kann. So kann als Materialeigenschaft zum Beispiel die Art eines auszusondernden Metalls festlegbar sein, um möglichst wertvolle Rohstoffe aus einem Materialstrom auszusondern. Alternativ kann als Materialeigenschaft zum Beispiel auch die Gesundheitsgefährlichkeit eines Objektes sein, wenn es darum geht, Fremdkörper aus einem Lebensmittel zu entfernen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Stoßrichtung in Abhängigkeit von einem Sortierkriterium festzulegen, oder verschiedenen Sortierkriterien verschiedene Winkelbereiche der Stoßrichtung zuzuordnen. So können auszusondernde Objekte beispielsweise in Abhängigkeit von einem Sortierkriterium nach links oder rechts von einem Förderband, und/oder nach vorne oder nach hinten geschnippt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Robotereinheit eingerichtet, die Sortiervorrichtung sowohl entlang als auch quer zum Materialstrom zu bewegen. Dabei weist die Sortiervorrichtung vorteilhaft eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit auf, welche die Geschwindigkeit der Objekte im Materialstrom übertrifft. Eine derartige Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass einem Objekt im Materialstrom nachgeeilt werden kann. Es ermöglicht beispielsweise mehrere, sich im Materialstrom auf gleicher Höhe befindliche Objekte nacheinander auszusondern. Ferner ermöglicht es, verdeckte Objekte freizuschnippen, wobei verdeckende, jedoch nicht aus dem Materialstrom zu entfernende Objekte entlang des Materialstroms geschnippt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind sowohl die Geschwindigkeit der Objekte im Materialstrom als auch eine Verweildauer der Separationsvorrichtung während der Schnipp-Bewegung an dem auszusondernden Objekt einstellbar. Da die erforderliche Verweildauer in Abhängigkeit von dem auszusondernden Material variieren kann, variieren auch die Materialstromgeschwindigkeiten, mit denen ein optimaler Durchsatz erzielt werden kann.
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Der Flipperarm ist ein um eine Drehachse beweglich verbundenes Element der Separationsvorrichtung, wobei die Drehachse quer zu einer rotatorischen Schnipp-Bewegung des Flipperarms um die Drehachse steht. Dabei ist die Ausrichtung der Drehachse vorteilhaft in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Materialstroms rotierbar. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt beispielsweise ein Drehen des Flipperarms um eine vertikale Achse über einem horizontal auf einem Förderband befindlichen Materialstrom, wobei die Drehung um die vertikale Achse eine beliebige Ausrichtung der Stoßrichtung des Flipperarms in Richtung des Materialstroms oder quer dazu erlaubt. Bei einem Transport des Materialstroms mittels eines Förderbands liegt die Drehachse in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Förderbands. Um ein Objekt auszusondern wird die Drehachse vorteilhaft senkrecht zu einer Geraden durch den Schwerpunkt des auszusondernden Objekts positioniert, in diesem Fall erfolgt die Schnipp-Bewegung in Richtung des Schwerpunkts.
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Vorteilhaft sind die Robotereinheit und die Steuereinheit derart ausgeführt und eingerichtet, dass zur Aussonderung eines Objektes aus dem Materialstrom ein Abstand der Drehachse in einer Richtung senkrecht zum Materialstrom einstellbar ist. Bei einem Transport des Materialstroms mittels eines horizontal verlaufenden Förderbands ist vorteilhaft die Höhe der Drehachse über dem Förderband einstellbar. Die Wahl der Höhe der Drehachse bestimmt die Höhe des Stoßpunktes am auszusondernden Objekt und indirekt damit den Höhenwinkel, unter welchem das Objekt vom Förderband geschnippt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Flipperarm, insbesondere um eine Achse parallel zur Drehachse, gebogen ausgeführt. Eine gebogene Ausführung bietet den Vorteil, dass der Flipperarm bei einer Schnipp-Bewegung leichter unter ein auszusonderndes Objekt bewegt werden kann, um dieses in einem gegenüber der Horizontalen vergleichsweise großen Steigwinkel aus dem Materialstrom entfernen zu können.
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Weiterhin vorteilhaft kann der Flipperarm in seinem Endbereich flach zulaufend ausgeführt sein, um beispielsweise flache, plan auf dem Förderband aufliegenden Objekten zumindest teilweise von unten stoßen zu können. In seinem Endbereich kann der Flipperarm beispielsweise eine Höhe von weniger als 1 mm aufweisen.
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Ergänzend kann ein Endbereich des Flipperarms, in welchem er überwiegend ein auszusonderndes Objekt trifft, eine spezielle Ausgestaltung, insbesondere der Oberfläche, aufweisen. Die Ausgestaltung kann in Form von Rillen und/oder haftungsverändernden Schichten und/oder abschnittsweise veränderten Neigungen bestehen. Derartige spezielle Ausgestaltungen können auf eine bestimmte Art von auszusondernden Objekten abgestimmt sein und sind geeignet, die Übertragung des Stoßimpulses auf das Objekt zu verbessern sowie zum Beispiel den Höhenwinkel der Flugbahn zu beeinflussen.
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Vorteilhaft kann eine Anordnung zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom eine Separationsvorrichtung mit mehreren, alternativ zu betätigenden Flipperarmen mit unterschiedlich ausgestalteten Flipperarmen aufweisen, oder mehrere Robotereinheiten mit Separationsvorrichtungen mit unterschiedlichen Flipperarmen aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Robotereinheit als Mehrarmroboter oder als Picking-Roboter ausgeführt, welche in einer Grundfunktionalität für Greifwerkzeuge und die erforderliche Geschwindigkeit aufweisend am Markt verfügbar sind. Weiterhin vorteilhaft kann die Robotereinheit deckenmontierbar ausgeführt sein. Dies bietet den Vorteil, dass ein Bereich neben einem Förderband frei von Hindernissen ist, welche die Flugbahn der geschnippten Objekte behindern könnten.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist ferner ein Verfahren zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom, bei welchem eine Robotereinheit ein von einer Sensor- und Steuereinheit im Materialstrom als zu entfernen erfasstes Objekt mit einer Schnipp-Vorrichtung anfährt und das Objekt mittels einer schnipp-artigen Bewegung eines Flipperfingers, auch Flipperarm genannt, aus dem Materialstrom herausschnippt.
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In vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens werden Verfahrensschritte durchgeführt, zu deren Ausführung die vorbeschriebene Anordnung eingerichtet ist.
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Erfindungsgemäß vorgesehen ist zudem eine Steuereinheit zur Steuerung einer Anlage zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom, welche eingerichtet ist, das vorbeschriebene Verfahren mittels vorbeschriebener Mittel zu steuern.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende schematische Zeichnung anhand einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert.
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Es zeigt
- 1 eine Ausführung einer Anordnung zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom;
- 2 eine innerhalb einer Reichweite des Flipperarmes neben einem auszusortierenden Objekt angeordnete Separationsvorrichtung;
- 3 einen Bereich eines Materialstroms mit mehreren Objekten unterschiedlicher Geometrie.
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Aus 1 ist eine Anordnung zum Aussondern von Objekten aus einem Materialstrom ersichtlich.
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1 zeigt eine Anordnung 1 zum Aussondern von Objekten 2 aus einem Materialstrom 3 mit einer Sensoreinheit 4, die eingerichtet ist, ein auszusonderndes Objekt 2 in dem Materialstrom 3 zu erfassen, einer beweglichen Robotereinheit 5, die eine Separationsvorrichtung 7 zum Aussondern des Objektes 2 aus dem Materialstrom 3 aufweist, und einer Steuereinheit 6, die eingerichtet ist, das auszusondernde Objekt 2 unter Verwendung der Sensoreinheit 4 zu detektieren, dessen Position im Materialstrom 3 nachzuhalten, die Separationsvorrichtung 7 der Robotereinheit 5 zu positionieren und mit Hilfe der Separationsvorrichtung 7 auszusondern.
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Dabei weist die Separationsvorrichtung 7 einen Flipperarm 8 auf, und die Steuereinheit 6 ist eingerichtet, die Separationsvorrichtung 7 der Robotereinheit 5 innerhalb einer Reichweite des Flipperarmes 8 neben dem auszusortierenden Objekt 2 anzuordnen und durch eine Bewegung des Flipperarms 8 aus dem Materialstrom 3 auszusondern.
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Aus 1 weiterhin ersichtlich weist die dargestellte Ausführung einer Anordnung 1 eine Vorrichtung 9 zum Vereinzeln der Objekte 2 im Materialstrom 3 auf. Der Materialstrom 3, aus dem die Objekte 2 auszusondern sind, wird durch ein Förderband 10 horizontal in die Richtung 13 transportiert.
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Die Steuereinheit 6 ist eingerichtet, mit Hilfe der von der Sensorvorrichtung 4 erfassten und an sie übermittelten Daten, die Geometrie, die Oberfläche und die Materialeigenschaften der auszusondernden Objekte 2 zu erfassen.
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Weiterhin ist die Steuereinheit 6 eingerichtet, einen Stoßpunkt 21 auf dem Objekt 2 zu bestimmen, eine Stoßrichtung 22, in die das Objekt 2 geschnippt wird, zu bestimmen, sowie einen Stoßimpuls zu bestimmen, welcher maßgeblich für die Länge einer Strecke bzw. einer Flugbahn ist, um welche das Objekt 2 in die Stoßrichtung 22 bewegt wird. Die Separationsvorrichtung 7 weist einen nicht dargestellten Antrieb zur Betätigung des Flipperarms 8 auf, der eingerichtet ist, die vorbestimmte Stoßkraft oder den vorbestimmten Stoßimpuls mittels des Flipperarms 8 auf das auszusonderndes Objekt 2 zu übertragen.
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Die Steuereinheit 6 ist eingerichtet, auszusortierende Objekte 2 nach verschiedenen Sortierkriterien zu unterscheiden und in unterschiedliche Auffangbehälter 14 zu sortieren. Dazu weist sie der Stoßrichtung 22, in die ein auszusortierendes Objekt 2 bewegt wird, den Sortierkriterien entsprechend verschiedene Winkelbereiche zu. Vorliegend können die Objekte 2 einem Sortierkriterium folgend beliebig nach links oder rechts vom Förderband 10 entfernt werde. Alternativ kann eine Sortierung nach zwei Sortierkriterien nach links, nach rechts, oder auf dem Förderband 10 verbleibend erfolgen. Noch weiter differenziert kann eine Sortierung nach vier Sortierkriterien erfolgen, gemäß denen ein Objekt 2 in einen Auffangbehälter 14 nach vorne links, vorne rechts, hinten links oder hinten rechts geschnippt wird.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist die Separationsvorrichtung 7 der Robotereinheit 5 eingerichtet, sich entlang sowie quer zum Materialstrom 3 auf dem Förderband 10 zu bewegen. Dabei übertrifft die eine maximale Bewegungsgeschwindigkeit der Sortiervorrichtung 7 die Geschwindigkeit der Objekte 2 im Materialstrom 3. Eine Verweildauer, für die die Separationsvorrichtung 7 während der Schnipp-Bewegung durch ein Mitführen der Separationsvorrichtung 7 entlang der Bewegung 13 des Förderbands 10 am Objekt 2 verbleibt, ist einstellbar.
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Die Robotereinheit 5 ist als Picking-Roboter und deckenmontiert ausgeführt, so dass die möglichen Flugbahnen eines geschnippten Objektes 2 nicht durch Konstruktionselemente eingeschränkt werden.
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Aus 2 ist eine innerhalb einer Reichweite des Flipperarmes 8 neben einem auszusortierenden Objekt 2 angeordnete Separationsvorrichtung 7 ersichtlich.
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2 zeigt, dass der Flipperarm 8 ein um eine Drehachse 24 beweglich verbundenes Element der Separationsvorrichtung 7 ist und die Ausrichtung der Drehachse 24 in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Materialstroms 3, d.h. hier um die Vertikale, rotierbar ist. Dadurch wird eine Ausrichtung des Flipperarms 8 parallel zur vorbestimmten Stoßrichtung 22 möglich.
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Weiterhin ist die Steuereinheit 6 eingerichtet, mit Hilfe der erfassten Geometrie den Schwerpunkt 23 des auszusondernden Objektes 2 zu bestimmen und die Drehachse 24 senkrecht zu einer Geraden durch den Schwerpunkt 23 des auszusondernden Objekts 2 anzuordnen.
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Um das auszusondernde Objekt 2 an dem Stoßpunkt 21 zu treffen, ist die Steuereinheit 6 weiterhin eingerichtet, den Abstand der Drehachse 24 in einer Richtung senkrecht zum Materialstrom 3, d.h. hier die Höhe über dem Förderband 10, einzustellen.
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Die Steuereinrichtung 6 ist eingerichtet, mit Hilfe der erfassten Geometrie den Schwerpunkt 23 des auszusondernden Objektes 2 zu bestimmen. Zur Aussonderung kann das Objekt 2 von dem Flipperarm 8 in Stoßrichtung 22 gestoßen werden.
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Aus 3 ist eine Separationsvorrichtung 7 und ein Bereich eines Materialstroms 3 mit mehreren zweidimensional erfassten Objekten 2 ersichtlich, auf die nachfolgend differenzierend auch als Objekte 15 - 20 Bezug genommen wird. Die verschiedenen Objekte 15 - 20 weisen eine unterschiedliche Geometrie auf, ihr jeweiliger Schwerpunkt, markiert durch einen Punkt, kann innerhalb oder außerhalb der Objekte 15 - 20 liegen.
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Wie am Beispiel von Objekt 15 und Objekt 16 beispielhaft ersichtlich, kann die Größe der Objekte 15 - 20 stark voneinander abweichen. Weiterhin können, wie aus den Beispielen von Objekt 17 und Objekt 18 ersichtlich, längliche Grundformen vorliegen. Zudem kann der Schwerpunkt, wie anhand von Objekt 17 oder Objekt 20 erkennbar, auch außerhalb des Körpers liegen. Um ein Objekt 15 - 20 zuverlässig mittels einer Schnipp-Bewegung aus dem Materialstrom 3 entfernen zu können, ist eine Stoßrichtung 22 vorteilhaft in etwa auf den Schwerpunkt eines Objektes 15 - 20 ausgerichtet.
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Dabei ist es für einen einfach berechenbaren Flug eines Objekts 15 - 20 weiterhin erforderlich, dass die Objekte 15 - 20 an einem Stoßpunkt 21 eine möglichst ebene Oberfläche aufweisen und dass die Oberfläche möglichst orthogonal zu einem Strahl durch den jeweiligen Schwerpunkt der Objekte 15 - 20 verläuft. Für ein Objekt 15, dessen Geometrie einer Ellipse ähnelt, ist diese Bedingung an den vier Scheitelpunkten gegeben, welche als mögliche Stoßpunkte 21 mit einem X markiert sind.
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Während das vergleichsweise kleine Objekt 16 aufgrund seiner in Relation zum Flipperarm 8 kleinen Dimension von nahezu jedem Punkt seiner Oberfläche aus gestoßen werden kann - von denen der besseren Übersicht halber nur einer markiert ist - ist die Anzahl der bevorzugten Stoßpunkte 21 bei den Objekten 15, 17, 18, 19 und 20 begrenzt. Dennoch ist für die Mehrheit der Objekte eine Auswahl eines von mehreren bevorzugten Stoßpunkten 21 möglich.
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Desweiteren ist aus 3 ersichtlich, dass auf Grund einer engen Nachbarschaft der Objekte 15 - 20 nicht jeder der möglichen Stoßpunkte 21 durch den Flipperarm 8 erreichbar ist.
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Nicht dargestellt ist die Steuereinheit 6 eingerichtet, für ein auszusonderndes Objekt 15 - 20 eine Kombination aus Stoßpunkt 21 und Stoßrichtung 22 zu bestimmen in Abhängigkeit von den Kriterien
- • der Geometrie des Objektes,
- • der Erreichbarkeit des Stoßpunktes durch den Flipperarm,
- • der gewünschten Flugbahn oder einem Auswahlbereich einer möglichen Flugbahn, charakterisiert durch einen Bereich eines Steigwinkels, einen Bereich eines Horizontalwinkels und einen Bereich einer Stoßweite,
- • den Materialeigenschaften,
- • der Oberfläche des Objektes am Stoßpunkt
- • den Reibungs- und/oder Haftungseigenschaften des Objektes, zum Beispiel im Bezug zu den Oberflächeneigenschaften eines transportierenden Förderbands, und
- • der Oberfläche des Flipperarms.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010024784 A1 [0004]
- DE 102016102656 A1 [0005]
