WO2023051969A1 - Mobiler roboter und verfahren zum etikettenrollenwechsel an einem etikettieraggregat - Google Patents

Mobiler roboter und verfahren zum etikettenrollenwechsel an einem etikettieraggregat Download PDF

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WO2023051969A1
WO2023051969A1 PCT/EP2022/069241 EP2022069241W WO2023051969A1 WO 2023051969 A1 WO2023051969 A1 WO 2023051969A1 EP 2022069241 W EP2022069241 W EP 2022069241W WO 2023051969 A1 WO2023051969 A1 WO 2023051969A1
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WO
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unit
label
roll
mobile robot
manipulator
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/069241
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Hack
Original Assignee
Krones Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Krones Ag filed Critical Krones Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65C—LABELLING OR TAGGING MACHINES, APPARATUS, OR PROCESSES
    • B65C9/00—Details of labelling machines or apparatus
    • B65C9/08—Label feeding
    • B65C9/18—Label feeding from strips, e.g. from rolls
    • B65C9/1892—Spools or cassettes for strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H19/00—Changing the web roll
    • B65H19/10—Changing the web roll in unwinding mechanisms or in connection with unwinding operations
    • B65H19/12—Lifting, transporting, or inserting the web roll; Removing empty core
    • B65H19/123—Lifting, transporting, or inserting the web roll; Removing empty core with cantilever supporting arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/10—Handled articles or webs
    • B65H2701/19—Specific article or web
    • B65H2701/192—Labels

Definitions

  • the invention relates to a mobile robot and a method for changing label rolls on a labeling unit for labeling containers.
  • the reloading of label rolls on such labeling units is usually done manually by the operator, for example by placing label rolls in a roll magazine known from EP 2 061 702 B1 in the area of the labeling machine to be supplied. From there, the label rolls can then be automatically transferred to the labeling machine.
  • the insertion of the label tape present on the reloaded roll for the subsequent connection of its beginning with the end of a label tape just processed by the labeling machine for an endless tape supply is in principle possible both manually and automatically.
  • DE 10 2017 206 549 A1 also discloses a mobile robot unit for handling consumables
  • DE 36 15 309 C2 an automated system for feeding production and/or packaging material
  • EP 3 473 570 A1 discloses a rail-guided robot for transferring film rolls with the aid of an arm with a mandrel that can be pivoted about a horizontal axis.
  • label rolls are still mainly added manually, for which the comparatively heavy label rolls have to be removed from pallets and lifted onto the associated labeling unit. This is ergonomically unfavorable and also requires the regular presence of an operator to change the label roll.
  • the task is solved with a mobile robot according to claim 1, a supply system with the mobile robot according to claim 10 and a method for changing label rolls according to claim 11.
  • the mobile robot is therefore used to change label rolls on a labeling unit for labeling containers and includes a motorized vehicle unit for changing the location of the robot and a manipulator unit with a multi-axis manipulator and associated end effector for manipulating label rolls.
  • the end effector is designed to grip the rolls of labels and emptied cores of label rolls on the outer circumference in a supporting manner.
  • the end effector can be designed to grip the label rolls from the inside, ie on the roll cores.
  • the task of adding label rolls to the labeling unit can be carried out by the mobile robot without the operator having to do any physical work.
  • the sleeve-shaped / ring-shaped / tubular roll cores of the label rolls can be mechanically removed from the receiving plate / roll plate of the labeling unit in question before a label roll is added.
  • the outside handle of the end effector is advantageous both when setting down the label rolls on the roll plates and when removing the emptied roll cores, since the roll cores in the area of the roll plates are usually pushed over expansion valves or similar fastening pins of the roll plates and cannot be handled there with the inside handle .
  • the mobile robot is available for other tasks, such as adding label rolls to other labeling units. Furthermore, space requirements for label roll magazines in the area of labeling machines can be reduced or avoided.
  • the multi-axis manipulator is preferably a 6-axis articulated arm manipulator that allows both pivoting movements and rotary movements of the label rolls about themselves.
  • mobile robot means that the robot as a whole is not tied to a specific location, but can be moved from one location to another in a factory hall, for example. This change of location can take place autonomously, that is to say by means of independent movement of the mobile robot, essentially without additional monitoring or control by an operator. Alternatively, the change of location, ie the movement of the mobile robot, can also be controlled by an operator.
  • the vehicle unit is thus preferably designed as an automatically guided vehicle (AGV) in the general sense.
  • AGV automatically guided vehicle
  • this can be an autonomous mobile robot (AMR), which is also referred to as an autonomous intelligent vehicle (AIV), or a self-guided vehicle (SGV) or, for example, a laser-guided vehicle (LGV).
  • AMR autonomous mobile robot
  • AIV autonomous intelligent vehicle
  • SGV self-guided vehicle
  • LGV laser-guided vehicle
  • the mobile robot can be a so-called collaborating robot (COBOT), which is equipped with appropriate safety devices for use in the work environment of operators, which are also known in principle and are therefore not described in detail.
  • COBOT collaborating robot
  • it can also be a conventional industrial robot that is equipped with safety devices, for example laser scanners, and is operated in a coexisting manner. This means that several safety areas around the robot are monitored by the respective safety devices. When an operator approaches, the robot first slows down and then switches off when entering the innermost safety zone. It restarts automatically when the operator leaves the area.
  • the vehicle unit includes an independent drive and an independent controller that enables the described change of location, for example between a label roll store and the labeling unit to be supplied.
  • the vehicle unit can also be referred to as a driverless transport vehicle. Both terms are used synonymously.
  • the driverless transport vehicle is connected to a sensor system, via which the driverless transport vehicle can detect an actual position of the associated manipulator unit and, taking into account the detected actual position, move into a pickup position suitable for independently picking up the manipulator unit.
  • the sensor system can include, for example, a laser scanner for locating the manipulator unit.
  • the driverless transport vehicle has a plug and that the manipulator unit has a corresponding socket (or vice versa). These can be automatically connected to one another via an actuator designed as part of the transport device in order to establish an electrical, pneumatic and/or hydraulic connection between the driverless transport vehicle and the associated manipulator unit.
  • an actuator of the driverless transport vehicle that can be moved upwards in the vertical direction has proven useful for this purpose.
  • the driverless transport vehicle can also have a lifting device whose hub can establish/release the above plug connection.
  • the manipulator unit is inductively supplied with electrical energy by the transport vehicle.
  • Work instructions or similar data could be transmitted wirelessly/by radio to the manipulator unit.
  • the manipulator unit comprises a table frame and a table top, which form a tunnel delimited by it, into which the driverless transport vehicle can drive in order to accommodate the manipulator unit.
  • the manipulator unit has, for example, reference strips which preferably each have a triangular geometry and can be arranged between each two table legs of the manipulator unit. By means of a sensory detection of the reference strips, the driverless transport vehicle can recognize the relative position of the manipulator unit and move precisely into the tunnel of the manipulator unit.
  • the manipulator unit preferably has centering bolts which can dip into corresponding centering bushings of the driverless transport vehicle.
  • the manipulator unit is aligned on the driverless transport vehicle and subsequently remains in a predetermined relative position on the driverless transport vehicle.
  • immersion of the centering bolts in the centering bushings is electronically monitored and departure for a change of location is only released by the associated control system when the centering connection has been confirmed by machine in this way. This ensures safe transport of the label rolls. Faulty roll transfers can also be avoided by ensuring the correct relative positioning of the manipulator unit and transport unit/labeling unit in this way.
  • the manipulator unit In order to fix the manipulator unit on the driverless transport vehicle in a predetermined relative position, the manipulator unit preferably has locking means which are designed, for example, as clamping bolts. These then interact with a clamping mechanism, for example clamping pots, of the driverless transport vehicle. Such a locking can be controlled and monitored automatically. The joint departure for a change of location is only released by the assigned control if the locking is confirmed by a machine in this way.
  • the end effector is also designed to engage in the roll cores of the label rolls in such a way that the label rolls can be carried and stored in the inside handle.
  • the inside handle thus effected makes it possible to carry at least one roll of labels to be refilled.
  • the label rolls can thus be picked up, for example, from a stack with a plurality of label rolls and/or from pallets, without having to grip around the outer circumference of the label rolls and/or having to intervene under (between) label rolls. This enables gentle and safe handling of label rolls lying on a pallet or in a label magazine.
  • the end effector can comprise a roll gripper with gripping elements which are designed on their inside for external gripping of the label rolls and on their outside for internal gripping of the label rolls.
  • the gripping elements can, for example, be moved towards one another and apart on a linear unit in such a way that both the outside grip and the inside grip are possible with the same roller gripper.
  • the vehicle unit and the manipulator unit are designed as modules that can be coupled to and detached from one another by means of a lifting unit designed in particular on the vehicle unit in such a way that the manipulator unit can be lowered with respect to the vehicle unit for stationary parking and/or docking on the labeling unit and, in contrast, can be raised again for a change of location.
  • the vehicle unit can, for example, independently pick up the manipulator unit by lifting the lifting unit and establish a connection to the power supply of the manipulator unit.
  • the manipulator unit can be set down in a stable and stationary manner at the place of use, so that the vehicle unit can, if necessary, move to another place of use.
  • the manipulator unit can be parked on the vehicle unit or operated independently of it
  • Vehicle unit and manipulator unit can be connected to one another via a guide mechanism and/or centering mechanism in a reproducible relative position, so that a predetermined working position of the manipulator unit can be determined and assumed by a navigation system provided on the transport unit.
  • a particularly self-centering clamping system can be present, for example with at least one clamping bolt provided on the manipulator unit and at least one associated clamping pot on the vehicle unit, or vice versa.
  • Such a clamping mechanism is preferably controlled by the vehicle unit, but this is also possible by the manipulator unit.
  • the manipulator unit comprises a table frame and a table top that can be driven under by the vehicle unit and on which the multi-axis manipulator is mounted.
  • the manipulator unit then includes a tunnel under the multi-axis manipulator, into which the vehicle unit can drive.
  • the manipulator unit preferably comprises a label roll magazine for receiving at least two, in particular at least four, label rolls in their lying orientation and a storage location for temporarily storing a label roll when manipulating, in particular for Changing the end effector from inside handle to outside handle. This makes it easier to remove the respective label roll from the label roll magazine and, if necessary, to turn the label roll depending on the intended working direction of rotation of the label roll.
  • the end effector also includes an adhesion gripper, electrostatic gripper or suction gripper for gripping free ends of label tape from label rolls.
  • an adhesion gripper, electrostatic gripper or suction gripper and possibly associated compressed air connector are attached to a separate end effector, which can be changed automatically by the robot using a gripper changing system.
  • a compressed air connector for providing compressed air is preferably also arranged on the end effector in order to actuate expansion valves for fixing/releasing label rolls on the roll plates of the labeling unit.
  • the compressed air connector is placed on the corresponding connector of the expansion valve before removing an empty roll core, for example, in order to release the roll core. Accordingly, the compressed air connector is attached to the expansion valve after the respective label roll has been placed on the roll plate, for example, in order to fix / center the label roll on the roll plate.
  • the empty roll cores can be removed and the label rolls can be reloaded onto the respective roll plate by machine and, in particular, fully automatically.
  • sensors in particular ultrasonic sensors, are preferably arranged on the end effector for the relative position determination of a label roll respectively picked up by the end effector.
  • the relative position of the label roll with respect to the end effector for the subsequent manipulation of the label roll can be determined, for example in terms of relative centering, and the associated movements can be carried out precisely when manipulating the label roll.
  • the manipulator unit preferably comprises at least one interface, in particular a plug-in connection, for the optional electrical power supply of the multi-axis manipulator from the vehicle unit or from a labeling unit.
  • the necessary drive and control functions of the multi-axis manipulator can be carried out both independently by the mobile robot and when the vehicle unit is separated / driven away in combination with the assigned labeling unit.
  • the supply system described is used to add a label roll to a labeling unit for labeling containers and, in addition to the mobile robot according to at least one of the described embodiments, also includes the associated labeling unit, on which roller plates for receiving and unwinding label rolls are designed and a connecting unit with which the Label tape of the label roll that has been added can be connected to a label tape that is guided through the labeling unit to the containers.
  • the mobile robot then works fully automatically in particular with the roller plates present on the labeling unit and the expansion valves present on them, as well as with the connection unit. In principle, however, it would also be possible to manually connect the label strip that has been put on to the label strip that is currently being processed in the labeling unit.
  • the method described is used to change label rolls on a labeling unit for labeling containers, with a mobile robot using a multi-axis manipulator and an end effector designed thereon taking at least one emptied roll core of a label roll in the outer handle from the labeling unit and replacing it with a label roll in the outer handle.
  • the label roll and the roll core are manipulated at least in the area of the roll plates present on the labeling unit in the outside handle.
  • the label rolls in particular can be temporarily manipulated in the inside handle, for example when picking up the label rolls from a label roll magazine.
  • the mobile robot preferably first picks up the label rolls using the end effector, in particular in the inside handle, and places them in a roll magazine carried along on the mobile robot.
  • the label rolls are then transported in the roll magazine, in particular lying flat, to the labeling unit and made available for the label roll change. This enables comparatively gentle transport and simple and gentle handling when manipulating the labeling unit.
  • the manipulator unit is preferably operated on a modular vehicle unit (as a mobile robot) comprised by the mobile robot while the label roll is being changed.
  • a modular vehicle unit comprised by the mobile robot places a manipulator unit also comprised by the mobile robot with the multi-axis manipulator in the area of the labeling unit in a stationary manner and in particular docks the manipulator unit there.
  • a manipulator unit also comprised by the mobile robot with the multi-axis manipulator in the area of the labeling unit in a stationary manner and in particular docks the manipulator unit there.
  • the vehicle unit After positioning the manipulator unit on the labeling unit, the vehicle unit preferably decouples from the manipulator unit and, in particular before recoupling, travels to at least one other modular manipulator unit and uses this, for example, to temporarily form another mobile robot.
  • the outlay on equipment for reloading the label rolls and any other supply tasks to be carried out can be reduced.
  • different vehicle units can be modularly combined with a specific manipulator unit to form a mobile robot, for example a vehicle unit that is currently in the vicinity of the labeling unit or the manipulator unit and/or is ready for use and available.
  • a free label tape end of the label roll that has been put on is preferably picked up by an adhesion gripper, electrostatic gripper or suction gripper arranged on the end effector and transferred to a connecting unit configured on the labeling unit for connecting label tapes.
  • FIG. 1 shows a supply system with a mobile robot and a labeling unit
  • Figure 2 shows a vehicle unit
  • FIG. 3 shows a manipulator unit with a multi-axis manipulator working in the outer handle
  • FIG. 4 shows the manipulator unit when setting down a roll core
  • FIG. 5 shows the manipulator unit when picking up a label roll in the inside handle
  • FIG. 6 shows the end effector with the greatest possible outside grip
  • FIG. 7 shows the end effector for the inside handle
  • FIG. 8 shows the end effector with the smallest possible outside grip
  • FIG. 10 shows a schematic representation of the label strip transfer to a connecting unit of the labeling unit.
  • 1 shows the described supply system 100 with the mobile robot 1 when actuating an expansion valve 52 on a roller plate 51 of a labeling unit 50.
  • a connecting unit 53 formed on the labeling unit 50 can also be seen, the function of which is described below.
  • the mobile robot 1 comprises a vehicle unit 2 for changing the location of the mobile robot 1 and a manipulator unit 3 with a multi-axis manipulator 4.
  • This comprises an end effector 5 for manipulating label rolls 6 and emptied roll cores 6a of the Label rolls 6, see also Figures 4 and 6 to 8.
  • the end effector 5 is designed to grip the label rolls 6 and their emptied roll cores 6a on the outside circumference in a supporting manner as well as for gripping on the inside circumference.
  • this is also referred to as an outside handle and inside handle.
  • the label rolls 6 to be refilled consist of a roll core 6a and a label strip 6b wound thereon. Consequently, the label rolls 6 to be refilled are held supporting the inner circumference of the roll cores 6a when they are gripped inside.
  • FIG. 2 also shows that the vehicle unit 2 has a lifting unit 7 with preferably rail-like guides 8 and locking elements 9 preferably designed as tensioning devices, as well as a plug-in connection 10 for the electrical supply and/or control of the manipulator unit 3 .
  • FIG. 3 also shows that the manipulator unit 3 includes a table frame 11 and a table top 12, under which the vehicle unit 2 can drive.
  • the vehicle unit 2 and the manipulator unit 3 are designed as corresponding modules in such a way that the vehicle unit 2 retracted under the table top 12 can lift the manipulator unit 3 off the ground by lifting the guides 8 using the lifting unit 7 and can take over for a change of location of the mobile robot 1. With the help of the guides 8 and the locking elements 9, the manipulator unit 3 is taken over by the vehicle unit 2 in a defined relative position and fixed to it.
  • the locking elements 9 are clamping pots of a self-centering locking system, the associated clamping bolts then being formed on the manipulator unit 3 (concealed by the table top 11 in the illustration).
  • lifting the Lifting unit 7 is preferably also connected to the plug-in connection 10 with a corresponding plug-in connection of the manipulator unit 3 (also not shown).
  • the vehicle unit 2 By lowering the lifting unit 7, the vehicle unit 2 can be relieved of the manipulator unit 3 resting on it and this can be parked on the surrounding ground. If the lifting unit 7 is lowered further, the locking elements 9 and/or the plug connection 10 can be released automatically, so that the vehicle unit 2 can move out again under the parked manipulator unit 3 . The vehicle unit 2 is then in principle ready for use at a different location.
  • the table frame 11 that can be driven under does not have to include the table legs shown for arranging the table top 12 at the respective working height.
  • the table frame 11 that can be driven under could be lower or possibly integrated into the underside of the table top 12 so that the table top 12 can be set down on a stationary (permanently installed) substructure of a suitable height at the respective place of use.
  • the underside of the manipulator unit 3 can be driven under by the vehicle unit 2 in the sense described and is designed in the form of a tunnel for lockable/detachable accommodation on this.
  • a roll magazine 13 and a storage location 14 for intermediate storage of label rolls 6 and/or roll cores 6a are preferably formed on the table top 12 .
  • the roll magazine 13 is designed to hold at least two and in particular at least four label rolls 6 and/or roll cores 6a, preferably in a horizontal orientation. Label rolls 6 can thus be transported on the mobile robot 1 to the labeling unit 50 . It is also possible to remove emptied roll cores 6a that are no longer required on the roll magazine 13 .
  • the storage location 14 is primarily used for intermediate storage of label rolls 6 and/or roll cores 6a when changing from inside handle to outside handle (label rolls 6) or from outside handle to inside handle (roll cores 6a).
  • FIG. 4 The depositing of a roll core 6a on the label magazine 13 in the inside handle is shown in FIG. 4 by way of example.
  • FIG. 5 shows the inside handle picking up a label roll 6 from a supply of label rolls 6 provided on a pallet Roll magazine 13. It can be seen in particular in FIG. 4 that in the area of the roll magazine 13 and the storage location 14 there are support plates 15 and recesses 15a formed between them, which enable the label rolls 6 and/or the roll cores 6a to be gripped from outside and partially gripped from underneath. A flexible manipulation of the label rolls 6 and the roll cores 6a in the area of the table top 12 is thus provided.
  • Figures 6 to 8 illustrate the gripping functions of the end effector 5. Accordingly, it comprises a roll gripper 16 with gripping elements 18 formed on a linear drive 17.
  • the gripping elements 18 have inwardly directed contact surfaces 19 for gripping the label rolls 6 and the emptied roll cores 6a from the outside, as well as after outward contact surfaces 20 for the respective inside handle.
  • the function of the roll gripper 16 is based on a linear movement of the two gripping elements 18 towards or away from one another, so that the label rolls 6 or roll cores 6a can be clamped with the bearing surfaces 19, 20 pointing inwards or outwards.
  • the gripping elements 18 preferably each have contact surfaces 21 adjoining the inner contact surfaces 19 at the bottom, which can best be seen in FIG. As a result, the label rolls 6 can be supported at the front when being carried.
  • the radii of curvature of the contact surfaces 19 for the outer handle are adapted, for example, to the respective radius of curvature of the label rolls 6 or to the largest radius of curvature of the label rolls 6 to be processed.
  • the contact surfaces 19, 20 can be made of sheet metal, for example, and are preferably provided with an anti-slip coating, for example with an anti-slip mat pasted over them. The risk of damage to the label rolls 6 can thereby be reduced. In addition, the friction between the label roll 6 and the contact surface 19 can be increased.
  • the anti-slip coating is preferably elastically flexible and thus provides a supple contact surface for the label rolls 6 .
  • the gripping elements 18 are preferably driven by pneumatic cylinders 22 on the linear drive 17 .
  • electric drives for the gripping elements 18 would also be conceivable.
  • a locking unit (not shown) can be present on the end effector 5 in order to fix the piston rod of the pneumatic cylinder 22 if the compressed air supply fails. In normal operation, the locking unit is then supplied with compressed air when the gripping element 18 is extended and thus releases the piston rod. In the event of a drop in compressed air, on the other hand, the piston is frictionally clamped by a spring and thus fixed.
  • the pneumatic cylinders 22 can be controlled in a manner known in principle via separate valves. In this case, the positioning speed of the gripping elements 18 could be matched to one another, for example with the aid of exhaust air throttles.
  • sensors 23, in particular in the form of ultrasonic sensors, are preferably arranged on the end effector 5, with which the position of the label roll 6 held in each case with respect to the end effector 5 can be determined.
  • the sensors 23 serve to determine the position of the gripping elements 18 so that the center point of the label roll 6 being held can be calculated therefrom. This enables reliable control and manipulation even in the event that the label roll 6 cannot be picked up by the gripping elements 18 exactly in the middle with respect to the end effector 5 .
  • a center point of the label roll 6 calculated in this way can be transmitted to the controller of the multi-axis manipulator 4 in order to precisely manipulate the label roll 6 .
  • FIGS. 6 and 8 show the smallest and largest diameters of label rolls 6 (or roll cores 6a), which can be manipulated with the end effector s in the outside handle.
  • FIG. 7 shows a label roll 6 held in the inside handle, for example when being picked up from a pallet.
  • the range of manipulable diameters of label rolls 6 in the outer handle is preferably at least 200 to 500 mm, in particular at least 175 to 600 mm. This means that the usual formats of label rolls 6 and associated roll cores 6a can be handled flexibly.
  • an adhesion gripper 24 for holding free label tape ends, i.e. the initial areas of label tapes, when they are transferred to the connection unit 53 of the labeling unit 50.
  • an electrostatic gripper or a suction gripper could in principle also be used at this point , for which an additional vacuum supply would be available (not shown). The function of the adhesion gripper 24 is explained elsewhere with reference to FIG.
  • a compressed air connector 25 is also shown in FIGS. 6 to 8, with which compressed air can be provided for the expansion valves 52 present on the roller plates 51, see FIG. 1 as an example corresponding expansion valve 52 shown.
  • the expansion valve 52 can be actuated automatically in order to release empty roll cores 6a to be removed from the associated roll plate 51 and then place label rolls 6 fitted with label tape 6b in exchange and fix them by means of the expansion valve 52.
  • the gripping elements 18, the adhesive gripper 24 or similar gripper and the compressed air connector 25 are arranged in a cross shape, with the roller gripper 16 essentially forming one cross arm and the adhesive gripper 24 and the compressed air connector 25 at the ends of the other cross arm are arranged.
  • Figure 10 shows a schematic of the positioning of the adhesion gripper 24 (or a corresponding suction gripper or electrostatic gripper) in the area of the connection unit 53 of the labeling unit 50. Its roller plates 51 are also shown schematically with the expansion valves 52 located centrally on them.
  • step I the adhesion gripper 24 is brought into contact with the free label tape end of the label roll 6 to be refilled.
  • step II the roll brake (not shown) of the roll plate 51 with the label roll 6 to be refilled is released, so that the free end of the label tape can be pulled back from the label roll 6 by unrolling the label tape 6b to such an extent that the connecting unit 53 can be opened to insert the free end of the label tape can.
  • step III A state when the connection unit 53 is open (a fixing/clamping strip is opened) is shown in step III.
  • step IV the end effector 5 with the adhesion gripper 24 and the end of the label tape held by it can be moved to the open connection unit 53 in order to thereby transfer the end of the label tape to the connection unit 53 .
  • This can include assemblies known in principle for taking over label tape ends, for cutting off excess tape areas and for attaching the label tape end to a label tape 6c unwound from the other roll plate 51 and already running through the labeling unit 50, which are therefore not explained in detail in this context.
  • the label strip ends are preferably welded to one another.
  • connection unit 53 can thus have functions known in principle for holding, preparing and welding or gluing label tapes.
  • the manipulation unit 3 can have inspection devices (not shown) arranged in particular in the area of the end effector 5, such as at least one 2D camera system or 3D camera system, in order to recognize, localize and/or to detect objects in the working area of the end effector 5 on the basis of image processing judge.
  • label rolls 6 to be picked up can be localized on a pallet in the x, y and z directions.
  • the end of the label tape to be transferred to the connection unit 53 can be detected by imaging and, if necessary, also qualitatively inspected.
  • imaging control in the area of the end effector 5 it is possible through imaging control in the area of the end effector 5 to check the transfer of the end of the label tape to the connection unit 53 for correctness.
  • the label rolls 6 including their roll cores 6a can also be inspected for quality control purposes.
  • the roll magazine 13 described is preferably designed to hold label rolls 6 with a maximum height of 150 mm and a maximum diameter of 600 mm. If, for example, there are four receiving locations for label rolls 6 on the roll magazine 13, up to four labeling units 50 can be supplied with one label roll 6 each. In this case, removed empty roll cores 6a would either have to be discarded in the area of the respective labeling unit 50 or could be transported away in the roll magazine 13 and/or on the storage location 14 .
  • the positioning of the mobile robot 1 in the area of the labeling unit 50 is possible, for example, as follows:
  • the mobile robot 1 can thus navigate reproducibly in the area of the labeling unit 50 and approach target positions/working positions for the manipulator unit 3 with sufficient accuracy.
  • a camera system present on the manipulator unit 3 enables the mobile robot 1 to navigate in relation to the labeling unit 50 that is displayed with it. This enables, for example, a relative position determination of the mobile robot 1/the manipulator unit 3 in relation to the labeling unit 50.
  • a reference mark for example a QR code or the like, may be present in the area of the labeling unit 50 .
  • the mobile robot 1 is positioned by means of a docking station (not shown) on the labeling unit 50.
  • the mobile robot 1 moves to a target position in the area of the docking station and sets down the manipulator unit 3 so that it docks mechanically at the docking station , whereby a defined relative position is reached.
  • the manipulator unit 3 it is also conceivable here for the manipulator unit 3 to be electrically connected to the labeling unit 50 during docking, for example for power supply and/or for data exchange. In this case, the vehicle unit 2 can then separate itself from the manipulator unit 3 and drive to another location.
  • the supply system 100/mobile robot 1 described can be used, for example, with the following sequence of method steps. If necessary, two variants are conceivable for the individual steps, whereby the variant designated with a) describes the procedure in connection with a central material handling station with a stationary robot (not shown) and variant b) the procedure without such a station:
  • the mobile robot 1 positions itself a) on a stationary robot or b) for example on a pallet with tested label rolls 6.
  • Label rolls 6 can also be provided in other ways, for example on a table and/or magazine. Label rolls 6 can also only be checked at the manipulator unit 3, for example by a camera system.
  • the labels roll en 6 are transferred to the roll magazine 13 of the mobile robot 1 either by the stationary robot or by the multi-axis manipulator 4 itself.
  • the mobile robot 1 positions itself on the labeling unit 50, optionally with the aid of at least one of the positioning aids and/or methods mentioned above.
  • the multi-axis manipulator 4 guides the compressed air connector 25 to the expansion valve 52 of the roller plate 51 to be loaded. 7. After the expansion valve 52 has been relieved, the empty roll core 6a (used-up label roll 6) is removed from the roll plate 51 by means of the roll gripper 16 in the outer handle.
  • the removed roll core 6a is placed on the storage location 14. If the roll magazine 13 is only incompletely filled, the roll core 6a can be placed there.
  • a label roll 6 to be refilled is lifted out of the roll magazine 13 using the inside handle.
  • the label roll 6 is placed on the storage location 14, possibly on a roll core 6a previously placed there. If necessary, an intermediate deposit in the area of the roll magazine 13 is also conceivable, for example if comparatively flat label rolls 6 with a height of up to 50 mm are being processed or only comparatively few labeling units 50 have to be supplied.
  • the roll gripper 16 changes from the inside handle to the outside handle and picks up the temporarily stored label roll 6 in the outside handle.
  • the label roll 6 is thus transferred to the free roll plate 51 and placed on it.
  • the expansion valve 52 of the roll plate 51 in question is then actuated by putting on the compressed air connector 25 again (for example by supplying compressed air at 6 bar) and the label roll 6 is thus fixed on the roll plate 51.
  • connection of the label strip 6b (its beginning) of the label roll 6 that has been put on to the labeling unit 50 can be carried out, for example, as follows:
  • the free end of the label strip is detected and localized in the area of the end effector 5, for example by imaging.
  • the end of the label strip is picked up with the aid of the adhesion gripper 24 or a gripper of the end effector 5 that works and is arranged in a comparable manner.
  • connection unit 53 is opened fully automatically, for example by pivoting it open using a pneumatic cylinder.
  • the multi-axis manipulator 4 moves the end effector 5 with the adhesion gripper 24 and the end of the label tape held by it into the open connection unit 53. 18.
  • the multi-axis manipulator 4 places the end of the label strip 6b, for example, on a vacuum strip formed on the connecting unit 53, which thereby accepts the end of the label strip.
  • the adhesive gripper 24 can then also temporarily fix the end of the label tape during a finishing/trimming of the end of the label tape until it is finally transferred to the connecting unit 53.
  • the transfer can take place by means of vacuum strips and clamping strips of the connection unit 53.
  • the adhesion gripper 24 can then be moved back again.
  • a fully automatic transfer of label rolls 6 to labeling units 50 is thus possible, optionally including a fully automatic connection of the label strip 6 that has been put on to another label strip 6c that has already been run through the labeling unit 50 .

Abstract

Beschrieben werden ein mobiler Roboter, ein Versorgungssystem und ein Verfahren zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat zur Etikettierung von Behältern. Der mobile Roboter umfasst demnach eine Fahrzeugeinheit zum Ortswechsel des Roboters und eine Manipulatoreinheit mit einem Mehrachsmanipulator und einem zugehörigen Endeffektor zum Manipulieren von Etikettenrollen. Dadurch, dass der Endeffektor zum tragenden außenumfänglichen Greifen der Etikettenrollen und entleerter Rollenkerne von Etikettenrollen ausgebildet ist, lassen sich ergonomisch problematische Ärbeitsschritte beim Nachlegen von Etikettenrollen ausschließlich maschinell und mit großer Präzision sowie in materialschonender Weise bewerkstelligen.

Description

Mobiler Roboter und Verfahren zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat
Die Erfindung betrifft einen mobilen Roboter und ein Verfahren zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat zur Etikettierung von Behältern.
Das Nachlegen von Etikettenrollen an derartigen Etikettieraggregaten erfolgt in der Regel manuell durch Bediener, indem beispielsweise Etiketten rollen in ein aus der EP 2 061 702 B1 bekanntes Rollenmagazin im Bereich der zur versorgenden Etikettiermaschine gelegt werden. Von dort können die Etikettenrollen dann maschinell an die Etikettiermaschine übergeben werden. Das Einlegen des auf der nachgelegten Rolle vorhandenen Etikettenbands zur anschließenden Verbindung seines Anfangs mit dem Ende eines von der Etikettiermaschine gerade verarbeiteten Etikettenbands für eine endlose Bandversorgung ist prinzipiell sowohl von Hand als auch automatisch möglich.
Für die maschinelle Materialversorgung mit Folienmaterial oder dergleichen ist ferner aus der DE 10 2017 206 549 A1 eine mobile Robotereinheit zur Handhabung von Verbrauchsmaterial, aus der DE 36 15 309 C2 eine automatisierte Anlage zum Zuführen von Produktions- und/oder Verpackungsmaterial und aus der EP 3 473 570 A1 ein schienengeführter Roboter zum Übergeben von Folienrollen mit Hilfe eines um eine horizontale Achse schwenkbaren Arms mit einem Dorn bekannt.
Derartige maschinelle Versorgungssysteme haben sich für das Nachlegen von Etikettenrollen an Etikettiermaschinen jedoch als unpraktisch und/oder zu aufwändig herausgestellt. Je nach Maschinenleistung ist beispielsweise alle 25 bis 100 Minuten eine Etikettenrolle nachzulegen. In der Zwischenzeit sind derartige maschinelle Systeme nicht ausgelastet, so dass sich ein ungünstiges Aufwand-Nutzen-Verhältnis hinsichtlich des apparativen Aufwands und Platzbedarfs ergibt.
Folglich werden Etikettenrollen noch überwiegend manuell nachgelegt, wofür die vergleichsweise schweren Etikettenrollen von Paletten abgenommen und auf das zugehörige Etikettieraggregat gehoben werden müssen. Dies ist ergonomisch ungünstig und erfordert zudem die regelmäßige Anwesenheit eines Bedieners für den Etikettenrollenwechsel.
Es besteht daher demgegenüber Bedarf für verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zum Nachlegen von Etikettenrollen an Etikettieraggregaten für Behälter wie beispielsweise Flaschen.
Die gestellte Aufgabe wird mit einem mobilen Roboter gemäß Anspruch 1 , einem Versorgungssystem mit dem mobilen Roboter gemäß Anspruch 10 und einem Verfahren zum Etikettenrollenwechsel gemäß Anspruch 11 gelöst. Der mobile Roboter dient demnach zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat zur Etikettierung von Behältern und umfasst eine motorisierte Fahrzeugeinheit zum Ortswechsel des Roboters und eine Manipulatoreinheit mit einem Mehrachsmanipulator und zugehörigem Endeffektor zum Manipulieren von Etikettenrollen. Der Endeffektor ist zum tragenden außenumfänglichen Ergreifen der Etiketten roll en und entleerter Rollenkerne von Etikettenrollen ausgebildet. Zusätzlich kann der Endeffektor zum Greifen der Etikettenrollen von innen, also an den Rollenkernen, ausgebildet sein.
Dadurch kann das aus ergonomischer Sicht problematische Nachlegen von Etikettenrollen am Etikettieraggregat ohne körperliche Arbeit eines Bedieners vom mobilen Roboter erledigt werden. Ebenso können die hülsenförmigen / ringförmigen / rohrförmigen Rollenkerne der Etikettenrollen vor dem jeweiligen Nachlegen einer Etikettenrolle vom betroffenen Aufnahmeteller / Rollenteller des Etikettieraggregats maschinell abgenommen werden. Der Außengriff des Endeffektors ist hierbei sowohl beim Absetzen der Etikettenrollen auf den Rollentellern als auch beim Abnehmen der entleerten Rollenkerne vorteilhaft, da die Rollenkerne im Bereich der Rollenteller in der Regel über Expansionsventile oder dergleichen Befestigungsdorne der Rollenteller geschoben sind und dort nicht im Innengriff gehandhabt werden können.
Zwischen einzelnen Etikettenrollenwechseln steht der mobile Roboter für andere Aufgaben zur Verfügung, beispielsweise zum Nachlegen von Etikettenrollen an anderen Etikettieraggregaten. Ferner kann Platzbedarf für Etikettenrollenmagazine im Bereich von Etikettiermaschinen reduziert oder vermieden werden.
Der Mehrachsmanipulator ist vorzugsweise ein 6-Achs-Knickarm-Manipulator, der sowohl Schwenkbewegungen als auch Drehbewegungen der Etikettenrollen um sich selbst ermöglicht.
Unter dem Begriff „mobiler Roboter“ ist zu verstehen, dass der Roboter als Ganzes nicht an einen bestimmten Ort gebunden ist, sondern beispielsweise in einer Werkshalle von einem Einsatzort zu einem anderen Einsatzort bewegt werden kann. Dieser Ortswechsel kann autonom erfolgen, also durch selbstständige Bewegung des mobilen Roboters im Wesentlichen ohne zusätzliche Kontrolle oder Steuerung durch einen Bediener. Alternativ kann der Ortswechsel, also die Fortbewegung des mobilen Roboters, auch durch einen Bediener gesteuert werden.
Die Fahrzeugeinheit ist somit vorzugsweise als automatisch geführtes Vehikel (AGV) im allgemeinen Sinn ausgebildet. Im Speziellen kann es sich dabei um einen autonomen mobilen Roboter (AMR) handeln, der auch als autonomes intelligentes Vehikel (AIV) bezeichnet wird, oder um ein selbst geführtes Vehikel (SGV) oder beispielsweise um ein lasergeführtes Vehikel (LGV). Die Funktionen und Bestandteile derartiger Fahrzeuge / Fahrzeugeinheiten sind hinsichtlich ihrer Antriebe und Steuerungssysteme prinzipiell bekannt und daher nachfolgend nicht im Detail beschrieben.
Bei dem mobilen Roboter kann es sich um einen sogenannten kollaborierenden Roboter (COBOT) handeln, der für einen Arbeitseinsatz im Arbeitsumfeld von Bedienern mit entsprechenden Sicherheitseinrichtungen ausgestattet ist, die ebenso prinzipiell bekannt und daher nicht im Detail beschrieben sind. Es kann sich aber auch um einen herkömmlichen Industrieroboter handeln, der mit Sicherheitseinrichtungen, beispielsweise Laserscannern, ausgestattet ist und koexistierend betrieben wird. Das heißt, um den Roboter werden mehrere Sicherheitsbereiche durch die jeweiligen Sicherheitseinrichtungen überwacht. Nähert sich ein Bediener, wird der Roboter zuerst langsamer und schaltet dann bei Betreten der innersten Sicherheitszone ab. Er läuft selbstständig wieder an, wenn der Bediener den Bereich verlässt.
Die Fahrzeugeinheit umfasst einen eigenständigen Antrieb und eine eigenständige Steuerung, die den beschriebenen Ortswechsel beispielsweise zwischen einem Etikettenrollenlager und dem zu versorgenden Etikettieraggregat ermöglicht. Die Fahrzeugeinheit kann auch als fahrerloses Transportfahrzeug bezeichnet werden. Beide Begriffe werden synonym verwendet.
Es kann sein, dass das fahrerlose Transportfahrzeug mit einer Sensorik in Verbindung steht, über welche das fahrerlose Transportfahrzeug eine Ist-Position der zugeordneten Manipulatoreinheit erkennen und sich unter Berücksichtigung der erkannten Ist-Position in eine zur selbständigen Aufnahme der Manipulatoreinheit geeignete Aufnahmeposition bewegen kann. Die Sensorik kann zu diesem Zweck beispielsweise einen Laserscanner zur Lokalisierung der Manipulatoreinheit umfassen.
Auch kann es sein, dass das fahrerlose Transportfahrzeug einen Stecker besitzt und dass die Manipulatoreinheit eine korrespondierende Buchse (oder umgekehrt) umfasst. Diese können über einen als Bestandteil der T ransportvorrichtung ausgebildeten Aktor automatisch miteinander verbunden werden, um eine elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Verbindung zwischen dem fahrerlosen Transportfahrzeug und der zugeordneten Manipulatoreinheit herzustellen. Bewährt hat sich hierfür beispielsweise ein in vertikaler Richtung nach oben bewegbarer Aktor des fahrerlosen Transportfahrzeugs. Auch kann das fahrerlose Transportfahrzeug über eine Hubeinrichtung verfügen, deren Hub obige Steckverbindung herstellen / lösen kann.
Für weitere Ausführungsformen ist auch vorstellbar, dass die Manipulatoreinheit vom Transportfahrzeug induktiv mit elektrischer Energie versorgt wird. Arbeitsanweisungen oder dergleichen Daten könnten kabellos / per Funk an die Manipulatoreinheit übertragen werden. Die Manipulatoreinheit umfasst ein Tischgestell und eine Tischplatte, die einen davon umgrenzten Tunnel ausbilden, in den das fahrerlose Transportfahrzeug einfahren kann, um die Manipulatoreinheit aufzunehmen. Um dies möglichst präzise und kollisionsfrei zu ermöglichen, verfügt die Manipulatoreinheit beispielsweise über Referenzleisten, welche vorzugsweise jeweils eine dreieckförmige Geometrie aufweisen und zwischen je zwei Tischbeinen der Manipulatoreinheit angeordnet sein können. Mittels einer sensorischen Erfassung der Referenzleisten kann das fahrerlose Transportfahrzeug die Relativposition der Manipulatoreinheit erkennen und sich zielgenau in den Tunnel der Manipulatoreinheit bewegen.
Damit die Manipulatoreinheit vom fahrerlosen Transportfahrzeug in stabiler Relativposition vom Boden abgehoben und an einen anderen Ort bewegt werden kann, verfügt die Manipulatoreinheit vorzugsweise über Zentrierbolzen, welche in korrespondierende Zentrierbuchsen des fahrerlosen Transportfahrzeugs eintauchen können. Hierdurch wird die Manipulatoreinheit am fahrerlosen Transportfahrzeug ausgerichtet und verbleibt nachfolgend in einer vorgebebenen Relativposition auf dem fahrerlosen Transportfahrzeug. Vorzugsweise wird das Eintauchen der Zentrierbolzen in die Zentrierbuchsen elektronisch überwacht und die Abfahrt für einen Ortswechsel von der zugeordneten Steuerung nur bei derart maschinell bestätigter Zentrierverbindung freigegeben. Damit ist ein sicherer Transport der Etikettenrollen gegeben. Auch fehlerhafte Rollenübergaben lassen sich durch eine auf diese Weise sichergestellte korrekte Relativpositionierung von Manipulatoreinheit und Transporteinheit / Etikettieraggregat vermeiden.
Um die Manipulatoreinheit am fahrerlosen Transportfahrzeug in vorgegebener Relativposition festzulegen, verfügt die Manipulatoreinheit vorzugsweise über Verriegelungsmittel, die beispielsweise als Spannbolzen ausgebildet sind. Diese wirken dann mit einem Spannmechanismus, beispielsweise Spanntöpfen, des fahrerlosen Transportfahrzeugs zusammen. Eine derartige Verriegelung lässt sich automatisch steuern und überwachen. Die gemeinsame Abfahrt für einen Ortswechsel von der zugeordneten Steuerung nur bei derart maschinell bestätigter Verriegelung freigegeben.
Vorzugsweise ist der Endeffektor ferner zum Eingriff in die Rollenkerne der Etikettenrollen derart ausgebildet, dass die Etikettenrollen im Innengriff getragen und abgelegt werden können. Darunter ist zu verstehen, dass der damit bewirkte Innengriff das Tragen wenigstens einer nachzulegenden Etikettenrolle ermöglicht. Somit können die Etikettenrollen beispielsweise von einem Stapel mit mehreren Etikettenrollen und/oder von Paletten aufgenommen werden, ohne die Etikettenrollen an ihrem Außenumfang zu umgreifen und/oder unter (zwischen) Etikettenrollen eingreifen zu müssen. Dies ermöglicht eine schonende und sichere Handhabung auf einer Palette oder in einem Etikettenmagazin liegend bereitgestellter Etikettenrollen. Der Endeffektor kann zu diesem Zweck einen Rollengreifer mit Greifelementen umfassen, die auf ihrer Innenseite für einen Außengriff der Etikettenrollen und auf ihrer Außenseite für einen Innengriff der Etikettenrollen ausgebildet sind. Die Greifelemente können beispielsweise an einer Lineareinheit derart aufeinander zu und auseinander bewegt werden, dass sowohl der Außengriff als auch der Innengriff mit demselben Rollengreifer möglich ist.
Vorzugsweise sind die Fahrzeugeinheit und die Manipulatoreinheit als mittels einer insbesondere an der Fahrzeugeinheit ausgebildeten Hubeinheit aneinander koppelbare und voneinander lösbare Module derart ausgebildet, dass die Manipulatoreinheit bezüglich der Fahrzeugeinheit zum ortsfesten Abstellen und/oder Andocken am Etikettieraggregat abgesenkt sowie demgegenüber zum Ortswechsel wieder angehoben werden kann. Die Fahrzeugeinheit kann die Manipulatoreinheit durch Anheben der Hubeinheit beispielsweise eigenständig aufnehmen und eine Verbindung zur Energieversorgung der Manipulatoreinheit herstellen. Ebenso kann die Manipulatoreinheit am Einsatzort stabil und stationär abgesetzt werden, so dass die Fahrzeugeinheit gegebenenfalls an einen anderen Einsatzort fahren kann. Somit kann die Manipulatoreinheit auf der Fahrzeugeinheit oder unabhängig von dieser abgestellt betrieben werden
Fahrzeugeinheit und Manipulatoreinheit können über einen Führungsmechanismus und/oder Zentriermechanismus in einer reproduzierbaren Relativposition zueinander verbunden werden, so dass eine vorgegebene Arbeitsposition der Manipulatoreinheit durch ein an der Transporteinheit vorgesehenes Navigationssystem bestimmt und eingenommen werden kann. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein insbesondere selbstzentrierendes Spannsystem vorhanden sein, beispielsweise mit wenigstens einem an der Manipulatoreinheit vorgesehenen Spannbolzen und wenigstens einen zugehörigen Spanntopf an der Fahrzeugeinheit, oder umgekehrt. Ein derartiger Spannmechanismus wird vorzugsweise von Seiten der Fahrzeugeinheit gesteuert, möglich ist dies aber auch von Seiten der Manipulatoreinheit.
Vorzugsweise umfasst die Manipulatoreinheit ein Tischgestell und eine von der Fahrzeugeinheit unterfahrbare Tischplatte, auf welcher der Mehrachsmanipulatorgelagert ist. Dies ermöglicht eine stabile stationäre Anordnung der Manipulatoreinheit im Bereich des Etikettieraggregats und deren sowohl platzsparende als auch hinsichtlich des Schwerpunkts stabile Lagerung auf der Fahrzeugeinheit. Anders gesagt umfasst die Manipulatoreinheit dann unter dem Mehrachsmanipulator einen Tunnel, in den die Fahrzeugeinheit einfahren kann.
Vorzugsweise umfasst die Manipulatoreinheit ein Etikettenrollenmagazin zur Aufnahme von wenigstens zwei, insbesondere wenigstens vier, Etiketten roll en in deren liegender Ausrichtung und eine Ablagestelle zur Zwischenablage einer Etikettenrolle beim Manipulieren, insbesondere zum Wechsel des Endeffektors von Innengriff auf Außengriff. Dies erleichtert die Entnahme der jeweiligen Etikettenrolle aus dem Etikettenrollenmagazin und gegebenenfalls ein Wenden der Etikettenrolle je nach vorgesehener Arbeitsdrehrichtung der Etikettenrolle.
Vorzugsweise umfasst der Endeffektor ferner einen Adhäsionsgreifer, elektrostatischen Greifer oder Sauggreifer zum Greifen freier Etikettenbandenden von Etikettenrollen. Damit lässt sich das Einlegen des auf der nachgelegten Etikettenrolle vorhandenen Etikettenbands in eine Verbindungseinheit des Etikettieraggregats maschinell und insbesondere automatisch durchführen. Denkbar ist auch, dass ein Adhäsionsgreifer, elektrostatischer Greifer oder Sauggreifer sowie gegebenenfalls zugeordnete Druckluftverbinder an einem separaten Endeffektor angebracht sind, der automatisch vom Roboter mittels eines Greiferwechselsystems gewechselt werden kann.
Vorzugsweise ist am Endeffektor ferner ein Druckluftverbinder zur Bereitstellung von Druckluft angeordnet, um damit Expansionsventile zum Fixieren / Freigeben von Etikettenrollen auf den Rollentellern des Etikettieraggregats zu betätigen. Der Druckluftverbinder wird beispielsweise vor dem Abnehmen eines entleerten Rollenkerns auf den korrespondierenden Verbinder des Expansionsventils gesetzt, um den Rollenkern freizugeben. Entsprechend wird der Druckluftverbinder beispielsweise nach dem Auflegen der jeweiligen Etikettenrolle auf den Rollenteller am Expansionsventils angesetzt, um die Etikettenrolle auf dem Rollenteller zu fixieren / zentrieren.
Dadurch kann das Abnehmen der entleerten Rollenkerne und das Nachlegen der Etikettenrollen auf den jeweiligen Rollenteller maschinell und insbesondere vollautomatisch erfolgen.
Vorzugsweise sind am Endeffektor ferner Sensoren, insbesondere Ultraschallsensoren, zur relativen Lagebestimmung einer vom Endeffektor jeweils aufgenommenen Etikettenrolle angeordnet. Dadurch lässt sich die Relativposition der Etikettenrolle bezüglich des Endeffektors für die anschließende Manipulation der Etiketten rolle beispielsweise im Sinne einer relativen Zentrierung bestimmen und die zugehörigen Bewegungen bei der Manipulation der Etikettenrolle präzise ausführen.
Vorzugsweise umfasst die Manipulatoreinheit wenigstens eine Schnittstelle, insbesondere eine Steckverbindung, zur wahlweisen elektrischen Energieversorgung des Mehrachsmanipulators aus der Fahrzeugeinheit oder aus einem Etikettieraggregat. Dadurch können die nötigen Antriebs- und Steuerungsfunktionen des Mehrachsmanipulators sowohl vom mobilen Roboter autark vorgenommen werden als auch bei abgetrennter / weggefahrener Fahrzeugeinheit in Kombination mit dem jeweils zugeordneten Etikettieraggregat. Das beschriebene Versorgungssystem dient zum Nachlegen einer Etikettenrolle in ein Etikettieraggregat zur Etikettierung von Behältern und umfasst neben dem mobilen Roboter gemäß wenigstens einer der beschriebenen Ausführungsformen ferner das zugehörige Etikettieraggregat, an welchem Rollenteller zum Aufnehmen und Abspulen von Etikettenrollen ausgebildet sind und eine Verbindungseinheit, mit der das Etikettenband der nachgelegten Etikettenrolle mit einem durch das Etikettieraggregat zu den Behältern geführten Etikettenband verbunden werden kann. Der mobile Roboter arbeitet dann insbesondere mit den am Etikettieraggregat vorhandenen Rollentellern und den daran vorhandenen Expansionsventilen sowie mit der Verbindungseinheit vollautomatisch zusammen. Prinzipiell wäre aber auch ein manuelles Verbinden des nachgelegten Etikettenbands mit der gerade im Etikettieraggregat verarbeiteten Etikettenband möglich.
Das beschriebene Verfahren dient zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat zur Etikettierung von Behälter, wobei ein mobiler Roboter mittels eines Mehrachsmanipulators und daran ausgebildeten Endeffektors wenigstens einen entleerten Rollenkern einer Etikettenrolle im Außengriff vom Etikettieraggregat abnimmt und dort im Austausch eine Etikettenrolle im Außengriff nachlegt. Darunter ist zu verstehen, dass die Etikettenrolle und der Rollenkern zumindest im Bereich von an dem Etikettieraggregat vorhandenen Rollentellern im Außengriff manipuliert werden. Außerhalb des Etikettieraggregats können insbesondere die Etikettenrollen vorübergehend im Innengriff manipuliert werden, beispielsweise beim Aufnehmen der Etikettenrollen von einem Etikettenrollenmagazin.
Vorzugsweise nimmt der mobile Roboter die Etikettenrollen mittels des Endeffektors zuerst insbesondere im Innengriff auf und legt diese in einem auf dem mobilen Roboter mitgeführten Rollenmagazin ab. Die Etikettenrollen werden dann im Rollenmagazin insbesondere liegend zum Etikettieraggregat transportiert und zum Etikettenrollenwechsel bereitgestellt. Dies ermöglicht einen vergleichsweise schonenden Transport und eine einfache und schonende Handhabung bei der Manipulation am Etikettieraggregat.
Vorzugsweise wird die Manipulatoreinheit während des Etikettenrollenwechsels auf einer vom mobilen Roboter umfassten modularen Fahrzeugeinheit (als mobiler Roboter) betrieben.
Bei einer alternativen Ausführungsform setzt eine vom mobilen Roboter umfasste modulare Fahrzeugeinheit eine vom mobilen Roboter ferner umfasste Manipulatoreinheit mit dem Mehrachsmanipulator im Bereich des Etikettieraggregats ortsfest ab und dockt die Manipulatoreinheit dort insbesondere an. Dies ermöglicht eine stabile Arbeitsposition des mobilen Roboters im Bereich des Etikettieraggregats und gegebenenfalls eine Medienversorgung aus dem Etikettieraggregat, so dass die Fahrzeugeinheit gegebenenfalls an einen anderen Einsatzort gefahren werden kann. Währenddessen können weiterhin Etikettenrollen nachgelegt werden, solange wenigstens eine Etikettenrolle im Rollenmagazin der Manipulatoreinheit vorgehalten werden kann.
Vorzugsweise koppelt sich die Fahrzeugeinheit nach Positionierung der Manipulatoreinheit am Etikettieraggregat von der Manipulatoreinheit ab und fährt insbesondere vor Wiederankopplung zu wenigstens einer anderen modularen Manipulatoreinheit und bildet mit dieser beispielsweise vorübergehend einen weiteren mobilen Roboter aus. Dadurch lässt sich der apparative Aufwand für das Nachlegen der Etikettenrollen und gegebenenfalls weiterer auszuführender Versorgungsaufgaben reduzieren. Zudem können unterschiedliche Fahrzeugeinheiten mit einer bestimmten Manipulatoreinheit modular zu einem mobilen Roboter kombiniert werden, beispielsweise eine Fahrzeugeinheit, die sich gerade in der Nähe des Etikettieraggregats bzw. der Manipulatoreinheit befindet und/oder gerade einsatzbereit und verfügbar ist.
Vorzugsweise wird ein freies Etikettenbandende der nachgelegten Etikettenrolle von einem am Endeffektor angeordneten Adhäsionsgreifer, elektrostatischen Greifer oder Sauggreifer aufgenommen und an eine am Etikettieraggregat ausgebildete Verbindungseinheit zum Verbinden von Etikettenbändern übergeben. Dies ermöglicht eine automatische Endlos-Bereitstellung von Etikettenbändern.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist zeichnerisch dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 ein Versorgungssystem mit mobilem Roboter und Etikettieraggregat;
Figur 2 eine Fahrzeugeinheit;
Figur 3 eine Manipulatoreinheit mit im Außengriff arbeitendem Mehrachsmanipulator;
Figur 4 die Manipulatoreinheit beim Absetzen eines Rollenkerns;
Figur 5 die Manipulatoreinheit beim Aufnehmen einer Etikettenrolle im Innengriff;
Figur 6 den Endeffektor bei größtmöglichem Außengriff;
Figur 7 den Endeffektor beim Innengriff;
Figur 8 den Endeffektor bei kleinstmöglichem Außengriff;
Figur 9 Druckluftanschlüsse des Endeffektors und eines Expansionsventils und
Figur 10 eine schematische Darstellung der Etikettenbandübergabe an eine Verbindungseinheit des Etikettieraggregats. Die Figur 1 zeigt das beschriebene Versorgungssystem 100 mit dem mobilen Roboter 1 beim Betätigen eines an einem Rollenteller 51 eines Etikettieraggregats 50 vorhandenen Expansionsventils 52. Zu erkennen ist ferner eine am Etikettieraggregat 50 ausgebildete Verbindungseinheit 53, deren Funktion nachfolgend noch beschrieben ist.
Wie aus den Figuren 1 bis 3 in der Zusammenschau hervorgeht, umfasst der mobile Roboter 1 eine Fahrzeugeinheit 2 zum Ortswechsel des mobilen Roboters 1 und eine Manipulatoreinheit 3 mit einem Mehrachsmanipulator 4. Dieser umfasst einen Endeffektor 5 zum Manipulieren von Etikettenrollen 6 und entleerter Rollenkerne 6a der Etikettenrollen 6, siehe hierzu ferner die Figuren 4 und 6 bis 8.
Wie aus den Figuren 3 bis 8 ferner hervorgeht, ist der Endeffektor 5 zum tragenden außenumfänglichen Greifen der Etikettenrollen 6 und ihrer entleerten Rollenkerne 6a ebenso ausgebildet wie zum jeweils innenumfänglichen Greifen. Dies wird im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Außengriff und Innengriff bezeichnet. Die nachzulegenden Etikettenrollen 6 bestehen bekanntermaßen aus einem Rollenkern 6a und einem darauf aufgewickelten Etikettenband 6b. Folglich werden die nachzulegenden Etikettenrollen 6 beim Innengriff am Innenumfang der Rollenkerne 6a tragend gehalten.
In der Figur 2 ist ferner zu erkennen, dass die Fahrzeugeinheit 2 eine Hubeinheit 7 mit vorzugsweise schienenartigen Führungen 8 und vorzugsweise als Spannvorrichtungen ausgebildeten Verriegelungselementen 9 sowie eine Steckverbindung 10 zur elektrischen Versorgung und/oder Steuerung der Manipulatoreinheit 3 aufweist.
Die Figur 3 zeigt ferner, dass die Manipulatoreinheit 3 ein Tischgestell 11 und eine Tischplatte 12 umfasst, unter welche die Fahrzeugeinheit 2 einfahren kann.
Die Fahrzeugeinheit 2 und die Manipulatoreinheit 3 sind als korrespondierende Module ausgebildet derart, dass die unter die Tischplatte 12 eingefahrene Fahrzeugeinheit 2 die Manipulatoreinheit 3 durch Anheben der Führungen 8 mittels der Hubeinheit 7 vom Boden abheben und für einen Ortswechsel des mobilen Roboters 1 übernehmen kann. Mit Hilfe der Führungen 8 und der Verriegelungselemente 9 wird die Manipulatoreinheit 3 von der Fahrzeugeinheit 2 in einer festgelegten Relativposition übernommen und an dieser fixiert.
Die Verriegelungselemente 9 sind im dargestellten Beispiel Spanntöpfe eines selbstzentrierenden Verriegelungssystems, wobei die zugehörigen Spannbolzen dann an der Manipulatoreinheit 3 ausgebildet sind (in der Darstellung von der Tischplatte 11 verdeckt). Beim Anheben der Hubeinheit 7 wird vorzugsweise ebenso die Steckverbindung 10 mit einer korrespondierenden Steckverbindung der Manipulatoreinheit 3 verbunden (ebenso nicht dargestellt).
Durch Absenken der Hubeinheit 7 kann die Fahrzeugeinheit 2 von der darauf ruhenden Manipulatoreinheit 3 entlastet und diese auf dem umgebenen Boden abgestellt werden. Bei weiterem Absenken der Hubeinheit 7 können die Verriegelungselemente 9 und/oder die Steckverbindung 10 selbsttätig gelöst werden, so dass die Fahrzeugeinheit 2 unter der abgestellten Manipulatoreinheit 3 wieder herausfahren kann. Die Fahrzeugeinheit 2 steht dann prinzipiell zur Verwendung an einem anderen Einsatzort bereit.
Das unterfahrbare Tischgestell 11 muss nicht die dargestellten Tischbeine zur Anordnung der Tischplatte 12 auf jeweiliger Arbeitshöhe umfassen. Das unterfahrbare Tischgestell 11 könnte niedriger sein oder gegebenenfalls in die Unterseite der Tischplatte 12 integriert sein, sodass die Tischplatte 12 damit auf einem am jeweiligen Einsatzort stationären (fest verbauten) Unterbau geeigneter Höhe abgesetzt werden kann. Auch in diesen Fällen ist die Manipulatoreinheit 3 auf ihrer Unterseite im beschriebenen Sinne von der Fahrzeugeinheit 2 unterfahrbar und zur verriegelbaren / lösbaren Aufnahme auf dieser tunnelförmig ausgebildet.
In der Figur 3 ist ferner zu erkennen, dass auf der Tischplatte 12 vorzugsweise ein Rollenmagazin 13 und eine Ablagestelle 14 zur Zwischenablage von Etikettenrollen 6 und/oder Rollenkernen 6a ausgebildet ist.
Das Rollenmagazin 13 ist zur Aufnahme von wenigstens zwei und insbesondere wenigstens vier Etikettenrollen 6 und/oder Rollenkernen 6a vorzugsweise in jeweils liegender Ausrichtung ausgebildet. Damit können Etikettenrollen 6 auf dem mobilen Roboter 1 zum Etikettieraggregat 50 transportiert werden. Ebenso ist ein Abtransport nicht mehr benötigter entleerter Rollenkerne 6a auf dem Rollenmagazin 13 möglich.
Die Ablagestelle 14 dient vorrangig zur Zwischenablage von Etikettenrollen 6 und/oder Rollenkernen 6a beim Wechsel von Innengriff auf Außengriff (Etikettenrollen 6) oder von Außengriff auf Innengriff (Rollenkerne 6a).
Das Ablegen eines Rollenkerns 6a auf dem Etikettenmagazin 13 im Innengriff ist beispielhaft in der Figur 4 dargestellt. Die Figur 5 zeigt demgegenüber das Aufnehmen einer Etikettenrolle 6 im Innengriff von einem auf einer Palette bereitgestellten Vorrat mit Etikettenrollen 6. Daran ist ersichtlich, dass der Innengriff prinzipiell eine schonende Aufnahme von gestapelten Etikettenrollen 6 ermöglicht, und zwar sowohl von einem bereitstehenden Etikettenrollenvorrat als auch vom Rollenmagazin 13. Zu erkennen ist insbesondere in der Figur 4, dass im Bereich des Rollenmagazins 13 und der Ablagestelle 14 Auflageplatten 15 und dazwischen ausgebildete Aussparungen 15a vorhanden sind, die einen Außengriff und ein teilweises Untergreifen der Etikettenrollen 6 und/oder der Rollenkerne 6a ermöglicht. Somit ist eine flexible Manipulation der Etikettenrollen 6 und der Rollenkerne 6a im Bereich der Tischplatte 12 gegeben.
Die Figuren 6 bis 8 verdeutlichen die Greiffunktionen des Endeffektors 5. Demnach umfasst dieser einen Rollengreifer 16 mit an einem Lineartrieb 17 ausgebildeten Greifelementen 18. Die Greifelemente 18 weisen nach innen gerichtete Anlageflächen 19 für den Außengriff der Etikettenrollen 6 und der entleerten Rollenkerne 6a auf sowie nach außen gerichtete Anlageflächen 20 für den jeweiligen Innengriff.
Die Funktionsweise des Rollengreifers 16 basiert auf einer Linearbewegung der beiden Greifelemente 18 aufeinander zu oder voneinander weg, so dass die Etikettenrollen 6 oder Rollenkerne 6a entweder mit den nach innen oder außen weisenden Anlageflächen 19, 20 tragend geklemmt werden können. Zur Reduktion der benötigten Klemmkräfte weisen die Greifelemente 18 vorzugsweise jeweils an den inneren Anlageflächen 19 unten angrenzende Auflageflächen 21 auf, die am besten in der Figur 8 zu erkennen sind. Dadurch können die Etikettenrollen 6 stirnseitig beim Tragen unterstützt werden.
Die Krümmungsradien der Anlageflächen 19 für den Außengriff sind beispielsweise an den jeweiligen Krümmungsradius der Etikettenrollen 6 oder an den größten zu verarbeitenden Krümmungsradius der Etikettenrollen 6 angepasst. Die Anlageflächen 19, 20 können beispielsweise aus Blechen gefertigt werden und sind vorzugsweise mit einer Antirutschbeschichtung versehen, beispielsweise mit einer Antirutschmatte beklebt. Dadurch lässt sich die Gefahr einer Beschädigung der Etiketten rollen 6 reduzieren. Zudem lässt sich die Reibung zwischen der Etikettenrolle 6 und der Anlagefläche 19 erhöhen. Die Antirutschbeschichtung ist vorzugsweise elastisch nachgiebig und stellt somit eine anschmiegsame Kontaktfläche für die Etikettenrollen 6 bereit.
Die Greifelemente 18 sind am Lineartrieb 17 vorzugsweise von Pneumatik-Zylindern 22 angetrieben. Alternativ wären auch elektrische Antriebe für die Greifelemente 18 denkbar. Zur Sicherung der Greiffunktion bei einem Ausfall der Druckluftversorgung für die Pneumatikzylinder 22 kann an dem Endeffektor 5 eine Feststelleinheit (nicht dargestellt) vorhanden sein, um die Kolbenstange des Pneumatikzylinders 22 bei Versagen der Druckluftzufuhr zu fixieren. Im Normalbetrieb wird die Feststelleinheit beim Ausfahren der Greifelement 18 dann mit Druckluft versorgt und gibt die Kolbenstange somit frei. Im Falle eines Druckluftabfalls wird der Kolben dagegen reibschlüssig durch eine Feder geklemmt und somit fixiert. Die Pneumatik-Zylinder 22 können über separate Ventile auf prinzipiell bekannte Weise angesteuert werden. Hierbei könnte die Stellgeschwindigkeit der Greifelemente 18 beispielsweise mit Hilfe von Abluftdrosseln aneinander angeglichen werden.
Wie die Figuren 6 bis 8 ferner erkennen lassen, sind am Endeffektor 5 vorzugsweise Sensoren 23, insbesondere in Form von Ultraschallsensoren, angeordnet, mit denen sich die Lage der jeweils gehaltenen Etikettenrolle 6 bezüglich des Endeffektors 5 bestimmen lässt. Die Sensoren 23 dienen der Positionsbestimmung der Greifelemente 18, so dass daraus der Mittelpunkt der gehaltenen Etikettenrolle 6 berechnet werden kann. Dies ermöglicht eine zuverlässige Steuerung und Manipulation auch für den Fall, dass die Etikettenrolle 6 von den Greifelementen 18 nicht exakt mittig bezüglich des Endeffektors 5 aufgenommen werden kann. Ein derart berechneter Mittelpunkt der Etiketten rolle 6 kann an die Steuerung des Mehrachsmanipulators 4 übermittelt werden, um die Etiketten rolle 6 präzise zu manipulieren.
Die Figuren 6 und 8 zeigen die kleinsten und größten Durchmesser von Etikettenrollen 6 (oder Rollenkernen 6a), die mit dem Endeffektor s im Außengriff manipuliert werden können. Die Figur 7 zeigt dagegen eine im Innengriff gehaltene Etikettenrolle 6 beispielsweise beim Aufnehmen von einer Palette.
Der Bereich manipulierbarer Durchmesser von Etikettenrollen 6 im Außengriff beträgt vorzugsweise wenigstens 200 bis 500 mm, insbesondere wenigstens 175 bis 600 mm. Damit sind übliche Formate von Etikettenrollen 6 sowie zugehörige Rollenkerne 6a flexibel handhabbar.
In den Figuren 6 bis 8 zu erkennen ist ferner ein Adhäsionsgreifer 24 zum Halten freier Etikettenbandenden, also der Anfangsbereiche von Etikettenbändern, bei deren Übergabe an die Verbindungseinheit 53 des Etikettieraggregats 50. Alternativ könnte prinzipiell auch ein elektrostatischer Greifer oder ein Sauggreifer an dieser Stelle Verwendung finden, wofür gegebenenfalls eine zusätzliche Vakuumversorgung vorhanden wäre (nichtdargestellt). Die Funktion des Adhäsionsgreifers 24 wird an anderer Stelle unter Bezugnahme auf die Figur 10 erläutert.
In den Figuren 6 bis 8 ist ferner ein Druckluftverbinder 25 dargestellt, mit dem Druckluft für die an den Rollentellern 51 vorhandenen Expansionsventile 52 bereitzustellen, siehe beispielhaft dazu die Figur 1. Der Druckluftverbinder 25 ist zudem im Teilschnitt in der Figur 9 bei der Annäherung an ein korrespondierendes Expansionsventil 52 dargestellt. Durch eine derart hergestellte Druckluftversorgung kann das Expansionsventil 52 automatisch betätigt werden, um zu entnehmende leere Rollenkerne 6a am zugehörigen Rollenteller 51 freizugeben und danach im Austausch mit Etikettenband 6b bestückte Etiketten rollen 6 aufzusetzen und mittels des Expansionsventils 52 zu fixieren. Wie die Figuren 6 bis 8 ferner erkennen lassen, sind die Greifelemente 18, der Adhäsionsgreifer 24 oder dergleichen Greifer und der Druckluftverbinder 25 kreuzförmig angeordnet, wobei der Rollengreifer 16 im Wesentlichen den einen Kreuzarm ausbildet und der Adhäsionsgreifer 24 und der Druckluftverbinders 25 an den Enden des anderen Kreuzarms angeordnet sind. Dies ermöglicht im Zusammenhang mit den Freiheitsgraden des Mehrachsmanipulators 4, der insbesondere in Form eines Sechs-Achs-Knickarm-Manipulators ausgebildet ist, eine flexible und kollisionsfreie Positionierung des Rollengreifers 16 an den Etiketten rollen 6 und Rollenkernen 6a, des Adhäsionsgreifers 24 oder dergleichen Greifers an der Verbindungseinheit 53 und des Druckluftverbinders 25 am jeweiligen Expansionsventil 52.
Die Figur 10 zeigt schematisch die Positionierung des Adhäsionsgreifers 24 (oder eines entsprechenden Sauggreifers oder elektrostatischen Greifers) im Bereich der Verbindungseinheit 53 des Etikettieraggregats 50. Dargestellt sind schematisch ferner deren Rollenteller 51 mit den zentral daran vorhandenen Expansionsventilen 52.
Im Schritt I wird der Adhäsionsgreifer 24 in Kontakt mit dem freien Etikettenbandende der nachzulegenden Etikettenrolle 6 gebracht.
Im Schritt II wird die Rollenbremse (nicht dargestellt) des Rollentellers 51 mit der nachzulegenden Etikettenrolle 6 gelöst, so dass das freie Etikettenbandende durch Abrollen des Etikettenbands 6b von der Etikettenrolle 6 soweit zurückgezogen werden kann, dass die Verbindungseinheit 53 zum Einlegen des freien Etikettenbandendes geöffnet werden kann.
Ein Zustand bei geöffneter Verbindungseinheit 53 (eine Fixier-/ Klemmleiste ist aufgeklappt) ist im Schritt III dargestellt.
Wie im Schritt IV zu erkennen ist, kann der Endeffektor 5 mit dem Adhäsionsgreifer 24 und dem davon gehaltenen Etikettenbandende zur geöffneten Verbindungseinheit 53 bewegt werden, um das Etikettenbandende dadurch an die Verbindungseinheit 53 zu übergeben. Diese kann zur Übernahme von Etikettenbandenden, zum Abtrennen überschüssiger Bandbereiche sowie zum Anheften des Etikettenbandendes an ein vom anderen Rollenteller 51 abgespultes und bereits durch das Etikettieraggregat 50 laufendes Etikettenband 6c prinzipiell bekannte Baugruppen umfassen, die daher in diesem Zusammenhang nicht im Detail erläutert sind. Im Rahmen der beschriebenen Erfindung werden die Etikettenbandenden vorzugsweise miteinander verschweißt.
Abgesehen von der Steuerung der Verbindungseinheit 53 zu deren automatischem Öffnen und Schließen kann die Verbindungseinheit 53 somit prinzipiell bekannte Funktionen zum Halten, Vorbereiten und Verschweißen oder Verkleben von Etikettenbändern aufweisen. Die Manipulationseinheit 3 kann insbesondere im Bereich des Endeffektors 5 angeordnete (nicht dargestellte) Inspektionseinrichtungen aufweisen, wie wenigstens ein 2D-Kamerasystem oder 3D-Kamerasystem, um Objekte im Arbeitsbereich des Endeffektors 5 auf der Grundlage einer Bildverarbeitung zu erkennen, zu lokalisieren und/oder zu beurteilen. Beispielsweise können aufzunehmende Etikettenrollen 6 auf einer Palette in x-, y- sowie z- Richtung lokalisiert werden. Ferner kann das jeweils an die Verbindungseinheit 53 zu übergebende Etikettenbandende bildgebend detektiert und gegebenenfalls auch qualitativ inspiziert werden. Ferner ist durch bildgebende Kontrolle im Bereich des Endeffektors 5 möglich, die Übergabe des Etikettenbandendes an die Verbindungseinheit 53 auf Ordnungsmäßigkeit zu überprüfen. Ebenso können Inspektionen der Etikettenrollen 6 einschließlich ihrer Rollenkerne 6a im Sinne einer Qualitätskontrolle vorgenommen werden.
Das beschriebene Rollenmagazin 13 ist vorzugsweise für die Aufnahme von Etikettenrollen 6 mit einer maximalen Höhe von 150 mm und einem maximalen Durchmesser von 600 mm ausgelegt. Sind beispielsweise vier Aufnahmeplätze für Etikettenrollen 6 am Rollenmagazin 13 vorhanden, so können bis zu vier Etikettieraggregate 50 mit je einer Etikettenrolle 6 versorgt werden. In diesem Fall wären entnommene leere Rollenkerne 6a entweder im Bereich des jeweiligen Etikettieraggregats 50 zu verwerfen oder könnten im Rollenmagazin 13 und/oder auf der Ablagestelle 14 abtransportiert werden.
Beispielsweise ist es auch möglich, auf der Ablagestelle 14 zunächst einen entnommenen leeren Rollenkern 6a abzulegen und anschließend die nachzulegende Etiketten rolle 6 im Bereich der Ablagestelle 14 auf dem zuvor abgelegten Rollenkern 6a zu platzieren, um ein Umgreifen vom Innengriff auf Außengriff zu erleichtern.
Die Positionierung des mobilen Roboters 1 im Bereich des Etikettieraggregats 50 ist beispielsweise wie folgt möglich:
1. Positionierung mittels einer am Etikettieraggregat 50 angeordneten Positionierhilfe, beispielsweise mit wenigstens einer als Bezugspunkt dienenden Dreiecksgeometrie. Damit kann der mobile Roboter 1 reproduzierbar im Bereich des Etikettieraggregats 50 navigieren und Zielpositionen / Arbeitspositionen für die Manipulatoreinheit 3 mit ausreichender Genauigkeit anfahren.
2. Ein an der Manipulatoreinheit 3 vorhandenes Kamerasystem (nicht dargestellt) ermöglicht dem mobilen Roboter 1 eine Navigation bezüglich des damit abgebildeten Etikettieraggregats 50. Dies ermöglicht beispielsweise eine relative Positionsbestimmung des mobilen Roboters 1 / der Manipulatoreinheit 3 bezüglich des Etikettieraggregats 50. Zu diesem Zweck kann beispielsweise im Bereich des Etikettieraggregats 50 eine Referenzmarke, beispielsweise ein QR-Code oder dergleichen, vorhanden sein.
3. Die Positionierung des mobilen Roboters 1 erfolgt mittels einer Andockstation (nicht dargestellt) am Etikettieraggregat 50. Der mobile Roboter 1 fährt zu diesem Zweck an eine Zielposition im Bereich der Andockstation und setzt die Manipulatoreinheit 3 so ab, dass diese an der Andockstation mechanisch andockt, wodurch eine definierte Relativposition eingekommen wird. Hierbei ist es auch denkbar, dass die Manipulatoreinheit 3 beim Andocken elektrisch mit dem Etikettieraggregat 50 verbunden wird, beispielsweise zur Energieversorgung und/oder zum Datenaustausch. In diesem Fall kann sich die Fahrzeugeinheit 2 anschließend von der Manipulatoreinheit 3 abtrennen und an einen anderen Einsatzort fahren.
Mit dem beschriebenen Versorgungssystem 100 / dem mobilen Roboter 1 kann beispielsweise mit folgender Abfolge von Verfahrensschritten gearbeitet werden. Gegebenenfalls sind für die einzelnen Schritte zwei Varianten denkbar, wobei die mit a) bezeichnete Variante das Vorgehen im Zusammenhang mit einer zentralen Materialhandhabungsstation mit stationärem Roboter (nicht dargestellt) beschreibt und die Variante b) das Vorgehen ohne eine solche Station:
1. Der mobile Roboter 1 positioniert sich a) an einem stationären Roboter oder b) beispielsweise an einer Palette mit geprüften Etikettenrollen 6. Etikettenrollen 6 können aber auch anders bereitgestellt werden, beispielsweise auf einem Tisch und/oder Magazin. Auch können Etikettenrollen 6 beispielsweise durch ein Kamerasystem erst an der Manipulatoreinheit 3 geprüft werden.
2. a) Die Etikettenrollen 6 werden durch den stationären Roboter von einer Palette aufgenommen; oder b) der Mehrachsmanipulator 4 des mobilen Roboters 1 nimmt die Etikettenrollen 6 selbstständig im Innengriff von einer Palette auf.
3. Die Etiketten roll en 6 werden an das Rollenmagazin 13 des mobilen Roboters 1 entweder durch den stationären Roboter oder vom Mehrachsmanipulator 4 selbst übergeben.
4. Bis zu vier Etikettenrollen 6 vorzugsweise mit einer Höhe bis zu 150 mm und einem Durchmesser bis zu 600 mm werden auf dem Rollenmagazin 13 platziert.
5. Der mobile Roboter 1 positioniert sich am Etikettieraggregat 50, gegebenenfalls mit Hilfe wenigstens einer der voranstehend genannten Positionierhilfen und/oder -verfahren.
6. Der Mehrachsmanipulator 4 führt den Druckluftverbinder 25 an das Expansionsventil 52 des zu bestückenden Rollentellers 51. 7. Nach Entspannen des Expansionsventils 52 wird der leere Rollenkern 6a (verbrauchte Etikettenrolle 6) im Außengriff mittels des Rollengreifers 16 vom Rollenteller 51 abgenommen.
8. Der abgenommene Rollenkern 6a wird auf der Ablagestelle 14 abgelegt. Ist das Rollenmagazin 13 nur unvollständig befüllt, kann der Rollenkern 6a dort abgelegt werden.
9. Eine nachzulegende Etikettenrolle 6 wird im Innengriff aus dem Rollenmagazin 13 abgehoben.
10. Die Etikettenrolle 6 wird auf der Ablagestelle 14 abgelegt, gegebenenfalls auf einem zuvor dort abgelegten Rollenkern 6a. Gegebenenfalls ist auch eine Zwischenablage im Bereich des Rollenmagazins 13 denkbar, beispielsweise falls vergleichsweise flache Etikettenrollen 6 von bis zu 50 mm Höhe verarbeitet werden oder nur vergleichsweise wenige Etikettieraggregate 50 zu versorgen sind.
11. Der Rollengreifer 16 wechselt von Innengriff auf Außengriff und nimmt die vorübergehend abgelegte Etikettenrolle 6 im Außengriff auf.
12. Die Etikettenrolle 6 wird so zum freien Rollenteller 51 transferiert und auf diesem abgelegt.
13. Das Expansionsventil 52 des betroffenen Rollentellers 51 wird anschließend durch erneutes Aufsetzen des Druckluftverbinders 25 betätigt (beispielsweise durch Druckluftzufuhr mit 6 bar) und die Etikettenrolle 6 damit auf dem Rollenteller 51 fixiert.
Die Verbindung des Etikettenbands 6b (seines Anfangs) der nachgelegten Etikettenrolle 6 am Etikettieraggregat 50 kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden:
14. Das freie Etikettenbandende wird beispielweise bildgebend im Bereich des Endeffektors 5 erkannt und lokalisiert.
15. Das Etikettenbandende wird mit Hilfe des Adhäsionsgreifers 24 oder eines vergleichbar arbeitenden und angeordneten Greifers des Endeffektors 5 aufgenommen.
16. Die Verbindungseinheit 53 wird vollautomatisch geöffnet, beispielsweise durch Aufschwenken mittels eines Pneumatikzylinders.
17. Der Mehrachsmanipulator 4 bewegt den Endeffektor 5 mit dem Adhäsionsgreifer 24 und dem damit gehaltenen Etikettenbandende in die geöffnete Verbindungseinheit 53. 18. Der Mehrachsmanipulator 4 legt das Ende des Etikettenbands 6b beispielsweise an einer an der Verbindungseinheit 53 ausgebildeten Vakuumleiste an, die das Etikettenbandende dadurch übernimmt.
19. Der Adhäsionsgreifer 24 kann das Etikettenbandende dann ferner während einer Konfek- tionierung / einem Trimmen des Etikettenbandendes bis zum endgültigen Übergeben an die Verbindungseinheit 53 vorübergehend fixieren. Die Übergabe kann mittels Vakuumleisten und Klemmleisten der Verbindungseinheit 53 erfolgen.
20. Anschließend kann der Adhäsionsgreifer 24 wieder zurückgefahren werden.
Somit ist eine vollautomatische Übergabe von Etikettenrollen 6 an Etikettieraggregate 50 möglich, optional einschließlich einer vollautomatischen Verbindung des nachgelegten Etikettenbands 6 mit einem bereits durch das Etikettieraggregat 50 geführten weiteren Etikettenband 6c.
Insbesondere eine ergonomisch problematische manuelle Handhabung von Etikettenrollen 6 bis zum Ablegen derselben auf den Rollentellern 51 von Etikettieraggregaten 50 lässt sich damit vermeiden. Zudem ist eine effiziente Auslastung des mobilen Roboters 1 möglich, gegebenenfalls eine flexible Kombination von Fahrzeugeinheiten 2 und Manipulatoreinheiten 3, indem diese auch getrennt voneinander oder in unterschiedlichen Kombinationen miteinander verwendet werden.

Claims

Ansprüche Mobiler Roboter (1) zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat (50) zur Etikettierung von Behältern, mit einer Fahrzeugeinheit (2) zum Ortswechsel des Roboters (1) und mit einer Manipulatoreinheit (3) umfassend einen Mehrachsmanipulator (4), insbesondere 6-Achs-Knickarm-Manipulator, mit einem Endeffektor (5) zum Manipulieren von Etikettenrollen (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor zum tragenden außenumfänglichen Greifen der Etikettenrollen und/oder entleerter Rollenkerne (6a) von Etikettenrollen ausgebildet ist. Mobiler Roboter nach Anspruch 1 , wobei der Endeffektor (5) ferner zum Eingriff in die Rollenkerne (6a) der Etikettenrollen (6) derart ausgebildet ist, dass die Etikettenrollen im Innengriff getragen und abgelegt werden können. Mobiler Roboter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahrzeugeinheit (2) und die Manipulatoreinheit (3) als mittels einer insbesondere an der Fahrzeugeinheit ausgebildeten Hubeinheit (7) aneinander koppelbare und voneinander lösbare Module derart ausgebildet sind, dass die Manipulatoreinheit bezüglich der Fahrzeugeinheit zum ortsfesten Abstellen und/oder Andocken am Etikettieraggregat (50) abgesenkt sowie demgegenüber zum Ortswechsel wieder angehoben werden kann. Mobiler Roboter nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Manipulatoreinheit (3) ein Tischgestell (11) und eine von der Fahrzeugeinheit (2) unterfahrbare Tischplatte (12) umfasst, auf der der Mehrachsmanipulator (4) gelagert ist. Mobiler Roboter nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Manipulatoreinheit (3) ein Etikettenrollenmagazin (13) zur liegenden Aufnahme von wenigstens zwei, insbesondere wenigstens vier Etikettenrollen (6) und eine Ablagestelle (14) zum vorübergehenden Absetzen einer Etikettenrolle beim Manipulieren, insbesondere zum Wechsel von Innengriff auf Außengriff, umfasst. Mobiler Roboter nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei der Endeffektor (5) ferner einen Adhäsionsgreifer (24), elektrostatischen Greifer oder Sauggreifer zum Greifen von Etikettenbandenden der Etikettenrollen (6) umfasst. Mobiler Roboter nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei am Endeffektor (5) ferner ein Druckluftverbinder (25) zur Bereitstellung von Druckluft angeordnet ist, um damit Expansionsventile (52) zum Fixieren/Freigeben von Etikettenrollen auf Rollentellern (51) von Etikettieraggregaten (50) zu betätigen. Mobiler Roboter nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei am Endeffektor (5) Sensoren (23), insbesondere Ultraschallsensoren, zur relativen Lagebestimmung einer vom Endeffektor jeweils aufgenommenen Etikettenrolle (6) angeordnet sind. Mobiler Roboter nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche, wobei die Manipulatoreinheit (3) wenigstens eine Schnittstelle, insbesondere Steckverbindung (10), zur wahlweisen elektrischen Energieversorgung des Mehrachsmanipulators (4) aus der Fahrzeugeinheit (2) oder aus einem Etikettieraggregat (50) umfasst. Versorgungssystem (100) zum Nachlegen einer Etikettenrolle (6) in einem Etikettieraggregat (50) zur Etikettierung von Behältern, umfassend den mobilen Roboter (1) nach wenigstens einem der vorigen Ansprüche und das Etikettieraggregat, welches Rollenteller (51) zum Aufnehmen und Abspulen von Etikettenrollen (6) und eine Verbindungseinheit (53) umfasst, mit der das Etikettenband (6b) der nachgelegten Etikettenrolle mit einem durch das Etikettieraggregat zu den Behältern geführten Etikettenband (6c) verbunden werden kann. Verfahren zum Etikettenrollenwechsel an einem Etikettieraggregat (50) zur Etikettierung von Behältern, wobei ein mobiler Roboter (1) mittels eines Mehrachsmanipulators (4) und daran ausgebildeten Endeffektors (5) wenigstens einen entleerten Rollenkern (6a) einer Etikettenrolle im Außengriff vom Etikettieraggregat abnimmt und dort im Austausch eine Etikettenrolle (6) im Außengriff nachlegt. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei der mobile Roboter (1) Etikettenrollen (6) mittels des Endeffektors (5) insbesondere im Innengriff in ein mitgeführtes Rollenmagazin (13) aufnimmt, die Etikettenrollen darin zum Etikettieraggregat (50) transportiert und in insbesondere liegender Ausrichtung zum Etikettenrollenwechsel bereitstellt. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine vom mobilen Roboter (1) umfasste modulare Manipulatoreinheit (3) mit dem Mehrachsmanipulator (4) während eines Etikettenrollenwechsels auf einer vom mobilen Roboter umfassten modularen Fahrzeugeinheit (2) betrieben wird. Verfahren nach Anspruch 13, wobei sich die Fahrzeugeinheit (2) nach Positionierung der Manipulatoreinheit (3) am Etikettieraggregat (50) von der Manipulatoreinheit abkoppelt und vor Wiederankopplung zu wenigstens einer anderen modularen Manipulatoreinheit fährt und mit dieser vorübergehend einen weiteren mobilen Roboter ausbildet. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei ein Anfangsbereich des auf der nachgelegten Etikettenrolle (6) vorhandenen Etikettenbands (6b) von einem am Endeffektor (5) angeordneten Adhäsionsgreifer (24), elektrostatischen Greifer oder Sauggreifer aufgenommen und an eine am Etikettieraggregat (50) ausgebildete Verbindungseinheit (53) zum Verbinden von Etikettenbändern (6b, 6c) übergeben wird.
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