DE102006023885A1

DE102006023885A1 - Autonome Schlüsselkomponenten für flexible Vakuumgreifer

Info

Publication number: DE102006023885A1
Application number: DE102006023885A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. Schaaf; Thomas Eisele
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-10-04

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vakuumgreifer mit mehreren Bauteilen, wobei die Bauteile Einrichtungen aufweisen, mit denen sie kabellos miteinander kommunizieren können.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vakuumgreifer mit mehreren direkt oder indirekt miteinander kommunizierenden, d.h. Daten austauschenden Bauteilen.
Es ist bekannt, dass flexible Vakuumgreifsysteme mit einzeln ansteuerbaren Saugstellen aufgebaut werden, wobei die Saugstellen mit einer zentralen Stelle verkabelt sind. In eine solche verkabelte Saugstelle sind ein oder mehrere bauraumminimierte Vakuumsensoren und ein oder mehrere Inline-Ventile integriert. Mithilfe solcher Saugstellen können durch reihen- oder matrixförmige Anordnung sogenannte „Saugbalken" oder „Saugermatrizen" aufgebaut werden. Eine derartige Saugermatrix besitzt in verkabeltem Zustand eine Vielzahl an Kabeln, mit denen die Vakuumsensoren und die Ventile mit einer Steuereinrichtung miteinander verbunden sind.
Aus der Notwendig zur Verkabelung der Komponenten an einzeln überwach- und steuerbaren Saugstellen muss ein hoher Montage- bzw. Verkabelungsaufwand sowie lange Arbeitszeiten und hohe Materialkosten in Kauf genommen werden. Dabei entstehen für automatisierte Handhabungsprozesse hinderliche Störkonturen, insbesondere dann, wenn bei Saugerspinnen die Kabel über mehrere Meter vom Roboterflansch zur Saugstelle gelegt werden müssen. Außerdem besteht das Risiko einer hohen Störanfälligkeit bzw. geringe Verfügbarkeit bei beschädigten Kabeln oder losen Steckerkontakten, die sich z.B. aufgrund von Vibrationen oder wegen der hohen Dynamik des Handhabungsprozesses gelöst haben. Ferner besitzt eine derartige Matrix eine geringe Flexibilität bezüglich eines Umbaus oder einer Umkonfiguration, z.B. bei Saugerspinnen. Weiterhin herrscht ein hoher Zeit- und Materialaufwand bei Reparaturen oder Austausch von Komponenten. Schließlich sind derartige Saugerspinnen relativ schwer.
Die DE 101 51 883 A1 offenbart eine derartige Saugstelle. Die DE 10 2004 042 825 beschreibt Funktionalitäten der Zustandsüberwachung. In der DE 10 2004 013 058 wird der Aufbau eines Vakuumgreifsystems aus einzeln ansteuerbaren Saugstellen insbesondere zur Ermittlung von Belegungsbildern beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgreifsystem bereit zu stellen, welches einfacher aufgebaut und das flexibler umrüstbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Vakuumgreifsystem gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Die Erfindung betrifft die Nutzung kabelloser Kommunikation zwischen informationstechnischen Komponenten für autonome Schlüsselkomponenten bei flexiblen Vakuumgreifern bzw. einzeln überwach- und ansteuerbaren Saugstellen. Heute verfügbare sogenannte „Wireless IT-Technologien" sind beispielsweise Bluetooth, ZigBee und Infrarot.
Das technische Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Automatisierung von Handhabungsprozessen, bei denen flexible Vakuumgreifsysteme verwendet werden, die mittels Manipulatoren bzw. Robotern geführt werden.
Mit der Erfindung ist es möglich, Vakuumgreifsysteme mit kabellosen, autonomen, einzeln überwach- und ansteuerbaren Saugstellen aufzubauen.
Solche Systeme werden in unterschiedlichen Branchen eingesetzt, z.B. im Automobilbau, z.B. zur Verkettung von Pressen zur Blechumformung im Presswerk, in Logistik und Handel zur Palettierung, Depalettierung und Kommissionierung von Paketen und Verpackungen, im holzverarbeitenden Gewerbe zur automatisierten Handhabung von Roh- und Fertigteilen sowie von Halbzeugen aus Holzwerkstoffen. Die Vakuumgreifsysteme sind zur Realisierung flexibler Funktionen oft mit mehreren Saugstellen ausgestattet, die jeweils einzeln überwacht und gesteuert werden können. Solche Funktionen sind z.B. die Möglichkeit mehrere Objekte gleichzeitig ergreifen um sie anschließend zu Vereinzeln (Multiple Pick & Single Release) insbesondere in Handel und Logistik, die Möglichkeit zum Abschalten nicht belegter Saugstellen, die Möglichkeit zur Ermittlung der Geometrie der gegriffenen Objekte auf der Basis der Belegung der Saugstellen, die Möglichkeit zur Ermittlung der Beschaffenheit und insbesondere der Porosität der gegriffenen Objekte auf der Basis von Messdaten über das erreichte Vakuumniveau oder den benötigten Saugvolumenstrom in den einzelnen Saugstellen, die Möglichkeit zur Ermittlung des Zustandes von Saugern bzw. Saugstellen auf der Basis von Messdaten über das erreichte Vakuumniveau oder den benötigten Saugvolumenstrom in den einzelnen Saugstellen sowie mithilfe von Zählern für die Schaltzyklen zur Aufrechterhaltung eines geforderten Vakuumniveau.
Wichtige Schlüsselkomponenten zur Realisierung solcher Funktionen sind im Hinblick auf Sensoren bauraumminimierte Vakuumsensoren, Strömungssensoren, Luftmengensensoren, Zähler, Bewegungssensoren, Temperatursensoren, Kraftsensoren, Durchflussmesser. Weitere Komponenten sind Ventile, Sauggreifer, Ejektoren, Tastventile, Federstößel, Datenspeicher, Anzeigen, Minipumpen.
Vorzugsweise besitzen die Komponenten auch ein Energieerzeugungsmodul, z.B. einen Induktionsgenerator, eine Miniturbine, einen Piezogenerator, ein Thermopaar, einen Schwingungswandler oder ein photovoltaisches Element.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein Schaubild einer allgemeinen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vakuumgreifsystems;
2 vier Ausführungsvarianten a bis d einer Saugstelle mit einem Sensor und einem Ventil;
3 eine Ausführungsvariante eines Saugbalkens;
4 eine Ausführungsvariante einer Saugermatrix;
5 eine Ausführungsvariante einer Saugerspinne; und
6 eine Ausführungsvariante einer Saugstelle mit einem eigenen Unterdruckerzeuger.
Die 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vakuumgreifsystems 10, dem eine übergeordnete Steuerung 12 vorgeschaltet ist. Das Vakuumgreifsystem 10 ist z.B. am einem Roboterarm 14 befestigt, so dass es im Raum bewegt werden kann. Die Energieversorgung, Vakuumerzeugung und Vakuumversorgung sind darin aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Innerhalb des Vakuumgreifsystems 10 befinden sich mehrere Saugstellen 16 und Funkknoten 18. Die Saugstellen 16 besitzen jeweils einen Sensor 20, der ein Unterdruck-, Vakuum-, Strömungs- oder Durchflusssensor sein kann, für die Vakuummessung und/oder Durchflussmessung, und ein Ventil 22 zum Zu- bzw. Abschalten des Vakuumanschlusses. Der Sensor 20 befindet sich in der Unterdruckleitung 34 zu einem Sauger bzw. Saugmodule 36. Mit 24 ist ein Unterdruckanschluss bezeichnet, mit dem der Sauggreifer 36 mit Unterdruck von einer Unterdruckquelle versorgt wird. Der Sensor ist mit einem Funkmodul 26 und einem Energieversorgungsmodul 28 ausgestattet. Das Ventil 22 weist ebenfalls ein Funkmodul 30 und ein Energieversorgungsmodul 32 auf.
Es ist deutlich erkennbar, dass die Saugstellen 16 miteinander drahtlos kommunizieren können, was mit dem Doppelpfeil 38 angedeutet ist. Außerdem kann eine Saugstelle 16 mit einem Funkknoten 18 drahtlos kommunizieren, was mit dem Doppelpfeil 40 angedeutet ist. Der Funkknoten 18 kann auch mit mehreren Saugstellen 16 drahtlos kommunizieren, was mit dem Doppelpfeil 42 angedeutet ist. Schließlich kann jeder Funkknoten 18 mit der übergeordneten, z.B. Maschinensteuerung 12 drahtlos kommunizieren, was mit dem Doppelpfeil 44 angedeutet ist. Die Anzahl der Funkknoten 18 richtet sich danach, wie viele Saugstellen 16 über einen einzelnen Funknoten 18 versorgt werden können. Die Kommunikation zwischen den Saugstellen 16 und den Funkknoten 18 erfolgt kabellos. Die Kommunikation zwischen den Saugstellen 16 ist dabei optional. Eine Kommunikationsmöglichkeit ist die ZigBee-Technologie auf Basis von Sensornetzwerken. Die Kommunikation zwischen Funkknoten 18 und übergeordneter Steuerung 12 erfolgt kabelbasiert oder kabellos.
Die 6 zeigt vier Ausführungsvarianten a) bis d) der Saugstelle 16. Danach können das Ventil 22 und der Sensor 20 über gemeinsame oder getrennte Module 26 bis 32 zur Energieversorgung und Funkkommunikation verfügen. Die in 2a gezeigte Variante ist bereits in 1 dargestellt und nur Verdeutlichtung der verschiedenen Möglichkeiten noch einmal gezeigt. Bei dieser Variante besitzen das Ventil 22 und der Sensor 20 jeweils ein Funkmodul 30 und 26 und ein Energieversorgungsmodul 32 und 28. Bei der in 2b gezeigten Variante besitzen das Ventil 22 und der Sensor 20 jeweils ein Funkmodul 30 und 26 wohingegen sie ein gemeinsames Energieversorgungsmodul 46 besitzen, von dem sie gemeinsam mit elektrischer Energie versorgt werden. Bei der in 2c gezeigten Variante besitzen das Ventil 22 und der Sensor 20 jeweils ein Energieversorgungsmodul 32 und 28 wohingegen sie ein gemeinsames Funkmodul 48 besitzen, über welches sie gemeinsam Daten mit anderen Komponenten oder Bauteilen austauschen. Bei der in 2d gezeigten Variante besitzen das Ventil 22 und der Sensor 20 ein gemeinsames Energieversorgungsmodul 46 und ein gemeinsames Funkmodul 48.
Die Ausgestaltung der Energieversorgungsmodule 28, 32 und 46 kann auf unterschiedlichen Prinzipien bzw. Komponenten beruhen. Dabei besteht die Möglichkeit, miniaturisierte Batterien und Akkumulatoren, insbesondere auf Lithium-Polymer-Basis, Brennstoffzellen oder Mini-Brennstoffzellen zu verwenden. Es besteht auch die Möglichkeit, Komponenten zur Energiegewinnung aus der Umwelt zu verwenden. Das Prinzip der Energiegewinnung aus der Umwelt wird auch als „Energy Harvesting" bezeichnet. Dabei werden kleinste Energiemengen aus der Umwelt „aufgesammelt". Solche Komponenten sind insbesondere piezoelektrische Elemente, Induktionsgeneratoren, Miniturbinen und Schwingungswandler, die mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln, Thermopaare, die thermische Energie in elektrische Energie umwandeln und photovoltaische Zellen, die Licht in elektrische Energie umwandeln.
Beispielsweise kann beim gefederten Aufsetzen des Vakuumgreifsystems 10 über piezoelektrische Elemente oder Induktionsgeneratoren die elektrische Energie für die Funkmodule 26, 30 und 48 erzeugt werden. Gegebenenfalls erfolgt eine Zwischenspeicherung der elektrischen Energie in einem Akkumulator.
Die 3 zeigt eine einen Saugbalken 50 darstellende Systemvariante mit vier Saugstellen 16. Die Funksignale der Saugstellen 16 werden in diesem Beispiel von einem Funkknoten 18 verwaltet.
Die 4 zeigt eine eine Saugermatrix 52 darstellende Systemvariante mit jeweils sechs in drei Reihen angeordneten Saugstellen 16 und drei Funkknoten 18.
Die 5 zeigt eine eine Saugerspinne 54 darstellende Systemvariante mit vier Saugstellen 16 und einem Funkknoten 18.
Die 6 zeigt eine Variante einer Saugstelle 16, die weder elektrische Kabel noch Unterdruckleitungen aufweist, da sie mit einem eigenen Unterdruckerzeuger 56 ausgestattet ist. Diese Saugstelle 16 muss nur noch mechanisch mit dem Roboterarm 14 verbunden werden. Der Unterdruckerzeuger 56 wird vom Energieerzeugungsmodul 46 mit elektrischer Energie versorgt.

Claims

Vakuumgreifsystem (10) mit mehreren Bauteilen (16, 18), dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (16, 18) Einrichtungen aufweisen, mit denen sie kabellos miteinander kommunizieren können.
Vakuumgreifsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein eigenes Energieversorgungsmodul (28, 32, 46) aufweist.
Vakuumgreifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein Funkmodul (26, 30, 48), insbesondere mit einen Sender und/oder Empfänger zur kabellosen Übermittlung von Daten aufweist.
Vakuumgreifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen eigenen Unterdruckerzeuger (56) aufweist.
Vakuumgreifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile mit einer Steuerung (12) des Vakuumgreifsystems (10) kommunizieren.
Vakuumgreifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bauteile ein gemeinsames Energieerzeugungsmodul (46) aufweisen.
Vakuumgreifsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bauteile ein gemeinsames Funkmodul (48) aufweisen.