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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Übergabestation für einen vollautomatisierten Packroboter in einer Lager- und Kommissionieranlage. Der Packroboter weist eine Manipulationseinheit auf, um Stückgüter als Packstücke, die über eine konventionelle Fördertechnik zur Übergabestation zugeführt werden, vollautomatisch aufzunehmen und auf einem Zielladungsträger, wie z.B. auf einer Palette, zu einem kompakten und stabilen Stapel aus einer Vielzahl von, insbesondere unterschiedlich dimensionierten, Packstücken übereinander zu schichten. Die Übergabestation stellt also eine Schnittstelle zwischen der konventionellen Fördertechnik und dem Packroboter dar.
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Das Dokument
WO 2013/026867 A1 offenbart eine konventionelle Übergabestation, die im Wesentlichen durch einen sogenannten „Bürstenbandförderer“ gebildet wird. Der Bürstenbandförderer ist ein angetriebener Förderer und weist ein endlos umlaufendes Zugmittel (Band aus Kettengliedern) auf, auf dessen Oberseite in einem vorgegebenen gleichmäßigen Muster Borsten bzw. Fasern in Form von Gruppen bzw. Bündeln - ähnlich einem Bürstenbesatz - angeordnet sind. Die Packstücke werden vor einer Übergabe an den Bürstenbandförderer, seitlich links oder rechts z.B. mit einem Pusher ausgerichtet, von einer zuführenden Fördertechnik (z.B. Bandförderer ohne Borsten, aber mit Messerkante) an den Bürstenbandförderer abgegeben. Der (horizontale und vertikale) Abstand zwischen dem zuführenden Förderer und dem Bürstenbandförderer muss so gering wie möglich gehalten werden, um Positionierungenauigkeiten so klein wie möglich zu halten. Anschließend wird das Packstück, das auf einer Vielzahl der Borsten sitzt, durch eine Bewegung des Zugmittels des Bürstenbandförderers an eine gewünschte (Aufnahme-) Position bewegt, um von einer Manipulationseinheit, die ein untergreifender, kammartiger Heber ist, des Packroboters vom Bürstenbandförderer vertikal nach oben abgehoben zu werden.
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Der Packroboter kann sich dem Packstück, das zu diesem Zeitpunkt auf dem Bürstenbandförderer ruht, im Wesentlichen aus drei Vorzugsrichtungen (-90°-, 0°- oder 90°-Position) seitlich horizontal nähern, um das Packstück vertikal nach oben aus- bzw. abzuheben, sobald die Manipulationseinheit ausreichend weit horizontal unter das Packstück bewegt wurde. Die 7 zeigt eine Draufsicht auf eine entsprechende Anordnung, die die zuführende Fördertechnik, die Übergabestation (d.h. den Bürstenbandförderer), einen Positionssensor (z.B. Kamera), den Packroboter und einen Zielladungsträger (Palette) umfasst.
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8 zeigt eine Detailansicht des vorbekannten, angetriebenen Bürstenbands, das aus kettenartig miteinander verbundenen Gliedern gebildet wird, um das Band um (nicht dargestellte) Umlenkrollen lenken zu können. Entsprechende Bürstenbänder können von der Firma August Mink GmbH & Co KG unter der Produktbezeichnung „MBS-System“ bezogen werden. Jedes Kettenglied erstreckt sich über die volle Breite des Bürstenbandförderers und weist z.B. eine Länge von ca. 1 Zoll auf. In der Mitte der Längsrichtung jedes Kettenglieds sind jeweils ca. 50 Kunststofffasern gruppiert in Intervallen von 20mm entlang der Breitenrichtung angeordnet. Die Fasergruppen sind also gitterförmig (20mm x 2,54cm) angeordnet.
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Die
WO 2013/026867 A1 thematisiert bereits die widerstreitenden Randbedingungen „Faserdichte“ des Bürstenbandförderers und „Positioniergenauigkeit“ des Packroboters. Je höher die Faserdichte, d.h. eine Anzahl von Fasern pro Flächeneinheit, ist, desto schwerer dürfen die Packstücke sein, die auf den Fasern abgestellt werden können, bevor die Faser aufgrund eines zu hohen Packstückgewichts kollabieren und somit ein Bewegen der Zinken der Manipulationseinheit unter das auf den Fasern stehende Packstück verhindern. Je höher die Faserdichte ist, desto größer wird aber auch ein mechanischer Widerstand, den die Fasern gegen die Zinken des Packroboters beim seitlich horizontalen Einfahren der Zinken unter das Packstück ausüben, so dass Soll- und Ist-Positionen der Zinken beim Aus- und Abheben des Packstücks von den Fasern drastisch voneinander abweichen können. Das Packstück befindet sich dann an einem anderen Ort auf den Zinken, als vorab geplant. Dies wirkt sich auch negativ auf eine Position des Packstücks beim Absetzen auf dem Zielladungsträger aus. Eine tatsächliche Position des Packstücks (nach dem Absetzen) innerhalb des Stapels weicht von einer vorab mittels eines Packalgorithmus geplanten Position ab. Dies wirkt sich negativ auf die Stabilität des Stapels aus.
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Des Weiteren müssen die Antriebe des zuführenden Förderers und des Bürstenbandförderers miteinander synchronisiert werden, um einen unerwünschten Versatz des Packstücks während eines Transfers zwischen den Förderern zu vermeiden.
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Da sich die Aufnahmeposition an einen stromabwärtigen Ende des Bürstenbandförderers befindet, damit der Packroboter möglichst viel freien Raum hat, um das Packstück in der Aufnahmeposition seitlich horizontal zu unterfahren, muss das Packstück, das von dem zuführenden Förderer übergeben wurde, noch ein ganzes Stück stromabwärts auf dem Bürstenbandförderer gefördert werden. Um die Positioniergenauigkeit in der Förderrichtung zu erhöhen, wird ein Anschlag (d.h. eine absenkbare Barriere) benutzt, der aus der Oberseite des Bürstenbandförderers vorsteht und gegen den der Bürstenbandförderer das Packstück fördert. Das Bürstenband wird kurzzeitig länger betrieben, als es eigentlich erforderlich ist, so dass das Packstück gegen den Anschlag stößt und vom Anschlag gehalten wird. Während dessen biegen sich die Fasern unterhalb des Packstücks leicht nach hinten, d.h. gegen die Förderrichtung, um die Haftreibung zwischen den Fasern und der Unterseite des Packstücks zu überwinden. Die Biegung der Fasern resultiert in einem unerwünschten vertikalen Eintauchen des Packstücks in den Fasern, so dass ein Raum in der vertikalen Richtung kleiner wird, in den die Zinken von seitlich außen hinein bewegt werden können, um das Packstück dann auszuheben.
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Außerdem besteht aufgrund des verringerten vertikalen Abstands zwischen der Unterseite des Packstücks und der Oberseite der Zinken während des Unterfahrens des Packstücks mit den Zinken die Gefahr, dass das Packstück durch die Zinken, die die gestauchten Fasern zusätzlich zur Seite biegen, um sich einen Weg in die Fasern zu bahnen, horizontal verschoben wird und somit nicht mehr exakt in der Soll-Aufnahmeposition steht, wenn das Packstück final aus- und abgehoben wird.
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Das Dokument
US 2004/0240979 A1 zeigt einen Roboter mit einem Zinkengreifer, der einen Plattenstapel von einer mit Nuten versehenen Basis greift.
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Das Dokument
US 4 392 775 A zeigt eine Ablage und Aufnahme von Werkstücken von einer Bürste mit einem Zinkengreifer.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, die vorbekannte Übergabestation zu verbessern, insbesondere eine Positioniergenauigkeit des aufzunehmenden Packstück zu verbessern und einen Positioniervorgang zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Übergabestation für einen Packroboter, der eine Manipulationseinheit umfasst, aufweisend: ein Borstenfeld, das eine Vielzahl von nach oben ausgerichteten Borsten und einen Grundkörper aufweist, wobei jede der Borsten ein unteres Ende zur Befestigung an dem Grundkörper und ein oberes Ende zur Pufferung eines Packstücks darauf aufweist; mindestens einen, vorzugsweise linearen, Förderer, der an das Borstenfeld, insbesondere direkt, seitlich angrenzend angeordnet ist oder, zumindest teilweise, innerhalb des Borstenfelds angeordnet ist, so dass das Packstück durch den mindestens einen Förderer in einer vorab festgelegten Aufnahmeposition auf einer Pufferfläche (horizontal) positionierbar ist, die durch die oberen Enden der Borsten definiert ist, um vom Packroboter (vertikal) aufgenommen zu werden; und eine Hubeinrichtung, die eingerichtet ist, den mindestens einen Förderer und das Borstenfeld relativ zueinander in eine Transportposition, in welcher eine Oberseite des mindestens einen Förderers höher als die Borsten angeordnet ist, und in eine Greifposition zu bewegen, in welcher die Oberseite des mindestens einen Förderers tiefer als die Borsten angeordnet ist und in welcher die Manipulationseinheit (horizontal) von seitlich außerhalb des Borstenfelds fördererkollisionsfrei in das Borstenfeld hinein beweglich ist, um das Packstück von unten stützend vom Borstenfeld nach oben auszuheben.
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Die (horizontale) Förderbewegung erfolgt in einem Zustand, in welchem das Packstück von den Borsten getrennt ist, auf denen das Packstück später für den Packroboter zur Aufnahme bereitgestellt wird. Der Förderer allein kann das Packstück mit einer ausreichenden Genauigkeit relativ zum Borstenfeld positionieren. Die Gefahr, dass die Borsten während eines Förderns des Packstücks gegen einen Anschlag mehr oder weniger stark entgegen der Förderrichtung des Förderers umgebogen werden, besteht nicht. Das Packstück kann nicht in das Borstenfeld einsinken, so dass sich der Raum, der für den Packroboter und insbesondere dessen Manipulationseinheit zur Verfügung steht, nicht verkleinert. Die Gefahr, dass der Packroboter beim seitlichen horizontalen Hineinbewegen in das Borstenfeld, das zuvor exakt positionierte Packstück unbeabsichtigt (horizontal) versetzt, ist eliminiert. Eine Beschädigung des Packstücks durch die einfahrende Manipulationseinheit ist ausgeschlossen.
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Es versteht sich, dass der Packroboter aus allen Richtungen seitlich unter Packstück bewegt werden kann. Auch Positionen zwischen den Stellungen -90°, 0° und 90° können den Ausgangpunkt für die seitliche Bewegung des Roboters unter die Packstücke sein.
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Es werden weniger mechanische Komponenten benötigt. Der Anschlag fällt z.B. weg.
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Die Steuerung vereinfacht sich. Eine Synchronisierung der zuführenden Fördertechnik und des mindestens einen Förderers der Übergabestation entfällt.
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Vorzugsweise erstreckt sich der mindestens eine Förderer in einer Längsrichtung des Borstenfelds über eine gesamte Länge des Borstenfelds.
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Das Packstück kann an jedem beliebigen Punkt entlang der Längsrichtung des Borstenfelds positioniert werden. Das Packstück kann sogar über das Borstenfeld hinausragen, wenn sich das Packstück in der Aufnahmeposition befindet.
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Insbesondere weist die Übergabestation mindestens einen weiteren Förderer auf, der sich in einer Breitenrichtung des Borstenfelds erstreckt.
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Wenn also sowohl Förderer, die in der Längsrichtung fördern, als auch Förderer, die in der Breitenrichtung fördern, vorgesehen sind, entfällt die Notwendigkeit, das Packstück im Bereich der zuführenden Fördertechnik vorab auszurichten (z.B. linksbündig oder rechtsbündig). Die Förderer der Übergabestation allein sind in der Lage, das Packstück in den beiden Richtungen zu bewegen, die die Pufferfläche, d.h. die Oberseite des Borstenfelds, im Sinne von Einheitsvektoren aufspannen.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn die Übergabestation ferner einen Anschlag aufweist, der ein Transport des Packstücks in einer Förderrichtung des mindestens einen Förderers an einen vorbestimmten Ort begrenzt.
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Der Anschlag stellt eine mechanische Sperre dar, die die Positioniergenauigkeit weiter verbessert, indem das Packstück gegen diesen Anschlag bewegt wird, während der mindestens eine Förderer für kurze Zeit weiter betrieben wird, nachdem das Packstück bereits gegen den Anschlag gestoßen ist.
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Insbesondere ist der Anschlag zwischen einer Sperrstellung, in welcher der Anschlag aus dem Borstenfeld vorsteht, und einer Freigabestellung beweglich, in welcher die Manipulationseinheit von außerhalb des Borstenfelds seitlich und anschlagskollisionsfrei in das Borstenfeld hineinbeweglich ist. Der Anschlag wird in der Freigabestellung vorzugsweise unter das Borstenfeld bewegt.
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Bei einer weiteren besonderen Ausgestaltung weist die Übergabestation ferner einen Positionssensor, vorzugsweise eine Lichtschranke oder einen Lichtaster, auf und der mindestens eine Förderer ist eingerichtet, basierend auf einem Signal des Positionssensors mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben zu werden, wobei der Positionssensor vorzugsweise einen Ort überwacht, der in der Förderrichtung stromaufwärts zur Aufnahmeposition angeordnet ist.
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Vorzugsweise befindet sich dieser Ort im Bereich der Pufferfläche.
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Sobald das Packstück diesen Ort erreicht hat, kann der mindestens eine Förderer mit einer geringeren Geschwindigkeit als zuvor betrieben werden, um sich der Aufnahmeposition langsamer - und somit mit einer höheren Genauigkeit - zu nähern, insbesondere wenn kein Anschlag vorgesehen ist. Eine aufwändige Positionsbestimmung des Packstücks zeitlich vor der Übergabe des Packstücks durch die zuführende Fördertechnik an die Station entfällt. Ein technisch einfacher ausgebildeter Sensor reicht, um das Packstück mit der erforderlichen Genauigkeit in die Aufnahmeposition zu fördern.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn das Borstenfeld eine rechteckige Grundfläche aufweist und in eine Vielzahl von parallel zueinander orientierten Segmenten aufgeteilt ist, zwischen denen jeweils einer der Förderer positioniert ist.
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Auf diese Weise können unterschiedlich dimensionierte Packstücke immer genau positioniert werden. Große Packstücke werden von vielen Förderern untergriffen und bewegt. Kleine Packstücke werden von nur wenigen Förderern, insbesondere nur von einem einzigen Förderer, untergriffen und bewegt.
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Vorzugsweise ist eine Oberseite des mindestens einen Förderers parallel zur Pufferfläche orientiert.
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Diese Maßnahme gewährleistet, dass in der Transportposition der Übergabestation immer ein ausreichender Abstand zwischen dem Packstück und dem Borstenfeld eingehalten wird. Das Packstück kommt nicht mit dem Borstenfeld in Kontakt, solange das Packstück in die Aufnahmeposition bewegt wird.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm eines intralogistischen Systems;
- 2 ein Blockdiagramm einer Übergabestation;
- 3 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Übergabestation;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Übergabestation, die sich in einer Greifposition (4A) oder in einer Transportposition ( 4B) befinden kann;
- 5 eine Seitenansicht der Übergabestation der 4A in der Greifposition ( 5A) und in der Transportposition (5B) sowie eine Detailansicht (5C);
- 6 eine schematische Darstellung eines Positioniervorgangs, wobei die Übergabestation der 4 in einer Seitenansicht gezeigt ist;
- 7 eine Draufsicht auf eine Anordnung, bei der die Übergabestation eigesetzt wird; und
- 8 eine perspektivische Detailansicht eines herkömmlichen Bürstenbandförderers.
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Die hier vorgeschlagene Übergabestation 18 kommt in einem intralogistischen Lager- und/oder Kommissioniersystem zum Einsatz.
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Die Intralogistik umfasst logistische Material- und Warenflüsse innerhalb eines Betriebsgeländes, insbesondere innerhalb eines Betriebsgebäudes. Der Begriff Intralogistik wurde definiert, um eine Abgrenzung zum Warentransport außerhalb des Betriebsgeländes zu schaffen, der z. B. durch eine Spedition erfolgt. Das Forum Intralogistik im Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau definiert die Intralogistik als die Organisation, Steuerung, Durchführung und Optimierung des innerbetrieblichen Waren- und Materialflusses, der Informationsströme sowie des Warenumschlags in Industrie, Handel oder öffentlichen Einrichtungen.
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1 zeigt ein Blockdiagramm eines intralogistischen Lager- und Kommissioniersystems 10, das nachfolgend auch kurz als System 10 bezeichnet werden wird. Das System 10 weist die Übergabestation 18 auf, an die eine (zuführende) Fördertechnik 16 und ein Packroboter 20 hinsichtlich eines Materialflusses gekoppelt sind. Das System 10 kann ferner ein Lager 12, das z.B. mindestens ein (nicht dargestelltes) Regal umfasst, und eine Kommissioniereinrichtung 14, wie z.B. eine Kommissionierstation oder einen mobilen Kommissionierroboter (beide nicht dargestellt), aufweist. Das System 10 weist auch mindestens ein Packstück 22 auf.
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Unter der Fördertechnik 16 ist ein technisches System des innerbetrieblichen Materialflusses zur Ortveränderung (Transport) von (Stück-) Gütern zu verstehen, das mindestens eine Fördereinrichtung bzw. einen Förderer 24 (vgl.
2) umfasst. Jeder Förderer 24 stellt eine Maschine zum Fördern der Stückgüter dar, die dann später vom Packroboter 20 als Packstücke auf einen Zielladungsträger, wie z.B. eine Palette, gepackt werden, wie es in
7 schematisch dargestellt ist. Die Anordnung gemäß
7 kann auch in einer Übergabestation 18 gemäß der vorliegenden Offenbarung benutzt werden. Dies bedeutet, dass lediglich die Station 18 anders als in der
WO 2013/026867 A1 ausgebildet ist.
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Allgemein kann man zwischen zwei grundsätzlichen Typen von Förderern 24 unterscheiden. Es gibt Stetigförderer und Unstetigförderer. Stetigförderer (wie z.B. Rollenförderer, Kettenförderer, Bandförderer, etc.) sind meist ortsfest installiert, fördern die Güter kontinuierlich (auch getaktet), erlauben eine beliebige Linien- bzw. Streckenführung im Raum und sind jederzeit zur Aufnahme/Abgabe von Stückgütern fähig. Unstetigförderer sind Einzelgewerke, wie z.B. autonome oder zwangsgeführte (vorzugsweise fahrerlose) Fahrzeuge (hier nicht dargestellt), die nur wenige Fördergüter diskret von einer Quelle zu einem Ziel transportieren können. Die Förderer 24 der vorliegenden Offenbarung stellen vorzugsweise Stetigförderer dar.
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Ferner wird nachfolgend nicht mehr zwischen den Begriffen Lagergütern, Fördergüter, Transportgütern, Stückgütern und anderen Gütern unterschieden, weil all diese Güter Packstücke 22 im Sinne der vorliegenden Offenbarung sind. Die Packstücke 22 weisen die Form eines Polyeders, vorzugsweise eines Parallelepipeds, mit einer nahezu ebenen Unterseite auf, auf der das Packstück 22 abgestellt wird, um vom Packroboter 20 untergriffen zu werden, wie es einleitend für den Stand der Technik bereits erläutert wurde. Ein mit Plastik umschweißter Sechserträger Getränkeflaschen stellt z.B. ebenfalls ein Packstück mit einer nahezu ebenen Unterseite dar.
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Die Übergabestation 18 der vorliegenden Offenbarung ist in 2 in Form eines Blockdiagramms veranschaulicht.
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Die Übergabestation 18 der vorliegenden Offenbarung, die nachfolgend auch kurz nur als Station 18 bezeichnet wird, stellt eine Schnittstelle zwischen der Fördertechnik 16 und dem Packroboter 20 des Systems 10 dar. Die Übergabestation 18 übergibt die Packstücke 22, die von der Fördertechnik 16 durch das System 10 transportiert werden, an den Packroboter 20, der die Packstücke 22 dann auf dem Zielladungsträger (Palette, Roll-Container, etc.) zu dem turmartigen Stapel gemäß einem Packmuster übereinander stapelt, das vorab von einem Packmusteralgorithmus berechnet wird.
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Die Station 18 weist ein Borstenfeld 26, mindestens einen Förderer 24, eine Hubeinrichtung 28 und eine Steuerung 29 auf, die eingerichtet ist, eine relative Hubbewegung zwischen dem Förderer 24 und dem Borstenfeld 26 zu koordinieren und zu steuern. Ferner kann die Station 18 ein (Grund-) Gestell 30, einen Anschlag 32, einen Positionssensor 34 und/oder den Packroboter 20 selbst aufweisen.
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Das (horizontal statische) Borstenfeld 16 weist eine Vielzahl von Borsten 36 auf, die vorzugsweise zu Bündeln 38 zusammengefasst sind. Die Borsten 36 sind dauerhaft in einem plattenartigen Grundkörper 40 befestigt.
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Im Allgemeinen sind Borsten ein Bestandteil einer Bürste, mit denen ein Bürstengrundkörper besetzt bzw. bestückt wird. Dieser Besatz besteht also aus einer Vielzahl von Borsten. In der vorliegenden Offenbarung werden die Borsten 36 wie bei einer Bürste eingesetzt, die auf dem Kopf steht.
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Jede der Borsten 36 wird durch eine Faser gebildet, die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist. Die hier verwendeten Borsten 36 sind z.B. aus Polyamid 6 hergestellt und weisen alle eine sichtbare Länge von vorzugsweise 40 mm bei eine Durchmesser von z.B. 0,7 mm auf. Unter der sichtbaren Länge wird der Längenanteil der Borsten 36 verstanden, der aus dem Grundkörper 40 hervorsteht. Die Borsten 36 stehen im Wesentlichen senkrecht aus dem Grundkörper 40 vor.
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Der Grundkörper 40 wird durch eine Platte, z.B. aus Kunststoff oder Metall, gebildet, die Aussparungen, vorzugsweise entlang eines regelmäßigen Musters, aufweist, in denen die Borsten 36 befestigt werden. Der Grundkörper 40 ist üblicherweise waagerecht ausgerichtet, so dass oberen Enden der Borsten 36 eine Pufferfläche 56 (vgl. 5) bilden, auf der die Packstücke 22 vorübergehend gelagert werden können, bis die Packstücke 22 vom Packroboter 20 abgehoben werden.
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Eine einzelne Borste 36 ist eine im Wesentliche gerade, elementare Faser. Die Faser ist ein im Verhältnis zu ihrer Länge dünnes, flexibles Gebilde. Im technischen Bereich der vorliegenden Offenbarung sollte das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens 50:1 betragen. Eine einzelne der Borsten 36 allein kann in ihrer Längsrichtung nur schlecht Druckkräfte aufnehmen, da sie bei einer Druckbelastung schnell knicken könnte. Deshalb werden die Borsten 36 meist in einem größeren Verbund, d.h. als Bündel 38, vorgesehen.
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Jedes der Bündel 38 umfasst ca. 40-60 einzelne Borsten 36. Die Bündel 38 sind vorzugsweise entlang eines regelmäßigen Musters angeordnet, z.B. entlang von zwei gitterförmigen (Aussparungs-) Rastern mit jeweils einer Abmessung von 20mm x 20mm, die (diagonal) um 10mm versetzt zueinander angeordnet sind, wie es exemplarisch in 3 angedeutet ist und noch näher erläutert werden wird.
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Das Borstenfeld 26 stellt einen dreidimensionalen Raum dar, in welchem der sichtbare Anteil der Borsten 36 angeordnet ist. Das Borstenfeld 26 erstreckt sich also in einer Höhen-, Breiten- und Längsrichtung. Das Borstenfeld 26 kann zusammenhängend oder segmentiert vorgesehen werden. Üblicherweise hat das Borstenfeld 26 eine rechteckige Grundfläche.
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In der schematischen Draufsicht der 3 ist ein exemplarisches Borstenfeld 26 in z.B. vier rechteckige Borstensegmente 42-1 bis 42-4 unterteilt, die z.B. in der Breitenrichtung Z derart zueinander beabstandet sind, dass drei (lineare) Förderer 24-1 bis 24-3, die sich im Wesentlichen entlang der Längsrichtung X erstrecken, zwischen den Segmenten 42-1 bis 42-4 positionierbar sind. Die Förderer 24-1 bis 24-3 fördern die Packstücke 22 (synchron, d.h. mit gleicher Geschwindigkeit) parallel zur positiven Längsrichtung 44, wie durch einen Pfeil angedeutet. Jeder der Förderer 24-1 bis 24-3 der 3 beginnt z.B. außerhalb des Felds 26 und erstreckt sich in der Förderrichtung 44 bis an das stromabwärts gelegene Ende des Felds 26, wo sich eine vorab festgelegte Aufnahmeposition 46 (vgl. strichpunktierte Linie rechts unten im Feld 26) befindet, von der der Packroboter 20 (nicht gezeigt) die Packstücke 22 (nicht gezeigt) aufnimmt.
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Die Aufnahmeposition 46 ist vorzugsweise rechts- oder linksbündig in Bezug auf die Breitenrichtung Z sowie am stromabwärtigen Ende des Feldes 26 lokalisiert. Diese Position stellt eine Soll-Position für die Packstücke 22 dar, um positionsgenau vom Packroboter 20 aufgenommen zu werden, indem das auf dem Borstenfeld 26 ruhende Packstück 22 unterfahren und abgehoben wird. Die Aufnahmeposition 46 ist vorzugsweise mit einer ihrer Ecken (hier mit der unteren rechten Ecke) im Feld 26 verankert. Die Größe der Aufnahmeposition 46 entspricht üblicherweise einer Boden- bzw. Unterseite des Packstücks 22. Dies bedeutet, große Packstücke 22 weisen eine größere Fläche - und somit eine größere Aufnahmeposition 26 - als kleine Packstücke auf. Allen Aufnahmepositionen 46 ist aber üblicherweise ein Ankerpunkt gemein, der in der 3 z.B. mit der rechten unteren Ecke des Felds 26 übereinstimmt
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Außerdem ist in 3 die oben beschriebene Anordnung der Bündel 38 nochmals verdeutlicht. Die Büschel 38 sind entlang von zwei (virtuellen) Gittern mit jeweils einer Abmessung von 20mm x 20mm angeordnet, die um 10mm zueinander versetzt sind. Die Gitter sind in der 3 durch helle und dunkle Punkte im Segment 42-2 angedeutet.
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Es versteht sich, dass das Feld 26 in mehr oder weniger Segmente 42 unterteilbar ist. Das Feld 26 könnte auch gar nicht unterteilt sein. In diesem Fall werden vorzugsweise zwei Förderer 24, insbesondere direkt, seitlich angrenzend zu dem (einen) Feld 26 angeordnet, um die Packstücke 22 auf dem Feld 26 zu positionieren. Die Segmentierung und der Abstand zwischen benachbarten Förderern 24 ist so zu wählen, dass die Förderer 24 auch das Packstück 22 mit der kleinsten Unterseite seitlich außen von unten stützen können.
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Die Grundflächen der Segmente 42 sind in der 3 rechteckig. Es versteht sich, dass diese Grundflächen beliebig geformt sein können, z.B. auch als Dreiecke.
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Ferner versteht es sich, dass mehr oder weniger Förderer 24 vorgesehen werden können. Es ist z.B. möglich nur einen einzigen Förderer 24 vorzusehen, der vorzugsweise mittig im Feld 26 positioniert wird, um die Packstücke 22 auf den seitlich zum Förderer 24 angrenzenden Segmenten 42 absetzen zu können. In diesem Fall wird das Packstück 22 mittig auf dem einen Förderer 24 abgestellt, der wiederum über eine ausreichende Breite verfügt, um auch größere Packstücke 22 sicher halten zu können, ohne dass die Packstücke 22 während eines Transports durch den Förderer 24 (z.B. aufgrund von Trägheit oder einer ungleichmäßigen Gewichtsverteilung) seitlich kippen und damit vorzeitig mit dem Feld 26 in Kontakt kommen.
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Auch versteht es sich, dass der oder die Förderer 24 auch vollständig innerhalb des Feldes 26 angeordnet werden können, so dass keiner oder nur einzelne der Förderer 24 abweichend von 3 über das Feld 26 hinausreichen. Die Förderer 24 können z.B. auch ergänzend von außen seitlich direkt an das Feld 26 angrenzend angeordnet werden (nicht dargestellt in 3).
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Außerdem ist es möglich, jeden der Förderer 24, die sich z.B. in der Längsrichtung X kontinuierlich zwischen den Segmenten 42 erstrecken, durch eine Vielzahl von diskret angeordneten Einzelförderelementen (nicht dargestellt) zu ersetzen, die vorzugsweise in einer Reihe positioniert sind.
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Exemplarische Einzelförderelemente, die auch in der vorliegenden Offenbarung einsetzbar sind, sind in der
WO 2011/131573 A1 offenbart. Dort wird auch ein Matrixförderer offenbart, der als der Förderer 24 in
2 eingesetzt werden kann. Der Matrixförderer wird durch eine Vielzahl der oben erwähnten Einzelförderelemente gebildet, die entlang einer gitterförmigen, regelmäßigen Struktur (Matrix) angeordnet sind, wie es exemplarisch in den
3 bis
6 und
11 der
WO 2011/131573 A1 gezeigt ist. Die Einzelförderelemente sind individuell ansteuerbar, um Güter, die auf der Matrix aus Einzelförderelemente stehen, an jeden beliebigen Punkt - auch durch eine Schrägförderung - zu bewegen. Drehbewegungen der Packstücke 22 um eine Vertikalachse sind ebenfalls mit dem Matrixförderer möglich. Der Matrixförderer kann mittels der Hubeinrichtung 28 über das Borstenfeld 26 hinausragend in die Transportposition angehoben werden oder in die tieferliegende Greifposition abgesenkt werden. Die Einzelförderelemente können auch individuell angehoben und abgesenkt werden, je nach Bedarf.
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Schließlich versteht es sich, dass der oben erwähnte Ankerpunkt der Aufnahmeposition 46 an einem anderen Ort als der rechten unteren Ecke des Feldes 26 der 3 definiert werden kann, z.B. in der linken oberen Ecke oder an einem anderen beliebigen Punkt innerhalb des Feldes 26.
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Der oder die Förderer 24 der 2 umfassen einen Antrieb 48 (z.B. einen Elektromotor) und jeweils ein Fördermittel 50 (ein Zugmittel wie z.B. eine Kette, ein Band, einen Riemen oder Ähnliches). Das Fördermittel 50 sollte gute Haftreibungseigenschaften aufweisen, um einen unbeabsichtigten Versatz zu vermeiden, während das Packstück 22 auf dem Fördermittel 50 sitzend in der Förderrichtung 44 relativ zum Feld 26 transportiert wird. Da das Fördermittel 50 vorzugsweise endlos umlaufend betrieben wird, sollte es eine gewisse Elastizität aufweisen, um sich selbstständig um Umlenkrollen oder -räder 55 (vgl. 4 und 5) zu spannen, so dass auf einen separaten Fördermittel-Spannmechanismus verzichtet werden kann.
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Mehrere Förderer 24 können durch einen einzigen gemeinsamen Antrieb 48 angetrieben werden. Alternativ kann jeder der Förderer 24 einen eigenen Antrieb 48 aufweisen.
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Die Hubeinrichtung 28 der 2 umfasst ebenfalls einen Antrieb 52 (z.B. einen Elektromotor) und eine Mechanik 54, um entweder den mindestens einen Förderer 24 und/oder das Feld 26 zwischen einer angehobenen Stellung des mindestens einen Förderers 24 (vgl. Transportposition gemäß 4B und 5B) und einer abgesenkten Stellung des mindestens einen Förderers 24 (vgl. Greifposition für Packroboter gemäß 4A und 5A) zu bewegen. Die Mechanik 54 kann z.B. eine Vielzahl von schwenkbar gelagerten Verbindungsstangen umfassen, die den mindestens einen Förderer 24 und/oder das Feld 26 an den Antrieb 52 koppelt.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Übergabestation 18, deren Borstenfeld 26 exemplarisch in sechs Segmente 42-1 bis 42-6 unterteilt ist, die sich im Wesentlichen in der Längsrichtung X erstrecken und die in der Breitenrichtung Z derart zu einander beabstandet sind, dass exemplarisch fünf umlaufend angetriebene, als z.B. schmale Riemenförderer ausgebildete Förderer 24-1 bis 24-5 dazwischen angeordnet werden können. Die Förderer 24-1 bis 24-5 werden z.B. von einem einzigen Antrieb 48 über eine gemeinsame Welle 53 angetrieben, auf der jeweils ein Umlenkrad 55 befestigt ist. Das (Maschinen-) Gestells 30 der Station 18 ist nur teilweise in den 4 und 5 dargestellt.
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Die Abstände der Förderer 24 der 7 sind jeweils gleich gross dargestellt. Es versteht sich, dass ungleiche Abstände möglich sind und sinnvoll sein können. Kleine Packstücke 22 erfordern kleinere Fördererabstände als grosse. Werden alle Packstücke 22 bereits vor der Übergabe auf die Förderer 24 quer zur Förderrichtung 44 einseitig ausgerichtet, werden die Abstände der Förderer 24 in diesem Bereich, für die kleinsten Packstücke 22 passend, kleiner bemessen als die Abstände der Förderer 24, die weiter von der Ausrichtseite entfernt sind, was eine Kostenreduzierung zur Folge hat.
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In der Station 18 der 4 werden beispielhaft die Förderer 24-1 bis 24-5 (synchron) angehoben und abgesenkt, während das am Gestell 30 befestigte Borstenfeld 26 immer in Ruhe ist, d.h. nicht vertikal bewegt wird. Das Feld 26 ist also in diesem Beispiel statisch, während die Förderer 24 mittels ihres (Hub-) Antriebs 52 vertikal relativ zum Feld 26 bewegt werden. Die Förderer 24 der 4 selbst fördern die (hier nicht dargestellten) Packstücke 22 in der Förderrichtung 44 stromabwärts in Richtung des Endes des Felds 26, das näher zum (Förder-) Antrieb 48 angeordnet ist.
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4A zeigt die Greifposition, in welcher der (hier nicht dargestellte) Packroboter 20 die Packstücke 22 von einer oberen Seite des Felds 26 abheben kann, während die Förderer 24 ausreichend tief in dem Feld 26 abgesenkt sind. Die Oberseite des Felds 26 definiert die ebene, vorzugsweise waagerecht orientierte, Pufferfläche 56, wo die Packstücke 22 von den Förderern 24 abgesetzt und vorübergehend gelagert, d.h. gepuffert, werden, bis der Packroboter 20 die Packstücke 22 abholt. In der Greifposition liegt die Oberseite 58 der Fördermittel 50 der Förderer 24 tiefer als ein oberes Ende der Borsten 36, d.h. tiefer als die Oberseite des Felds 26, wie es auch in der 5A veranschaulicht ist, die eine Seitenansicht der Station 18 der 4A zeigt.
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4B zeigt die Transportposition, in der die Förderer 24 angehoben sind, so dass die Oberseiten 56 der Förderer 24 oberhalb der Oberseite des Felds 26 liegen, wie dies in der Seitenansicht der 5B und insbesondere in der Detailansicht der 5C veranschaulicht ist. In der Transportposition befinden sich die Packstücke 22, die auf den Förderern 24 stehen, oberhalb der Oberseite des Felds 26, so dass die Packstücke 22 in der (horizontalen) Förderrichtung 44 relativ zum statischen Feld 26 durch die Förderer 24 beweglich sind.
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Die in 5B veranschaulichte Höhe HF2 der Oberseiten 58 der Förderer 24 beträgt in der Transportposition z.B. 574 mm und die Höhe HF1 der Oberseiten 56 der Förderer 24 in der Greifposition (vgl. 5A) ist kleiner als die Höhe HB des Borstenfelds 26, die in diesem Beispiel 569 mm beträgt. Die 4 mm Unterschied zwischen den Höhen HF2 und HB ist ausreichen, um die Packstücke 22 oberhalb des Felds 26 kollisionsfrei horizontal zu transportieren. Generell gilt HF2 > HB > HF1.
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Es versteht sich, dass alternativ die Förderer 24 statisch gelagert werden können und das Feld 26 mit der Hubeinrichtung 28 verbunden ist, um angehoben und abgesenkt zu werden. Bevorzugt ist jedoch die vertikale Beweglichkeit der Förderer 24 gegenüber dem in diesem Fall statischen Feld 26.
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Das Gestell 30 ist tischartig mit Beinen ausgebildet und dient zur Lagerung des mindestens einen Förderers 24 und der Hubeinrichtung(en) 28.
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Um die Positioniergenauigkeit zusätzlich zu erhöhen, kann der Anschlag 32 eingesetzt werden. Im Beispiel der 4 und 5 wird der Anschlag 32 aus exemplarisch sechs zueinander beabstandeten Anschlagsgliedern 60-1 bis 60-6 gebildet. Es versteht sich das mehr oder weniger Anschlagsglieder 60 eingesetzt werden können.
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Die Glieder 60 können seitlich versetzt zu den Förderern 24-1 bis 24-5 am stromabwärtigen Ende des Felds 26 derart angeordnet werden, dass die Glieder 60 leicht in das Feld 26 hinreichen, wie es in 3 veranschaulicht ist. Die Glieder 60 überlappen sich mit dem Feld 26. Die Glieder 60 reichen z.B. in die Zwischenräume hinein, wo auch die Förderer 24 angeordnet sind. Die Glieder 60 sind in der Breitenrichtung Z unmittelbar benachbart zu den Förderern 24 angeordnet und definieren eine (geradlinige) Anschlagkante 62, die in den 3 und 4B exemplarisch veranschaulicht ist und die senkrecht zur Förderrichtung 44 orientiert ist.
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Der Anschlag 32 ist ebenfalls so gelagert, dass der Anschlag 32 mittels eines Antriebs in eine Sperrstellung und in eine Freigabestellung beweglich ist. Die Sperrstellung ist in den 4B und 5B gezeigt, wo ein oberes Ende der Glieder 60 in einer Höhe HA über die Förderer 24 und das Feld 26 hinausragt, wobei HA > HF2 gilt, wie in 5B veranschaulicht. Die Freigabestellung des Anschlags 32 ist in den 4A und 5A veranschaulicht. Dort ist der Anschlag so (tief) positioniert, dass der Packroboter 20 horizontal seitlich unter die Packstücke 22 in das Feld 26 einfahren kann, ohne mit dem Anschlag 32 zu kollidieren.
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In den 4 und 5 ist der Anschlag 32 z.B. an den Hubantrieb 28 gekoppelt. Der Anschlag 32 und die Förderer 24 werden also synchron angehoben und abgesenkt, was eine Steuerung vereinfacht. Es versteht sich, dass der Anschlag 32 alternativ an einen eigenen Antrieb gekoppelt werden kann.
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Ferner versteht es sich, dass der Anschlag 32 alternativ auch horizontal gelagert sein kann, um aus einem Bewegungsraum des Packroboters 20 heraus bewegbar zu sein.
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Der (mechanische) Anschlag 32 erhöht die Positioniergenauigkeit, indem die Förderer 24 weiter angetrieben werden, während das Packstück 22 mit dem Anschlag 32 bereits in Kontakt ist. Die Fördermittel 50 der Förderer 24 gleiten unter dem Packstück hindurch, sorgen aber dafür, dass das Packstück 22 in der Förderrichtung 44 gegen den Anschlag 32 gedrückt wird. Da das Packstück 22 während dieser Phase ausschließlich auf den Förderern 24 steht, werden die Borsten 36 des Felds 26 nicht belastet und können sich somit nicht biegen.
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In den Seitenansichten 6A bis 6C ist der oben beschriebene Vorgang veranschaulicht.
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6A und 6B zeigen die Förderer 24 der 4 und 5 in der Transportposition. Das Packstück 22 befindet sich in 6A in einem stromaufwärtigen Endabschnitt des Borstenfelds 26 und wird durch die Förderer 24 stromabwärts in Richtung des Anschlags 32 gefördert, vgl. Förderrichtung 44. Der Anschlag 32 bzw. die Glieder 60 befinden sich in der Sperrstellung, d.h. ragen aus der Pufferfläche 64 heraus, um das Packstück 22 sicher in der Aufnahmeposition 46 zu stoppen.
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6B zeigt einen späteren Zeitpunkt. Das Packstück 22 stößt gegen den Anschlag 32 an. Die Förderer 24 werden weiterhin betätigt (v = const.), d.h. das Fördermittel 50 dreht sich weiterhin im Uhrzeigersinn.
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6C zeigt einen noch späteren Zeitpunkt. Die Förderer 24 sind abgesenkt (Greifposition). Das Packstück 22 steht in der Aufnahmeposition 46 auf dem Feld 26. Der Anschlag 32 ist abgesenkt. Somit können Zinken 62 einer Manipulationseinheit 64 horizontal unter das Packstück 20 und in das Feld 26 hinein bewegt werden, um das Packstück 22 vom Feld 26 nach oben abzuheben, vgl. Pfeil 66 in 6C. Die Bewegung der Zinken 64 erfolgt ohne Kollision mit den Förderern 24, d.h. fördererkollisionsfrei, und ohne Kollision mit dem Anschlag 32, d.h. anschlagskollisionsfrei.
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Packroboter 20 sind allgemein bekannt und weisen die Manipulationseinheit 64, vorzugsweise mit den Zinken 62, auf. Das Dokument
DE 10 2006 053 695 A1 zeigt eine exemplarische Manipulationseinheit 64, die in den Übergabestationen 18 der vorliegenden Offenbarung einsetzbar ist.
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Der Packroboter 20 verfügt in der Regel über kein eigenes Visionsystem, um die Position des Packstücks 22 relativ zum Borstenfeld 26 in Echtzeit zu bestimmen. Optional kann ein Positionssensor 34 vorgesehen werden, wie in 6B veranschaulicht, um zu überwachen, wann das Packstück 22 einen vorbestimmten Ort bzw. Punkt 68 erreicht, der stromaufwärts zur Aufnahmeposition 46 liegt. Sobald das Packstück 22 den Punkt 68 erreicht, können die Förderer 24 mit einen geringen Geschwindigkeit betrieben werden, um das Packstück 22 möglichst sanft gegen den Anschlag 32 zu bewegen, so dass das Packstück 22 seine Position so wenig wie möglich ändert, während es an den Anschlag 32 stößt. Der Positionssensor 34 liefert sein Signal an eine nicht dargestellte Steuereinheit der Förderer 24, die eingerichtet ist, die Förderer 24 mit entsprechenden Geschwindigkeit zu betreiben.
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Der Positionssensor 34 kann eine Lichtschranke, ein Lichttaster, eine Kamera oder ein andere Sensor sein, der eingerichtet ist, Daten zur Bestimmung einer Abmessung und/oder eines Ort des Packstücks 22 zu erzeugen.
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Insbesondere wenn der oben erwähnte Matrixförderer als Förderer 24 eingesetzt wird, kann auf den Anschlag 32 verzichtet werden. Die Aufnahmeposition 46 kann in diesem Fall beliebig (und wechselnd) innerhalb der Pufferfläche 56 definiert werden, weil das Packstück 22 mit den Einzelförderelementen an jeden beliebigen Punkt mit einer ausreichenden Positionsgenauigkeit förderbar ist.
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Wenn die Position des Packstücks 22 während der Abgabe des Packstücks 22 von der zuführenden Fördertechnik an den oder die Förderer 24 bekannt ist, kann auch auf den Positionssensor 34 verzichtet werden. Die aktuelle Position des Packstücks 22 auf dem mindestens einen Förderer 24 kann in diesem Fall aus der Fördergeschwindigkeit, der Abgabezeit sowie der seitdem verstrichenen Zeit berechnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- (Lager- und Kommissionier-) System
- 12
- Lager
- 14
- Kommissioniereinrichtung
- 16
- Fördertechnik
- 18
- (Übergabe-) Station
- 20
- Packroboter
- 22
- Packstück(e)
- 24
- Förderer
- 26
- (Borsten-) Feld
- 28
- Hubeinrichtung
- 29
- Steuerung
- 30
- (Grund-)Gestell
- 32
- Anschlag
- 34
- Positionssensor
- 36
- Borste(n)
- 38
- (Borsten-)Bündel
- 40
- Grundkörper
- 42
- (Borsten-) Segment(e)
- 44
- Förderrichtung
- 46
- Aufnahmeposition
- 48
- Antrieb von 24
- 50
- Fördermittel von 24
- 52
- Antrieb von 28
- 53
- Welle
- 54
- Mechanik
- 55
- Umlenkrad bzw. -rolle
- 56
- Pufferfläche
- 58
- Oberseite von 64
- 60
- (Anschlag-) Glied
- 62
- Zinken von 64
- 64
- Manipulationseinheit von 20
- 66
- Abheben
- 68
- Punkt auf 56
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2013/026867 A1 [0002, 0005, 0036]
- US 2004/0240979 A1 [0009]
- US 4392775 A [0010]
- WO 2011/131573 A1 [0057]
- DE 102006053695 A1 [0080]
