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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Greifen eines Gegenstands gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Sauggreifer zur Verwendung in einem Verfahren zum Greifen eines Gegenstands.
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Derartige Verfahren finden beispielsweise beim Kommissionieren von Waren in Warenlagern Verwendung. Hierbei kommt eine Handhabungsanlage zum Einsatz, um einzelne Warengegenstände selektiv in einem Lagerbehälter zu greifen und nach dem Greifen den Gegenstand an einen anderen Ort zu verbringen. Dafür umfasst die verwendete Handhabungsanlage üblicherweise einen Roboter mit einem Roboterarm und eine mit dem Roboterarm verbundene Greifvorrichtung. Bei der Greifvorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Sauggreifvorrichtung, welche einen pneumatisch betätigbaren Sauggreifer mit einem elastisch verformbaren Anlageabschnitt zur Anlage an eine Außenfläche des zu greifenden Gegenstands umfasst.
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In einer typischen Anwendungssituation enthält der Lagerbehälter eine Vielzahl von Warengegenständen, die beispielsweise auch unterschiedliche Formen, Größen und Gewichte aufweisen. Insbesondere ist auch denkbar, dass die Gegenstände ungeordnet, d.h. mit unterschiedlichen Orientierungen im Lagerbehälter liegen und die zum Greifen geeigneten Bereiche der Außenflächen verschiedener Gegenstände unterschiedlich orientiert sind. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet Außenfläche insbesondere diejenige Fläche eines Gegenstands, welche den Gegenstand nach außen, also zu einer Umgebung des Gegenstands hin, begrenzt und somit eine Außenform des Gegenstands bestimmt. Üblicherweise umfasst die Außenfläche jeweils flächige Abschnitte und andere Abschnitte, insbesondere konvex oder konkav gekrümmte Abschnitte (z.B. konvexe Erhebungen und/oder Außenkanten und/oder Außenecken).
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Zum Greifen eines Gegenstands wird der Sauggreifer herkömmlicherweise an flächige Abschnitte der Außenfläche (insbesondere ebene Abschnitte der Außenfläche) herangefahren, so dass der Sauggreifer mit seinem Anlageabschnitt möglichst flach und dichtend an dem flächigen Abschnitt der Außenfläche anliegt. Durch Beaufschlagung des Sauggreifers mit Unterdruck wird der Gegenstand dann angesaugt und gegriffen. Hierbei ist es auch bekannt, vor dem Anfahren des Sauggreifers die Außenfläche des Gegenstands mittels einer Erkennungseinrichtung zu erkennen und geeignete flächige Abschnitte der Außenfläche auszuwählen.
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Es sind auch Verfahren bekannt, bei denen der Sauggreifer in unbestimmter Weise an die Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands herangefahren wird und mögliche Unebenheiten der Außenfläche durch Verwendung einer flexiblen Dichtlippe an dem Sauggreifer ausgeglichen werden. Ein solcher Sauggreifer ist beispielsweise in
US 4 582 353 A und
DE 102 24 598 C1 beschrieben. Weitere Handhabungsanlagen zum Greifen von Gegenständen sind aus
DE 10 2017 115 738 A1 ,
DE 10 2011 056 029 A1 ,
EP 2 796 263 B1 und
US 3 174 789 A bekannt.
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Bei den bekannten Verfahren besteht das Problem, dass der Sauggreifer regelmäßig auf eine Größe und/oder Form eines zu greifenden Gegenstands genau abgestimmt werden muss, um den Gegenstand zuverlässig greifen zu können. Beispielsweise ist es für eine gute Abdichtung zwischen Sauggreifer und Gegenstand insbesondere erforderlich, dass ein Öffnungsquerschnitt einer Saugöffnung des Sauggreifers kleiner gewählt ist als eine Erstreckung des angefahrenen flächigen Abschnitts des Gegenstands. Dies hat in der Praxis zur Folge, dass der Sauggreifer häufig gewechselt werden muss, um Gegenstände unterschiedlicher Größe und/oder Beschaffenheit greifen zu können, was sich negativ auf eine Produktivität des Greifprozesses auswirkt.
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Hiervon ausgehend beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Aufgabe, auch Gegenstände mit großer Formen- und Größenvielfalt auf einfache Weise greifen zu können, z.B. aus einem Lagerbehälter, in dem die Gegenstände mit unterschiedlichen Orientierungen liegen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Greifen eines Gegenstands gelöst, welches die Schritte gemäß Anspruch 1 umfasst.
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Das Greifen eines Gegenstands gemäß dem Verfahren erfolgt mittels einer Handhabungsanlage umfassend einen Roboter mit wenigstens einem, vorzugsweise mehrgelenkigen, Roboterarm und eine mit dem Roboterarm verbundene Greifvorrichtung. Die Greifvorrichtung umfasst einen pneumatisch, insbesondere mit Unterdruck, betätigbaren Sauggreifer zum Ansaugen eines Gegenstands. Der Sauggreifer weist eine Wandung auf, welche sich von einem Anschlussnippel weg erstreckt und in einen elastisch verformbaren Anlageabschnitt (insbesondere in der Art eines dichtlippenartigen Abschnitts) zur Anlage an eine Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands mündet. Der Anschlussnippel ist insbesondere dazu ausgebildet, um mit einer externen Unterdruckversorgung verbunden zu werden. Die Wandung begrenzt einen Sauginnenraum, welcher in Richtung zu dem Gegenstand hin geöffnet ist. Dabei umgibt der Anlageabschnitt eine Saugöffnung des Sauginnenraums
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Die Handhabungsanlage umfasst ferner eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen einer Außenfläche des zu greifenden Gegenstands mit insbesondere flächigen Abschnitten und/oder konvexen Erhebungen und/oder Außenkanten und/oder Außenecken. Die Erkennungseinrichtung kann beispielsweise eine Kameraeinrichtung umfassen, welche dazu ausgebildet ist, die Außenfläche des Gegenstands, insbesondere optisch bzw. bildlich, zu erfassen.
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Die Handhabungseinrichtung umfasst ferner eine Steuereinrichtung, welche mit der Erkennungseinrichtung zusammenwirkt, und dazu ausgebildet ist, insbesondere in Abhängigkeit eines Signals der Erkennungseinrichtung, den Roboter anzusteuern.
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Gemäß dem Verfahren wird zunächst mittels der Erkennungseinrichtung der Handhabungsanlage eine Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands erkannt und flächige, insbesondere eben erstreckte, Abschnitte der Außenfläche einerseits und konvexe Erhebungen oder Außenkanten oder Außenecken der Außenfläche des Gegenstands andererseits unterschieden. Denkbar ist, dass das Unterscheiden dadurch erfolgt, dass gezielt konvexe Erhebungen oder Außenkanten oder Außenecken erkannt werden, z.B. mit geeigneten Verfahren der Bildverarbeitung. Insbesondere erfolgt dabei auch ein Erkennen von Position und Lage der konvexen Erhebungen oder Außenkanten oder Außenecken.
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In einem nächsten Schritt wird dann der Sauggreifer derart an die Außenfläche des zu greifenden Gegenstands angefahren, dass sich der Sauggreifer mit zumindest einem Teilbereich seines Anlageabschnitts an wenigstens eine konvexe Erhebung oder Außenkante der Außenfläche anschmiegt. Insofern wird der Sauggreifer bewusst derart an die Außenfläche des zu greifenden Gegenstands angefahren, dass sich der Sauggreifer mit zumindest einem Teilbereich seines Anlageabschnitts konform an eine konvexe Erhebung oder Außenkante anlegt. Es wird also insbesondere nicht versucht, den Sauggreifer auf einen flächigen (insbesondere ebenen) Abschnitt der Außenfläche aufzusetzen und den Anlageabschnitt möglichst flach anzulegen. Vielmehr wird bewusst ein unebenes Anliegen des Anlageabschnitts angestrebt. Hierzu wird ein Sauggreifer verwendet, dessen Anlageabschnitt derart ausgebildet ist, dass er sich an eine konvexe Erhebung oder Außenkante der Außenfläche anschmiegen kann.
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Bei dem vorliegenden Verfahren geht es insbesondere nicht darum, den Gegenstand in unbestimmter Weise anzufahren und mögliche Unebenheiten der Außenfläche durch Verwendung eines elastisch verformbaren Sauggreifers auszugleichen. Gemäß dem Verfahren werden hingegen gezielt konvexe Erhebungen oder Außenkanten angefahren, und zwar derart, dass sich der Sauggreifer mit zumindest einem Teilbereich seines Anlageabschnitts gezielt an diese konvexe Erhebung oder Außenkante anschmiegt. Es werden also nach Möglichkeit gerade nicht ausschließlich die flächigen Abschnitte der Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands angefahren. Insbesondere erfolgt vor dem Anfahren des Sauggreifers ein z.B. rechnergestütztes Ermitteln der konvexen Erhebungen und/oder Außenkanten, welche von den flächigen Abschnitten der Außenfläche des Gegenstands unterschieden wurden.
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In vorliegendem Zusammenhang sind die Begriffe Außenkante oder Außenecke als Bereiche der Außenfläche zu verstehen, in welchen die Außenfläche insgesamt betrachtet ausgebuchtet oder konvex ist. Im Gegensatz hierzu stehen die Begriffen Innenkante oder Innenecke, welche Bereiche der Oberfläche bezeichnen, in welchen die Oberfläche insgesamt betrachtet eingebuchtet oder konkav ist. Eine konvexe Erhebung bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang insbesondere einen lokalen Vorsprungbereich des Gegenstands, in welchem die Außenfläche des Gegenstands zur Umgebung hin konvex gekrümmt ist. Eine Außenkante bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang insbesondere einen Abschnitt der Außenfläche des Gegenstands, in dem zwei, insbesondere eben erstreckte, flächige Abschnitte mit unterschiedlicher Orientierung aneinander angrenzen, insbesondere ineinander übergehen. Insbesondere handelt es sich bei einer Außenkante um einen Abschnitt der Außenfläche eines Gegenstands, in dem sich im Verlauf entlang einer Linie betrachtet eine Steigung der Außenfläche in Linienrichtung von positiv zu negativ, vorzugsweise sprunghaft, ändert.
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Ein solches Verfahren ermöglicht es, auf einfache Weise Gegenstände unterschiedlicher Form und Größe mit nur einem Sauggreifer zu greifen, was beispielsweise beim Kommissionieren von Waren unterschiedlicher Beschaffenheit von großem Vorteil ist. Dadurch, dass der Sauggreifer gezielt an konvexe Erhebungen oder Außenkanten angefahren wird und sich mit seinem Anlageabschnitt an diese anschmiegt, wird eine gute Abdichtung zwischen Sauggreifer und Gegenstand erzielt und zwar insbesondere unabhängig von einer Erstreckung der flächigen Abschnitte der Außenfläche des Gegenstands. Insbesondere kann der Gegenstand mit der konvexen Erhebung oder Außenkante teilweise in einen Sauginnenraum des Sauggreifers eindringen, sodass der Sauginnenraum teilweise über die konvexe Erhebung übergestülpt wird. Insbesondere schmiegt sich aber auch dann der Anlageabschnitt des Sauggreifers um die konvexe Erhebung. Hierdurch werden zusätzlich zu einer guten Dichtwirkung auch hohe Reibkräfte erzielt, wodurch eine vergleichsweise hohe Haltekraft bereitgestellt wird.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Sauggreifer insbesondere derart an die Außenfläche des Gegenstands angefahren, dass die konvexe Erhebung oder Außenkante die Saugöffnung des Sauginnenraums durchläuft, insbesondere über einen Rand des die Saugöffnung umgebenden Anlageabschnitts hervorsteht. Dann kann sich der Anlageabschnitt besonders gut an die Außenfläche des Gegenstands anschmiegen, was eine Abdichtung zwischen Gegenstand und Sauggreifer begünstigt und somit eine Leckage reduziert. Hierdurch kann ein Gegenstand besonders zuverlässig und sicher gegriffen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Sauggreifer an eine solche Außenkante angefahren wird, deren Erstreckung entlang der Kantenlinie größer ist als ein Öffnungsquerschnitt der Saugöffnung.
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Insbesondere kann das Verfahren dann einen Auswahlschritt umfassen, in welchem aus den konvexen Erhebungen und/oder Außenkanten, welche von den flächigen Abschnitten der Außenfläche unterschieden wurden, eine solche konvexe Erhebung oder Außenkante ausgewählt (und dann angefahren) wird, deren Erstreckung in zumindest einer Richtung größer ist als ein Öffnungsquerschnitt der Saugöffnung. Zu diesem Zweck kann in der Erkennungseinrichtung und/oder in der Steuereinrichtung ein maximaler Durchmesser der Saugöffnung und/oder ein Datensatz, welcher die Geometrie der Saugöffnung beschreibt, hinterlegt sein.
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Ferner ist es möglich, dass der Sauggreifer derart an die Außenfläche des Gegenstands angefahren wird, dass sich der Sauggreifer mit zumindest einem Teilbereich seines Anlageabschnitts an eine solche konvexe Erhebung oder Außenkante anschmiegt, bei welcher die Außenfläche des Gegenstands derart konvex gekrümmt verläuft, dass ein Krümmungsradius der Außenfläche einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Insofern werden insbesondere solche Bereiche gewählt, in denen die Außenfläche eine ausreichend als Knick ausgebildete Kante oder „scharfe“ Kante aufweist, in Unterscheidung zu runden Erhebungen. Das Verfahren kann insbesondere einen Auswahlschritt umfassen, in welchem aus den konvexen Erhebungen und/oder Außenkanten der Außenfläche, welche von den flächigen Abschnitten der Außenfläche unterschieden wurden, eine solche konvexe Erhebung oder Außenkante ausgewählt (und dann angefahren) wird, bei welcher ein Krümmungsradius der Außenfläche einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Insbesondere ist der Schwellwert in der Erkennungseinrichtung und/oder der Steuereinrichtung hinterlegt. Vorzugsweise ist der Schwellwert in Abhängigkeit einer Geometrie des Sauggreifers vorgegeben, insbesondere in Abhängigkeit eines maximalen Öffnungsquerschnitts der Saugöffnung. Insbesondere ist ein Schwellwert größer null und kleiner als 100 mm, weiter insbesondere kleiner 50 mm, weiter insbesondere kleiner 10 mm, weiter insbesondere kleiner 5 mm, weiter insbesondere kleiner 1 mm.
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Bei Vorhandensein von mehreren konvexen Erhebungen oder Außenkanten kann beispielsweise vorgesehen sein, dass gezielt diejenige konvexe Erhebung oder Außenkante angefahren werden (soweit sie zugänglich sind), bei welcher ein Krümmungsradius minimal ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die konvexe Erhebung durch eine Außenecke des Gegenstands gebildet ist, in welcher mehrere Außenkanten sternförmig aufeinander zu laufen. Insofern wird der Sauggreifer insbesondere an eine Außenecke des Gegenstands angefahren. Vorzugsweise wird der Sauggreifer derart an die Außenecke angefahren, dass sich der Sauggreifer mit seinem Anlageabschnitt an jede der Außenkanten anschmiegt, welche die Außenecke bilden. Insofern wird der Sauggreifer insbesondere derart an die Außenecke angefahren, dass der Sauggreifer mit seinem Anlagebereich über eine Außenecke gestülpt wird. Dann kann der Gegenstand mit der Außenecke in den Sauginnenraum des Sauggreifers eindringen. Insbesondere kann sich der Anlageabschnitt dann auch an die flächigen Abschnitte der Außenfläche anschmiegen, welche in der Außenecke zusammenlaufen und durch die Außenkanten getrennt sind. Eine Kontaktfläche zwischen Anlageabschnitt und Außenfläche - und somit eine Dichtfläche bzw. Reibfläche - ist insofern beim Anfahren einer Außenecke besonders groß, wodurch eine vergleichsweise hohe Haltekraft bereitgestellt werden kann. Es ist denkbar, dass die Außenkanten in der Außenecke zusammenlaufen („spitze“ Ecke). Es ist auch denkbar, dass die Außenkanten zwar aufeinander zulaufen, sich jedoch nicht treffen, insbesondere in einer Ebene münden. Insofern kann es sich bei der Außenecke insbesondere um eine abgerundete Ecke oder um eine „stumpfe“, z.B. angefaste, Ecke handeln.
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Vorzugsweise wird der Sauggreifer beim Anfahren einer Außenkante bzw. Außenecke derart an die Außenfläche des Gegenstands angefahren, dass zumindest eine Teilstrecke des Anfahrwegs von einer Ausgangsposition des Sauggreifers bis zu einer Kontaktposition des Sauggreifers auf der Außenfläche des Gegenstands, insbesondere die letzte Teilstrecke bis zum Erreichen der Kontaktposition, parallel zu einer Kantennormalen der Außenkante bzw. zu einer Eckennormalen der Außenecke verläuft, insbesondere entlang der Kantennormalen bzw. Eckennormalen. Mit Kantennormale (Eckennormale) wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere ein Vektor bezeichnet, welcher sich aus der Vektorsumme der Flächennormalen der an die Außenkante (Außenecke) angrenzenden Flächen ergibt und seinen Ursprung an der Außenkante (Außenecke) hat. Mit anderen Worten bezeichnet eine Kantennormale insbesondere die Winkelhalbierende der Flächennormalen der angrenzenden Flächen mit Ursprung an der Außenkante. Insofern wird der Sauggreifer insbesondere derart an die Außenfläche des Gegenstands angefahren, dass zumindest entlang einer Teilstrecke des Anfahrwegs eine von der Saugöffnung aufgespannte Ebene orthogonal zu der Kantennormalen (Eckennormalen) orientiert ist. Dann kann sich der Sauggreifer mit seinem Anlageabschnitt symmetrisch an die Außenkante bzw. Außenecke anschmiegen, wodurch eine besonders gleichmäßige Abdichtung und somit ein zuverlässiges Greifen des Gegenstands begünstigt wird.
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Um das Anschmiegen des Anlageabschnitts an eine konvexe Erhebung oder Außenkante oder Außenecke der Außenfläche eines Gegenstands zu erleichtern, kann es außerdem vorteilhaft sein, wenn der Sauggreifer derart an die Außenfläche des zu greifenden Gegenstands angefahren wird, dass der Sauggreifer im Zuge seiner Anfahrbewegung, eine, insbesondere kreisförmige oder elliptische oder spiralförmige, Umlaufbahn um die Kantennormale der Außenkante bzw. Eckennormalen der Außenecke durchfährt. Dann wird der Sauggreifer im Zuge seiner Anfahrbewegung insbesondere zumindest abschnittsweise auf einer Kreisbahn oder elliptischen Bahn oder spiralförmigen Bahn um die Kantennormale der Außenkante bzw. Eckennormalen der Außenecke bewegt. Spiralförmig bezeichnet im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine Bewegung des Sauggreifers, bei welcher der Sauggreifer während seiner Umlaufbewegung um die Kantennormale zusätzlich in Richtung auf den Gegenstand zu bewegt wird, insbesondere entlang der Kantennormale. Beim Anfahren von Außenkanten ist es ferner denkbar, dass der Sauggreifer zusätzlich oder alternativ entlang einer Kantenlinie der Außenkante verfahren wird.
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Vorteilhaft kann es auch sein, wenn der Sauggreifer derart an die Außenfläche des Gegenstands angefahren wird, dass sich der Sauggreifer mit seinem Anlageabschnitt an eine solche konvexe Erhebung oder Außenkante der Außenfläche anschmiegt, welche wenigstens zwei flächige Abschnitte der Außenfläche voneinander trennt. Insbesondere schmiegt sich der Anlageabschnitt dann auch abschnittsweise an die flächigen Abschnitte an, welche durch die konvexe Erhebung oder Außenkante getrennt sind. Dann ist eine Anlagefläche des Anlageabschnitts besonders groß, wodurch eine gute Abdichtung sowie hohe Reibkräfte erzielt werden. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Sauggreifer an eine solche konvexe Erhebung oder Außenkante oder Außenecke der Außenfläche angefahren wird, welche sich an wenigstens zwei flächige Abschnitte der Außenfläche unmittelbar anschließt.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird außerdem durch einen Sauggreifer gelöst, welcher insbesondere zur Verwendung in einem der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet ist.
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Der Sauggreifer umfasst einen Anschlussnippel, welcher insbesondere dazu ausgebildet ist, mit einer externen Unterdruckversorgung verbunden zu werden. Der Sauggreifer weist ferner eine Wandung auf, welche sich von dem Anschlussnippel weg erstreckt und in einen elastisch verformbaren Anlageabschnitt zur Anlage an eine Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands mündet. Die Wandung begrenzt einen Sauginnenraum, welcher in Richtung zu einem zu greifenden Gegenstand hin geöffnet ist und insbesondere mit Unterdruck beaufschlagbar ist, um den Gegenstand anzusaugen, d.h. eine Haltekraft auszuüben. Eine Saugöffnung des Sauginnenraums ist von dem Anlageabschnitt begrenzt. Vorzugsweise ist der Sauggreifer aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan (PU) oder Nitrilkautschuk (NBR) gefertigt.
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Der Sauggreifer ist derart ausgebildet, dass sich die Wandung in Richtung der Saugöffnung, also im Verlauf entlang der Erstreckung der Wandung von dem Anschlussnippel zu der Saugöffnung, trichterförmig aufweitet. Insofern ist der Sauggreifer insbesondere derart ausgebildet, dass sich ein Öffnungsquerschnitt des Sauginnenraums im Verlauf von dem Anschlussnippel zu dem Anlageabschnitt, vorzugsweise stetig, vergrößert. Ein solcher Sauggreifer kann sich daher besonders gut an konvexe Erhebungen einer Außenfläche anschmiegen, insbesondere an Außenecken.
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Die Wandung ist dabei derart ausgebildet, dass sich eine Materialdicke der Wandung entlang des Verlaufs in Richtung von dem Anschlussnippel zu der Saugöffnung, also in Richtung des Anlageabschnitts, verringert. Vorzugsweise verringert sich eine Materialdicke der Wandung krümmungsfrei, insbesondere linear.
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Bei einem derartigen Sauggreifer ist insofern die Wandung im Bereich des Anlageabschnitts vergleichsweise dünn und somit flexibel, während die Wandung in einem zu dem Anschlussnippel benachbarten Wandungsabschnitt dicker und somit vergleichsweise steif ist. Bei einer Verwendung in einem vorstehend erläuterten Verfahren kann sich ein solcher Sauggreifer daher besonders gut mit seinem flexiblen Anlageabschnitt an die Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands anschmiegen und insbesondere dem Verlauf von konvexen Erhebungen oder Außenkanten oder Außenecken der Außenfläche folgen; gleichzeitig ist durch die Wandungsabschnitte mit größerer Materialdicke eine hinreichende Formstabilität des Saugreifers gewährleistet.
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Insbesondere ist es bei einem derart ausgestalteten Sauggreifer möglich, dass die Wandung bei Beaufschlagung des Sauginnenraums mit Unterdruck selektiv in den Bereichen geringer Materialdicke, insbesondere im Bereich des Anlageabschnitts, implodiert (sich also den Sauginnenraum verkleinernd nach radial innen zusammenzieht). Hierbei wird der Anlageabschnitt an die Außenfläche des Gegenstands angedrückt, sodass sich dieser flächig, insbesondere konform, an die Außenfläche anschmiegen kann. Hierdurch wird eine Abdichtung begünstigt. Zudem werden hohe Reibkräfte erzielt. Darüber hinaus wird durch das Implodieren des Sauggreifers eine mechanische Klemmkraft auf den zu greifenden Gegenstand ausgeübt, sodass der Gegenstand sicher gegriffen werden kann.
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Gleichzeitig wird aber durch die in Richtung von dem Anlageabschnitt zu dem Anschlussnippel dicker werdende und somit steifer werdende Wandung verhindert, dass die Wandung über ihre gesamte Erstreckung von dem Anschlussnippel zu dem Anlageabschnitt implodiert. Hierdurch kann sichergestellt werden kann, dass der Sauginnenraum zumindest abschnittsweise geöffnet bleibt und der Gegenstand mit einem Mindest-Volumenstrom angesaugt werden kann. Insgesamt kann auf diese Weise eine hohe Haltekraft erzielt werden.
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Um die Haltekraft weiter zu erhöhen, ist es ferner vorteilhaft, wenn der Sauggreifer an einer Innenseite seiner Wandung, welche dem Sauginnenraum zugewandt ist, eine oder mehrere Reibstrukturen zur Erhöhung einer Reibwirkung zwischen der Wandung und der Außenfläche eines zu greifenden Gegenstands aufweist. Insbesondere ist die Reibstruktur im Bereich des Anlageabschnitts angeordnet.
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Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Sauggreifer derart ausgebildet ist, dass die Wandung erst dann implodiert, wenn die Wandung mit einem vorgegebenen Flächenanteil ihrer Innenseite in Kontakt mit der Außenfläche des zu greifenden Gegenstands steht. Vorzugsweise beträgt dieser Flächenanteil wenigstens 10% und höchstens 70% der Gesamtfläche der Innenseite der Wandung. Es ist auch denkbar, dass der Sauggreifer derart ausgebildet ist, dass die Wandung erst dann implodiert, wenn ein vorgegebener Volumenanteil des Sauginnenraums von dem Gegenstand ausgefüllt ist.
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Auch wenn gemäß dem vorliegenden Verfahren gerade nicht die flächigen Abschnitte einer Außenfläche angefahren werden sollen, sondern gezielt konvexe Erhebungen oder Außenkanten oder Außenecken, ist es mit einem derartigen Sauggreifer dennoch grundsätzlich möglich, Gegenstände auch an einem flächigen Abschnitt der Außenfläche anzugreifen. Dadurch, dass der Sauggreifer im Bereich des Anlageabschnitts flexibel verformbar ist, kann sich der Anlageabschnitt nämlich beim Auftreffen auf einen flächigen Abschnitt nach Art eines Sombreros nach außen umstülpen und auf diese Weise eine Dichtlippe zur Anlage an den flächigen Abschnitt ausbilden.
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Es ist möglich, dass sich die Wandung des Sauggreifers rotationssymmetrisch um eine zentrale Achse erstreckt, insbesondere sich in Richtung der Saugöffnung konusförmig aufweitet. Dann ist eine Saugöffnung kreisförmig ausgebildet. Es ist auch möglich, dass sich die Wandung nicht rotationssymmetrisch um eine zentrale Achse erstreckt. Dies ermöglicht es, eine Vorzugsrichtung beim Implodieren vorzugeben. Beispielsweise kann die Wandung derart ausgebildet sein, dass eine Saugöffnung oval ausgebildet ist.
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Um das Risiko eines vollständigen Implodierens des Sauggreifers weiter zu verringern, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Sauggreifer an einer Innenseite seiner Wandung, welche dem Sauginnenraum zugewandt ist, eine oder mehrere Verstärkungsstrukturen aufweist. Insbesondere sind die Verstärkungsstrukturen in Form von in den Sauginnenraum hervorstehenden Rippen und/oder Stegen und/oder Erhebungen ausgebildet. Vorzugsweise erstrecken sich die Verstärkungsstrukturen nur über einen Teilbereich der Erstreckung der Wandung von dem Anschlussnippel zu dem Anlageabschnitt, insbesondere entlang eines Wandungsabschnitts, welcher sich an den Anschlussnippel anschließt. Die Verstärkungsstrukturen versteifen die Wandung in diesem Wandungsabschnitt und verhindern, dass die Wandung in diesem Wandungsabschnitt bei Beaufschlagung des Sauginnenraums mit Unterdruck vollständig implodiert. Insbesondere sind die Verstärkungsstrukturen derart ausgebildet und angeordnet, dass sie bei einem Implodieren des Sauggreifers derart zusammenwirken, dass ein Fluidkanal von dem Anschlussnippel des Sauggreifers zu der Außenfläche eines gegriffenen Gegenstands geöffnet bleibt, sodass der Gegenstand weiterhin angesaugt werden kann. Es ist denkbar, dass die Verstärkungsstrukturen durch einen von der Wandung separat bereitgestellten Einleger gebildet sind, welcher Einleger an der Innenseite der Wandung anordenbar oder angeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass die Verstärkungsstrukturen einstückig mit der Wandung des Sauggreifers ausgebildet sind.
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Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn der Sauggreifer einen Balg, insbesondere einen Faltenbalg, aufweist. Dann kann sich der Anlageabschnitt auf besonders einfache Weise auch an solche Abschnitte der Außenfläche eines Gegenstands anschmiegen, welche zu einer Anfahrrichtung des Sauggreifers geneigt orientiert sind. Insbesondere ist ein solcher Balg bzw. Faltenbalg zwischen dem Anschlussnippel und dem sich trichterförmig erstreckenden Abschnitt der Wandung des Sauggreifers angeordnet.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner durch eine Verwendung eines vorstehend beschriebenen Sauggreifers in einem vorstehend beschriebenen Verfahren gelöst.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 schematische Darstellung einer Handhabungsanlage zum Greifen von Gegenständen;
- 2a,b schematische Darstellungen zur Erläuterung einer Ausgestaltung des Verfahrens;
- 3 schematische Darstellung zur Erläuterung einer Ausgestaltung des Verfahrens;
- 4 skizzierte Darstellung einer ersten Ausgestaltung eines Sauggreifers in einem Vertikalschnitt;
- 5a,b Fotoaufnahmen eines Sauggreifers, welcher sich mit seinem Anlageabschnitt an mehrere konvexe Erhebungen bzw. Außenkanten eines Gegenstands anschmiegt;
- 6 skizzierte Darstellung einer zweiten Ausgestaltung eines Sauggreifers in einem Vertikalschnitt;
- 7 skizzierte Darstellung einer dritten Ausgestaltung eines Sauggreifers in einem Vertikalschnitt; und
- 8 schematische Darstellung eines Sauggreifers bei Anfahren an einen flächigen Abschnitt der Außenfläche eines Gegenstands.
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In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Handhabungsanlage 10 anhand derer beispielhaft eine Ausgestaltung des Verfahrens zum Greifen eines Gegenstands 12 erläutert werden soll. Beispielsweise kann das Verfahren dazu eingesetzt werden, Gegenstände 12 selektiv aus einem Behälter 14 mit einer Mehrzahl von Gegenständen 12 zu greifen. Es versteht sich, dass das Verfahren auch mittels entsprechenden Handhabungsanlagen 10 durchgeführt werden kann, deren Ausgestaltung in Details von der in den 1 dargestellten Ausgestaltung abweicht.
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Im Allgemeinen weist ein Gegenstand 12 eine Außenfläche 16 auf, welche den Gegenstand 12 nach außen hin, also in Richtung zu einer Umgebung des Gegenstands 12 hin, begrenzt. Eine solche Außenfläche 16 weist üblicherweise flächige Abschnitte 18 und dazwischen angeordnete konvexe Erhebungen 20 und/oder Außenkanten 22 und/oder Außenecken 24 auf. Wie aus 1 ersichtlich, weist eine Außenfläche 16 von quaderförmigen Gegenständen 12 beispielsweise in der Regel eben erstreckte flächige Abschnitte 18 auf, wobei jeweils zwei flächige Abschnitte 18 in einer Außenkante 22 zusammenlaufen. Die Außenkanten 22 laufen dann ihrerseits sternförmig in Außenecken 24 zusammen. In den Außenecken 24 laufen also drei flächige Abschnitte 18 zusammen. Bei zylinderförmigen Gegenständen 12 weist die Außenfläche 16 in der Regel flächige Bereiche 18 in Form einer Mantelfläche 26 und einer Deckelfläche bzw. Bodenfläche 28 auf, welche in einer Außenkante 22 ineinander übergehen. Auch ist es beispielsweise möglich, dass Gegenstände 12 eine unregelmäßige Außenfläche 16 aufweisen mit konvexen Erhebungen 20, also lokalen Vorsprungbereichen, in welchen die Außenfläche 16 zur Umgebung des Gegenstands 12 hin konvex gekrümmt ist. Die in 1 dargestellten Gegenstände 12 dienen lediglich beispielhaft zur Erläuterung des Verfahrens. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren nicht auf das Greifen von Gegenständen 12 dieser Art beschränkt ist.
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Die Handhabungsanlage 10 umfasst einen Roboter 30 mit einem mehrgelenkigen Roboterarm 32 und eine an dem Roboterarm 32 angeordnete Greifvorrichtung 34.
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Die Greifvorrichtung 34 umfasst einen pneumatisch betätigbaren Sauggreifer 36 zum Ansaugen des Gegenstands 12. Der Sauggreifer 36 weist eine Wandung 38 auf, welche einen Sauginnenraum 40 begrenzt und welche an einem dem Gegenstand 12 zugewandten Ende in einen elastisch verformbaren Anlageabschnitt 42 zur Anlage an die Außenfläche 16 eines zu greifenden Gegenstands 12 mündet. Der Anlageabschnitt 42 begrenzt dabei eine Saugöffnung 44 des Sauginnenraums 40. Eine bevorzugte Ausgestaltung eines Sauggreifers 36 wird nachfolgend noch im Detail unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 erläutert.
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Die Handhabungsanlage 10 umfasst ferner eine Erkennungseinrichtung 46 zum Erkennen der Außenfläche 16 eines zu greifenden Gegenstands 12. Beispielhaft und bevorzugt umfasst die Erkennungseinrichtung 46 eine Kameraeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Außenfläche 16 des zu greifenden Gegenstands 12 zu erfassen und flächige Abschnitte 18 einerseits und dazwischen vorgesehene konvexe Erhebungen 20 oder Außenkanten 22 oder Außenecken 24 andererseits zu unterscheiden.
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Die Handhabungsanlage 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 48, welche mit der Erkennungseinrichtung 46 zusammenwirkt und dazu ausgebildet ist, den Roboter 30 anzusteuern.
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Im Folgenden wird eine Ausgestaltung des Verfahrens zum Greifen eines Gegenstands 12 mittels einer solchen Handhabungsanlage 10 unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 erläutert.
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Gemäß dem Verfahren wird zunächst mittels der Erkennungseinrichtung 46 eine Außenfläche 16 des zu greifenden Gegenstands 12 erkannt und zwischen flächigen Abschnitten 18 der Außenfläche 16 einerseits und konvexen Erhebungen 20 oder Außenkanten 22 oder Außenecken 24 der Außenfläche 16 andererseits unterschieden. Beispielhaft und bevorzugt werden dabei Position und Lage von konvexen Erhebungen 20 oder Außenkanten 22 oder Außenecken 24 rechnergestützt ermittelt.
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Im Anschluss wird dann der Roboter 30 mittels der Steuereinrichtung 48 derart angesteuert, dass der Roboter 30 den Sauggreifer 36 derart an die Außenfläche 16 des zu greifenden Gegenstands 12 anfährt, dass sich der Sauggreifer 36 mit seinem Anlageabschnitt 42 an eine konvexe Erhebung 20 oder Außenkante 22 oder Außenecke 24 der Außenfläche 16 anschmiegt. Insofern wird der Sauggreifer 36 insbesondere derart an den Gegenstand 12 angefahren, dass sich der Anlageabschnitt 42 zumindest abschnittsweise konform an eine konvexe Erhebung 20 oder Außenkante 22 oder Außenecke 24 der Außenfläche 16 des Gegenstands 12 anlegt. Gemäß dem Verfahren werden insofern gerade nicht die flächigen Abschnitte 18 der Außenfläche 16 angefahren, sondern gezielt die konvexen Erhebungen 20 oder Außenkanten 22 oder Außenecken 24.
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Die 2a und 2b veranschaulichen beispielhaft eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei der eine Außenecke 24 eines Gegenstands 12 angefahren wird. Wie aus 2b ersichtlich, wird der Sauggreifer 36 insbesondere derart an die Außenecke 24 angefahren, dass der Anlageabschnitt 42 die Außenecke 24 umläuft. Dabei dringt der Gegenstand 12 mit seiner Außenecke 24 zumindest teilweise in den Sauginnenraum 40 des Sauggreifers 36 ein (vgl. 2b). Im Kontakt mit der Außenfläche 16 des Gegenstands 12 schmiegt sich dann der Sauggreifer 36 mit seinem Anlageabschnitt 42 sowohl an die Außenkanten 22 an, welche in der Außenecke 24 zusammenlaufen, als auch an die von den Außenkanten 22 getrennten flächigen Abschnitte 18 der Außenfläche 16.
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Wie in 2b schematisch dargestellt, wird der Sauggreifer 36 bevorzugt entlang einer Eckennormalen 50 an die Außenecke 24 angefahren (bzw. entlang einer Kantennormalen bei Anfahren einer Außenkante 22). Es ist jedoch auch möglich, dass der Sauggreifer 36 in einer zu der Eckennormalen 50 (Kantennormalen) geneigten Anfahrrichtung an die Außenecke 24 angefahren wird (vergleiche 2a, rechte Darstellung). Ferner ist es möglich, dass der Sauggreifer 36 im Zuge seiner Anfahrbewegung an die Außenfläche 16 eine, insbesondere kreisförmige oder elliptische oder spiralförmige, Umlaufbahn um die Eckennormalen 50 der Außenecke 24 (bzw. Kantennormale der Außenkante 22) durchläuft.
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Die 3 veranschaulicht beispielhaft eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei welcher der Sauggreifer 36 an eine lokale konvexe Erhebung 20 eines Gegenstands 12 mit unregelmäßig geformter Außenfläche 16 angefahren wird. Dabei wird vorzugsweise eine solche konvexe Erhebung 20 angefahren, bei welcher die Außenfläche 16 derart gekrümmt verläuft, dass der Gegenstand 12 teilweise in den Sauginnenraum 40 des Sauggreifers 36 eindringen kann.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 4 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Sauggreifers 36 im Detail erläutert.
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Der Sauggreifer 36 umfasst einen Anschlussnippel 52 zur Verbindung mit einer externen Unterdruckversorgung (nicht dargestellt) und erstreckt sich mit einer Wandung 38 entlang einer zentralen Achse 54 von dem Anschlussnippel 52 bis zu einem Anlageabschnitt 42 zur Anlage an die Außenfläche 16 eines zu greifenden Gegenstands 12 (in 4 nicht dargestellt). Die Wandung 38 begrenzt einen Sauginnenraum 40, welcher durch eine Saugöffnung 44 offen ist und über den Anschlussnippel 52 mit Unterdruck beaufschlagbar ist. Die Saugöffnung 44 ist dabei von dem Anlageabschnitt 42 umgeben.
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Wie aus 4 ersichtlich, weitet sich die Wandung 38 in Richtung der Saugöffnung 44 trichterförmig auf. Insofern vergrößert sich ein Öffnungsquerschnitt des Sauginnenraums 40 im Verlauf von dem Anschlussnippel 52 zu dem Anlageabschnitt 42. Beispielhaft erstreckt sich die Wandung 38 rotationssymmetrisch, insbesondere konusförmig, um die zentrale Achse 54. Bei nicht dargestellten Ausführungsformen ist es jedoch auch möglich, dass sich die Wandung 38 nicht rotationssymmetrisch um die zentrale Achse 54 erstreckt, beispielsweise derart, dass ein Saugöffnung 44 oval ist.
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Die Wandung 38 ist derart ausgebildet, dass sich eine Materialdicke der Wandung 38 entlang des Verlaufs in Richtung von dem Anschlussnippel 52 zu der Saugöffnung 44, also in Richtung des Anlageabschnitts 42, verringert. Beispielhaft und bevorzugt verringert sich eine Materialdicke krümmungsfrei, insbesondere linear. Insofern ist eine Materialdicke im Bereich des Anlageabschnitts 42 vergleichsweise gering, während eine Materialdicke in einem zu dem Anschlussnippel 52 benachbarten Wandungsabschnitt 56 vergleichsweise dick ist.
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Eine Verwendung eines solchen Sauggreifers 36 in einem vorstehend beschriebenen Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5a und 5b erläutert. Die 5a und 5b zeigen Fotoaufnahmen eines vorstehend beschriebenen Sauggreifers 36 in einer Greifkonfiguration, in welcher der Sauggreifer 36 mit Unterdruck beaufschlagt ist und mit seinem Anlageabschnitt 42 dichtend an der Außenfläche 16 eines gegriffenen Gegenstands 12 anliegt. Wie aus den 5a und 5b ersichtlich, ist die Wandung 38 aufgrund der Beaufschlagung des Sauginnenraums 40 mit Unterdruck selektiv im Bereich des Anlageabschnitts 42 nach radial innen zusammengezogen (implodiert). Hierbei wird der Anlageabschnitt 42 an die Außenfläche 16 des Gegenstands 12 angedrückt, sodass dieser flächig an der Außenfläche 16 anliegt. Der Anlageabschnitt 42 folgt dabei einem Verlauf der Außenfläche 16 und schmiegt sich dichtend an konvexe Erhebungen 20, Außenkanten 22 und/oder Außenecken 24 der Außenfläche 16 an. In dem zu dem Anschlussnippel 52 benachbarten Wandungsabschnitt 56 mit größerer Materialdicke ist die Wandung 38 hingegen nicht implodiert, sodass ein Fluidkanal von dem Anschlussnippel 52 zu der Außenfläche 16 des Gegenstands 12 geöffnet ist und der Gegenstand angesaugt werden kann (vgl. insbesondere 5b).
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Beispielhaft kann der Sauggreifer 36 derart ausgebildet sein, dass die Wandung 38 im Bereich des Anlageabschnitts 42 erst dann implodiert, wenn ein zu greifender Gegenstand 12 derart in den Sauginnenraum 40 eingedrungen ist, dass ein vorgegebener Volumenanteil des Sauginnenraums 40 von dem Gegenstand 12 ausgefüllt ist und/oder wenn die Wandung 38 mit einem vorgegebenen Flächenanteil ihrer Innenseite 58 in Kontakt mit der Außenfläche 16 des zu greifenden Gegenstands 12 steht. Um das Risiko eines vollständigen Implodierens des Sauggreifers 36 weiter zu verringern, kann der Sauggreifer 36 an einer Innenseite 58 seiner Wandung 38, welche dem Sauginnenraum 40 zugewandt ist, mehrere Verstärkungsstrukturen 60 in Form von in den Sauginnenraum 40 hervorstehenden Rippen aufweisen (vgl. 6). Wie aus 6 ersichtlich, erstrecken sich die Rippen 60 beispielhaft und bevorzugt von dem Anschlussnippel 52 weg nur über einen Teilbereich der Erstreckung der Wandung 38 (Wandungsabschnitt 56). Beispielhaft und bevorzugt sind die Verstärkungsstrukturen 60 entlang eines Umfangs um die zentrale Achse 54 verteilt angeordnet. Die Verstärkungsstrukturen 60 versteifen die Wandung 38 in dem Wandungsabschnitt 56 und verhindern so, dass der Sauggreifer 36 bei Beaufschlagung des Sauginnenraums 40 mit Unterdruck in diesem Wandungsabschnitt 56 implodiert. Insbesondere sind die Verstärkungsstrukturen 60 derart ausgebildet, dass sie bei einem Implodieren derart zusammenstoßen, dass ein Fluidkanal von dem Anschlussnippel 52 zu der Außenfläche 16 eines gegriffenen Gegenstands 12 geöffnet bleibt.
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Der Sauggreifer 36 kann optional an der Innenseite 58 seiner Wandung 38 im Bereich des Anlageabschnitts 42 eine oder mehrere Reibstrukturen 61 zur Erhöhung einer Reibkraft zwischen der Wandung 38 und der Außenfläche 16 eines zu greifenden Gegenstands 12 aufweisen (vgl. 4 und 6).
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Alternativ oder zusätzlich kann der Sauggreifer 36 einen Balg 62 aufweisen, welcher insbesondere zwischen Anschlussnippel 52 und trichterförmiger Wandung 38 angeordnet ist (vgl. 7).
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Auch wenn das vorstehend beschriebene Verfahren gerade darauf ausgerichtet ist, gezielt konvexe Erhebungen 20 oder Außenkanten 20 oder Außenecken 22 eines Gegenstands 12 anzufahren, so ist es mit einem derartigen Sauggreifer 36 grundsätzlich auch möglich, einen Gegenstand 12 ausschließlich an einem flächigen Abschnitt 18 seiner Außenfläche 16 anzugreifen. Wie in 8 schematisch dargestellt, kann sich der flexible Anlageabschnitt 42 bei Kontakt mit einem flächigen Abschnitt 18 einer Außenfläche 18 nach Art eines Sombreros nach außen umstülpen und auf diese Weise eine Dichtlippe 64 zur Anlage an den flächigen Abschnitt 18 der Außenfläche 16 ausbilden. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, wenn der Sauggreifer 36 mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit an die Außenfläche 16 angefahren wird.
