DE102022105488B3

DE102022105488B3 - Vorrichtung zum Greifen, Abtrennen und Wiegen von Erntegut

Info

Publication number: DE102022105488B3
Application number: DE102022105488.8A
Authority: DE
Inventors: Nico Radajewski; Detlef Riedel; Ronny Weber
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2022-03-09
Filing date: 2022-03-09
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2042-03-10
Also published as: WO2023169632A1; WO2023169633A1

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst effektive Ernte und ein genaues Wiegen des Ernteguts zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung zum Greifen, Abtrennen und Wiegen von Erntegut gelöst, wobei- gegenüber einem feststehenden Amboss (1), um eine gemeinsame Achse (2) drehbar, ein Klemmhebel (3) und ein Schneidhebel (4) angeordnet sind,- der Klemmhebel (3) und der Schneidhebel (4) in einem Bereich auf der dem Erntegut abgewandten Seite mit einem Anker (5) eines Hubmagneten (6) in Wirkverbindung stehen,- der Amboss (1) auf der dem Erntegut abgewandten Seite einen räumlich nahe entlang des Hubmagneten (6) verlaufenden Bereich (12) aufweist, in dem eine Wägevorrichtung (13) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Greifen, Abtrennen und Wiegen von Erntegut mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel gemäß der CN 1 11 887 026 A Stand der Technik. Diese Vorrichtung nimmt viel Bauraum in Anspruch, insbesondere hinsichtlich ihrer Längserstreckung. Ein solche, wenig kompakte Vorrichtung ist für eine Ernte von beispielsweise Erdbeeren nicht gut geeignet, insbesondere, weil dabei wenig Platz zur Verfügung steht, d. h. Früchte sowie Blattwerk eng beieinander liegen. Zudem wirkt eine derart lang bauende Vorrichtung zügigen Stellbewegungen entgegen bzw. ist träge, was die Effizienz der Ernte verringert. Ein Sensor zum Wiegen des Ernteguts ist bei dieser Vorrichtung zwar vorgesehen, jedoch ist dieser Sensor derart an dieser Vorrichtung angeordnet, dass ein wesentlicher Teil des Eigengewichts der Vorrichtung, insbesondere das Gewicht des Teleskopzylinders, des Kolbens und der elastischen Greifer auf diesen Sensor wirkt und zwar schon dann, wenn überhaupt noch kein Erntegut gegriffen wurde. Wird nun zum Bespiel eine Erdbeere gegriffen bzw. abgetrennt, welche nur ein Gewicht von wenigen Gramm aufweist, dann erhöht sich das auf den Sensor wirkende Gewicht nur unwesentlich und es ist fraglich, ob anhand der genannten Vorrichtung eine ausreichend genaue Gewichtsbestimmung möglich ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine möglichst effektive Ernte und ein genaues Wiegen des Ernteguts zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Greifen, Abtrennen und Wiegen von Erntegut, welche beispielsweise zum Pflücken von Pflanzenteilen, wie Obst, Früchten, Blüten oder Gemüse u. ä. insbesondere im Bereich des Gartenbaus (daher folgend vereinfacht/zusammengefasst als Erntegut bezeichnet) geeignet ist, in einer räumlichen Darstellung gezeigt. Mit anderen Worten, handelt es sich gemäß der vorliegenden Erfindung um einen Erntekopf oder Pflücker. Mit dieser Vorrichtung können insbesondere empfindliche Früchte, wie z. B. Erdbeeren maschinell ergriffen, fixiert und von der Pflanze getrennt werden.
Die Vorrichtung weist zunächst einen Amboss 1 auf. Gegenüber dem feststehenden Amboss 1 sind um eine gemeinsame Achse 2 drehbar/schwenkbar ein Klemmhebel 3 und ein Schneidhebel 4 angeordnet. Mittels des Klemmhebels 3 wird von einer/dem zu erntenden Frucht/Erntegut der Stängel geklemmt bzw. gegriffen/fixiert. Mittels des Schneidhebels 4 wird der Stängel im weiteren Verlauf abgetrennt. Gemäß 1 sind Klemmhebel 3 und Schneidhebel 4 vom Amboss 1 beabstandet, d. h. die Vorrichtung ist im Bereich der dem Erntegut zugewandten Seite geöffnet, ein Greifen, Fixieren, Abtrennen und Wiegen von Erntegut kann im weiteren Verlauf erfolgen.
Der Klemmhebel 3 und der Schneidhebel 4 stehen jeweils in einem Bereich auf der dem Erntegut abgewandten Seite mit einem Anker 5 bzw. Plunger eines elektrischen Magnet-Aktors bzw. Hubmagneten 6 in Wirkkontakt bzw. in Wirkverbindung. Wie allgemein bekannt, ist der Anker 5 im Magnetfeld einer Spule angeordnet und linear beweglich. D. h. der Anker 5 ist durch ein von der Spule erzeugtes Magnetfeld relativ zur Spule in einem Ankerraum linear bewegbar. Bei dem verwendeten Hubmagneten 6 handelt es sich insbesondere um einen elektrischen Linear-Hubmagneten (push-pull-electric-solenoid).
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführung wird die lineare Bewegung des Ankers 5 über einen Gabelkopf 7 auf den Schneidhebel 4 übertragen. Angenommen, der Anker 5 bewegt sich in Richtung des Hubmagneten 6 (siehe Pfeil). Infolgedessen wird der Schneidhebel 4 um die Achse 2 geschwenkt und bewegt sich in Richtung des Ambosses 1. Der Klemmhebel 3 folgt dieser Bewegung bzw. ist mit dem Schneidhebel 4 durch die Kraft einer (Dreh-)Feder 8 zumindest zeitweise verbunden, wobei die Feder 8 den Klemmhebel 3 solange gegen einen Rastbolzen 9 drückt, bis zwischen Klemmhebel 3 und Amboss 1 der Stängel einer zu erntenden Frucht geklemmt bzw. gegriffen/fixiert wird, wobei bei weiterer (Rückzugs-)Bewegung des Ankers 5 der Klemmhebel 3 nun mit einer durch die Feder 8 definierten Kraft den Stängel fixiert und sich nicht weiter bewegt, so dass die zeitweise Verbindung zwischen Klemmhebel 3 und Schneidhebel 4 aufgehoben wird, da sich nun auch der Rastbolzen 9 nicht weiter bewegt, was jedoch für den Schneidhebel 4 nicht zutrifft, der sich jetzt vom Rastbolzen 9 trennt und entfernt und im weiteren Verlauf den Stängel der Frucht/des Ernteguts schneidet bzw. abtrennt.
Der Hubmagnet 6 und der Amboss 1 sind insbesondere an einem Halter bzw. einem Grundkörper 10 fest angeordnet bzw. fixiert, welcher gewissermaßen einem Widerlager entspricht, d. h. einer für die im vorliegenden Fall auftretenden Kräfte bzw. Belastungen geeigneten Grundstruktur. Der Grundkörper 10 weist an dem Ende, welches dem Erntegut abgewandt ist, einen Verbindungsbereich 11 auf, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Arm eines Roboters verbunden werden kann, was in 1 nicht gezeigt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung entspricht somit insbesondere einem Robotergreifer.
Das Erntegut wird nach dem Abtrennen von der Pflanze weiter zwischen Klemmhebel 3 und Amboss 1 gehalten (durch die Wirkung der Drehfeder 8) und die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch eine Bewegung, insbesondere des Roboterarms, an dem die Vorrichtung angeordnet ist, von der Pflanze wegbewegt und das Erntegut wird auf geeignete Weise einer Lagerung zugeführt.
Wie in 1 gezeigt, wird der Amboss 1 von der gemeinsamen Achse 2 durchdrungen, die insbesondere als Schraubenbolzen ausgeführt ist. Mit anderen Worten, umschließt der Amboss 1 die gemeinsame Achse 2 und ist gewissermaßen formschlüssig und ruhend mit der gemeinsamen Achse 2 wirkverbunden.
Der Amboss 1 weist erfindungsgemäß im Verlauf seiner Längserstreckung, auf der dem Erntegut abgewandten Seite, ausgehend von der gemeinsamen Achse 2 in Richtung des Grundkörpers 10, d. h. zwischen der gemeinsamen Achse 2 und dem Grundkörper 10 bzw. dem Verbindungsbereich 11, einen Bereich 12 auf, in dem eine Wägevorrichtung 13, d. h. ein Kraftsensor angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt, kann die Wägevorrichtung 13, zum Beispiel mittels Schraubverbindungen, einerseits an dem Amboss 1 und andererseits an dem Grundkörper 10 befestigt sein, so dass die Wägevorrichtung 13 den Amboss 1 und den Grundkörper 10 miteinander verbindet bzw. sich die am Amboss 1 befestigte Wägevorrichtung 13 am Grundkörper 10 abstützt.
Mit anderen Worten, weist der Amboss 1 auf der dem Erntegut zugewandten Seite einen (ersten) Bereich auf, der mit dem Klemmhebel 3 zum Zweck des Greifens und Fixierens bzw. Klemmens von Erntegut, insbesondere eines Stängels, zusammenwirkt, sowie auf der dem Erntegut abgewandten Seite einen (zweiten) Bereich 12 auf, der zum Zweck des Wiegens des Ernteguts ausgeführt ist. Die Wägevorrichtung 13 ist beispielsweise eine Sauter CK 300-0P4 Single-Point-Wägezelle. Möglich ist auch die Anordnung mehrerer solcher Wägevorrichtungen 13, welche dann übereinander bzw. gestapelt angeordnet sind, so dass eine Redundanz erreicht wird und/oder ein Abgleich von Messwerten der einzelnen Wägevorrichtungen 13 durchgeführt werden kann, beispielsweise zu Diagnosezwecken oder für eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der Wägung. In einer Ausführung ist der (zweite) Bereich 12 des Ambosses 1 und somit der Amboss 1 selbst als Wägevorrichtung 13 ausgeführt, wobei insbesondere die Verformung des Ambosses 1 im (zweiten) Bereich 12 mittels Dehnungsmessstreifen erfasst wird.
Bei jeder der beiden genannten Ausführungen (Verwendung einer Wägezelle, Verwendung mehrerer Wägezellen oder Verwendung Dehnungsmessstreifen an dem Amboss 1 selbst) wird das Gewicht des Ernteguts, d. h. einer Frucht, welche(s) mittels Amboss 1 und Klemmhebel 3 fixiert ist bzw. gegriffen wurde und mittels des Schneidhebels 4 von einer Pflanze abgetrennt wurde, in Abhängigkeit der Belastung bestimmt, die sich durch das abgetrennte und fixierte Erntegut bzw. die Frucht zusätzlich zu der Ruhebelastung auf die Wägevorrichtung 13 ergibt, wobei die Ruhebelastung der Summe aus dem vergleichsweise geringen Eigengewicht des Ambosses 1, zumindest zum Teil des Eigengewichts der Achse 2, des Klemmhebels 3 und des Schneidhebels 4 entspricht. D. h. es ist gegenüber dem Stand der Technik von Vorteil, dass nur wenige und vergleichsweise leichte Bauteile bei der Gewichtsbestimmung des Ernteguts mitgewogen werden.
Erfindungsgemäß erstreckt sich der (zweite) Bereich 12 des Ambosses 1 parallel bzw. im Wesentlichen parallel und räumlich möglichst nahe entlang des Hubmagneten 6, so dass besonders wenig Bauraum in Anspruch genommen wird und die Gesamtbaugruppe besonders kompakt ist, was sich günstig auf deren Trägheit auswirkt und somit ein zügiges bzw. effektives Ernten ermöglicht.
Insbesondere ist der Amboss 1 auf der dem Erntegut abgewandten Seite, ausgehend von der gemeinsamen Achse 2 in Richtung des Grundkörpers 10, d. h. zwischen der gemeinsamen Achse 2 und dem Grundkörper 10, also im Bereich 12, gekröpft ausgeführt, und zwar insbesondere zwischen der gemeinsamen Achse 2 und der Wägevorrichtung 13 gekröpft ausgeführt, so dass der Amboss 1, einschließlich der Wägevorrichtung 13 die räumliche Kontur des Hubmagneten 6 räumlich umgreift oder umschließt bzw. dieser Kontur mit möglichst geringem Abstand folgt und somit der Amboss 1, einschließlich der Wägevorrichtung 13 sowie der Hubmagnet 6 eng beieinander liegen und folglich die gesamte Vorrichtung besonders kompakt ist und nur eine geringe Trägheit aufweist. Mit anderen Worten, wird durch einen Versprung bzw. eine Kröpfung des Ambosses 1 auf der dem Erntegut abgewandten Seite, zwischen der gemeinsamen Achse 2 und dem Grundkörper 10, also im Bereich 12, eine besonders kurze, gedrungene Bauform bewirkt.
Noch anders gesagt, wird somit wenig Bauraum in Anspruch genommen, die Vorrichtung weist eine geringe Längserstreckung auf und ein zügiges sowie effektives Ernten ist möglich.

Claims

Vorrichtung zum Greifen, Abtrennen und Wiegen von Erntegut, wobei - gegenüber einem feststehenden Amboss (1), um eine gemeinsame Achse (2) drehbar, ein Klemmhebel (3) und ein Schneidhebel (4) angeordnet sind, - der Klemmhebel (3) und der Schneidhebel (4) in einem Bereich auf der dem Erntegut abgewandten Seite mit einem Anker (5) eines Hubmagneten (6) in Wirkverbindung stehen, - der Amboss (1) auf der dem Erntegut abgewandten Seite einen räumlich nahe entlang des Hubmagneten (6) verlaufenden Bereich (12) aufweist, in dem eine Wägevorrichtung (13) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei der Amboss (1) in dem Bereich (12), in dem die Wägevorrichtung (13) angeordnet ist, gekröpft ausgeführt ist, so dass der Amboss (1), einschließlich der Wägevorrichtung (13) der Kontur des Hubmagneten (6) folgt und somit Amboss (1), Wägevorrichtung (13) und Hubmagnet (6) eng beieinander liegen.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung mit dem Arm eines Roboters verbunden ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 3, wobei der Hubmagnet (6) und der Amboss (1) an einem Grundkörper (10) angeordnet sind und der Grundkörper (10) an dem Ende, welches dem Erntegut abgewandt ist, einen Verbindungsbereich (11) aufweist, in dem die Vorrichtung mit dem Arm des Roboters verbunden ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 4, wobei die Wägevorrichtung (13) mittels Schraubverbindungen einerseits an dem Amboss (1) und andererseits an dem Grundkörper (10) befestigt ist, so dass die Wägevorrichtung (13) den Amboss (1) und den Grundkörper (10) miteinander verbindet.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei die Wägevorrichtung (13) eine Single-Point-Wägezelle ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 6, wobei mehrere solcher Wägevorrichtungen (13), gestapelt angeordnet vorgesehen sind, so dass eine Redundanz erreichbar ist und/oder ein Abgleich von Messwerten der einzelnen Wägevorrichtungen (13) durchführbar ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 7, wobei der Amboss selbst als Wägevorrichtung (13) ausgeführt ist, wobei die Verformung des Ambosses (1) in dem Bereich (12) zwischen der gemeinsamen Achse (2) und dem Grundkörper (10) der Wägung zugrunde gelegt wird.