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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Vakuum-Greifsystem zum Greifen
mindestens eines Objekts, wobei das Vakuum-Greifsystem einen Grundkörper und
mindestens eine an dem Grundkörper
angeordnete Saugeinheit mit jeweils mindestens einem Sauggreifer
aufweist. An dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems
ist ein mechanischer Untergreifer angeordnet.
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Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Handhabungsgerät
zum Handhaben mindestens eines Objekts mit Hilfe eines Vakuum-Greifsystems, wobei das
Vakuum-Greifsystem an einem Arm eines Handhabungsroboters oder eines
Portalroboters angeordnet ist. Derartige Handhabungsgeräte werden
in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen eingesetzt. Unter
Handhaben wird vor allem das Aufnehmen oder Ansaugen, das Heben
oder Drehen, das Bewegen oder das Fixieren, das Palletieren oder
das Depalletieren verstanden.
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Bei
dem Vakuum-Greifsystem der eingangs genannten Art sind die Sauggreifer
der Saugeinheiten bspw. als Flachsauggreifer, als Faltenbalgsauggreifer
oder als Spezialsauggreifer ausgebildet. Flachsauger sind besonders
für die
Aufnahme horizontaler Kräfte
geeignet. Die Abdichtung zwischen dem Flachsauggreifer und dem zu
greifenden Objekt kann bspw. als Einfachdichtlippe (für Objekte
mit einer glatten Oberfläche;
z. B. Blechtafeln, Kartons, Glasscheiben, Holzplatten), als Dichtkante
(für Objekte
mit einer rauen, strukturierten Oberfläche; z. B. Holz, Stein, Strukturglas,
Riffelblech) oder als Doppel-Dichtlippe
(für biegeschlaffe
Objekte; z. B. verzunderte Bleche) ausgebildet sein. Faltenbalgsauggreifer
können
sich besonders gut an unebene Oberflächen von Objekten anpassen.
Beim Ansaugen des zu greifenden Objekts ergibt sich zudem ein Hubeffekt.
Faltenbalgsauggreifer sind besonders zum Greifen großflächiger,
biegeschlaffer Objekte geeignet. Spezialsauggreifer sind in Material,
Form, Auflagefläche
an besondere Anwendungsbereiche (Hochtemperaturbereich, Chemiebereich,
CD-Handhabung, Folien-Handhabung, Papier-Handhabung) angepasst.
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Die
Saugeinheiten des Vakuum-Greifsystems der eingangs genannten Art
sind in einem rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei mindestens
eine der Saugeinheiten das oder jedes zu greifende Objekt von oben
und mindestens eine der Saugeinheiten das oder jedes zu greifende
Objekt von einer Seite greift. Derartige Greifer werden auch als Winkelgreifer
bezeichnet. Winkelgreifer mit zwei Saugeinheiten haben einerseits
den Vorteil, dass sie ein zu greifendes Objekt von oben und von
der Seite sicher greifen, und andererseits, dass sie das Objekt nur
von einer Seite greifen, so dass ein flexibles Palletieren des gegriffenen
Objekts (sog. pick to pallet) problemlos möglich ist. Um ein flexibles
Palletieren des Objekts zu ermöglichen,
muss das gegriffene Objekt nämlich
sowohl mit seiner linken Seite als auch mit seiner rechten Seite
an anderen bereits auf einer Palette abgelegten Objekten angeschlagen werden
können.
Das ist nicht möglich,
wenn das gegriffene Objekt außer
von der Saugeinheit auf der vorderen Seiten auch noch von zusätzlichen
Saugeinheiten auf der linken Seite und/oder auf der rechten Seite
gegriffen wird, das Objekt also auf der Oberseite und auf mindestens
zwei Seiten gegriffen wird. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Winkelgreifern haben die Saugeinheiten einen festen Abstand zueinander.
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Aus
der
DE 44 07 324 C2 ist
ein Vakuum-Greifsystem bekannt, das sämtliche Merkmale des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 offenbart. Der mechanische Untergreifer wird unter
das angehobene Objekt um ca. 180° geschwenkt.
Das bekannte Vakuum-Greifsystem
weist lediglich eine Saugeinheit auf, welche das zu greifende Objekt
von oben greift. Dadurch kann das ergriffene Objekt nicht immer
sicher und zuverlässig
gehalten werden.
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Aus
der
DE 37 18 601 A1 ist
ein Greifsystem zum Greifen eines Objekts bekannt, bei dem ein mechanischer
Untergreifer unter das zu greifende Objekt geschoben und das anzuhebende
Objekt von oben durch Klemmelemente gegen den Untergreifer verspannt
wird. Das bekannte Greifsystem umfasst keine Saugeinheiten zum Anheben
des zu greifenden Objekts. Zwei Saugköpfe des bekannten Greifers
dienen lediglich zum Anheben und Entfernen einer Zwischenlage zwischen
zwei zu greifenden Objekten. Das Objekt wird allein durch die Wirkung
des Untergreifers angehoben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Vakuum-Greifsystem
der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden,
dass mit dem Vakuum-Greifsystem
problemlos Objekte mit unterschiedlichen Abmessungen gegriffen werden
können
und dass das Vakuum-Greifsystem
gleichzeitig das gegriffene Objekt sicher und zuverlässig halten
kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schlägt
die Erfindung ausgehend von dem Vakuum-Greifsystem der eingangs
genannten Art vor, dass der mechanischer Untergreifer zumindest
teilweise unter mindestens eines der durch die Saugeinheit angehobenen
Objekte schiebbar ist und dass das Vakuum-Greifsystem mindestens
zwei in einem rechten Winkel zueinander an dem Grundkörper angeordnete
Saugeinheiten aufweist, wobei mindestens eine der Saugeinheiten
das oder jedes zu greifende Objekt von oben und mindestens eine
der Saugeinheiten das oder jedes zu greifende Objekt von einer Seite
greift.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem
kann der Abstand zwischen den Saugeinheiten bspw. dadurch verstellt
werden, dass die oder jede Saugeinheit auf der Oberseite des Objekts
parallel zu der Oberseite und/oder die oder jede Saugeinheit auf
der Seite des Objekts parallel zu der Seite verschiebbar ausgebildet
ist. Indem die Saugeinheiten voneinander weggeschoben werden, wird
der Abstand vergrößert, und
indem sie aufeinander zugeschoben werden, wird der Abstand verkleinert.
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Bei
dem Vakuum-Greifsystem können
sowohl auf der Oberseite als auch auf einer Seite eine oder mehrere
Saugeinheiten angeordnet sein. Jede Saugeinheit weist mindestens
einen an sich aus dem Stand der Technik bekannten Sauggreifer auf.
Das Vakuum-Greifsystem kann eines oder mehrere Objekte greifen.
Ein Objekt ist bspw. ein einzelner quaderförmiger Karton oder eine im
wesentlichen quaderförmige
Kartonpalette, auf der Waren angeordnet und mit einer Kunststofffolie
mit der Kartonpalette verschweißt
sind. Ein Objekt kann aber auch ein im wesentlichen quaderförmiger Sack
oder eine im wesentlichen quaderförmige Tüte sein.
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Das
erfindungsgemäße Vakuum-Greifsystem
hat den Vorteil, dass der Abstand zwischen der oder jeder Saugeinheit
auf der Oberseite des oder jeden Objekts und der oder jeder Saugeinheit
auf der Seite des oder jeden Objekts, sofern die Abmessungen des
oder jeden zu greifenden Objekts es zulassen, vergrößert werden
kann. Dadurch wird das Objekt mit einem größeren Hebelarm zwischen den Saugeinheiten
auf der Oberseite des Objekts und den Saugeinheiten auf der Seite
des Objekts gegriffen und es kann wesentlich sicherer angehoben
und gehalten werden. In Abhängigkeit
von der Höhe
eines zu greifenden Objekts kann vor oder während dem Greifen des Objekts
ein optimaler Abstand zwischen den Saugeinheiten auf der Oberseite
des Objekts und den Saugeinheiten auf der Seite des Objekts eingestellt
werden.
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Je
nach der Ausrichtung des zu greifenden Objekts greifen die Saugeinheiten
des erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystems
das Objekt an einer Längsseite
oder an einer Breitseite. Unter Breitseiten werden die kürzeren Seiten
des Objekts verstanden. Um unabhängig
von der Seite, an der das Vakuum-Greifsystem das Objekt greift,
ein Ergreifen des Objekts durch die Saugeinheiten zu ermöglichen, wird
angenommen, dass die ergriffene Seite die Breitseite des Objekts
ist. Wenn die ergriffene Seite tatsächlich eine Breitseite des
Objekts ist, greifen die Saugeinheiten das Objekt in der Mitte der
Seite. Falls die ergriffene Seite jedoch eine Längsseite des Objekts ist, greifen
die Saugeinheiten das Objekt etwas neben der Mitte der Seite.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen,
dass das Vakuum-Greifsystem zum Greifen eines Objekts zwei Saugeinheiten
mit jeweils mindestens einen Sauggreifer aufweist, wobei eine der
Saugeinheiten das Objekt von oben und eine der Saugeinheiten das Objekt
von der Seite greift. Gemäß dieser
Weiterbildung ist das erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem also
auf das Greifen eines Objekts beschränkt. Die Flächen der Saugeinheiten sollten
so bemessen sein, dass sie einerseits groß genug sind, um auch große Objekte
sicher und zuverlässig
zu halten, und dass sie andererseits klein genug sind, um bei kleinen
Objekten nicht seitlich überzustehen.
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Ein
Greifen einzelner Objekte mit stark variierenden Abmessungen ist
bspw. in Warenverteilzentren für
Supermärkte
besonders wichtig. Dort sind alle Waren aus dem Sortiment der Supermärkte nach Waren
sortiert auf Paletten angeordnet. Für die einzelnen Supermärkte müssen Paletten
mit verschiedenen Waren aus dem Warenverteilzentrum zusammengestellt
werden. Dazu kann bspw. ein Handhabungsgerät eingesetzt werden, das einen
Handhabungsroboter oder einen Portalroboter aufweist, an dessen
Arm ein erfindungsgemäßes Vakuum-Greifsystem
angeordnet ist. Große
Waren bilden selbst ein Objekt, das von dem Vakuum-Greifsystem gegriffen
werden kann. Bei kleineren Waren sind mehrere Waren zu einer Wareneinheit
verpackt, die dann ein Objekt bildet.
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Das
Vakuum-Greifsystem greift die Objekte von der Palette des Warenverteilzentrums.
Der Roboter verfährt
das Vakuum-Greifsystem
mit dem gegriffenen Objekt zu einer Palette des Supermarkts und
das Vakuum-Greifsystem gibt das Objekt dort frei (sog. Pick to Pallet).
Es ist auch denkbar, dass der Roboter das Vakuum-Greifsystem mit
dem gegriffenen Objekt zu einem Förderband verfährt und
das Vakuum-Greifsystem das Objekt dort freigibt (sog. Pick to Belt).
Am Ende des Förderbands
steht ein weiterer Roboter, der das Objekt dann von dem Förderband
nimmt und auf einer Palette des Supermarkts ablegt.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass der Abstand zwischen der Saugeinheit auf der
Oberseite des Objekts und der Saugeinheit auf der Seite des Objekts
derart variierbar ist, dass die Saugeinheit auf der Seite des Objekts
das Objekt stets im unteren Bereich des Objekts greift. Bei dieser
Weiterbildung wird ein Objekt mit beliebigen Abmessungen stets mit
dem maximal möglichen
Hebelarm gegriffen und es kann somit wesentlich sicherer angehoben
und gehalten werden. Außerdem
ist bei dieser Weiterbildung sichergestellt, dass bei einem Objekt,
das als eine quaderförmige
Kartonpalette ausgebildet ist, auf der Waren angeordnet und mit
einer Kunststofffolie mit der Kartonpalette verschweißt sind,
die Saugeinheit auf der Seite des Objekts stets die Kartonpalette
greift und nicht die Kunststofffolie. Die auf der Kartonpalette
angeordneten Waren haben nämlich
häufig
eine von einer Quaderform abweichende Form, so dass die Kunststofffolie
an der Seite des Objekts keine ebene Fläche bildet. Es versteht sich,
dass ein solches Objekt viel besser und sicherer an der relativ
ebenen Kartonpalette als an der Kunststofffolie gegriffen werden
kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Vakuum-Greifsystem
zum Greifen eines Objekts mindestens zwei obere Saugeinheiten und
mindestens zwei seitliche Saugeinheiten mit jeweils mindestens einen
Sauggreifer aufweist, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Saugeinheiten
parallel zu der Oberseite des Objekts und/oder der Abstand zwischen
den einzelnen Saugeinheiten parallel zu der Seite des Objekts variierbar
ist. Auf diese Weise kann die wirksame Saugfläche der Saugeinheiten auf der Oberseite
bzw. auf der Seite des Objekts vergrößert werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Saugeinheit
auf der Oberseite des Objekts an dem Grundkörper des Vakuum-Greifsystems
höhenverschiebbar
geführt
und in einer bestimmten Höhe
festlegbar ist und dass die Saugeinheit auf der Seite des Objekts
höhenfest
an dem Grundkörper
befestigt ist. Die Saugeinheit auf der Oberseite des Objekts (obere
Saugeinheit) befindet sich vor dem Greifen des Objekts vorzugsweise
in ihrer niedrigsten Position. In dieser Position wird sie entweder
durch ihr Eigengewicht oder zusätzlich durch
Federkraft gehalten. Das Vakuum-Greifsystem gemäß dieser Ausführungsform
wird von oben auf das zu greifende Objekt niedergefahren. Dabei kommt
die obere Saugeinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Auflage
mit der Oberseite des Objekts. Die Höhenposition (z-Position) des
Vakuum-Greifsystems
zu diesem Zeitpunkt wird erfaßt
und das Vakuum-Greifsystem
abhängig
von der Höhe
des zu greifenden Objekts weiter nach unten verfahren, bis sich
die Saugeinheit auf der Seite des Objekts (seitliche Saugeinheit)
im unteren Bereich des Objekts befindet. Dabei wird die obere Saugeinheit
relativ zu dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems nach oben verschoben. Sobald die seitliche
Saugeinheit den unteren Bereich des Objekts erreicht hat, wird die
obere Saugeinheit in ihrer Position festgelegt. Wenn zum Verfahren
des Vakuum-Greifsystems
ein Roboter eingesetzt wird, wird gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung das Höhenverschieben
der oberen Saugeinheit also passiv, d. h. ohne Verschiebemittel
sondern durch Verfahren des Roboters, ausgeführt.
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Alternativ
wird vorgeschlagen, dass die Saugeinheit auf der Oberseite des Objekts
höhenfest
an dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems
befestigt ist und dass die Saugeinheit auf der Seite des Objekts
an dem Grundkörper
höhenverschiebbar
geführt
und in einer bestimmten Höhe
festlegbar ist. Die seitliche Saugeinheit befindet sich vor dem
Greifen des Objekts vorzugsweise in ihrer höchsten Position. Das Vakuum-Greifsystem gemäß dieser
alternativen Ausführungsform
wird von oben auf das zu greifende Objekt niedergefahren. Dabei
kommt die obere Saugeinheit zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Auflage mit
der Oberseite des Objekts. Die Höhenposition (z-Position) des Vakuum-Greifsystems
zu diesem Zeitpunkt wird erfaßt
und die seitliche Saugeinheit abhängig von der Höhe des zu
greifenden Objekts nach unten verfahren, bis sie sich im unteren
Bereich des Objekts befindet, wo sie dann festgelegt wird.
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Das
Höhenverschieben
der Saugeinheit auf der Oberseite des Objekts bzw. der Saugeinheit
auf der Seite des Objekts erfolgt gemäß einer anderen Ausführungsform
der Erfindung durch Verschiebemittel. Die Verschiebemittel sind
vorzugsweise als mindestens ein Pneumatikzylinder ausgebildet, der zwischen
dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems und der Saugeinheit angeordnet ist. Alternativ wird
vorgeschlagen, dass die Verschiebemittel als ein Elektromotor ausgebildet
sind, der die Saugeinheit über
eine Getriebeanordnung höhenverschiebt.
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Sobald
sich die seitliche Saugeinheit im unteren Bereich des Objekts befindet,
wird sie zur Auflage an der Seite des Objekts gebracht. Dazu wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass die Saugeinheit auf
der Oberseite des Objekts parallel zu der Oberseite verschiebbar
an dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems
geführt
ist. Um die seitliche Saugeinheit an der Seite des Objekts zur Auflage
zu bringen, wird das gesamte Vakuum-Greifsystem so weit in Richtung
auf die Seite des Objekts verschoben, bis die seitliche Saugeinheit
auf der Seite aufliegt. Dabei wird die obere Saugeinheit parallel
zu der Oberseite des Objekts verschoben.
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Alternativ
wird vorgeschlagen, dass die Saugeinheit auf der Seite des Objekts
senkrecht zu der Seite verschiebbar an dem Grundkörper des
Vakuum-Greifsystems geführt
ist. Um die seitliche Saugeinheit an der Seite des Objekts zur Auflage
zu bringen, wird die seitliche Saugeinheit so weit in Richtung auf
die Seite des Objekts verschoben, bis sie auf der Seite aufliegt.
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Sobald
die Saugeinheiten an der Oberseite bzw. der Seite des Objekts aufliegen,
können
sie in ihren Positionen festgelegt und die Sauggreifer evakuiert
werden. Das Objekt wird von dem erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem ergriffen
und sicher gehalten. Durch entsprechende Bewegungen eines Roboters,
an dessen Arm das Vakuum-Greifsystem befestigt ist, kann das gegriffene
Objekt angehoben werden.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass an dem Grundkörper des Vakuum-Greifsystems
ein mechanischer Untergreifer angeordnet ist, der zumindest teilweise
unter mindestens eines der durch die Saugeinheit angehobenen Objekte schiebbar
ist. Sobald der Untergreifer unter die angehobenen Objekte geschoben
ist, können
die Objekte auf dem Untergreifer abgesetzt werden. Da die Lage (Position
und Ausrichtung) des Untergreifers bekannt ist, können nach
dem Absetzen des Objekts auf dem Untergreifer die Taumelwinkel des
Objekts um die Achsen bestimmt werden, die parallel zu der Oberseite
des Objekts verlaufen. Genauer gesagt, können die Taumelwinkel um die
x-Achse (Taumelwinkel c) und um die y-Achse (Taumelwinkel b) bestimmt
werden.
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Bei
auf dem mechanischen Untergreifer abgesetztem Objekt werden die
Saugeinheiten entlastet. Sie erfüllen
nur noch eine Haltefunktion, nämlich die
Objekte während
der Handhabungsbewegungen des Roboters auf dem Untergreifer zu halten.
Sie müssen
keine Tragefunktion mehr erfüllen,
nämlich die
Objekte mit ihrem vollem Gewicht zu tragen. Durch den mechanischen
Untergreifer können
die Objekte wesentlich sicherer und zuverlässiger durch das Vakuum-Greifsystem
gehalten und gehandhabt werden.
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Das
Vakuum-Greifsystem gemäß dieser Weiterbildung
weist einen Grundkörper
und mindestens eine an dem Grundkörper angeordnete Saugeinheit
mit jeweils mindestens einem Sauggreifer auf. Auch dieses Vakuum-Greifsystem
hat vorteilhafterweise in einem rechten Winkel zueinander angeordnete
Saugelemente an der Oberseite des Objekts bzw. an einer Seite des
Objekts, deren Abstand variierbar ist. Das Vakuum-Greifsystem mit
dem mechanischen Untergreifer hat die angegebenen Vorteile aber
auch ohne diese Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1.
Der Schutz des Patents soll sich deshalb auch auf ein Vakuum-Greifsystem
der zuletzt genannten Art beziehen, das nur eine Saugeinheit aufweist
und bei dem die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale
fehlen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Tiefe der Ausfahrbewegung
des Untergreifers variierbar ist. Zusätzlich oder alternativ wird vorgeschlagen,
dass die Breite des Untergreifers variierbar ist. Zur Variation
der Breite des Untergreifers wird vorgeschlagen, dass der Untergreifer
als ein Scherengitter ausgebildet ist. Als weitere Möglichkeit
zur Variation der Breite des Untergreifers wird vorgeschlagen, dass
der Untergreifer als eine Platte ausgebildet ist, die in mindestens
zwei längliche
Teilplatten unterteilt ist, die untereinander, übereinander bzw. ineinander
schiebbar sind.
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Schließlich wird
als eine weitere Möglichkeit zur
Variation der Breite des Untergreifers vorgeschlagen, dass der Untergreifer
als eine Gabel mit mindestens zwei Zinken ausgebildet ist, wobei
der Abstand der Zinken zur Variation der Breite des Untergreifers variierbar
ist. Vorzugsweise ist der Untergreifer als eine Gabel mit mindestens
zwei Zinken ausgebildet, wobei die Zinken sequentiell ausfahrbar
bzw. einfahrbar sind. Die Tiefe der Ausfahrbewegung der einzelnen
Zinken ist variierbar.
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Bei
biegeschlaffen Objekten hat eine Kombination von abstandsvariablen
und sequentiell ausfahrbaren Zinken des Untergreifers große Vorteile. Bei
biegeschlaffen Objekten kann es vorkommen, dass die durch das Vakuum-Greifsystem
angehobene Seite des Objekts nicht über ihre gesamte Breite angehoben
ist, sondern bspw. am Rand noch auf der Auflagefläche liegt.
Zunächst
wird der Abstand der Zinken auf einen kleinen Wert eingestellt.
Dann werden eine oder mehrere Zinken unter dem angehobenen Teil
des Objekts ausgefahren. Danach wird der Abstand dieser Zinken unter
dem Objekt vergrößert, wobei
die Zinken entlang der Unterseite des Objekts gleiten. Dadurch werden
auch die bisher auf der Auflagefläche liegenden Bereiche des
Objekts angehoben.
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Um
das Unterschieben des Untergreifers unter das Objekt zu erleichtern
wird gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass der
Untergreifer auf seiner Oberseite Mittel zur Reduzierung der Reibung
zwischen dem Untergreifer und dem Objekt zumindest beim Unterschieben
des Untergreifers unter das Objekts aufweist. Diese reibungsreduzierenden
Mittel können
bspw. als eine spezielle Beschichtung der Oberfläche zumindest auf der Oberseite
des Untergreifers ausgebildet sein. Ebenso können die Mittel als Rollen
oder Kugeln ausgebildet sein, die auf der Oberseite des Untergreifers angeordnet
und drehbar gelagert sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Vakuum-Greifsystem Mittel
zum Bewegen des Objekts auf den Untergreifer aufweist. Gemäß dieser
Ausführungsform
wird der Untergreifer also nicht unter das Objekt geschoben sondern
das Objekt auf den Untergreifer bewegt. Die Bewegungsmittel sind
bspw. als angetriebene Rollen oder Kugeln oder als ein Förderband
auf der Oberseite des Untergreifers ausgebildet.
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Damit
der mechanische Untergreifer beim Palettieren oder Depalettieren
eines Objekts nicht mit anderen Objekten auf der Palette kollidiert,
wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung vorgeschlagen, dass die Breite des Untergreifers kleiner
oder gleich der Breite des durch die Saugeinheiten angehobenen Objekts
ist.
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Gemäß einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass das Vakuum-Greifsystem
Erkennungsmittel zum Bestimmen der Breite der Seite des angehobenen
Objekts, auf der die Saugeinheit auf der Seite des Objekts das Objekt
greift, aufweist. In Abhängigkeit
von der Breite des Objekts kann die Breite des mechanischen Untergreifers
eingestellt werden. Außerdem
kann, wenn die Abmessungen des gegriffenen Objekts bekannt sind,
anhand der von den Erkennungsmitteln bestimmten Breite des Objekts überprüft werden,
welche Orientierung das Objekt hat, d. h. ob es von den Saugeinheiten
an einer Breitseite oder an einer Längsseite gegriffen wurde. Falls die
ergriffene Seite die Längsseite
des Objekts ist, können
die Saugeinheiten umgreifen, um das Objekt weiter in der Mitte der
ergriffenen Seite zu greifen. Dadurch kann sichergestellt werden,
dass das von den Saugeinheiten gegriffene Objekt auf der ergriffenen
Seite vollständig
angehoben wird, um dann den mechanischen Untergreifer problemlos
unter das Objekt schieben zu können.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erkennungsmittel
mehrere nebeneinander angeordnete und um eine gemeinsame Drehachse
verschwenkbare Tastfinger aufweisen, wobei der eine Teil der Tastfinger
auf der Oberfläche des
durch die Saugeinheiten angehobenen Objekts aufliegt und der andere
Teil der Tastfinger neben dem Objekt nach unten verschwenkt ist.
Die Drehachse der Tastfinger verläuft vorzugsweise parallel zu
der ergriffenen Seite des Objekts. Des weiteren verläuft die
Drehachse vorzugsweise in der Höhe
der Oberseite des gegriffenen Objekts. Aus der Verschwenkstellung
der einzelnen Tastfinger kann die Breite der ergriffenen Seite des
Objekts bestimmt werden. Je mehr Tastfinger die Erkennungsmittel
aufweisen, desto genauer kann die Breite der ergriffenen Seite bestimmt
werden.
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Gemäß noch einer
anderen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Untergreifer
aufgrund seines Eigengewichts oder mittels Verschiebemittel höhenverschiebbar
an dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems geführt
ist. Bevor der Untergreifer unter das angehobene Objekt geschoben
wird, wird er auf die richtige Höhenposition
verschoben, damit er in den Spalt zwischen der Unterseite des angehobenen
Objekts und der ehemaligen Auflagefläche des Objekts paßt. Aus
der Höhenposition
des oberen Sauggreifers ist die z-Position der Oberseite des Objekts
bekannt. Falls die Abmessungen des Objekts ebenfalls bekannt sind,
kann die richtige Höhenposition
des Untergreifers ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise
ist an dem Grundkörper des
Vakuum-Greifsystems
ein höhenverschiebbarer und
in einer bestimmten Höhe
festlegbarer Anschlag geführt,
der ein Verschieben des Untergreifers nach unten begrenzt. Dieser
Anschlag wird auf eine Höhenposition
verschoben und in dieser Position festgelegt, so dass der Untergreifer
in der richtigen Höhenposition
auf dem Anschlag zur Auflage kommt. Der Untergreifer bewegt sich
vorzugsweise aufgrund seines Eigengewichts selbstätig nach
unten, bis er zur Auflage auf dem Anschlag kommt.
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Alternativ
wird vorgeschlagen, dass das Höhenverschieben
des Untergreifers bzw. des Anschlags durch Verschiebemittel erfolgt.
Die Verschiebemittel sind vorteilhafterweise als mindestens ein Pneumatikzylinder
ausgebildet, der zwischen dem Grundkörper des Vakuum-Greifsystems
und dem Untergreifer bzw. zwischen dem Grundkörper und dem Anschlag angeordnet
ist. Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Verschiebemittel als
ein Elektromotor ausgebildet sind, der den Untergreifer bzw. den
Anschlag über
eine Getriebeanordnung höhenverschiebt.
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Mit
Hilfe der oberen Saugeinheit und dem mechanischen Untergreifer konnten
bereits die Höhenposition
und zwei Taumelwinkel des Objekts bestimmt werden. Um eine weitere Handhabung
(z. B. Palettieren beim Pick to Pallet) des gegriffenen Objekts
zu ermöglichen,
muss die Lage des Objekts bekannt sein. Zum Bestimmen der Lage des
Objekts müssen
zusätzlich
die Breiten- und Längspositionen und
der Drehwinkel des Objekts bestimmt werden. Dazu wird gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen,
dass das Vakuum-Greifsystem Feinlokalisierungsmittel zum Anordnen
des angehobenen Objekts in einer vorgegebenen Lage aufweist. Vorteilhafterweise
sind die Feinlokalisierungsmittel als zwei in einem rechten Winkel
zueinander und in einem rechten Winkel zu dem Untergreifer stehende
flächige
Anschlagelemente ausgebildet, die an dem Grundkörper des Vakuum-Greifsystems
angeordnet sind, wobei die Seiten des Objekts auf den Flächen der
Anschlagelemente zur Auflage bringbar sind.
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Zum
Bestimmen der Lage des Objekts wird alternativ vorgeschlagen, dass
das Vakuum-Greifsystem Feinklokalisierungsmittel zum Bestimmen der Lage
des zu greifenden Objekts aufweist. Vorteilhafterweise sind die
Feinlokalisierungsmittel als zwei in einem rechten Winkel zueinander
und in einem rechten Winkel zu dem Untergreifer stehende flächige Anschlagelemente
ausgebildet, die an dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems um ihre Hochachsen verschwenkbar gelagert
sind, wobei die Flächen
der Anschlagelemente auf den Seiten des Objekts zur Auflage bringbar
sind, und Mittel zum Bestimmen der Verschwenkposition der Anschlagelemente
vorgesehen sind. Die Mittel zum Bestimmen der Verschwenkposition
der Anschlagelemente sind vorzugsweise als Wegsensoren ausgebildet,
wobei vorzugsweise an jedem Anschlagselement zu beiden Seiten der Hochachse
jeweils ein Wegsensor zwischen dem Anschlagelement und dem Grundkörper des
Vakuum-Greifsystems angeordnet ist. Eine vollständige Feinlokalisierung des
Objekts läßt sich
bereits mit insgesamt drei Wegsensoren an den beiden Anschlagelementen,
d. h. mit zwei Wegsensoren an dem einen und einem Wegsensor an dem
anderen Anschlagelement, ausführen.
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Es
ist denkbar, dass die Feinlokalisierungsmittel nicht als Teil des
Vakuum-Greifsystems sondern unabhängig von dem Vakuum-Greifsystem
ausgebildet sind. Zur Feinlokalisierung könnte das ergriffene Objekt
bspw. durch Verfahren des Roboters oder mittels eines Förderbandes,
auf dem das Objekt von dem Vakuum-Greifsystem abgesetzt wird, zu
den Feinlokalisierungsmitteln befördert werden, wo dann die Feinlokalisation
durchgeführt
wird.
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Zur
Vereinfachung des erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystems
wird vorgeschlagen, dass die Saugeinheit auf der Seite des Objekts
als eines der flächigen
Anschlagelemente der Feinlokalisierungsmittel ausgebildet ist. Des
weiteren wird vorgeschlagen, dass mindestens eines der flächigen Anschlagelemente
an dem Grundkörper
des Vakuum-Greifsystems zwischen einer Einsatzposition und einer Ruheposition verschwenkbar
gelagert ist. Vorzugsweise ist das Anschlagelement, das die seitliche
Saugeinheit bildet, nicht verschwenkbar ausgebildet. Das andere
Anschlagelement ist dagegen verschwenkbar ausgebildet und kann in
eine Position verschwenkt werden, in der es beim Greifen und Anheben
des Objekts, beim Unterschieben des Untergreifers und beim Absetzen
des Objekts auf dem Untergreifer nicht stört, solange es nicht benötigt wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Feinlokalisierungsmittel
als Tastsensoren ausgebildet sind. Jeweils mindestens drei der Tastsensoren sind
in zwei Ebenen angeordnet, die in einem rechten Winkel zueinander
stehen. Die Tastsensoren können auf
den Seiten des zu greifenden Objekts zur Auflage gebracht werden.
Dazu können
entweder die Tastsensoren zu den Seiten des zu greifenden Objekts oder
das zu greifende Objekt zu den Tastsensoren bewegt werden. Die Tastsensoren
können
aktiv mit Hilfe von Verschiebemitteln zu den Seiten des Objekts
bewegt werden. Alternativ kann das Verschieben der Tastsensoren
auch passiv mit Hilfe des Handhabungsroboters erfolgen. Dazu werden
die Tastsensoren zusammen mit dem Vakuum-Greifsystem von dem Handhabungsroboter
zu den Seiten des zu greifenden Objekts bewegt, bis sie auf den
Seiten zur Auflage gelangen. Das Vakuum-Greifsystem gemäß der vorgeschlagenen
Ausführungsform
weist außerdem
Mittel zum Auswerten der Ausgangssignale der Tastsensoren auf. Sobald
die Tastsensoren auf den Seiten des zu greifenden Objekts zur Auflage
gelangen, verändern
sich die Ausgangssignale der Tastsensoren. Wenn alle Tastsensoren
auf den Seiten des Objekts zur Auflage gelangt sind, können die Breiten-
und Längspositionen
und der Drehwinkel und damit die Lage des zu greifenden Objekts
bestimmt werden. Mit der vorgeschlagenen Ausführungsform kann die Feinlokalisierung
des Objekts bereits vor dem Anheben oder Absetzen des Objekts auf
dem Untergreifer durchgeführt
werden.
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Gemäß noch einer
anderen vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
vorgeschlagen, dass das Vakuum-Greifsystem
einen Sensor zur Auswahl eines von den Saugeinheiten des Vakuum-Greifsystems
zu greifenden Objekts aus auf einer Palette angeordneten Objekten
und zur Groblokalisierung des ausgewählten Objekts aufweist. Dieser
Sensor führt
vor der Feinlokalisierung bzw. vor dem eigentlichen Greifvorgang
eine Groblokalisierung des zu greifenden Objekts aus. Dabei wird
das Objekt mit einer Genauigkeit von mehreren Zentimetern lokalisiert.
Es ist auch denkbar, dass der Sensor nicht unmittelbar an dem Vakuum-Greifsystem sondern
an dem Roboterarm befestigt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Sensor als ein
Laser-Sensor ausgebildet
ist, der mit einem Laserstrahl über
die Objekte der Palette scannt, wobei Mittel vorgesehen sind, um die
Laufzeit des Laserstrahls zu erfassen, um aus der Laufzeit den Verlauf
der Oberflächen
der auf der Palette angeordneten Objekte zu bestimmen und um aus
den auf der Palette angeordneten Objekten nach einer bestimmten
Rangfolge das von den Saugeinheiten des Vakuum-Greifsystems zu greifende
Objekt auszuwählen.
Der Laser-Sensor scannt von schräg oben,
idealerweise in einem Scanwinkel von etwa 45°, über die Oberfläche der
Palette. Befriedigende Ergebnisse der Groblokalisierung werden jedoch auch
noch bei Scanwinkeln von etwa 20° erzielt.
Aus dem Verlauf der Oberflächen
der auf der Palette angeordneten Objekte und in Kenntnis der Abmessungen
der Objekte auf der Palette kann die Anordnung der Objekte auf der
Palette ermittelt werden. Aus den auf der Palette angeordneten Objekten
wird ein Objekt nach einer bestimmten Rangfolge ausgewählt.
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Die
Auswahl des Objekts erfolgt vorzugsweise nach der Rangfolge oben,
vorne, rechts. D. h. es werden zunächst die Objekte ausgewählt, die
am weitesten oben auf der Palette angeordnet sind. Aus diesen oberen
Objekten werden dann die am weitesten vorne liegenden ausgewählt. Aus
diesen oberen, vorderen Objekten wird dann das am weitesten rechts
liegende Objekt ausgewählt.
Dadurch wird eine besonders gute Zugänglichkeit der Objekte auf der
Palette durch das Vakuum-Greifsystem
ermöglicht.
Ohne Einschränkung
der Zugänglichkeit
könnte aus
den oberen, vorderen Objekten auch das am weitesten links liegende
Objekt ausgewählt
werden.
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Zur
Groblokalisierung des ausgewählten
Objekts wird gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
vorgeschlagen, dass die Objekte im wesentlichen quaderförmig ausgebildet
sind und dass der Sensor die Lage (Position und Ausrichtung) der
Kanten an der oberen, vorderen, rechten Ecke des ausgewählten Objekts
groblokalisiert. Diese drei Kanten bilden ein Dreibein, durch das
die Lage der Ecke des ausgewählten
Objekts eindeutig bestimmt ist. Allerdings kann diese Lagebestimmung
der Ecke nur als Groblokalisierung dienen. Die Feinlokalisierung
wird durch das anschließend
an die Groblokalisierung ausgeführte,
oben beschriebene Greifen des Objekts und Absetzen auf dem Untergreifer
ausgeführt.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Warenverteilzentrum im Ausschnitt, in dem ein Handhabungsgerät mit einem
erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem zum Handhaben
von Objekten eingesetzt ist;
-
2 eine
Palette aus dem Warenverteilzentrum im Ausschnitt mit den Komponenten
des erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystems
für eine Auswahl
und eine Groblokalisierung eines zu greifenden Objekts;
-
3 die
Palette aus 2 mit einem ausgewählten und
groblokalisierten Objekt;
-
4 einen
ersten Schritt des Greifvorgangs mit dem erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem;
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5 einen
zweiten Schritt des Greifvorgangs mit dem erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem;
-
6 einen
dritten Schritt des Greifvorgangs mit dem erfindungsgemäßen Vakuum-Greifsystem;
-
7 - Erkennungsmittel zum Bestimmen der Breite
der Seite des angehobenen Objekts; und
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8 Feinlokalisierungsmittel
zur Feinlokalisierung des gegriffenen Objekts.
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In 1 sind
zwei Regalreihen 1, 2 eines Warenverteilzentrums
für Supermärkte dargestellt. Das
Warenverteilzentrum weist üblicherweise
eine große
Lagerhalle auf, in der mehrere solcher in 1 dargestellter
Regalreihen 1, 2 nebeneinander angeordnet sind.
In den Regalen 3, 4 der Regalreihen 1, 2 sind
Waren aus dem Sortiment der Supermärkte nach Waren sortiert auf
Paletten 5 angeordnet. Die Paletten 5 sind in
einer Ebene in den Regalen der Regalreihen 1, 2 abgelegt.
Alternativ können
die Paletten 5 auch in mehreren Ebenen in einem Hochregal
(nicht dargestellt) abgelegt werden.
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Zur
Lieferung von Waren aus dem Warenverteilzentrum an die Supermärkte, werden
Paletten 6 mit verschiedenen Waren aus dem Warenverteilzentrum
zusammengestellt. Dazu wird ein Handhabungsgerät 7 eingesetzt, das
einen verfahrbaren Handhabungsroboter 8 aufweist, an dessen
Arm 9 ein erfindungsgemäßes Vakuum-Greifsystem 10 angeordnet
ist. Das Vakuum-Greifsystem 10 ist in 1 nur
symbolisch dargestellt. In den 2 bis 7 sind
zur Vereinfachung immer nur die Komponenten des Vakuum-Greifsystems 10 dargestellt,
die in der dazugehörigen
Figurenbeschreibung beschrieben werden. Das erfindungsgemäße Vakuum-Greifsystem 10 kann
jedoch sämtliche
in den 2 bis 7 dargestellten Komponenten
aufweisen.
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Das
Vakuum-Greifsystem greift im wesentlichen quaderförmige Objekte 11 mit
unterschiedlichen Abmessungen. Größere Waren (z. B. Waschmittelkartons,
Katzenstreusäcke)
bilden selbst ein Objekt 11, das von dem Vakuum-Greifsystem 10 gegriffen
werden kann. Bei kleineren Waren (z. B. Süßwaren, Kosmetika) sind mehrere
Einzelwaren zu einer Wareneinheit verpackt, die dann ein Objekt 11 bildet.
Ein Objekt 11 kann aber auch eine Kartonpalette sein, auf
der Einzelwaren (z. B. Getränkedosen)
angeordnet und mit einer Kunststofffolie mit der Kartonpalette verschweißt sind.
Aufgrund der unterschiedlichen Abmessungen, Ausgestaltungen (Karton,
Tüte, Sack,
Kartonpalette) und Eigenschaften (steif, biegeschlaff) der Objekte 11,
sollte das in einem Warenverteilzentrum eingesetzte Vakuum-Greifsystem 10 besonders
flexibel greifen und alle gegriffenen Objekte 11 sicher
und zuverlässig
halten können.
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Zwischen
den Regalreihen 1, 2 verlaufen Führungsschienen 12 zum
Führen
des Handhabungsroboters 8 während seiner Verfahrbewegungen.
Die in 1 dargestellte Konstellation des Entnehmens von
Objekten 11 von ersten Paletten 5 (Depalettieren)
und des Ablegens der entnommenen Objekte 11 auf einer zweiten
Palette 6 (Palettieren) wird auch als "Pick to Pallet" bezeichnet. Im Gegensatz dazu werden
bei dem sog. "Pick
to Belt" (nicht
dargestellt) die entnommenen Objekte 11 auf einem Förderband
abgelegt. Am Ende des Förderbandes
werden die Objekte 11 dann mit Hilfe eines weiteren Handhabungsgeräts auf einer
zweiten Palette abgelegt.
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Das "Pick to Pallet" der auf den Paletten 5 abgelegten
Objekte 11, erfolgt in zwei Hauptschritten. Zunächst wird
eine Groblokalisierung des zu greifenden Objekts 11 mit
einer Genauigkeit von mehreren Zentimetern durchgeführt. Im
Anschluß daran
erfolgt eine Feinlokalisierung des gegriffenen Objekts 11 mit
einer Genauigkeit von wenigen Millimetern.
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In
einem Zentralrechner (nicht dargestellt) sind Listen mit den für die einzelnen
Supermärkte
bestimmten Waren abgelegt.
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Außerdem sind
in dem Zentralrechner Angaben abgespeichert, auf welchen Paletten 5 die
einzelnen Waren abgelegt sind und welche Abmessungen die einzelnen
Objekte haben. Das Handhabungsgerät 7 fährt vor
die Palette 5 in dem Regal 3, auf der die erste
Ware der Liste des Zentralrechners abgelegt ist.
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An
dem Vakuum-Greifsystem 10 ist ein Laser-Sensor 13 (vgl. 2)
angeordnet. Dieser wählt aus
den auf der Palette 5 angeordneten Objekten 11 ein
zu greifendes Objekts 11a aus. Außerdem führt er eine Groblokalisierung
des ausgewählten
Objekts 11a aus. Der Laser-Sensor 13 weist eine
Sendeeinheit 13a und eine Empfangseinheit 13b auf.
Er ist in einem Winkel von vorzugsweise 45°, im vorliegenden Ausführungsbeispiel
in einem Winkel von etwa 20°, schräg über den
Objekten 11 auf der Palette 5 positioniert und
scannt mit einem Laserstrahl über
die Objekte 11. Aus einem Vergleich des von der Sendeeinheit 13a ausgesandten
Laserstrahls mit dem von der Empfangseinheit 13b empfangenen
Laserstrahls kann die Laufzeit des Laserstrahls bestimmt werden. Aus
der Laufzeit des Laserstrahls kann der Verlauf der Oberflächen der
auf der Palette 5 angeordneten Objekte 11 ermittelt
werden. Derartige Lasersensoren sind bspw. von der Fa. SICK AG,
Sebastian-Kneipp-Straße 1,
79183 Waldkirch, DE unter der Bezeichnung "Lichtschnittsensor DMH" erhältlich.
Es versteht sich für
einen Fachmann, dass statt eines Laser-Sensors 13 auch
andere Sensoren, insbesondere andere optische Sensoren, eingesetzt
werden können.
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Aus
dem Verlauf der Oberflächen
der auf der Palette 5 angeordneten Objekte 11 und
in Kenntnis der Abmessungen der Objekte auf der Palette kann die
Anordnung der Objekte 11 auf der Palette 5 ermittelt
werden. In Abhängigkeit
von der Anordnung der Objekte 11 auf der Palette 5 wird
dann nach einer bestimmten Rangfolge das von dem Vakuum-Greifsystem
zu greifende Objekt 11a ausgewählt. Die Auswahl des zu greifenden
Objekts 11a erfolgt nach der Rangfolge oben, vorne, rechts.
D. h. es werden zunächst
die Objekte 11 ausgewählt,
die am weitesten oben auf der Palette 5 angeordnet sind.
Aus diesen oberen Objekten 11 werden dann die am weitesten vorne
liegenden ausgewählt.
Aus diesen oberen, vorderen Objekten 11 wird dann das am
weitesten rechts liegende Objekt 11a ausgewählt. Es
versteht sich für
einen Fachmann, dass ohne Einschränkung der Zugänglichkeit
aus den oberen, vorderen Objekten 11 auch das am weitesten
links liegende Objekt ausgewählt
werden könnte.
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Zur
Groblokalisierung wird das ausgewählte Objekt 11a wird
die Lage (Position und Ausrichtung) der Kanten an der oberen, vorderen,
rechten Ecke 14 des ausgewählten Objekts 11a groblokalisiert.
Diese drei Kanten sind in 2 stärker dargestellt
und bilden ein Dreibein, durch das die Lage der Ecke des ausgewählten Objekts 11a eindeutig
bestimmt ist.
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Nachdem
die Groblokalisierung des zu greifenden Objekts 11a abgeschlossen
ist, kann das Vakuum-Greifsystem 10 das Objekt 11a nun
greifen. Da die Orientierung des Objekts 11a nicht bekannt
ist, d. h. ob eine Längsseite
oder eine Breitseite des Objekts 11a vorne angeordnet ist,
ist auch nicht bekannt, ob das Objekt 11a auf einer Längsseite
oder auf einer Breitseite gegriffen wird. Als "vorne" wird die Seite des Objekts 11a bezeichnet,
auf der das Vakuum-Greifsystem 10 das Objekt 11a ergreift.
Als "Längsseiten" werden die längeren Seiten
und als "Breitseiten" die kürzeren Seiten
des Objekts 11a bezeichnet. Um stets ein sicheres Greifen
des Vakuum-Greifsystems 10 sicherzustellen, wird auf der Oberseite
des Objekts 11a eine rechteckige, in 3 schraffiert
dargestellte, Fläche 15 definiert,
deren Kantenlängen
der Länge
der Breitseiten des Objekts 11a entsprechen. Das Vakuum-Greifsystem 10 greift das
Objekt 11a an den gekennzeichneten Stellen 16. Die
Stellen 16 liegen etwa in der Mitte der Breitseiten und
etwas versetzt zu der Mitte der Längsseiten.
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Das
Vakuum-Greifsystem 10 weist einen Grundkörper 18 (vgl. 4)
und zwei an dem Grundkörper 18 angeordnete
Saugeinheiten 19, 20 auf. Die Saugeinheiten 19, 20 sind
in einem rechten Winkel zueinander angeordnet (sog. Winkelgreifer).
Die Saugeinheit 19 weist sechs Sauggreifer 21 auf,
die in zwei Reihen á drei
Sauggreifer 21 nebeneinander angeordnet sind, und greift
das Objekt 11a von der Oberseite. Die Saugeinheit 20 weist
vier Sauggreifer 22 auf, die in zwei Reihen á zwei
Sauggreifer 22 nebeneinander angeordnet sind, und greift
das Objekt 11a von der Seite. Die Sauggreifer 21, 22 der
Saugeinheiten 19, 20 können als Flachsauggreifer,
als Faltenbalgsauggreifer oder als Spezialsauggreifer ausgebildet
sein.
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Die
obere Saugeinheit 19 ist an dem Grundkörper 18 des Vakuum-Greifsystems 10 höhenverschiebbar
geführt
und in einer bestimmten Höhe
festlegbar. Die seitliche Saugeinheit 20 ist auf der Seite des
Objekts 11a höhenfest
an dem Grundkörper 18 befestigt.
Vor dem Greifen befindet sich die obere Saugeinheit 19 in
ihrer niedrigsten Position. In dieser Position wird sie durch ihr
Eigengewicht auf einem Anschlag 23 des Grundkörpers 18 gehalten.
Zum Greifen des Objekts 11a wird das Vakuum-Greifsystem 10 von
oben (Pfeil 17 in 4) auf das
Objekt 11a niedergefahren. Dabei kommt die obere Saugeinheit 19 zu
einem bestimmten Zeitpunkt zur Auflage mit der Oberseite des Objekts 11a.
Die Höhenposition
der Saugeinheit 19 wird zu diesem Zeitpunkt als z-Position
des Objekts 11a erfaßt.
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Abhängig von
der Höhe
des zu greifenden Objekts 11a wird das Vakuum-Greifsystem 10 weiter in
Richtung des Pfeils 17 nach unten verfahren, bis sich die
seitliche Saugeinheit 20 im unteren Bereich des Objekts 11a befindet.
Dabei wird die obere Saugeinheit 19 relativ zu dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 nach
oben verschoben.
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Dann
wird die seitliche Saugeinheit 20 zur Auflage an der Seite
des Objekts 11a gebracht. Dazu ist die obere Saugeinheit 19 parallel
zu der Oberseite verschiebbar an dem Grundkörper 18 des Vakuum-Greifsystems 10 geführt. Das
gesamte Vakuum-Greifsystem 10 wird
mit Hilfe des Handhabungsroboters 8 so weit in Richtung
der Seite des Objekts 11a verschoben, bis die seitliche
Saugeinheit 20 auf der Seite aufliegt. Dabei wird die obere
Saugeinheit 19 relativ zu dem Grundkörper 18 und parallel
zu der Oberseite des Objekts 11a verschoben. Sobald die Saugeinheiten 19, 20 zur
Auflage auf der Oberseite bzw. der Seite des Objekts 11a gebracht
sind, wird die obere Saugeinheit 19 in ihrer Position festgelegt, und
die Saugeinheiten 19, 20 werden evakuiert.
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Das
erfindungsgemäße Vakuum-Greifsystem 10 hat
den Vorteil, dass der Abstand zwischen der oberen Saugeinheit 19 und
der seitlichen Saugeinheit 20, sofern die Abmessungen des
oder jeden zu greifenden Objekts 11a es zulassen, vergrößert werden
kann. Dadurch wird das Objekt 11a mit einem größeren Hebelarm
zwischen den Saugeinheiten 19, 20 gegriffen und
es kann wesentlich sicherer angehoben und gehalten werden. Außerdem ist
bei der Erfindung sichergestellt, dass bei einem Objekt 11a, das
als eine quaderförmige
Kartonpalette ausgebildet ist, auf der Waren angeordnet und mit
einer Kunststofffolie mit der Kartonpalette verschweißt sind,
die seitliche Saugeinheit 20 stets die Kartonpalette greift
und nicht die Kunststofffolie. Die auf der Kartonpalette angeordneten
Waren haben nämlich häufig eine
von einer Quaderform abweichende Form, so dass die Kunststofffolie
an der Seite des Objekts keine ebene Fläche bildet. Es versteht sich, dass
ein solches Objekt 11a viel besser und sicherer an der
relativ ebenen Kartonpalette als an der Kunststofffolie gegriffen
werden kann.
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Das
Objekts 11a ist an den evakuierten Sauggreifern 21, 22 der
Saugeinheiten 19, 20 gehalten. Diese Situation
ist in 5 dargestellt. Um das Objekt 11a anzuheben,
wird das Vakuum-Greifsystem 10 mit
Hilfe des Handhabungsroboters 8 nach oben (Pfeil 24)
verfahren. An dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 ist
ein mechanischer Untergreifer 25 (vgl. 6)
angeordnet, der zumindest teilweise unter das angehobene Objekt 11a schiebbar
ist (Pfeil 26). Sobald der Untergreifer 25 unter
das angehobene Objekt 11a geschoben ist, wird das Objekt 11a auf
dem Untergreifer 25 abgesetzt. Da die Lage (Position und
Ausrichtung) des Untergreifers 25 bekannt ist, können nach
dem Absetzen des Objekts 11a auf dem Untergreifer 25 die Taumelwinkel
b, c des Objekts 11a um die y-Achse bzw. um die x-Achse
bestimmt werden.
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Bei
auf dem mechanischen Untergreifer 25 abgesetztem Objekt 11a werden
die Saugeinheiten 19, 20 entlastet. Sie erfüllen nur
noch eine Haltefunktion, nämlich
das Objekt 11a während
der Handhabungsbewegungen des Handhabungsroboters 8 auf dem
Untergreifer 25 zu halten. Sie müssen keine Tragefunktion mehr
erfüllen,
nämlich
das Objekt 11a mit seinem vollem Gewicht zu tragen. Durch
den mechanischen Untergreifer 25 kann das Vakuum-Greifsystem
das Objekt 11a wesentlich sicherer und zuverlässiger halten
und handhaben.
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Der
Untergreifer 25 ist als eine Gabel ausgebildet, wobei der
Abstand der Zinken 26 (vgl. 8) zur Variation
der Breite des Untergreifers 25 verändert werden kann. Die Zinken 26 des
Untergreifers 25 sind sequentiell ausfahrbar bzw. einfahrbar.
Die Tiefe der Ausfahrbewegung der Zinken 26 ist variierbar.
Alternativ (nicht dargestellt) kann der Untergreifer 25 aber
auch als ein zusammen- und auseinanderziehbares Scherengitter oder
als eine Platte ausgebildet sein, die in mindestens zwei längliche
Teilplatten unterteilt ist, die untereinander, übereinander bzw. ineinander
schiebbar sind.
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Der
mechanische Untergreifer 25 ist höhenverschiebbar an dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 geführt. Bevor der Untergreifer 25 unter
das angehobene Objekt 11a geschoben wird, wird er auf die
richtige Höhenposition
verschoben, damit er in den Spalt zwischen der Unterseite des angehobenen
Objekts 11a und der ehemaligen Auflagefläche des
Objekts 11a paßt.
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Das
Vakuum-Greifsystem 10 weist außerdem Erkennungsmittel 27 (vgl. 7)
zum Bestimmen der Breite der Seite des angehobenen Objekts 11a,
an der die seitliche Saugeinheit 20 das Objekt greift,
auf. Die Erkennungsmittel 27 weisen mehrere nebeneinander
angeordnete und um eine gemeinsame Drehachse 28 verschwenkbare
Tastfinger 29 auf. Der eine Teil 29a der Tastfinger 29 liegt
auf der Oberfläche
des angehobenen Objekts 11a auf und der andere Teil 29b der
Tastfinger 29 ist neben dem Objekt 11a nach unten
verschwenkt. Die Drehachse 28 der Tastfinger 29 verläuft parallel
zu der ergriffenen Seite des Objekts 11a und in der Höhe der Oberseite
des gegriffenen Objekts 11a. Aus der Verschwenkstellung
der einzelnen Tastfinger 29 kann die Breite der ergriffenen
Seite des Objekts 11a bestimmt werden. In Abhängigkeit
von der Breite des Objekts 11a kann die Breite des mechanischen
Untergreifers 25 verstellt werden.
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Außerdem kann
anhand der von den Erkennungsmitteln 27 bestimmten Breite
der ergriffenen Seite des Objekts 11a überprüft werden, welche Orientierung
das Objekt 11a hat, d. h. ob es an einer Breitseite oder
an einer Längsseite
gegriffen wurde. Falls die ergriffene Seite eine Längsseite
des Objekts 11a ist, können
die Saugeinheiten 19, 20 umgreifen, um das Objekt 11a weiter
in der Mitte der ergriffenen Seite zu greifen. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass das gegriffene Objekt 11a auf der ergriffenen
Seite vollständig
angehoben wird, um dann den mechanischen Untergreifer 25 problemlos
unter das Objekt 11a schieben zu können.
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Es
versteht sich für
einen Fachmann, dass das Verschieben der Saugeinheiten 19, 20 außer passiv
mit Hilfe des Handhabungsroboters 8 auch aktiv mit Hilfe
von Verschiebemitteln erfolgen kann. Ebenso kann die Höhenposition
des Untergreifers 25 auch aktiv mit Hilfe von Verschiebemitteln
verstellt werden. Die Verschiebemittel sind bspw. als ein Pneumatikzylinder,
der zwischen dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 und den Saugeinheiten 19, 20 bzw.
zwischen dem Grundkörper 18 und
dem Untergreifer 25 angeordnet ist. Alternativ können die
Verschiebemittel auch als ein Elektromotor ausgebildet sein, der
die Saugeinheiten 19, 20 bzw. den Untergreifer 25 über eine
Getriebeanordnung verschiebt.
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Mit
Hilfe der oberen Saugeinheit 19 und dem mechanischen Untergreifer 25 konnten
bereits die z-Position der Oberseite des Objekts 11a und
zwei Taumelwinkel b, c des Objekts 11a bestimmt werden. Um
eine weitere Handhabung (z. B. Palettieren beim "Pick to Pallet") des gegriffenen Objekts 11a zu
ermöglichen,
muss die Lage des Objekts 11a vollständig bekannt sein.
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Zum
zusätzlichen
Bestimmen der Breitenposition (y-Position) und der Längspositionen
(x-Position) und des Drehwinkels a des Objekts 11a weist
das Vakuum-Greifsystem 10 Feinlokalisierungsmittel auf (vgl. 8).
Die Feinlokalisierungsmittel sind als zwei in einem rechten Winkel
zueinander und in einem rechten Winkel zu dem Untergreifer 25 stehende flächige Anschlagelemente 30, 31 ausgebildet.
Die Anschlagelemente 30, 31 sind an dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 um
ihre Hochachsen (z-Achsen) verschwenkbar gelagert. Die seitliche Saugeinheit 20 (vgl. 4 bis 6)
ist als das flächige
Anschlagelement 31 ausgebildet. Die Flächen der Anschlagelemente 30, 31 werden
auf zwei Seiten des Objekts 11a zur Auflage gebracht. Zum
Bestimmen der Verschwenkposition der Anschlagelemente 30, 31 um
ihre Hochachsen sind Wegsensoren 32 vorgesehen, wobei an
dem Anschlagelement 30 zu beiden Seiten der Hochachse jeweils
ein Wegsensor 32 zwischen dem Anschlagelement 30 und
dem Grundkörper 18 des
Vakuum-Greifsystems 10 und
an dem Anschlagelement 31 lediglich ein Wegsensor 32 zu
einer Seite der Hochachse angeordnet ist. Aus der Verschwenkposition
der Anschlagelemente 30, 31 wird der Drehwinkel
a des Objekts 11a bestimmt.
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Das
flächige
Anschlagelement 30 ist an dem Grundkörper 18 des Vakuum-Greifsystems 10 zwischen
einer Einsatzposition (vgl. 8) und einer Ruheposition
verschwenkbar gelagert. In der Ruheposition stört das Anschlagelement 30 beim
Greifen und Anheben des Objekts 11a, beim Unterschieben des
Untergreifers 25 und beim Absetzen des Objekts 11a auf
dem Untergreifer 25 nicht. Zur Feinlokalisierung wird das
Anschlagelement 30 dann in seine Einsatzposition verschwenkt.
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Zur
Feinlokalisierung werden die Flächen der
Anschlagelemente 30, 31 auf zwei Seiten des Objekts 11a zur
Auflage gebracht. Dazu wird entweder das Objekt 11a auf
die Anschlagelemente 30, 31 zubewegt oder aber
die Anschlagelement 30, 31 werden auf die Seiten
des Objekts 11a zubewegt. Da die x-Position des Anschlagelements 31 und
die y-Position des Anschlagelements 30 bekannt ist, kann
bei auf den Anschlagelementen 30, 31 aufliegendem Objekt 11a die
x-Position und die y-Position des Objekts 11a bestimmt
werden.