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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Gewichtes wenigstens eines Gegenstandes.
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Derartige Vorrichtungen sind in zahlreichen unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Sie weisen häufig einen Kraftaufnehmer auf, der beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen ausgeführt ist und der dazu dient, ein Signal zu generieren, das für die ermittelte Kraft repräsentativ ist.
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Solche Vorrichtungen sind beispielsweise von Personenwaagen bekannt. Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik Anordnungen bekannt, mittels derer das Gewicht von geglücktem Obst oder Gemüse anzeigbar oder zumindest in Kategorien einstufbar ist.
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In allen Fällen kann es dazu kommen, dass der ermittelte Gewichtswert nicht korrekt ist, wenn der zu vermessende Gegenstand nicht statisch ist, sondern sich bewegt oder andere Kräfte als nur die Gewichtskraft auf diesen einwirken.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass selbst bei Bewegungen des fraglichen Gegenstandes zuverlässige Meßwerte erhalten werden können, die für das Gewicht des Gegenstandes repräsentativ sind.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Danach ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens einen Kraftaufnehmer sowie wenigstens einen Beschleunigungssensor aufweist.
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Der Begriff „Kraftaufnehmer” ist allgemein zu verstehen und umfasst jedes beliebige Mittel, mittels dessen eine Kraft, ein Druck etc. aufnehmbar ist, wie beispielsweise eine Kraftmessdose, eine Wägezelle etc.
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Der Kraftaufnehmer kann als Piezokraftaufnehmer ausgeführt sein. Jedoch sind auch alle anderen möglichen Techniken zur Kraft- bzw. Gewichts- oder Druckermittlungen von dem Begriff und von der Erfindung mitumfasst.
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Der wenigstens eine Beschleunigungssensor hat die Aufgabe, eine Gewichtsmessung oder Kraftmessung auch dann zu ermöglichen, wenn der Gegenstand nicht statisch ist, sondern sich bewegt, d. h. einen dynamischen Zustand zu erfassen. Es ist somit auch eine „dynamische Wägung” möglich.
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Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Beschleunigungssensor zur Erfassung eines Winkels dient, der benötigt wird, um den tatsächlich gemessenen Kraftwert zu korrigieren.
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Mit der vorliegenden Erfindung, d. h. mit einer Vorrichtung, die sowohl wenigstens einen Kraftaufnehmer als auch wenigstens einen Beschleunigungssenor aufweist, können zwei Faktoren gleichzeitig erfaßt werden:
- 1. Das gemessene Signal des Kraftaufnehmers, das einem Gewicht des Gegenstandes entspricht, der einen Druck oder eine Kraft etc. auf den Kraftaufnehmer ausübt und
- 2. dynamische Kräfte, die der Gegenstand aufweist bzw. auf diesen einwirken, die durch seine Beschleunigung oder Verzögerung in lateraler oder vertikaler oder jeder anderen Richtung hervorgerufen sind, und vorzugsweise den Winkel der Schwerpunktslinie des Gegenstandes bezogen auf eine Referenzebene des Kraftaufnehmers.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einheit aufweist, die einen Korrekturwert ermittelt, der auf dem oder den durch den Beschleunigungssensor ermittelten Werten basiert.
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Diese Einheit oder auch eine andere Einheit können derart ausgeführt sein, dass sie den oder die seitens des Kraftaufnehmers ermittelten Werte mittels des Korrekturwertes ggf. ändern. Ist keine Korrektur erforderlich, weil das Objekt statisch ist und/oder weil keine Winkelkorrektur von Nöten ist, kann eine solche Korrektur selbstverständlich unterbleiben. In diesem Fall entspricht der von dem Kraftaufnehmer ermittelte Wert der tatsächlichen Kraft bzw. dem tatsächlichen Gewicht des zu vermessenden Gegenstandes.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einheit umfaßt, die zeitliche Änderung des oder der seitens des Beschleunigungssensors ermittelten Werte erfasst. Auf diese Weise ist es möglich, kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen zu überprüfen, ob sich die Beschleunigungssituation bzw. die Bewegungssituation des Gegenstandes geändert hat.
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Des Weiteren ist es möglich, die Messung des Gewichtes erst dann auszuwerten bzw. zu initiieren, wenn die Änderung Null ist oder unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt. Somit ist es möglich, abzuwarten, bis die auf den Gegenstand wirkenden Kräfte als Resultat einer Beschleunigung oder Verzögerung verschwinden. In diesem Fall kann der Meßwert des Kraftaufnehmers genommen werden bzw. ausgewertet oder angezeigt werden. Dieser Wert ist frei von Effekten, die durch eine etwaige Beschleunigung oder Verzögerung des Gegenstandes bedingt sind.
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Die Kraft- bzw. Gewichtsermittlung des Kraftaufnehmers kann somit beispielsweise erst dann initiiert werden oder ausgewertet werden, wenn die zeitliche Änderung des seitens des wenigstens einen Beschleunigungssensors ermittelten Signals Null ist oder einen Grenzwert unterschreitet.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einheit aufweist, mittels derer auf der Grundlage des oder der seitens des Beschleunigungssensors ermittelten Wertes ein Winkel ermittelbar ist. Zu diesem Zweck kann der Beschleunigungssenor auch als Winkelsensor oder Neigungssensor ausgeführt sein. Diese Funktion kann von demselben Beschleunigungssensor ausgeführt werden, der prüft, ob und wenn ja welche Kräfte bzw. Beschleunigung oder Verzögerung auf den Gegenstand wirkt. Denkbar ist es ebenfalls, den Winkelwert durch eine andere Einheit vorzunehmen, wie beispielsweise durch einen Neigungssensor.
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Bei dem Winkel kann es sich um den Winkel handeln, der sich zwischen der Senkrechten der Referenzebene des Kraftaufnehmers und der Richtung ergibt, in der der Gegenstand auf den Kraftaufnehmer eine Kraft ausübt. Denkbar ist es somit beispielsweise, dass die Vorrichtung nur dann einen zuverlässigen Gewichtswert ohne Korrektur angibt, wenn sie absolut horizontal gehalten wird. Wird sie schräg gehalten, kann dies durch den Bewegungssensor oder Neigungssensor erfaßt werden, und ein entsprechender Korrekturwert kann ermittelt werden, der den erfaßten. Gewichts- oder Kraftwert entsprechend der Winkelabweichung korrigiert. Auf diese Weise ist es möglich, auch dann einen zuverlässigen Kraft- oder Gewichtswert zu erhalten, wenn die Vorrichtung geneigt ist.
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Dementsprechend kann die Vorrichtung eine Einheit aufweisen, die auf der Grundlage des ermittelten Wertes einen Korrekturwert ermittelt, um den der seitens des Kraftaufnehmers ermittelte Wert gegebenenfalls änderbar ist. Eine solche Änderung ist natürlich nicht erforderlich, wenn festgestellt wird, dass der Winkel einen Wert aufweist, der eine solche Korrektur nicht erfordert. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Vorrichtung absolut horizontal gehalten wird, da in diesem Ausführungsbeispiel eine Korrektur nicht erforderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren eine Waage, umfassend wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. Diese Waage kann ortsfest angeordnet sein, beispielsweise in einem Raum stehend und/oder auf einer festen Unterlage angeordnet sein.
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Denkbar ist es jedoch auch, dass die die Waage nicht ortsfest angeordnet ist, sondern einen instabilen Untergrund hat. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn die Waage auf einem Fahrzeug, Schiff etc. verwendet wird oder beispielsweise dann, wenn die Vorrichtung bzw. die Waage handgehalten betrieben wird. In diesem Fall ist es denkbar, dass der Nutzer die Vorrichtung nicht immer in der Referenzposition, d. h. beispielsweise absolut horizontal hält, sondern geneigt hält. Um auch in diesem Fall einen zuverlässigen Meßwert zu erhalten, kann die Vorrichtung mit den oben genannten Maßnahmen eine Korrektur des ermittelten Wertes dahingehend vornehmen, dass der korrekte Gewichts- bzw. Kraftwert erhalten wird.
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Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise in Form einer handgehaltenen Einrichtung realisiert sein bzw. deren Bestandteil bilden.
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Wie ausgeführt, kann es sich bei der Vorrichtung beispielsweise um eine Vorrichtung zum Pflücken von Obst und Gemüse oder dergleichen handeln. Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der
WO 2005/089530 A1 bekannt, auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Jedoch ist die Erfindung nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt, sondern kann auch beliebige andere Einrichtungen erfassen und umfassen.
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Denkbar ist es beispielsweise, dass die Vorrichtung Bestandteil eines Roboter oder eines Teils eines Roboters, insbesondere eines Roboterarmes ist. Dieser Roboter kann Mittel zum Pflücken von Obst oder Gemüse oder dergleichen aufweisen. Auch in diesem Fall stellt sich das Problem, dass die gemessenen Werte gegebenenfalls durch Beschleunigung oder Verzögerungen wie sie beispielsweise bei Schwingungen des Gegenstandes auftreten oder auch durch Neigungen verfälscht sein können. Mit den oben genannten Maßnahmen kann eine Korrektur des ermittelten Wertes vorgenommen werden, um auch in diesen Fällen einen zuverlässigen Gewichtswert bereitstellen zu können.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand eines im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert:
Das Ausführungsbeispiel betrifft eine handgehaltene Einrichtung oder auch eine maschinell betriebene Einrichtung, wie beispielsweise einen Roboter oder dergleichen, der zum Pflücken von Obst, Gemüse oder anderen Gegenständen bzw. Lebensmitteln dient. Die Vorrichtung umfasst eine Kombination eines Beschleunigungsmessers und einer Wägezelle und ist in der Lage, das Gewicht eines Gegentandes zu erfassen, der dynamisch ist, d. h. Kräfte ausübt, bzw. auf den Kräfte wie beispielsweise Beschleunigungen oder Verzögerungen einwirken.
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Die Vorrichtung gemäß des Ausführungsbeispiels ist des Weiteren alternativ oder zusätzlich in der Lage, das Gewicht eines Gegentandes zu ermitteln, dessen Schwerpunkt nicht senkrecht auf einer Referenzebene der Wägezelle liegt.
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Durch die Nutzung eines Beschleunigungssensors in Kombination mit einer Wägezelle in ein- und derselben Wägevorrichtung kann zum Einen ein Signal erfaßt werden, das von der Wägezelle abgegeben wird und zum Anderen können Signale erfaßt werden, die für die dynamischen Kräfte repräsentativ ist, die auf den Gegenstand wirken. Diese können durch Beschleunigungen oder Verzögerungen hervorgerufen werden. Diese können jede beliebige Richtung aufweisen, wie beispielsweise eine laterale oder vertikale Richtung. Darüber hinaus kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Winkelabweichung erfaßt werden kann, die gegebenenfalls zu einer Verfälschung des gemessen Gewichtswertes führen würde.
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Eine solche Verfälschung kann vorliegen, wenn die Kraft, die der Gegenstand auf die Wägezelle ausübt, in einer Richtung liegt, die nicht parallel zu der Senkrechten einer Referenzebene der Wägezelle liegt.
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Durch Verwendung des Signals der Wägezelle und Korrektur dieses Signals auf der Grundlage des oder der Signale, die von dem oder den Bewegungssensoren umfasst werden, kann ein tatsächliches Gewicht des Gegentandes erfaßt werden.
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Wird kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabständen der zweite Faktor ermittelt, d. h. bestimmt, ob Kräfte als Resultat von einer Beschleunigung oder Verzögerung auf den Gegenstand einwirken, kann eine Korrektur des erfaßten Wertes der Wägezelle erfolgen. Denkbar ist es, abzuwarten, bis diese Kräfte verschwinden, was etwa dann der Fall ist, wenn der Gegenstand sich nicht mehr bewegt und dann die Gewichtsmessung zu starten bzw. das Ergebnis der Gewichtsmessung auszuwerten. In diesem Fall ist die Gewichtsmessung frei von irgendwelchen Beschleunigungs- oder Verzögerungseffekten.
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In jedem Fall kann ein stabiler Beschleunigungssensor, der weder Beschleunigungen noch Verzögerungen unterliegt, die Möglichkeit eröffnen, einen Winkel zu messen, der sich zwischen einer Referenzebene der Wägezelle und der Richtung ergibt, in der die Kraft wirkt. Denkbar ist es beispielsweise, dass die Wägezelle eine Referenzebene hat und nur dann einen korrekten Meßwert abgibt, wenn die Gewichtskraft in der gleichen Richtung wirkt wie die Senkrechte zu dieser Referenzebene. Dabei handelt es sich selbstverständlich nur um ein Beispiel. Auch andere Anordnungen und Ausführungen sind denkbar.
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Findet eine Abweichung von diesem Zustand statt, kann dieser von dem Beschleunigungssensor umfasst werden oder auch von einem Neigungssensor, so dass der Gewichtswert entsprechende korrigiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, auch eine Winkelkorrektur vorzunehmen. Diese wird vorzugsweise dann vorgenommen, wenn Störeinflüsse durch eine Bewegung des Gegenstandes verschwunden sind, d. h. sich dieser in einem Ruhezustand befindet.
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Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise anwendbar bei handgehaltenen Wageeinrichtungen. Diese können beispielsweise als Erntevorrichtungen ausgeführt sein. Auch ist es denkbar, die Vorrichtung an einem Roboterarm anzuordnen, der die Aufgabe hat, Wägungen vorzunehmen. Schließlich kann es auch möglich sein, die Vorrichtung an einem Ort zu verwenden, an dem dieser auf einem nicht stabilen Untergrund steht, wie beispielsweise auf einem Schiff etc. Hier kann durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung erreicht werden, dass trotz z. B. Schwingungen und trotz Beschleunigungen und Verzögerungen, die auf den zu messenden Gegenstand einwirken sowie trotz Winkelabweichungen von einem gewünschten Winkel der Vorrichtung korrekte Meßwerte erhalten werden, die das tatsächliche Gewicht des Gegenstandes wiedergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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