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Die
Erfindung betrifft ein Robotersystem zum Auftragen von Nahrung,
die in einem Nahrungsbeförderungsbehälter enthalten
ist, auf einen Nahrungsauftragebehälter, z.B. ein Brotzeitdose
oder ein Geschirr, wobei der Nahrungsbeförderungsbehälter von einem Roboter gehandhabt
wird. Die Erfindung ist anwendbar auf Auftrageschritte für Flüssigkeiten oder
Flüssignahrung
sowie verarbeitete Nahrung und Reis. Die in der Beschreibung genannte "Nahrung" beinhaltet verschiedene
Gewürze,
wie Zucker, Salz, Soße
und Sojasoße.
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Die
Handhabung von Nahrung durch einen Roboter verwendet man bei der
Verpackung von verarbeiteter Nahrung, wie gefrorener Nahrung, in
eine Dose in einer Nahrungsverarbeitungsfabrik. Auftragen einer
mittels Wärme
verarbeiteten, gekochten Nahrung auf einen Auftragebehälter, wie
eine Brotzeitdose, ein Geschirr oder eine Platte, erfolgt jedoch manuell. Üblicherweise
wird kein Roboter zum Auftragen dieser Nahrung verwendet.
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Wird
ein Roboter zum Auftragen von Nahrung auf einen Auftragebehälter verwendet
(siehe JP-A-09065838 oder JP-A-06135548), erfolgt dies, indem ein
geformtes Nahrungsteil gehalten wird. Es gilt als schwierig, Flüssigkeit
oder Flüssignahrung aufzutragen,
was daher selten durchgeführt
wird. Man kennt kein Robotersystem zum Auftragen von Nahrung, umfassend
eine Mehrzahl an Nahrungsteilen, wie gekochtes Gemüse, oder
formlose Nahrung, wie Kohljulienne, auf einen Auftragebehälter, wie eine
Brotzeitdose oder ein Geschirr, mithilfe eines Roboters.
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Als
ein Grund für
das Versagen beim Bereitstellen eines Robotersystems zum Auftragen
von anderer Nahrung als geformter Nahrung auf einen Auftragebehälter gilt,
dass die Nahrung, die mit der Hand eines Roboters gehalten werden
kann, auf feste Nahrung beschränkt
ist. Es treten die Probleme auf, dass die Struktur der Roboterhand
kompliziert gemacht wird, damit sie andere Nahrung als geformte
Nahrung, wie gefrorene Nahrung, handhaben kann. Es sind spezielle
Hände erforderlich,
die an die jeweiligen Arten der Nahrung angepasst sind, so dass
sich die Kosten des Robotersystems erhöhen.
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Bei
dem herkömmlichen
Verfahren wird die Nahrung zudem direkt gehalten; daher ist es schwierig,
ein neues Menü schnell
zu bewältigen.
Ist die erwärmte
oder aufgetaute Nahrung weich und leicht deformierbar, verliert
sie an Wert als Ware, wird sie durch direktes Halten mit einer Roboterhand
verformt. Zudem ist das sichere Tragen der verformten Nahrung für die Beförderung
auf eine festgelegte Position schwierig.
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Dies
ist nicht selten. Beispielsweise können Nahrungsmittel, die in
eine Brotzeitdose aufgetragen werden sollen, formlos sein und viele
Arten umfassen, wie Reis, ge schnittenen Kohl, gekochtes Gemüse und Pasta
usw. Es besteht der Wunsch, dass ein Robotersystem zum sicheren
Auftragen der unterschiedlichen Nahrungsmittel auf Nahrungsauftragebehälter bereitgestellt
wird.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Robotersystems,
das Auftrageschritte von verschiedenen Nahrungsmitteln sicher durchführen kann.
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Die
Erfindung stellt ein Robotersystem bereit, das eine in einem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene
Nahrung auf einen Nahrungsauftragebehälter, wie eine Brotzeitdose
oder ein Geschirr, auftragen kann, indem der Nahrungsbeförderungsbehälter von
einem Nahrungsauftrageroboter gehandhabt wird.
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Das
erfindungsgemäße Nahrungsauftragerobotersystem
umfasst: einen Roboter mit einer Hand zum Handhaben eines Nahrungsbeförderungsbehälters und
eine Steuerung zum Steuern des Roboters, so dass er mit der Hand
den Nahrungsbeförderungsbehälter hält, der
Nahrung enthält,
den mit der Hand gehaltenen Nahrungsbeförderungsbehälter über einen Nahrungsauftragebehälter trägt und die
in dem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene
Nahrung daraus auf den Nahrungsauftragebehälter abgibt.
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Die
Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters mit
der Hand kann mittels Halten oder Ansaugen erfolgen. Vorzugsweise
hält die
Hand einen Rand des Nahrungsbeförderungsbehälters, der getragen
werden soll. Die Hand kann vorzugsweise gleichzeitig mehrere Nahrungsbeförderungsbehälter halten,
die getragen werden sollen.
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Das
Nahrungsauftragerobotersystem kann zudem eine Nahrungszufuhreinrichtung
enthalten zum Zuführen
des Nahrungsbeförderungsbehälters, der
die Nahrung enthält,
an den Roboter sowie eine Nahrungsauftragebehälterzufuhreinrichtung zum Zuführen des
Nahrungsauftragebehälters
an den Roboter.
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Der
Nahrungsbeförderungsbehälter kann
einen Ausschnitt an einer seiner Seiten aufweisen. Dann steuert
die Steuerung den Roboter derart, dass der mit der Hand gehaltene
Nahrungsbeförderungsbehälter gekippt
wird, so dass die in dem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene Nahrung durch
den Ausschnitt daraus abgegeben wird.
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Die
Hand kann ein Hilfselement in Form einer Kelle besitzen. Dann steuert
die Steuerung den Roboter derart, dass die in dem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene
Nahrung durch den Ausschnitt aus dem Nahrungsbeförderungsbehälter mithilfe des Hilfselements
abgegeben wird.
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Der
Nahrungsbeförderungsbehälter kann eine
Tülle an
einer seiner Seiten aufweisen. Dann steuert die Steuerung den Roboter
derart, dass der mit der Hand gehaltene Nahrungsbeförderungsbehälter gekippt
wird, so dass die in dem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene Nahrung durch
die Tülle
daraus abgegeben wird.
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Der
Nahrungsbeförderungsbehälter kann
einen sich öffnenden/schließenden Bodenabschnitt besitzen.
Dann steuert die Steuerung den Roboter derart, dass sich der sich öffnende/schließende Bodenabschnitt
geöffnet
und die in dem Nahrungsbeförderungsbehälter enthaltene
Nahrung daraus abgegeben wird.
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Die
Nahrungszufuhreinrichtung kann über ein
Tablett verfügen,
auf das mindestens ein Nahrungsbeförderungsbehälter gestellt worden ist. Der auf
das Tablett gestellte Nahrungsbeförderungsbehälter wird dem Roboter zugeführt.
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Der
Nahrungsauftragebehälter
kann eine Mehrzahl unterteilter Bereiche besitzen. Dann weist die
Steuerung einen Bereich von der Mehrzahl unterteilter Bereiche zu,
auf dem die Nahrung in einem mit der Hand gehaltenen Nahrungsbeförderungsbehälter aufgetragen
werden soll, und sie steuert den Roboter derart, dass er die Nahrung
auf dem zugewiesenen Bereich in dem Nahrungsauftragebehälter aufträgt.
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Die
Steuerung kann Einrichtungen zum Liefern von Positionsinformation über den
Nahrungsauftragebehälter
enthalten und den Roboter derart steuern, dass dieser die Nahrung
auf einem zugewiesenen Bereich in dem Nahrungsauftragebehälter auf Basis
der gelieferten Positionsinformation aufträgt.
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Bevorzugt
sind das Tablett und der Nahrungsbeförderungsbehälter aus hitzebeständigem Material,
wie rostfreiem Stahl.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt/zeigen:
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1 schematisch
ein Nahrungsauftragerobotersystem nach einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Blockschema mit den Verbindungen zwischen Nahrungsauftragerobotern,
Nahrungszufuhrleitungen, einer Nahrungsauftragebehälterzufuhrstrecke
und Steuerungen dafür
in dem Nahrungsauftragerobotersystem der 1;
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3a schematisch
einen Handhabungsschritt für
einen Nahrungsbeförderungsbehälter mittels
Halten und 3b schematisch einen Handhabungsschritt
für einen
Nahrungsbeförderungsbehälter mittels
Ansaugen;
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4a–4d schematische
Perspektivansichten der Varianten von Nahrungsbeförderungsbehältern;
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5 schematisch
eine weitere Variante des Nahrungsbeförderungsbehälters;
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6 schematisch
die Handhabung einer Mehrzahl Nahrungsbeförderungsbehälter durch einen Roboter;
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7a–7c schematisch
das Abgeben der Nahrung aus dem Nahrungsbeförderungsbehälter mithilfe eines Hilfselements;
dabei zeigt 7a den Zustand vor dem Halten
des Nahrungsbeförderungsbehälters, 7b den
Zustand, wobei die Roboterhand den Nahrungsbeförderungsbehälter hält, vor dem Inbetriebsetzen
des Hilfselements, und 7c den Zustand, wobei die Roboterhand
den Nahrungsbeförderungsbehälter hält, nach
dem Inbetriebsetzen des Hilfselements;
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8a und 8b schematische
Perspektivansichten von einem Tablett mit unterteilten Bereichen,
auf die Nahrungsbeförderungsbehälter gestellt werden;
dabei zeigt 8a den Zustand vor dem Aufstellen
der Nahrungsbeförderungsbehälter und 8b den
Zustand nach dem Aufstellen eines Nahrungsbeförderungsbehälters auf einem Bereich AR1;
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9a und 9b schematische
Perspektivansichten von Nahrungsauftragebehältern mit unterteilten Bereichen,
auf die Nahrungsmittel aufgetragen werden; dabei zeigt 9a unterteilte
Bereiche in einem runden Nahrungsauftragebehälter und 9b unterteilte
Bereiche in einem rechteckigen Nahrungsauftragebehälter;
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10 ein
Fließschema
der Verarbeitung für Arbeitsschritte
der Nahrungsauftrageroboter nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die 1 und 2 zeigen
ein Nahrungsauftragerobotersystem nach einer Ausführungsform der
Erfindung. Siehe 1: Drei Nahrungsauftrageroboter
RB1 bis RB3 und vier Zufuhrstrecken L1-L4 sind dargestellt. Siehe 2:
Die Roboter RB1 bis RB3 werden mithilfe der Robotersteuerungen RC1-RC3
gesteuert. Arbeitsschritte der Zufuhrstrecken L1-L4, wie Start und
Stopp von Beförderungsbewegungen
ihrer Förderbänder, werden
von einer Systemsteuerung SR gesteuert. Die Robotersteuerungen RC1-RC3
sind jeweils mit der Systemsteuerung SR über Kommunikationsleitungen
verbunden, so dass Senden/Empfangen verschiedener Signale möglich ist,
die für
Auftrageschritte benötigt
werden, die auf später
noch beschriebene Weise durchgeführt
werden sollen.
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Unter
den vier Zufuhrstrecken L1-L4 sind die Strecken L1, L2 und L3 Nahrungszufuhrstrecken zum
Zuführen
verschiedener Nahrungsmittel A, B und C in die Peripherien der Roboter
RB1, RB2 bzw. RB3. Zum Beispiel ist Nahrung A Schweinebraten, Nahrung
B Kohl und Nahrung C Reis. Die Nahrungsmittel A, B und C werden
derart zugeführt,
dass sie jeweils in damit verbundenen Nahrungsbeförderungsbehältern 10, 20 und 30 enthalten
sind. Bei dieser Ausführungsform
werden die Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 und 30 auf
vier Bereiche der Tabletts 1, 2 bzw. 3 gestellt.
Vorzugsweise bestehen die Tabletts 1, 2 und 3 und
die Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 und 30 aus
Material, das gegenüber
Hitze und Einfrieren beständig
ist, beispielsweise rostfreiem Stahl.
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Die
Zufuhrstrecke L4 ist eine Nahrungsauftragebehälterzufuhrstrecke zum Zuführen von
Nahrungsauftragebehältern,
wie Brotzeitdosen oder Geschirr, auf die die Nahrungsmittel aufgetragen
werden. Bei dieser Ausführungsform
sind die Nahrungsauftragebehälter
Brotzeitdosen 50. Die Roboter RB1, RB2 und RB3 sind in
dieser Reihenfolge an geeigneten Positionen in der Nähe der Zufuhrstrecke
L4 in Stromaufwärtsrichtung
der Zufuhrleitung L4 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist der Innenraum der
Brotzeitdose 50 in vier Bereiche unterteilt. Der Arbeitsschritt
des Roboters RB1 besteht im Auftragen der Nahrung A in den links
unten gelegenen Bereich der Brotzeitdose 50. Roboter RB2
trägt Nahrung
B in den Bereich links oben in der Brotzeitdose 50 auf, und
Roboter RB3 trägt
Nahrung C in den Bereich rechts unten der Brotzeitdose 50 auf,
siehe 1.
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Die
Zufuhrstrecken L1-L3 sind jeweils so geregelt, dass sie Start und
Stopp der Beförderungsbewegung
periodisch wiederholen. Genauer gesagt, sind die Zufuhrstrecken
L1, L2 und L3 derart geregelt, dass sie ihre Beförderungsbewegungen zeitweilig
anhalten, sind die Tabletts 1, 2 und 3 an
Positionen angekommen, die für
das Handhaben der Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 bzw. 30 durch
die Roboter RB1, RB2 und RB3 geeignet sind. Die Roboter RB1, RB2
und RB3 handhaben die Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 bzw. 30 nach
Empfang eines Tablettankunftsignals von der Systemsteuerung SR.
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Die 3a und 3b zeigen
Beispiele für die
Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters 10 durch
den Roboter RB1. 3a zeigt ein Beispiel für die Handhabung
des Behälters 10,
wobei eine Seite des rechteckigen Nahrungsbeförderungsbehälters 10 verlängert ist
und einen Griffabschnitt 11 bildet, der von einer Hand
H1 des Roboters RB1 ergriffen werden kann. 3b zeigt
ein Beispiel für
die Handhabung des Behälters 10 mittels
Ansaugen, wobei der Griffabschnitt 11 des Behälters 10 durch
Ansaugen von Saugscheiben an der Hand H2 des Roboters RB1 gehalten
wird. Die obigen Anordnungen können
auch auf die Handhabung der Nahrungsbeförderungsbehälter 20 und 30 durch
den Roboter RB2 bzw. RB3 angewendet werden.
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Die
Nahrungsauftragebehälterzufuhrstrecke L4
zum Zuführen
von Brotzeitdosen 50 ist derart geregelt, dass die Beförderungsbewegung
von der Systemsteuerung SR periodisch gestartet und abgestoppt wird.
Genauer gesagt, ist die Zufuhrstrecke L4 derart geregelt, dass sie
ihre Beförderungsbewegung zeitweilig
einstellt, trifft eine leere Brotzeitdose 50 an einer festgelegten
Position ein, die für
das Auftragen von Nahrung A durch den Roboter RB1 auf die Brotzeitdose 50 geeignet
ist.
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Der
Abstand zwischen den Brotzeitdosen auf der Zufuhrstrecke L4 und
den Installationspositionen der Roboter RB1-RB3 ist derart eingestellt,
dass die Position des zeitweiligen Abstoppens der Zufuhrstrecke
L4 bei Ankunft einer leeren Brotzeitdose 50 an der festgelegten
Position auch dazu geeignet ist, dass Roboter RB2 die Nahrung B
auf eine Brotzeitdose 50 mit der bereits darauf befindlichen
Nahrung A auftragen kann, die sich mehrere (beispielsweise zwei
Brotzeitdosen) vor der leeren Brotzeitdose 50 befindet,
und auch dazu geeignet ist, dass Roboter RB3 Nahrung C auf eine
Brotzeitdose 50 mit den bereits darauf befindlichen Nahrungsmitteln
A und B auftragen kann, die sich noch weiter (beispielsweise vier
Brotzeitdosen) vor der Brotzeitdose 50 befindet, die in
der Nähe
des Roboters RB2 ist.
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So
werden die Nahrungsmittel A, B und C gleichzeitig in dem Zeitraum
eines zeitweiligen Stopps der Zufuhrstrecke L4 durch die Roboter
RB1, RB2 bzw. RB3 jeweils auf die drei Brotzeitdosen 50 aufgetragen.
Der Zeitraum jedes zeitweiligen Stopps der Strecke L4 endet unmittelbar
nach Beendigung der Auftrageschritte für die Nahrungsmittel A, B und C
auf die drei Brotzeitdosen 50 durch die Roboter RB1, RB2
bzw. RB3. Die Beförderungsbewegung
der Zufuhrstrecke L4 wird erneut gestartet. Trifft die nächste leere
Brotzeitdose 50 an der festgelegten Position ein, die für den Auftrageschritt
durch den Roboter RB1 geeignet ist, wird die Beförderungsbewegung der Zufuhrstrecke
L4 erneut zeitweilig abgestoppt. Das Stoppen der Beförderungsbewegung
der Zufuhrstrecke L4 kann auf Basis eines Signals geregelt werden
von einem Grenzschalter oder einem optischen Sensor, der die Ankunft
der Brotzeitdose 50 an der festgelegten Position registriert.
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Die
Roboter RB1, RB2 und RB3 werden so betrieben, dass sie die mit den
Händen
gehaltenen Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 und 30 bewegen,
die jeweils an festgelegten Auftragepositionen positioniert werden
sollen. Genauer gesagt, wird Roboter RB1 so betrieben, dass er den
Nahrungsbeförderungsbehälter 10 auf
eine Auftrageposition bewegt, die geeignet ist für das Auftragen von Nahrung A
auf den Bereich links unten in der Brotzeitdose 50, die
an der festgelegten Position für
den Roboter RB1 zeitweilig gestoppt wird. Roboter RB2 wird so betrieben,
dass er den Nahrungsbeförderungsbehälter 20 auf
eine Auftrageposition bewegt, die geeignet ist für das Auftragen von Nahrung
B auf den Bereich links oben in der Brotzeitdose 50, die
an der festgelegten Position für
den Roboter RB2 zeitweilig gestoppt wird. Roboter RB3 wird so betrieben,
dass er den Nahrungsbeförderungsbehälter 30 auf
eine Auftrageposition bewegt, die geeignet ist für das Auftragen von Nahrung
C auf den Bereich rechts unten in der Brotzeitdose 50,
die an der festgelegten Position für den Roboter RB3 zeitweilig
gestoppt wird.
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Die
Auftragepositionen werden in Bereichen oberhalb der jeweiligen Brotzeitdosen 50 eingestellt. Nach
Bewegen der Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 und 30 auf
die jeweiligen Auftragepositionen tragen die Roboter RB1, RB2 und
RB3 Nahrung A, B und C auf die jeweiligen Brotzeitdosen 50 in
die festgelegten Bereiche in den Brotzeitdosen 50 auf.
Die Nahrungsmittel A, B und C werden auf die jeweiligen Brotzeitdosen 50 aufgetragen,
indem die im Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 bzw. 30 enthaltenen
Nahrungsmittel A, B und C jeweils daraus abgegeben werden.
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Für eine sichere
Abgabe der Nahrungsmittel aus den Nahrungsbeförderungsbehältern sind verschiedene Bauarten
der Nahrungsbeförderungsbehälter einsetzbar.
Beispiele für
Varianten des Nahrungsbeförderungsbehälters sind
in 4a–4d dargestellt.
Diese Beispiele sind auf die Abgabe von Nahrung mithilfe der Schwerkraft
durch Kippen des Nahrungsbeförderungsbehälters durch
den Roboter anwendbar.
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4a zeigt
einen Grundtyp eines Nahrungsbeförderungsbehälters 60,
wobei eine Seite eines offenen Kubus zu einem Ausschnitt P1 ausgeschnitten
ist.
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Der
Roboter trägt
den Nahrungsbeförderungsbehälter 60 zur
Auftrageposition über
der Brotzeitdose 50. Dabei ist seine Haltung derart, dass
die enthaltene Nahrung nicht aus dem Ausschnitt P1 fällt. Nachdem
die Ankunft der Brotzeitdose 50 durch ein Signal von der
Systemsteuerung SR bestätigt wird,
wird der Behälter 60 vom
Roboter gekippt, so dass die enthaltene Nahrung aus dem Behälter 60 durch
den Ausschnitt P1 abgegeben wird und auf die Brotzeitdose 50 fällt. Der
leere Behälter 60 nach
Abgabe der Nahrung wird wieder auf den Bereich des Tabletts gestellt,
von dem er vom Roboter aufgenommen wurde.
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Siehe 4a–4d:
Die Nahrungsbeförderungsbehälter 70, 80 und 90 sind
modifiziert. Der Nahrungsbeförderungsbehälter 70 hat
einen Ausschnitt P2 in Form eines horizontalen Schlitzes, indem
eine Seite des offenen Kubus unten teilweise weggeschnitten wurde.
Der Nahrungsbeförderungsbehälter 80 besitzt
eine V-förmige
Tülle durch
eine Lippe P3 an einer Seite des offenen Kubus. Der Nahrungsbeförderungsbehälter 90 hat
eine Tülle
P4, die von einer Seite des offenen Kubus wie bei einem Kessel hervorsteht.
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Vorzugsweise
werden die obigen Varianten des Nahrungsbeförderungsbehälters je nach den Eigenschaften
der enthaltenen Nahrung ausgewählt und
gestaltet. Die Behälter 60 und 70 eignen
sich beispielsweise für
feste Nahrung, wie Schweinebraten; Behälter 90 eignet sich
für Flüssignahrung,
wie Suppe. Behälter 80 eignet
sich für
körnige
Nahrung, wie gekochte Bohnen.
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Eine
weitere Variante des Nahrungsbeförderungsbehälters ist
in 5 dargestellt. Eine Bodenplatte Q des offenen
Kubus wird schwenkbar gehalten, so dass sie je nach den Umständen geöffnet und geschlossen
werden kann. Die Bodenplatte Q wird durch eine geeignete elastische
Kraft einer Feder SP im Normalzustand sogar mit darin befindlicher
Nahrung geschlossen gehalten. Wird ein an der Bodenplatte Q befestigter
Haken F in Betrieb gesetzt, öffnet er
die Bodenplatte Q gegen die elastische Kraft der Feder SP. Die Bodenplatte
Q wird geöffnet,
indem der Haken F so weit gedrückt
wird, dass er die elastische Kraft der Feder SP übersteigt.
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Ein
Stempel PL in der Nähe
der Roboterhand kann zum Drücken
auf den Haken F eingesetzt werden. Der Stempel PL kann mithilfe
eines Luftzylinders ausgelöst
werden. Dadurch muss der Nahrungsbeförderungsbehälter zum Abgeben der enthaltenen Nahrung
nicht gekippt werden, wie in 5 dargestellt.
Kippen kann aber trotzdem damit kombiniert werden.
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Je
nach den Anforderungen kann der Roboter mehrere Nahrungsbeförderungsbehälter handhaben.
Dies ist in 6 dargestellt. Zwei gleiche
Behälter 60A und 60B werden
in symmetrischer Haltung von der Hand H des Roboters RB gehalten.
Zum Abgeben der im Behälter 60A enthaltenen
Nahrung wird die Roboterhand H in die mit dem Pfeil D angegebene
Richtung gekippt. Zum Abgeben der im Behälter 60B enthaltenen
Nahrung wird die Roboterhand H in die mit dem Pfeil E angegebene
Richtung gekippt.
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Zum
Abgeben der Nahrung aus einem Nahrungsbeförderungsbehälter kann ein Hilfselement verwendet
werden, wie eine Kelle. Zum Abgeben anhaftender Nahrung, wie Kartoffelbrei,
die mittels Schwerkraft schwierig abzugeben ist, kann beispielsweise
das Hilfselement verwendet werden. Dies ist in 7a–7c dargestellt.
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7a zeigt
den Zustand, bevor der Roboter den Nahrungsbeförderungsbehälter hält. Der Roboter RB ist zusätzlich zu
der mit einem Luftzylinder AS1 angetriebenen Hand H mit einem Hilfselement
G in Form einer Kelle ausgestattet, das durch einen Luftzylinder
AS2 angetrieben wird.
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7b zeigt
einen Zustand unmittelbar nachdem der Roboter RB den Nahrungsbeförderungsbehälter 60 hält. In diesem
Zustand wird der Luftzylinder AS1, aber nicht der Luftzylinder AS2,
in Betrieb gesetzt, so dass das Hilfselement G hinten in dem Behälter 60 positioniert
wird. So kann die anhaftende Nahrung FD im Behälter 60 verbleiben.
Nach Empfangen eines Befehls zur Durchführung des Auftrageschritts
wird der Luftzylinder AS2 in Betrieb gesetzt und bewegt das Hilfselement
G nach rechts, wie 7c zeigt.
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Mit
der Bewegung des Hilfselements G wird die anhaftende Nahrung FD
aus dem Ausschnitt P1 des Behälters 60 abgegeben
und fällt
in einen festgelegten Bereich im Nahrungsauftragebehälter, beispielsweise
in der Brotzeitdose 50. Die Druckbewegung (reziproke Bewegung)
des Hilfselements G kann mehrmals durchgeführt werden, wenn nötig.
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Wie
beschrieben, sind bei dieser Ausführungsform vier Nahrungsbeförderungsbehälter 10, 20 und 30 auf
die Tabletts 1, 2 bzw. 3 gestellt worden. Die
Positionen der jeweiligen Behälter 10, 20 und 30 beim
Stellen auf den Tabletts 1, 2 und 3 werden
zuvor festgelegt. Deshalb ist ein Bereich auf den Tabletts 1, 2 und 3 in
vier Bereiche unterteilt. 8a und 8b zeigen
Beispiele für
Teilbereiche von Tablett 1. Siehe 8a: Tablett 1 besitzt
die Teilbereiche AR1-AR4 mit der gleichen Form und Abmessung. Ein
Nahrungsbeförderungsbehälter kann
jeweils in einen der vier Bereiche AR1-AR4 gestellt werden. 8b zeigt einen
Zustand, wobei ein Nahrungsbeförderungsbehälter 10 auf
den Bereich AR1 des Tabletts 1 gestellt wurde.
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Wie
ebenfalls beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform der Raum in einem
Nahrungsauftragebehälter
(einer Brotzeitdose 50) in vier Bereiche unterteilt. 9a und 9b zeigen
Beispiele für Teilbereiche
in der Brotzeitdose. Siehe 9a: Ein Nahrungsauftragebehälter 51 ist
im Wesentlichen rund geformt mit vier Bereichen 51a-51d zum
Auftragen der Nahrungsmittel. Jeder Bereiche 51a-51d hat eine
andere Form und eine andere Abmessung. In die jeweiligen Robotersteuerungen
werden für
die Auftrageschritte durch die jeweiligen Roboter Daten eingegeben,
die die Positionen (und Haltungen, wenn nötig) der jeweiligen Bereiche 51a-51d im
Behälter 51 wiedergeben.
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Siehe 9b:
Ein Nahrungsauftragebehälter 52 ist
im Wesentlichen rechteckig geformt mit vier Bereichen 52a-52d zum
Auftragen der Nahrungsmittel. Wie beim Nahrungsauftragebehälter 51,
hat jeder Bereich 52a-52d eine andere Form und
eine andere Abmessung. In die jeweiligen Robotersteuerungen werden
für die
Auftrageschritte durch die jeweiligen Roboter Daten eingegeben,
die die Positionen (und Haltungen, wenn nötig) der jeweiligen Bereiche 52a-52d im
Behälter 52 wiedergeben.
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10 zeigt
eine Zusammenfassung der Verarbeitung für Nahrungsauftrageschritte,
die von den Robotersteuerungen RC1-RC3 der Roboter RB1-RB3 bei der
erfindungsgemäßen Ausführungsform
durchgeführt
werden müssen.
Da im Wesentlichen die gleiche Verarbeitung von jeder Robotersteuerung
RC1-RC3 durchgeführt
wird, steht der in der folgenden Beschreibung genannte Roboter für einen der
Roboter RB1-RB3.
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Schritt
S1: Es wird ermittelt, ob ein Tablett ankommt und an der festgelegten
Position in der Nähe
des Roboters, die für
die Handhabung durch den Roboter geeignet ist, stoppt. Die Ermittlung
erfolgt auf Basis des Tablettankunftsignals von der Systemsteuerung
SR. Wird ermittelt, dass ein Tablett ankommt und an der festgelegten
Position stoppt, geht die Verarbeitung zum Schritt S2.
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Schritt
S2: Ein Zähler
zum Speichern der Behälter-Nr.
(Zählindex),
die die Anzahl leerer Nahrungsbeförderungsbehälter (deren Auftrageschritte abgeschlossen
sind) auf dem Tablett anzeigt, wird gelöscht und auf einen Anfangswert
von "0" eingestellt. Die
Zähler-Nr.
bestimmt eine Position eines Nahrungsbeförderungsbehälters, der von dem Roboter
gehandhabt werden soll, auf einem Tablett, wie später noch
beschrieben. Der Zähler
zum Speichern der Behälter-Nr.
befindet sich in einem Speicherabschnitt in jeder Robotersteuerung.
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Schritt
S3: Der Roboter wird derart betrieben, dass er eine Wartehaltung
zum Beginnen des Auftrageschritts an einer Referenzposition einnimmt. Schritt
S4: Die Behälter-Nr. wird gelesen.
Ist sie eine Zahl aus "0", "1", "2" und "3", geht das Verfahren zum Schritt S5.
Ist die Behälter-Nr. "4", geht das Verfahren zum Schritt S16.
Ein Wert "0" für die Behälter-Nr.
bedeutet, dass die Auftrageschritte für die Nahrungsmittel in allen
vier Behältern
auf dem Tablett nicht abgeschlossen sind (die Nahrungsmittel verbleiben
in allen vier Behältern).
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Die
Behälter-Nr. "1" bedeutet, dass der Auftrageschritt
für die
Nahrung in dem Behälter
abgeschlossen ist, der sich auf einem ersten Bereich (z.B. AR1 in 8) auf dem Tablett befindet, (der Behälter ist
leer). Die Auftrageschritte für
die Nahrungsmittel in den Behältern,
die sich auf den restlichen Bereichen befinden (z.B. AR2-AR4), sind
nicht beendet (die Nahrungsmittel befinden sich in den Behältern).
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Ebenso
bedeutet die Behälter-Nr. "2", dass die Auftrageschritte für die Nahrung
in dem Behälter abgeschlossen
sind, der sich auf dem ersten und dem zweiten Bereich (z.B. AR1
und AR2 in 8) befindet. Die Auftrageschritte
für die
Behälter,
die sich auf den restlichen Bereichen befinden (z.B. AR3 und AR4),
sind nicht beendet.
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Die
Behälter-Nr. "3" bedeutet, dass die Auftrageschritte
für die
Nahrungsmittel in den Behältern abgeschlossen
sind, der sich auf dem ersten bis dritten Bereich (z.B. AR1-AR3 in 8) befinden. Der Auftrageschritt für die Nahrung
in dem Behälter,
der sich auf dem restlichen Bereich befindet (z.B. AR4), ist nicht
beendet.
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Die
Behälter-Nr. "4" bedeutet, dass alle Auftrageschritte
für die
Nahrungsmittel in den vier Nahrungsbeförderungsbehältern auf dem Tablett beendet
sind (alle Behälter
sind leer).
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Schritt
S5: Die Positionsinformation zu dem Nahrungsbeförderungsbehälter, der vom Roboter gehandhabt
werden soll, wird aus dem Speicher anhand der Behälter-Nr.
ausgelesen. Ist die Behälter-Nr. "0", wird die Positionsinformation zu dem
Nahrungsbeförderungsbehälter erhalten,
der sich auf dem ersten Bereich (z.B. AR1 in 8)
auf dem Tablett befindet. Ist die Behälter-Nr. "1",
wird die Positionsinformation zu dem Nahrungs beförderungsbehälter erhalten, der sich auf
dem zweiten Bereich (z.B. AR2 in 8)
auf dem Tablett befindet.
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Ebenso
wird die Positionsinformation zu dem Nahrungsbeförderungsbehälter erhalten, der sich auf dem
dritten Bereich (z.B. AR3 in 8) auf
dem Tablett befindet, ist die Behälter-Nr. "2".
Ist die Behälter-Nr. "3", wird die Positionsinformation zu dem
Nahrungsbeförderungsbehälter erhalten,
der sich auf dem vierten Bereich (z.B. AR4 in 8)
auf dem Tablett befindet.
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Die
Positionsinformation zu den Nahrungsbeförderungsbehältern beinhaltet Daten zur
Position (und Haltung, wenn nötig)
des Nahrungsbeförderungsbehälters, die
für die
Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters mit
der Roboterhand erforderlich sind. Zur Gewinnung von präziser Positionsinformation
kann ein visueller Sensor verwendet werden, der die Position des
Nahrungsbeförderungsbehälters ermittelt.
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Schritt
S6: Der Roboter wird derart betrieben, dass er eine Position einnimmt,
die geeignet ist für die
Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters, der
anhand der Behälter-Nr.
ermittelt wurde. Ist die Behälter-Nr. "0", wird der Roboter derart betrieben,
dass er eine Position einnimmt, die für die Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters geeignet
ist, der sich in dem ersten Bereich (z.B. dem Bereich AR1 in 8) befindet. Ist die Behälter-Nr. "1", wird der Roboter derart betrieben,
dass er eine Position einnimmt, die für die Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters geeignet
ist, der sich an dem zweiten Bereich (z.B. dem Bereich AR2 in 8) befindet. Ist die Behälter-Nr. "2", wird der Roboter ebenso derart betrieben,
dass er eine Position einnimmt, die für die Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters geeignet
ist, der sich in dem dritten Bereich (z.B. dem Bereich AR3 in 8) befindet. Ist die Behälter-Nr. "3", wird der Roboter derart betrieben,
dass er eine Position einnimmt, die für die Handhabung des Nahrungsbeförderungsbehälters geeignet
ist, der sich in dem vierten Bereich (z.B. dem Bereich AR4 in 8) befindet.
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Schritt
S7: Der Nahrungsbeförderungsbehälter wird
mit der Roboterhand gehalten.
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Schritt
S8: Es wird ermittelt, ob die Brotzeitdose, auf die die Nahrung
aufgetragen werden soll, erreicht und an der festgelegten Position
für das
Auftragen abgestoppt worden ist. Die Ermittlung erfolgt auf Basis
des Brotzeitdosenankunftsignals von der Systemsteuerung SR. Das
Verfahren geht zum Schritt S9, wird ermittelt, dass die Brotzeitdose
angekommen ist und an der festgelegten Position abgestoppt wurde.
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Schritt
S9: Aus dem Speicher wird die Positionsinformation zu dem Raum in
der Brotzeitdose gelesen. Im Fall von Roboter RB1 wird beispielsweise die
Positionsinformation über
den Raum (z.B. den Raum 51a in 9a) erhalten,
auf dem die Nahrung A auf getragen werden soll. Bei Roboter RB2 wird
die Positionsinformation über
den Raum erhalten, auf den die Nahrung B aufgetragen werden soll
(z.B. den Raum 51b in 9a). Bei
Roboter RB3 wird die Positionsinformation über den Raum erhalten, auf
den die Nahrung C aufgetragen werden soll (z.B. den Raum 51c in 9a).
Zur Ermittlung von präziser Positionsinformation über den
Raum in dem Nahrungsauftragebehälter
kann ein visueller Sensor verwendet werden.
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Schritt
S10: Auf Basis der im Schritt S9 erhaltenen Information wird der
Roboter derart betrieben, dass er den mit der Roboterhand gehaltenen
Nahrungsbeförderungsbehälter zu
einer Auftrageposition über
der Brotzeitdose bewegt. Die Auftrageposition für den Nahrungsbeförderungsbehälter wird
anhand der Position des Bereichs ermittelt, auf den die Nahrung
aufgetragen werden soll (z.B. den Bereich 51a für das Auftragen
der Nahrung A in 9a).
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Schritt
S11: Ein Auftrageschritt zum Abgeben der Nahrung in dem Nahrungsbeförderungsbehälter erfolgt
durch Kippen des mit der Roboterhand gehaltenen Nahrungsbeförderungsbehälters. Hat
der Nahrungsbeförderungsbehälter die
in 5 dargestellte Bauart, wird der Stempel PL in
Betrieb gesetzt, der den Haken F drückt, so dass sich die Bodenplatte
Q öffnet.
Ist die Roboterhand mit der in 7 dargestellten
Hilfsvorrichtung ausgestattet, wird die Hilfsvorrichtung G in Betrieb
genommen, die die Nahrung aus dem Nahrungsbeförderungsbehälter abgibt.
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Schritt
S12: Die Systemsteuerung SR gibt ein Signal aus zum erneuten Starten
des Betriebs der Nahrungsauftragebehälterzufuhrstrecke L4. Die Systemsteuerung
SR startet den Betrieb der Beförderungsstrecke
L4 neu unmittelbar nach dem Empfang von Signalen zum erneuten Starten
von allen Robotern RB1-RB3, so dass die Nahrungsauftragebehälter für den nächsten Auftragezyklus
um einen festgelegten Abstand fortbewegt werden.
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Schritt
S13: Der Roboter wird derart betrieben, dass er den mit der Hand
gehaltenen leeren Nahrungsbeförderungsbehälter auf
die ursprüngliche Position
auf dem Tablett zurückstellt.
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Schritt
S14: Die Roboterhand öffnet
sich und stellt den leeren Nahrungsbeförderungsbehälter auf die ursprüngliche
Position auf das Tablett.
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Schritt
S15: Der Wert für
die Behälter-Nr. wird
um "1" erhöht, und
das Verfahren kehrt zum Schritt S3 zurück.
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Schritt
S16: Nach Ermittlung der Behälter-Nr. "4" wird an die Systemsteuerung ein Signal
zum erneuten Starten der Nahrungszufuhrstrecke L1, L2 oder L3 ausgegeben.
Die Systemsteuerung SR startet die Nahrungszufuhrstrecke L1, L2
oder L3 erneut unmittel bar nach Empfang des Signals zum erneuten Starten,
so dass die Nahrungsbeförderungsbehälter für den nächsten Auftragezyklus
um den festgelegten Abstand fortbewegt werden.
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Somit
ist ein Nahrungsauftragezyklus abgeschlossen, und die oben beschriebene
Verarbeitung wird im nächsten
Nahrungsauftragezyklus wiederholt ausgeführt.
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Bei
dieser Ausführungsform
können
verschiedene Nahrungsmittel, die geformt, formlos, fest, flüssig, pulverförmig, körnig, harte
und feste Nahrung sind, auf den Nahrungsauftragebehälter, wie
eine Brotzeitdose, aufgetragen werden. Weil bei dem Verfahren ein
Nahrungsbeförderungsbehälter, der
die Nahrung enthält,
von einem Roboter getragen und die Nahrung aus dem Nahrungsbeförderungsbehälter abgegeben
und nicht direkt mit der Hand eines Roboters gehalten wird, wird
die Nahrung nicht beschädigt.
Zudem kann Nahrung getragen und aufgetragen werden, die schwierig
mit einer Hand zu halten ist, wie weiche Nahrung.
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Diese
Ausführungsform
schlägt
zudem Strukturen für
den Nahrungsbeförderungsbehälter vor,
die mit der Hand eines Roboters leicht gehandhabt werden können. Insbesondere
weil ein randständiger
Teil des Nahrungsbeförderungsbehälters von
der Roboterhand gehalten wird, berührt die Roboterhand die Nahrung
nicht, was hygienisch ist und somit die Reinigungshäufigkeit
verringert; zudem ist die Handhabung fest.
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Diese
Ausführungsform
schlägt
zudem Strukturen für
den Nahrungsbeförderungsbehälter vor,
wodurch die darin enthaltene Nahrung leicht abgegeben werden kann.
Insbesondere können
ein Ausschnitt, eine Öffnung
oder eine Tülle
an einer Seite des Nahrungsbeförderungsbehälters vorgesehen sein,
wodurch eine leichte Abgabe der Nahrung durch Kippen des Behälters möglich ist.
Zudem können
auch je nach der Art und Eigenschaft der aufzutragenden Nahrung
eine Struktur zum Öffnen
und Schließen
einer Bodenplatte und/oder zum Schieben der Nahrung durch eine Hilfsvorrichtung
für die
sichere Abgabe der Nahrung aus dem Nahrungsbeförderungsbehälter eingesetzt werden.
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Die
Zufuhr der Nahrungsmittel an den Handhabungsroboter kann mithilfe
eines Tabletts durchgeführt
werden, auf das mehrere Nahrungsbeförderungsbehälter gestellt werden. Dadurch
erfolgen jederzeit die Zufuhr und Aufbewahrung einer geeigneten
Nahrungsmittelmenge.
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Durch
Einsatz eines Nahrungsbeförderungsbehälters und/oder
eines Tabletts aus hitzebeständigem
Material können
die Verarbeitung der Nahrung mittels wärme und das Erwärmen der
Nahrung jederzeit effizient durchgeführt werden.
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Ist
der Innenraum des Nahrungsauftragebehälters, wie einer Brotzeitdose,
in mehrere Räume unterteilt,
kann eine zugewiesene Nahrung auf einen zugewiesenen Bereich in
dem Nahrungsauftragebehälter
aufgetragen werden.
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Weil
ein Nahrungsbeförderungsbehälter mit einer
Standardform verwendet werden kann, muss keine spezielle Hand eingesetzt
werden.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung ermöglicht
eine Mechanisierung und Robotisierung aller Verfahren zur Verarbeitung,
zur Beförderung,
zum Kochen und zum Auftragen von Nahrungsmitteln und trägt so zur
Automatisierung und zum Energiesparen in einer Nahrungsverarbeitungsfabrik
sowie in einer Nahrungsverarbeitungswerkstatt bei.