NO321277B1 - Anordning og fremgangsmate for a gripe penetrerbare objekter - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og en fremgangsmåte for håndtering av ikke-stive objekter som eksempelvis filetstykker av fisk eller kjøtt. Nålegriperen griper et objekt ved å stikke nåler inn i objektet etter et spesielt mønster og i definerte retninger slik at det dannes nålekryss inne i objektet. Dermed oppnås en forankring mellom nålegriperen, eller verktøyet og objektet. Videre beskrives en fremgangsmåte for å gripe objekter.

Håndtering av enkelte typer produkter maskinelt er i visse tilfeller komplisert, og slike produkter håndteres derfor vanligvis manuelt. Eksempler på produkter som kan være vanskelig å håndtere er fiskefileter, fileter fra fjærkre, eller andre mindre kjøttstykker. Den manuelle håndteringen foregår spesielt i forbindelse med pakking. Manuell pakking har flere ulemper. Den første ulempen er åpenbar, og er knyttet til at det utføres manuelt arbeid som ellers kunne vært gjort maskinelt. Et annet problem er at det i slike manuelle operasjoner ofte fremkommer feil. Under pakkeoperasjoner, for eksempel ved innmating av filetstykker i dyptrekkere eller vakuumpakkemaskiner, forekommer det ofte feil fordi operatørene søler væske på sveiseflaten der over- og underfolie sveises sammen rundt produktet, slik at det oppstår vakuumslipp. I dag må derfor en rekke pakninger sprettes opp og pakkes på nytt. Dette skaper heft for operatøren eller operatørene ved pakkemaskinen. Ved å benytte en robot og en griper i henhold til oppfinnelsen kan maskinene styres på en måte slik at nevnte problemer unngås.

Lignende problemstillinger finnes på mange områder, spesielt innenfor næringsmiddelindustrien.

Nålegripere for håndtering av myke og lett penetrerbare materialer fremgår eksempelvis fra JP 56136729A som vedrører en anordning for håndtering av stangformede skumlegemer for støtdemping eller puter, der en første gruppe parallelle nåler føres inn i skumlegemet etterfulgt av innføring av en andre gruppe parallelle nåler i skumlegemet for deretter å kunne fjerne skumlegemet fra et element der skumlegemet er innfestet.

Det foreliggende kravsett beskriver en anordning for å gripe penetrerbare objekter og omfatter minst to nåler plassert i en vinkel på hverandre, en drivinnretning tilknyttet nålene for å drive disse i en lengderetning mellom en fremført og en tilbaketrukket stilling. Nålene krysser hverandre i en definert avstand fra hverandre og danner et kryss når de er i en fremført stilling. En verktøykloss for innfesting av drivinnretningene, omfatter en fast underside slik at nålene kan føres inn og ut av verktøyklossen mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen.

Anordningen kan omfatte minst fire nåler, der to av nålene ligger i et første plan, og de andre to nålene ligger i et andre plan, der det første og det andre planet er parallelle, og der hver av nålene i det første planet, når disse er i sin fremførte stilling, danner to kryss med hver av nålene i det andre planet når disse er i sin fremførte stilling. Nålene i hvert plan krysser hverandre ikke da dette ville skape kollisjon mellom nålene.

Anordningen kan omfatte fire rekker av parallelle nåler.

Hver rekke med parallelle nåler kan omfatte tre nåler.

Nålene i hvert kryss, kan krysse hverandre med en avstand på mellom

1 mm og 15 mm.

Verktøyklossen kan inneha utboringer som danner føringer for nålene.

Verktøyklossen kan inneha en buet overflate mot et element som skal løftes.

Verktøyklossen kan være tilpasset for innfesting i en robot via et innfestingselement.

Drivinnretningene kan være pneumatiske sylindere og utboringer i verktøy-klossen kan danne manifolder for trykkluft tilknyttet en kilde for trykkluft og de pneumatiske drivinnretningene.

To av rekkene med nåler kan drives samtidig mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen.

Alternativt kan alle rekkene med nåler drives samtidig mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen.

En fremgangsmåte for forflytning av penetrerbare objekter, eksempelvis fiskefileter kan omfatte å anbringe en filet på et transport bånd, detektere en posisjon av fileten med et kamera, optiske sensorer, trykkelementer eller liknende, overføre posisjonsdata til en mikroprosessor som styrer en robot med en anordning i henhold til oppfinnelsen, føre anordningen over fileten og bringe dennes underside tilstøtende fileten ved hjelp av roboten, føre minst to nålerekker samtidig inn i fileten, løfte fileten ved hjelp av roboten via anordningen, plassere fileten på et ønsket sted med roboten og trekke minst to nålerekker hovedsakelig samtidig ut av fileten for å løsgjøre denne på den ønskede plasseringen.

Alternativt, når det er fire nålerekker, kan disse føres samtidig inn og ut av fileten. Det vil normalt være ønskelig at fileten ikke forskyver seg i forhold til anordningen under innføring av nålene, og det er derfor et poeng at kreftene nålene påfører fileten utlikner hverandre slik at fileten forblir stasjonær i forhold til anordningen under gripe- og slippe operasjonen. Nålene kan også styres slik at de påfører er visst strekk i fileten under innføring av nålene.

Oppfinnelsen kan eksempelvis anvendes for innmating av filetstykker i frysere i samspill med en robot og et system for identifisering av filetstykkenes plassering eksempelvis på et transportbånd. Et kamera eller fotoceller kan eksempelvis anvendes til å identifisere filetstykkenes plassering. Bruk av nålegriper kan også anvendes til håndtering av rund fisk, for eksempel til mating av en fileteringsmaskin. Lignende behov finnes også innenfor salt- og klippfiskindustrien der en nålegriper kan anvendes. Innenfor kjøttindustrien er det også behov for automatisering av håndteringsoperasjoner enten det gjelder sektorene fjærkre, svin eller storfe.

Nålegriperen i henhold til oppfinnelsen kan benyttes for håndtering av alle objekter som ikke får påvirket kvaliteten i nevneverdig negativ grad ved at objektet påføres nålestikk. Nålegriperen er med andre ord ikke egnet for håndtering av objekter der kvaliteten forringes av nålestikk, eller der objektene kan inneholde harde partier inne i objektet som kan ødelegge nålene.

Følgelig er filetprodukter uten betydningsfulle beinrester av fisk, fjærkre, svin eller storfe aktuelle objekter for håndtering via nålegriper. Dette gjelder også andre objekter som eksempelvis komponenter av mykt skum, av myke polymerer eller andre myke materialer som tåler nålestikk. Nålegriperen kan også benyttes til objekter som inneholder hardere komponenter som ben etc. hvis nålene utføres med tilstrekklig styrke.

Kort beskrivelse av de vedlagte tegninger:

Fig. 1 er et perspektivriss av en nålegriper i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 er et perspektivriss av en utførelsesform av nålegriper en vist på fig. 1, påmontert en robot;

Fig. 3 er et sideriss av nålegriperen vist på fig. 1; og

Fig. 4 er et sideriss normalt på fig. 3 av nålegriperen.

Fig. 1 viser et utførelseseksempel av en nålegriper 10 i henhold tii oppfinnelsen, konstruert for håndtering av filetprodukter. Nålegriperen 10 viser en verktøykloss 1 i plast med fire rekker av nåler 2, der det er tre nåler 2 i hver rekke, slik at det blir tolv nåler 2 totalt. Nålene 2 beveges inn og ut av verktøyklossen 1 med små pneumatiske sylindere 3. En manifold for trykkluft til luftsylindeme 3 er integrert i verktøyklossen 1, både for inn- og utbevegelse av nålene 2. En brakett 4 for feste av verktøyklossen 1 til en robotarm er utført i rustfritt stål. Med en første prototyp av en nålegriper 10, er det målt en syklustid for forflytting av fileter i en avstand på 60 cm på 1,7 sekunder, men denne tiden kan reduseres vesentlig. Klossen 1 er eksempelvis utført i polyetylen (PEHD) som gir lav friksjon mellom en nåleføring i klossen 1 og nåler 2 når nålene 2 skal beveges ut og inn av objektet. Samtidig er PEHD et plastmateriale som benyttes i stor grad innenfor næringsmiddelindustrien. Materialet tåler normalt anvendte vaskemidler og har svært begrenset opptak av fuktighet.

Fra fig. 2 fremgår det en nålegriper 10 påmontert en robot 5 via brakett 4 for forflytning av fileter 11.

Fra fig. 3 fremgår det videre at det er frest ut spor 6 til nålerekkene og at det er laget fire plane flater for montasjeplater 7, der pneumatikksylindeme 3 er festet. Slaglengden for hver sylinder, og derved lengden en nål 2 penetrerer et objekt med, er i den viste utførelsen omtrent 32 mm. I den midtre sonen av klossen 1 er det også fjernet materiale for å redusere vekt av hensyn til nødvendig kraft påført av roboten. Nålegriperen 10 må fortrinnsvis kunne akselereres raskt for hurtig og presis manøvrering. Hjørnene er avrundet for å lette rengjøring. Det er et poeng innenfor næringsmiddelindustrien at konstruksjonsdetaljene er utført slik at organisk materiale som hefter til konstruksjonen lett lar seg fjerne under vask og at påfølgende kontroll og innsyn er enkelt. Det er boret to sylindriske hull (ikke vist) plassert parallelt i klossens 1 øverste del like under feste til braketten 4. Disse to hullene, er tettet i begge ender og fungerer som manifold for trykkluften som henholdsvis skal til øvre og nedre del av sylinderne 3. Klossen 1 er utført med en buet flate 8 som kontaktflate mot objektet som skal gripes. Bøyningsradien på buen 8 er 200 mm. Denne flaten/buen 8 kan tilpasses objektet som skal gripes av griperen 10 under konstruksjon av klossen 1. Nålene 2 er plassert i fire rekker der to og to rekker sørger for en rekke av nålekryss 9 inne i objektet. Avstanden mellom kontaktflaten 8 og nålekrysset er ca 12 mm, d.v.s. at nåtekryssene befinner seg 12 mm inne i objektet som gripes. Nålene 2 har en diameter på 1,5 mm og er av rustfritt stål (fjærstål) som gjør nålene både stive og elastiske og holder seg godt innenfor materialets elastiske egenskaper, slik at nålene 2 ved deformasjon vil fjære tilbake til sin opprinnelige fasong. Nålene 2 er spisset i tuppen når de benyttes for kjøtt og fisk for å redusere kreftene som er nødvendig for å stikke nålene inn, samt for å deformere objektet som stikkes i minst mulig grad. Alternativt kan tuppen av nålen 2 være avrundet, men fasongen må være tilpasset objektet som skal løftes. Nåletuppens fasong må gi en god kombinasjon av penetreringsevne i objektet som skal løftes og mekanisk slitestyrke og fasthet. Som det fremgår fra fig. 2, er vinkelen mellom nålerekkene og en horisontal valgt til henholdsvis 30 og 45°. Avstanden mellom de to rekkene av nålekryss 9 er valgt til 50 mm. Utstikk av nål 2 forbi nålekrysset 9 er ca 8 mm. Dette gir en god forankring når objektet er en fiskefilet 11. Avstanden mellom de to nålene 2 som danner nålekryss 9 angitt som 12 på fig. 4 er 6 mm. Denne avstanden kan varieres noe avhengig av materialet, men for fiskefileter 11 fungerer nevnte avstand meget godt. For bløtt materiale kan avstanden reduseres og for mer fast materiale kan avstanden økes noe.

Lengden av føringen 2a i kloss 1 for nålene 2 i de to ytterste rekkene er valgt til 24 mm. For de to midtre rekkene er lengden av nåleføringen 2a noe større.

Nålene 2 er festet til pneumatikksylindeme 3 via mekanisk forankring/-

forbindelse, gjenger, sølvlodd eller på annen måte.

Skifte av nål 2 som eksempelvis er bøyd på grunn av uhell, kan skje på en enkel måte ved bytte av en monteringsplate 7 med ferdigmonterte sylindere 3 med nåler 2. Sylindrene 3 kan eksempelvis gi en kraft for innbevegelse på ca 17 N og for utbevegelse på ca 13 N ved et lufttrykk på 6 bar. Ved å benytte en sylinder 3 for hver nål 2 vil eventuelle problemer for bevegelsen av en nål 2 ikke forplante seg til de øvrige nålene 2. For fiskefileter er de nevnte kreftene tilstrekkelig.

Kraften som skal påføres nålene 2 for å bevege nålene 2 i to inn og ut av objektet 11 som skal gripes, kan tilveiebringes av andre elementer enn sylindere 3. Som et alternativ til sylindrene 3 kan en hel rekke nåler være festet til et stivt element, eksempelvis en stang, som påføres en kraft slik at hele nålerekken forflyttes samlet inn og ut av objektet 11. Bevegelsen kan tilveiebringes via en mekanisme forbundet mellom stangen og en mekanisk kraftenhet eksempelvis en sylinder, som sørger for en rettlinjet bevegelse. Alternativt kan det benyttes en roterende bevegelse og overføring eksempelvis via kammer eller veivkonstruk-sjoner. To og to rekker kan beveges synkront. Alternativt kan alle de fire rekkene beveges synkront. Alternativt kan nålene 2 beveges av elektriske aktuatorer. For noen objekter 11 kan det være en fordel om de to nålerekkene som peker utover beveges først inn i objektet for å skape et visst strekk i objektet 11. Dernest skyves de øvrige nålerekkene inn i objektet for å sikre forankringen. For fiskefilet 11 kan alle de fire nålerekkene operere samtidig. Brakett eller holder 4 kan ha en godstykkelse på 2 til 3 mm og være laget i rustfritt stål. Denne braketten 4 fungerer samtidig som en beskyttelse for nålegriperens 10 øvre del. Braketten 4 sørger for kraftoverføring fra nålegriperen 10 og til roboten 5 vist på fig. 2.1 den beskrevne utførelsesformen har nålene en tykkelse på 1,5 mm hvilket danner nålestikk i en fiskefilet som knapt vil være synlig etter at nålen 2 er trukket ut. Fileten 11 vil ikke ha noen reduserte egenskaper som sluttprodukt etter påvirkning av nåler av den størrelsen.

Fra fig. 4 fremgår nålegriperen 10 som vist på fig. 3 fra siden. Brakett 4, pneumatiske sylindere 3, innfestingsplate for sylindere 7, og nåler 2 fremgår tydelig. Videre vises avstanden 12 mellom nålene 2 i et nålekryss. Denne avstanden kan som tidligere angitt være 6 mm. Avstanden kan imidlertid variere etter konsistensen på objektet som skal løftes. Det er vist tre nåler 2 i hver av de fire rekkene. Avstanden mellom nålene 2 i hver rekke kan eksempelvis være 20 mm til 30 mm, men kan være mindre for myke objekter og større for stivere objekter. Forsøk har vist at en avstand på mellom 12 mm og 30 mm er gunstig for fiskefileter. Antallet nåler 2 i hver rekke, og derved anordningens bredde tilpasses lengden av filetene, eller objektene som skal løftes. Den viste anordningen er 90 mm bred, og bredden av braketten 4 er 95 mm.

Med den viste griperen 10, kan objekter løftes uavhengig av friksjon mellom objektet og gripeelementet.

I den viste utførelsesformen er det beskrevet nåler som beveger seg i parallelle plan. Det er imidlertid ingen ting i veien for at nålene kan bevege seg i plan som ikke er parallelle. Å bevege nålene i parallelle plan er imidlertid praktisk rent mekanisk. Det er av betydning at nålene beveger seg inn i objektet i en rekkefølge og i et mønster slik at kraften de forskjellige nålene påfører hovedsakelig utlikner hverandre på en måte slik at objektet som skal løftes ikke forskyves under innfesting eller løsgjøring av objektet.

Claims (10)

1. Anordning (10) for å gripe penetrerbare objekter omfattende minst to nåler (2) plassert i en vinkel på hverandre, en drivinnretning (3) tilknyttet nålene (2) for å drive disse i en lengderetning mellom en fremført og en tilbaketrukket stilling, karakterisert ved: en verktøykloss (1) for innfesting av drivinnretningene (3) omfattende en fast kontaktflate (8), slik at nålene (2) kan føres inn og ut av verktøyklossen (1) mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen; og føringer (2a) for nålene (2) plassert i verktøyklossen (1) slik at nålene danner et kryss (9) når de er i en fremført stilling.

2. Anordning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at den omfatter minst fire nåler (2), der to nåler (2) ligger i et første plan, og to nåler (2) ligger i et andre plan, der det første og det andre planet er parallelle, og der nålene (2) når disse er i sin fremførte stilling, danner to kryss (9).

3. Anordning (10) i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at den omfatter minst fire rekker av parallelle nåler (2).

4. Anordning i henhold til krav 3, karakterisert ved at hver rekke med parallelle nåler (2) omfatter minst tre nåler (2).

5. Anordning i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at nålene (2) i hvert kryss (9) krysser hverandre med en avstand (12) på mellom 1 mm og 15 mm.

6. Anordning (10) i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at verktøyklossen (1) innehar en buet overflate (8) mot et element som skal løftes.

7. Anordning (10) i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at verktøyklossen (1) er tilpasset for innfesting i en robot (5) via et innfestingselement (4).

8. Anordning (10) i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at drivinnretningene (3) er pneumatiske sylindere og at utboringer i verktøyklossen (1) danner manifolder for trykkluft tilknyttet en kilde for trykkluft og de pneumatiske drivinnretningene (3).

9. Fremgangsmåte for å gripe penetrerbare objekter med en anordning (10) i henhold til krav 3, karakterisert ved å drive minst to av rekkene med nåler (2) samtidig mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 9, karakterisert ved å drive alle rekkene med nåler (2) samtidig mellom den fremførte stillingen og den tilbaketrukne stillingen.