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{Technisches Gebiet}
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Stückgutfördersystem.
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{Allgemeiner Stand der Technik}
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Zum Fördern eines Stückguts über einer Gewichtskapazität durch einen kollaborativen Roboter wird das Stückgut auf einer Schale positioniert, die auf einer Bodenfläche platziert ist, und der kollaborative Roboter übt eine seitliche Belastung auf die Schale aus, um die Schale auf der Bodenfläche zu schieben.
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Zum Schieben der Schale auf der Bodenfläche muss eine seitliche Belastung ausgeübt werden, die größer als eine zwischen der Bodenfläche und der Schale erzeugte Reibkraft ist. Die zwischen der Bodenfläche und der Schale erzeugte Reibkraft schwankt je nach einem Zustand der Bodenfläche oder einer Rückfläche der Schale und je nachdem, ob die Reibung der Kraft statischer oder dynamischer Natur ist.
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{Kurzdarstellung der Erfindung}
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{Technisches Problem}
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Ein kollaborativer Roboter weist einen daran montierten Kraftsensor zur Erfassung von Kontakt mit einer Person oder einem Objekt auf. Wenn eine Reibkraft während des Förderns schwankt, wird daher davon ausgegangen, dass die Schwankung falsch als Kontakt mit der Person oder dem Objekt erfasst wird, um ein Warnsignal abzugeben und das Fördern zu stoppen. Selbst wenn eine zwischen einer Bodenfläche und einer Schale erzeugte Reibkraft schwankt, ist es daher wünschenswert, ein durch die Warnung verursachtes Stoppen zu vermeiden, so dass ein Stückgut stabil befördert wird.
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{Lösung des Problems}
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Stückgutfördersystem, das eine Schale, die auf einer Bodenfläche angeordnet ist und auf der ein zu beförderndes Stückgut positioniert ist, einen Roboter, der mit einem Kraftsensor versehen ist, der eine äußere Kraft erfasst, eine Reibkraftreduzierungsvorrichtung, die in der Bodenfläche und/oder der Schale vorgesehen ist, um eine Reibkraft zwischen der Bodenfläche und der Schale zu verstellen, und eine Steuerung aufweist, die den Roboter so steuert, dass er eine seitliche Kraft auf die Schale ausübt und dadurch die Schale auf der Bodenfläche schiebt, und die Reibkraftreduzierungsvorrichtung auf der Grundlage einer Höhe der äußeren Kraft in eine Richtung der seitlichen Belastung, die von dem Kraftsensor erfasst wird, wenn die seitliche Belastung ausgeübt wird, steuert.
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Figurenliste
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- {1} 1 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm eines Stückgutfördersystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und zeigt einen Zustand, in dem eine Schale in einer ersten Position angeordnet ist.
- {2} 2 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm, das einen Zustand zeigt, in dem die Schale in einer zweiten Position in dem Stückgutfördersystem von 1 angeordnet ist.
- {3} 3 ist eine erklärende Ansicht einer in dem Stückgutfördersystem von 1 bereitgestellten Reibungssteuerung.
- {4} 4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb der Reibungssteuerung von 3 erläutert.
- {5} 5 ist eine schematische Draufsicht einer Modifikation des Stückgutfördersystems von 1, die einen Schwerpunkt eines Stückguts auf der Schale sowie eine von einem Roboter zu schiebende Position zeigt.
- {6} 6 ist eine Seitenansicht, die eine weitere Modifikation des Stückgutfördersystems von 1 zeigt.
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{Beschreibung der Ausführungsformen}
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Im Weiteren wird ein Stückgutfördersystem 1 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, weist das Stückgutfördersystem 1 nach der vorliegenden Ausführungsform eine Schale 2, auf der die Stückgüter W platziert sind, einen Roboter 3, eine auf einer Bodenfläche F installierte Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 und eine Steuerung 5 auf, die den Roboter 3 und die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 steuert.
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Die Schale 2 ist palettenförmig mit einer flachen Bodenfläche, einer oberen Fläche, auf der die Stückgüter W platziert werden können, und vier Seitenflächen ausgebildet.
Der Roboter 3 ist beispielsweise ein vertikaler 6-Achs-Knickarmroboter, weist ein Handgelenk 6, das an einer Spitze davon mit einer Hand 7 versehen ist, mit der ein Stückgut W gehalten werden kann, sowie einen Kraftsensor 8 auf, der eine äußere Kraft erfassen kann. Der Kraftsensor 8 kann Kontakt jedes Teils des Roboters 3 mit einer Person oder einem Objekt in Übereinstimmung mit einer durch den Kontakt verursachten Schwankung eines erfassten Werts erfassen und kann zusätzlich ein Gewicht eines mit der Hand 7 anzuhebenden Stückguts W erfassen, und eine Schubkraft beim Schieben des Stückguts W mit dem Handgelenk 6.
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Die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 weist beispielsweise in der Bodenfläche F offene Austragöffnungen 9, Rohrleitungen 10, die mit den entsprechenden Austragöffnungen 9 verbunden sind, und eine Luftdruckquelle 13 auf, die den Rohrleitungen 10 über einen gesamten Förderweg der Stückgüter W in der Schale 2 zuzuführende Druckluft (Druckfluid) erzeugt. Der Förderweg ist beispielsweise ein linearer Weg zwischen einer ersten Position, die in der Nähe einer Position liegt, an der der Roboter 3 installiert ist, wie in 1 gezeigt, und einer zweiten Position, die weg von der Position liegt, an der der Roboter 3 installiert ist, wie in 2 gezeigt.
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Die Steuerung 5 weist eine Robotersteuerung 11, die den Roboter 3 steuert, und eine Reibungssteuerung 12, die die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 steuert, auf. Die Robotersteuerung 11 weist einen Prozessor und einen Speicher auf.
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Die Robotersteuerung 11 steuert den Roboter 3 dahingehend, dass dieser einen Vorgang des Transferierens der Stückgüter W auf die Schale 2 in Übereinstimmung mit einem zuvor festgelegten Programm durchführt. Wie in 1 gezeigt, steuert die Robotersteuerung 11 ferner den Roboter 3 dahingehend, dass der Roboter eine seitliche Belastung ausübt, um eine Seitenfläche der Schale 2, in der die Stückgüter W positioniert sind, in eine horizontale Richtung zu schieben und um die Schale 2 auf der Bodenfläche F zu schieben.
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Die Robotersteuerung 11 überwacht die äußere Kraft ständig mittels des Kraftsensors 8 während des Betriebs des Roboters 3 und stoppt den Roboter 3, wenn eine zu hohe, über einer ersten Schwelle liegende äußere Kraft ausgeübt wird.
Bei der Durchführung eines Fördervorgangs des Schiebens der Schale 2 gibt die Robotersteuerung 11 ferner beispielsweise ein Signal an die Reibungssteuerung 12 an dem Programm ab, das diese dazu auffordert.
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Wie in 3 gezeigt, weist die Reibungssteuerung 12 Ventile 14, die die Rohrleitung 10 zur Zufuhr der Druckluft von der Druckluftquelle 13 wechseln, Regler 15, die einen Druck der jeder Rohrleitung 10 zuzuführenden Druckluft regelt, und eine Rechnereinheit 16 auf, die diese Komponenten steuert. Die Rechnereinheit 16 besteht aus einem Prozessor und einem Speicher.
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In jeder Rohrleitung 10 können ein Ventil 14 und ein Regler 15 vorgesehen sein, so dass Austrag oder Stoppen der Druckluft für jede der Austragöffnungen 9 gewechselt und der Druck der Druckluft verstellt werden kann, oder können für jede Gruppe einschließlich einer Vielzahl von Austragöffnungen 9 vorgesehen sein. Die Reibungssteuerung 12 erhält Positionsinformationen über die Schale 2 von der Robotersteuerung 11. Wenn sich die Schale 2 bewegt, wechselt die unter der Schale 2 angeordnete Austragöffnung 9. Somit wechselt die Austragöffnung 9, die die Druckluft austrägt, während sich die Schale 2 vorschiebt. Das heißt, dass nur die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 einem Bereich, in dem die Schale 2 angeordnet ist, betätigt wird.
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Wenn ein Signal, das den Fördervorgang ankündigt, von der Robotersteuerung 11 eingegeben wird (Schritt S1), wird, wie in 4 gezeigt, in der Recheneinheit 16 bestimmt, ob die äußere Kraft in einer Schieberichtung der Schale 2, die von dem Kraftsensor 8 des Roboters 3 erfasst wird, über einer zweiten Schwelle Th2 liegt, die kleiner als die erste Schwelle ist (Schritt S2). Falls bestimmt wird, dass die äußere Kraft in einer Schieberichtung der Schale 2 über der zweiten Schwelle Th2 liegt, steuert die Recheneinheit 16 dann das Ventil 14 zum Austragen der Druckluft aus der unter der Schale 2 angeordneten Austragöffnung 9 (Schritt S3).
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Falls die äußere Kraft über der zweiten Schwelle Th2 bleibt, selbst wenn die Druckluft ausgetragen wird (Schritt S4), steuert die Recheneinheit 16 ferner den Regler 15 zur Erhöhung des Drucks der aus der Austragöffnung 9 auszutragenden Druckluft (Schritt S5). Falls das Ventil 14 und der Regler 15 andererseits so gesteuert werden, dass die äußere Kraft kleiner oder gleich der zweiten Schwelle Th2 ist, bestimmt die Recheneinheit 16, ob die äußere Kraft kleiner oder gleich einer dritten Schwelle Th3 ist, die kleiner als die zweite Schwelle Th2 ist, oder nicht (Schritt S6).
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Die Recheneinheit 16 steuert den Regler 15, so dass die äußere Kraft über der dritten Schwelle Th3 liegt und kleiner oder gleich der zweiten Schwelle Th2 ist, um den Druck der aus der Austragöffnung 9 auszutragenden Druckluft zu erhöhen oder zu reduzieren (von Schritt S3 zu S7). Dann bestimmt die Recheneinheit 16, ob das Fördern endet oder nicht, falls die äußere Kraft beispielsweise kleiner oder gleich der dritten Schwelle Th3 ist, weil die Schale 2 in der zweiten Position stoppt (Schritt S8), und die Recheneinheit stoppt den Austrag der Druckluft, falls das Fördern endet (Schritt S9). Falls das Fördern nicht endet, wiederholt die Recheneinheit die Schritte ab Schritt S2.
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Ferner wiederholt die Recheneinheit 16 die Schritte ab Schritt S8, falls die äußere Kraft in der Schieberichtung der Schale 2 gleich oder kleiner der zweiten Schwelle Th2 ist.
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Im Weiteren folgt eine Beschreibung der Vorgänge des Stückgutfördersystems 1 nach der vorliegenden Ausführungsform, einschließlich einer derartigen Konfiguration.
Zum Fördern des Stückguts W mittels des Stückgutfördersystems 1 nach der vorliegenden Ausführungsform wird das Stückgut W auf der Schale 2 positioniert, die auf der Bodenfläche F in der ersten Position angeordnet ist. Das Positionieren des Stückguts W kann mittels des Roboters 3 oder mittels einer anderen Transfervorrichtung erfolgen.
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Wenn die Robotersteuerung 11 den Roboter 3 zur programmgemäßen Durchführung des Fördervorgangs steuert, wie beispielsweise in 1 gezeigt, kommt das Handgelenk 6 des Roboters 3 in Kontakt mit einer der Seitenflächen der Schale 2, um die kontaktierte Seitenfläche zu schieben. Zu diesem Zeitpunkt wird die äußere Kraft, die das Handgelenk 6 des Roboters 3 auf die Schale 2 ausübt, durch den Kraftsensor 8 des Roboters 3 erfasst.
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Ein Wert der erfassten äußeren Kraft in einer Förderrichtung wird an die Recheneinheit 16 der Reibungssteuerung 12 geschickt, um zu bestimmen, ob der Wert der äußeren Kraft größer als die zweite Schwelle Th2 ist oder nicht. Falls die äußere Kraft nicht über der zweiten Schwelle Th2 liegt, wird der Fördervorgang durch den Roboter 3 fortgesetzt.
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Falls andererseits der Wert der äußeren Kraft in der Förderrichtung über der zweiten Schwelle Th2 liegt, steuert die Recheneinheit 16 das Ventil 14 zum Austragen der Druckluft aus der unter der Schale 2 angeordneten Austragöffnung 9 in einen Raum zwischen der Schale 2 und der Bodenfläche F.
Die Druckluft wird aus der Austragöffnung 9 ausgetragen, um eine Kraft zum Anheben der Schale 2 zu erzeugen. Folglich wird eine Reibkraft zwischen der Schale 2 und der Bodenfläche F reduziert.
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Falls die Reibkraft selbst nach dem Austrag der Druckluft nicht hinreichend reduziert ist, wird die äußere Kraft über der zweiten Schwelle Th2 gehalten. Daher steuert die Recheneinheit 16 den Regler 15 zur Erhöhung des Drucks der aus der Austragöffnung 9 auszutragenden Druckluft. Falls die Reibkraft hinreichend reduziert ist, wird die äußere Kraft dann kleiner oder gleich der zweiten Schwelle Th2, und die Schale 2 beginnt, über die Bodenfläche F zu gleiten.
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Während die Schale 2 stillsteht, wird statische Reibung erzeugt. Wenn der Druck der Druckluft nicht erhöht und die Reibkraft nicht hinreichend reduziert wird, kann die Schale 2 daher nicht bewegt werden. Andererseits wird dynamische Reibung erzeugt, wenn die Schale beginnt, sich zu bewegen. Wenn der Druck der Druckluft hoch bleibt, nimmt daher die durch den Roboter 3 ausgeübte äußere Kraft schnell ab. Die Recheneinheit 16 bestimmt folglich, ob die äußere Kraft kleiner oder gleich der dritten Schwelle Th3 ist oder nicht, die kleiner als die zweite Schwelle Th2 ist. Falls die äußere Kraft kleiner oder gleich der dritten Schwelle Th3 ist, steuert die Recheneinheit den Regler 15 zur Reduzierung des Drucks der Druckluft.
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Somit ist es von Vorteil, dass die Schale 2 mit der Schiebekraft in einem Bereich zwischen der dritten Schwelle Th3 und der zweiten Schwelle Th2 geschoben wird, und das Stückgut W kann stabil gefördert werden.
Ferner schaltet die Reibungssteuerung 12 in der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage der von der Robotersteuerung 11 erhaltenen Positionsinformationen der Schale 2 das Ventil 14 zum Wechseln der Austragöffnung 9, aus der die Druckluft ausgetragen wird.
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Dadurch kann die Reibkraft zwischen der geförderten Schale 2 und der Bodenfläche F in einem reduzierten Zustand gehalten werden, und die Druckluft wird nur aus der erforderlichen Austragöffnung 9 ausgetragen, so dass Energie gespart werden kann.
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Ferner schwankt ein Zustand der Bodenfläche F. Selbst wenn die Schiebekraft schwankt, wird daher der Regler 15 gesteuert, um den Druck der aus der Austragöffnung 9 ausgetragenen Druckluft zu verstellen, und die Reibkraft zwischen der Schale 2 und der Bodenfläche F kann in einem vorbestimmten Bereich gehalten werden.
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Wenn andererseits die Schiebekraft in der Mitte des Förderns schnell über die erste Schwelle ansteigt, wird angenommen, dass der Roboter 3 mit einem nahegelegenen Objekt in Kontakt gekommen ist, und die Robotersteuerung 11 stoppt den Roboter 3.
Während die Schiebekraft bei einem Wert gehalten wird, der größer als die dritte Schwelle Th3 und kleiner oder gleich der zweiten Schwelle Th2 ist, wird die Reibkraft zwischen der Schale 2 und der Bodenfläche F beibehalten, und somit kann die Schale 2 durch Stoppen des Roboters 3 gestoppt werden.
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Es ist anzumerken, dass die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 in der vorliegenden Ausführungsform in der Bodenfläche F vorgesehen ist. Als Alternative kann die Reibkraftreduzierungsvorrichtung an einer Seite der Schale 2 vorgesehen sein. Falls die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 an der Seite der Schale 2 vorgesehen ist, besteht der Nachteil, dass die Rohrleitung 10, durch die die Druckluft zugeführt wird, eine bewegliche Rohrleitung ist. Die Austragöffnung 9, durch die die Druckluft ausgetragen wird, braucht jedoch nicht gewechselt zu werden, was die Steuerung vereinfachen kann. Als Alternative können Reibkraftreduzierungsvorrichtungen 4 sowohl in der Schale 2 als auch der Bodenfläche F vorgesehen sein.
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Darüber hinaus trägt die Reibkraftreduzierungsvorrichtung 4 nach der Beschreibung in der vorliegenden Ausführungsform die Druckluft aus. Als Alternative kann ein beliebiges auszutragendes Fluid verwendet werden. Anstelle des Schiebens der Schale 2 in eine aufwärtige Richtung mit dem ausgetragenen Fluid kann die Schale 2 ferner mit magnetischer Abstoßkraft in die aufwärtige Richtung geschoben werden.
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In diesem Fall kann beispielsweise ein nach unten weisender Permanentmagnet mit einem Magnetpol (z. B. ein N-Pol) an einer Rückfläche der Schale 2 angeordnet sein, und ein Elektromagnet kann an der Bodenfläche F angeordnet sein. Der Elektromagnet wird erregt, um an der Bodenfläche F denselben Magnetpol (z. B. den N-Pol) wie in dem Permanentmagneten der Schale 2 zu erzeugen, so dass zwischen den Magneten die magnetische Abstoßkraft erzeugt werden kann. Anstatt des Permanentmagneten kann an der Seite der Schale 2 ein Elektromagnet angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann der Roboter 3 in der vorliegenden Ausführungsform mit einer Kamera versehen sein, um eine Form des zu positionierenden Stückguts W und einen leeren Raum auf der Schale 2 zu erfassen. Ferner kann die Robotersteuerung 11 das in der Hand 7 gehaltene Stückgut W in dem leeren Raum auf der Schale 2 anordnen, während sie eine Ausrichtung des Stückguts W verstellt.
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Wie in 5 gezeigt, wird es in diesem Fall bevorzugt, dass die Robotersteuerung 11 eine Schwerpunktsposition G einer Gruppe von auf der Schale 2 positionierten Stückgütern W in einer horizontalen Richtung berechnet und den Roboter 3 so steuert, dass er die Schale 2 in eine Position in einer durch die Schwerpunktsposition G gehenden vertikalen Ebene schiebt.
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Dadurch kann die Schale 2 gerade auf der Bodenfläche F gleiten.
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Die Schwerpunktsposition G wird beispielsweise wie folgt berechnet.
Zunächst wird die Schwerpunktsposition G jedes Stückguts W aus dem Gewicht des Stückguts W und der Form des Stückguts W berechnet, die durch den Kraftsensor 8 erfasst werden, wenn der Roboter 3 das Stückgut W hält und anhebt; wenn das Stückgut W auf die Schale 2 platziert wird, wird dem Gewicht eine Koordinate der Schwerpunktsposition G zugeordnet und gespeichert. Dann berechnet die Robotersteuerung 11 die Schwerpunktsposition G der Gruppe der Stückgüter W in der horizontalen Richtung aus dem gespeicherten Gewicht der jeweiligen Stückgüter W und der gespeicherten Koordinate der Schwerpunktsposition G, nachdem alle Stückgüter W auf der Schale 2 positioniert sind.
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Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben worden, dass das Stückgut von der ersten Position, die in der Nähe der Position liegt, in der der Roboter 3 installiert ist, zu der zweiten Position gefördert wird, die von der Position, an der der Roboter 3 installiert ist, entfernt liegt; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall begrenzt. Wie in 6 gezeigt, kann unter einer Basis 31 des Roboters 3 beispielsweise ein Raum vorgesehen sein, und in dem Raum kann eine Förderbahn, durch die die Schale 2 (in einer orthogonal zu einer Papierfläche verlaufenden Richtung) bewegt wird, verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stückgutfördersystem
- 2
- Schale
- 3
- Roboter
- 4
- Reibkraftreduzierungsvorrichtung
- 5
- Steuerung
- 8
- Kraftsensor
- F
- Bodenfläche
- G
- Schwerpunktsposition
- W
- Stückgut
