DE102009014636A1

DE102009014636A1 - Kommissionierung von Schnittblumen und/oder Pflanzen mit einem Roboter

Info

Publication number: DE102009014636A1
Application number: DE102009014636A
Authority: DE
Inventors: Fritz Birkle
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-25
Also published as: NL2004451A; DE102009014636B4; NL2009178B1; NL2009178A; NL2004451C2

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum automatischen Kommissionieren von in Behältern (111-323) aufgenommenem pflanzlichen Gut, inbesondere Schnittblumen und/oder Pflanzen, umfasst die Schritte: a) Zufuhr einer zu kommissionierenden Behälteranordnung (111-323); b) Auswahl zu transportierender Behälter (111-113; 311-313; 211-214) der zugeführten Behälteranordnung entsprechend eines Kommissionierungsauftrages; c) Greifen der ausgewählten Behälter mit einem Roboter (1) und d) Transportieren der gegriffenen Behälter zu einer Abfuhreinrichtung (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die automatisierte Kommissionierung von Schnittblumen und/oder Pflanzen mit einem Manipulator.
Die Kommissionierung von Schnittblumen und Pflanzen, insbesondere lebenden Pflanzen mit Wurzelballen wie beispielsweise Topfblumen, Ziersträuchern und dergleichen, erfolgt in den großen Verteilzentren derzeit noch manuell. Dabei werden in einem Verteilzentrum standardisierte Behälter mit unterschiedlichsten Schnittblumen oder Pflanzen von sortenreinen Transportwagen auf Kundenkommissionen verteilt. Neben der hohen körperlichen Belastung ist dabei auch der Personalaufwand problematisch, der bisher einer flexibleren Kommissionierung entgegensteht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kommissionierung von Schnittblumen und/oder Pflanzen zu verbessern. Sowohl Schnittblumen als auch Pflanzen, insbesondere lebende Pflanzen mit Wurzeln bzw Wurzelballen, werden nachfolgend einheitlich als pflanzliches Gut bezeichnet.
Diese Aufgabe wird durch eine Manipulatorgreiferanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einen Manipulator mit den Merkmalen des Anspruchs 9, eine Kommissionierzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 11 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Eine erfindungsgemäße Manipulatorgreiferanordnung für einen Manipulator, insbesondere einen mehrachsigen Roboter, einen Portal- oder SCARA-Roboter oder eine Linearachse, weist eine Greifergrundplatte und wenigstens ein an dieser Greifergrundplatte angeordnetes Greifermodul zum Greifen eines Behälters für pflanzliches Gut, insbesondere für Schnittblumen oder Pflanzen, auf, wobei wenigstens eines dieser Greifermodule einen Arm und eine Greifeinrichtung zum Greifen eines Behälters für pflanzliches Gut aufweist, die bezüglich der Greifergrundplatte verstellbar ist. Eine solche Manipulatorgreiferanordnung ermöglicht durch die Verstellung der Greifeinrichtung eine flexible und effiziente Handhabung zu kommissionierender Behälter.
Nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst die Manipulatorgreiferanordnung wenigstens zwei, insbesondere vier Greifmodule. Die Greifmodule können beispielsweise in einer ersten bzw. Transversalrichtung neben- oder übereinander angeordnet sein. Durch den Einsatz mehrerer Greifermodule kann der Durchsatz bei der Kommissionierung signifikant erhöht werden, da in einem Transportvorgang mehrere neben- und/oder übereinander angeordnete Behälter für pflanzliches Gut gleichzeitig von einer Zufuhreinrichtung, beispielsweise einem Transportwagen oder Tablar, zu einer Abfuhreinrichtung, zum Beispiel einem anderen Transportwagen oder einem Transportband, umgesetzt werden können.
Vorzugsweise wird nicht bei jedem Transportvorgang dieselbe Anzahl Behälter befördert. Zum einen existieren beispielsweise für Schnittblumen derzeit zwei standarisierte Behälter unterschiedlicher Größe, von denen in einer Reihe nebeneinander wahlweise maximal drei größere oder vier kleinere auf heute gängigen Transportwagen angeordnet werden können. Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn eine Manipulatorgreiferanordnung in der Lage ist, wahlweise eine unterschiedliche Anzahl Behälter gleichzeitig aufzunehmen, insbesondere, ohne dass dabei nicht genutzte Greifermodule die Bewegungsfreiheit der Manipulatorgreiferanordnung einschränken und beispielsweise mit einem Rahmen eines Transportwagens kollidieren. Zum anderen kann es je nach Kommissionierungsauftrag oder zur Verfügung stehendem Abstellraum zweckmäßig sein, in verschiedenen Transportvorgängen unterschiedliche Anzahlen von Behältern aufzunehmen, wobei auch hier nicht genutzte Greifermodule nicht nur die Bewegungsfreiheit unnötig einschränken, sondern zudem aufgrund eines großen Trägheitsmomentes gegenüber der Greifergrundplatte höhere Beschleunigungsleistungen erfordern bzw. erzielbare Transportgeschwindigkeiten reduzieren.
Daher sind nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht benötigte Greifmodule jeweils durch einen verstellbaren, insbesondere schwenkbar oder teleskopierbar an der Greifergrundplatte gelagerten Arm wegbewegbar. Insbesondere können ein oder mehrere Greifermodule, vorzugsweise automatisch, aus einer ausgefahrenen bzw. -geklappten aktiven Stellung gegen die Greifergrundplatte verschwenkbar sein. Auf diese Weise können nicht genutzte Greifermodule, beispielsweise pneumatisch, hydraulisch, elektromotorisch oder – magnetisch, an die Greifergrundplatte geklappt werden, so dass sie die Bewegungsfreiheit nicht unnötig einschränken und zudem das Trägheitsmoment reduzieren.
Nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weisen ein oder mehrere, insbesondere alle Greifeinrichtungen wenigstens eine Haltevorrichtung auf, beispielsweise einen oder mehrere, vorzugsweise abgewinkelte, Finger, insbesondere zum Hintergreifen einer Kante eines Behälters für pflanzliches Gut. Gleichermaßen können Haltevorrichtungen auch als Saug- und/oder Klemmgreifer oder Kombinationen davon ausgebildet sein.
Insbesondere, um Positionstoleranzen zwischen Behältern für pflanzliches Gut auszugleichen, die gemeinsam von der Manipulatorgreiferanordnung gegriffen werden, sind gemäß einer bevorzugten Ausführung eine oder mehrere dieser Haltevorrichtungen relativ zu dem Arm in der Transversalrichtung und/oder einer zweiten bzw. Armlängsrichtung verstellbar. Vorzugsweise sind mindesten zwei dieser Haltevorrichtungen unabhängig voneinander positionierbar.
Beispielsweise kann eine Greifeinrichtung wenigstens zwei Finger zum Hintergreifen einer, insbesondere hinterschnittenen, Kante eines Behälters aufweisen, von denen wenigstens einer in Armlängsrichtung verstellbar, insbesondere translatorisch verschiebbar und/oder in Transversalrichtung translatorisch verschiebbar ist. Saug- oder Klemmgreifer können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn die Behälter keine hinterschnittenen Kanten aufweisen, sondern glatt sind. Insbesondere, um unterschiedliche Behälter zu greifen, kann die Greifeinrichtung verschiedenartige Haltevorrichtungen, beispielsweise Finger und Sauggreifer, aufweisen.
Durch eine Verschiebung in der Transversalrichtung, in der die Greifermodule nebeneinander angeordnet sind, kann ein Abstands- oder Teilungsunterschied zwischen Greifermodulen einerseits und Behältern andererseits ausgeglichen werden, indem Haltevorrichtungen relativ zu den Modularmen zu den Behältern hin verschoben werden. Sind Haltevorrichtungen als Finger ausgebildet, kann ein Behälter auch fixiert werden, indem zwei Finger, die eine hinterschnittene Kante des Behälters hintergreifen, dann entsprechend voneinander beabstandet und zwischen zwei Anschlägen der hinterschnittenen Kante verspreizt bzw. verspannt werden, so dass sie den Behälter in der Transversalrichtung formschlüssig festlegen.
Durch eine Verstellung von Haltevorrichtungen in der Armlängsrichtung können zum einen unterschiedliche Distanzen der Behälter zu den Greifermodulen ausgeglichen werden, indem Haltevorrichtungen zu entfernteren Behältern hin verschoben und so gleichsam unterschiedlich lange Greifermodule realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ zu einem solchen Längenausgleich ist es durch unterschiedliche Verschiebung von Haltevorrichtungen einer Greifeinrichtung auch möglich, einen in Bezug auf das Greifermodul etwas schräg stehenden Behälter sicher zu fassen. Insbesondere zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, zwei oder mehr Haltevorrichtungen einer Greifeinrichtung unabhängig voneinander zu verstellen. Ist beispielweise eine Kante oder Fläche des Behälters zur Transversalrichtung hin geneigt, so dass ihr Abstand zur Greifergrundplatte in Transversalrichtung zunimmt, kann eine in Transversalrichtung hintere Haltevorrichtung weiter in Armlängsrichtung ausgefahren werden als eine vordere Haltevorrichtung, so dass die Kontakt- bzw. Grifflinie durch beide Haltevorrichtungen parallel zu der Kante liegt.
Zusätzlich oder alternativ können in analoger Weise Positionstoleranzen zwischen Behältern für pflanzliches Gut, die gemeinsam von der Manipulatorgreiferanordnung gegriffen werden, ausgeglichen werden, indem der Abstand von Greifermodulen voneinander in der Transversal- und/oder Armlängsrichtung verändert wird.
Insbesondere in Kombination mit wegbewegbaren Greifermodulen ist es vorteilhaft, wenn der Abstand von Greifermodulen voneinander in der Transversalrichtung, bevorzugt automatisch, veränderbar ist, um so bei unterschiedlicher Anzahl herausgeklappter Greifermodule jeweils geeignete, insbesondere gleiche Abstände zwischen den Greifermodulen einzustellen.
Bevorzugt werden dabei zwei oder mehr, insbesondere alle oder alle von der Greifergrundplatte herausgeklappte oder ausgefahrene Greifermodule durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung gegeneinander verstellt, indem sie beispielsweise durch eine Gelenkkette, etwa in Form der sogenannten „Nürnberger Schwere” („lazy tong”) kinematisch gekoppelt sind.
Nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Manipulator zwei oder mehr Arme mit je einer der vorstehend erläuterten Manipulatorgreiferanordnungen auf. Auf diese Weise können zeitlich parallel Behälter gegriffen und abgesetzt bzw. zwischen Zu- und Abfuhreinrichtung transportiert und so der Durchsatz weiter erhöht werden.
Eine erfindungsgemäße Kommissionierzelle umfasst neben wenigstens einem Manipulator und einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr einer zu kommissionierenden Behälteranordnung eine Messeinrichtung zur Erfassung einer, vorzugsweise dreidimensionalen, Position von Behältern, die eine Abstandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines relativen Abstandes eines Behälters in einer ersten Richtung aufweist. Bevorzugt ist diese Abstandserfassungseinrichtung in einer zweiten Richtung relativ zu den zu erfassenden Behältern verschiebbar.
Durch diese Abstandserfassungseinrichtung können Positionen von Behältern auf der Zufuhreinrichtung und/oder einer Abfuhreinrichtung zur Abfuhr einer kommissionierten Behälteranordnung, beispielsweise einem Transportwagen, Tablar, insbesondere mit mehreren Behälterebenen, oder einem Transportband erfasst werden. Hierzu werden beispielsweise die Abstandserfassungseinrichtung, die zum Beispiel eine schwenkbare Laser-Sender-Empfänger-Einheit aufweisen kann, und Behälter in wenigstens einer zu erfassenden Ebene zueinander angeordnet (erste Dimension x) und die Abstände (zweite Dimension y) einzelner Behälter von der Abstandserfassungseinrichtung in einer definierten Winkellage oder Position (dritte Dimension ρ bzw. z) erfasst. Auf diese Weise können, wie nachfolgend näher erläutert, die Positionen vorhandener Behälter bei der Planung, welche bzw. wie viele Behälter zu greifen oder wo diese abzustellen sind, berücksichtigt und so die Kommissionierung optimiert werden. Bevorzugt wird aus den erfassten Abständen die Position einer hinterschnittenen Kante oder eine sonstige markante Gestalt oder Kontur zum Greifen eines Behälters ermittelt, wobei aufgrund der an sich bekannten Geometrie der Behälter Erfassungsfehler, etwa durch herabhängende Pflanzen, kompensiert werden können.
Gemäß einem Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird zunächst eine zu kommissionierenden Behälteranordnung einem Kommissionierplatz, insbesondere der vorstehend erläuterten Kommissionierzelle, zugeführt, indem beispielsweise ein Transportwagen oder Tablar einfährt, auf dem die Behälter mit pflanzlichem Gut, vorzugsweise auf mehreren Behälterebenen, angeordnet sind. Bevorzugt handelt es sich hierbei um eine sortenreine Behälteranordnung mit Behältern, die alle dasselbe pflanzliche Gut, beispielsweise dieselbe Schnittblumen- oder Pflanzensorte enthalten.
Eine Prozesssteuerung eines Manipulators wählt entsprechend eines Kommissionierungsauftrages zu transportierende Behälter der zugeführten Behälteranordnung aus und bestimmt für diese eine Absetzposition. Hierbei können vorzugsweise jeweils erfasste Positionen von Behältern der zugeführten Behälteranordnung und/oder erfasste Positionen von abgesetzten Behältern auf einer Abfuhreinrichtung, beispielsweise einem zu kommissionierenden Transportwagen, Tablar oder Transportband berücksichtigt werden.
Stellt beispielsweise die Prozesssteuerung anhand erfasster Positionen von abgesetzten Behältern auf einer Eben der Abfuhreinrichtung fest, dass in dieser Ebene nur weniger Behälter abstellbar ist, als gemäß dem Kommissionierungsauftrag noch auf der Abfuhreinrichtung anzuordnen wären, kann sie daraufhin zum Beispiel zunächst nur die entsprechende, geringere Anzahl zugeführter Behälter auswählen und diese in der Ebene abstellen, um anschließend in einem weiteren Transportvorgang die restlichen Behälter in einer anderen Ebene abzustellen, die diese aufnehmen kann. Alternativ kann die Prozesssteuerung eine andere Ebene zum Abstellen auswählen, in der mehr Behälter abstellbar sind.
Stellt andererseits die Prozesssteuerung anhand erfasster Positionen von zugeführten Behältern auf einer Eben der Zufuhreinrichtung fest, dass in dieser Ebene nur weniger Behälter vorhanden sind, als gemäß dem Kommissionierungsauftrag auf der Abfuhreinrichtung anzuordnen waren, kann sie daraufhin zum Beispiel zunächst nur die entsprechende, geringere Anzahl zugeführter Behälter auswählen und transportieren, um anschließend die noch fehlenden zugeführten Behälter aus einer anderen Ebene auszuwählen. Alternativ kann die Prozesssteuerung eine andere Ebene auswählen, in der mehr zugeführte Behälter vorhanden sind.
Nach der Auswahl greift der Manipulator die ausgewählten Behälter und transportiert diese zu der Abfuhreinrichtung, um sie dort abzusetzen. Auch hierbei können erfasste Positionen von Behältern der zugeführten Behälteranordnung und/oder erfasste Positionen von abgesetzten Behältern auf einer Abfuhreinrichtung berücksichtigt werden. Insbesondere kann der Abstand von Greifeinrichtungen einzelner Greifermodule in Transversal- und/oder Armlängsrichtung und dadurch gegebenenfalls auch die Grifflinie durch Haltevorrichtungen der Greifeinrichtungen an die erfassten Positionen angepasst und so Teilungs- und Distanzunterschiede sowie Schrägstellungen der Behälter kompensiert werden, indem die Greifeinrichtungen und/oder die Greifermodule verstellt werden.
Sowohl das Greifen ausgewählter Behälter auf der Zufuhreinrichtung als auch das Absetzen gegriffener Behälter auf der Abfuhreinrichtung, insbesondere aber das Transportieren gegriffener Behälter kann auf Basis bzw. unter Berücksichtigung der Beladung, insbesondere des pflanzlichen Gutes in der Behälteranordnung erfolgen.
Unterschiedliche Schnittblumen oder Pflanzen bedingen ein unterschiedliches dynamisches Verhalten der sie aufnehmenden Behälter. Beispielsweise führen hohe und/oder kopflastige Schnittblumen oder Pflanzen, kurze und/oder stiehllastige Schnittblumen oder Pflanzen, biegeweiche, über einen oberen Behälterrand herabhängende Schnittblumen oder Pflanzen und dergleichen zu jeweils unterschiedlichen Schwerpunktlage, Trägheitsverteilungen und Gewichten. Indem dies bei der Bestimmung der Greif-, Absetz- bzw. Transportstrategie, insbesondere hinsichtlich des Bewegungsablaufs und dessen Dynamik bei der Manipulatorbewegung berücksichtigt wird, kann die Kommissionierung optimiert werden. Beispielsweise können Behälter mit höherem, kopflastigeren pflanzlichen Gut langsamer von der Zufuhreinrichtung wegbewegt und auf der Abfuhreinrichtung abgesetzt und/oder während des Transports zwischen Zu- und Abfuhreinrichtung stärker gegen die Transport- oder Beschleunigungsrichtung geneigt werden.
Die Beladung der Behälter kann auch bei der Bestimmung einer Absetzposition berücksichtigt werden. So können beispielsweise bei der Kommissionierung biegeweicher, über einen oberen Behälterrand herabhängender Schnittblumen oder Pflanzen größere Abstände zwischen benachbarten Absetzpositionen vorgesehen werden. Hierzu wird vorzugsweise vor dem Absetzen eines gegriffenen Behälters auf der Abfuhreinrichtung eine Absetzposition für den Behälter bestimmt, indem Positionen von bereits abgesetzten Behältern auf der Abfuhreinrichtung erfasst und so ausreichende freie Räume auf der Abfuhreinrichtung ermittelt werden. Allgemein kann die Erfassung von Behälterpositionen im Sinne der vorliegenden Erfindung auch die Erfassung von Freiräumen, Ablageebenen und/oder Hindernissen, beispielsweise Begrenzungen von Transportwagen oder dergleichen, und insbesondere das Abtasten der Zu- bzw. Abfuhreinrichtung umfassen.
Die Beladung der Behälter, insbesondere die Schnittblumen- oder Pflanzenart, kann die Prozesssteuerung beispielsweise von einer Materialflusssteuerung oder durch Erfassen entsprechender Signaturen auf der zugeführten Behälteranordnung erhalten.
Vorzugsweise werden während des Transportierens und/oder Absetzens gegriffener Behälter zu bzw. auf der Abfuhreinrichtung Positionen von Behältern der zugeführten Behälteranordnung und/oder während der Rückkehr der Manipulatorgreiferanordnung zu der Zufuhreinrichtung und/oder dem Greifen zugeführter Behälter Positionen von abgesetzten Behältern erfasst. Durch diese parallele Erfassung und Roboterbewegung kann einerseits Zeit eingespart und so der Durchsatz erhöht werden. Auf der anderen Seite ermöglicht die Erfassung von Behälterpositionen während der Transport- bzw. Rückkehrbewegung eine Optimierung der Transport- bzw. Rückkehrbahn. Stellt die Prozesssteuerung beispielsweise während eines Transportvorganges fest, dass ausreichende weitere zugeführte Behälter erst auf einer anderen Ebene der Zufuhreinrichtung vorhanden sind, kann der Manipulator nach dem Absetzen direkt diese andere Ebene anfahren.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung belädt der Manipulator die Abfuhreinrichtung solange, bis die durch den Kommissionierungsauftrag vorgegebene Anzahl von Behältern der zugeführten Pflanzensorte erreicht ist. Anschließend wird die Zufuhreinrichtung von dem Kommissionierplatz entfernt, beispielsweise ein Transportwagen aus einer Kommissionierzelle herausgefahren, und eine neue Zufuhreinrichtung mit anderen Pflanzen dem Kommissionierplatz zugeführt, die entsprechend des Kommissionierungsauftrages in gleicher Weise abgearbeitet werden. Dies wird solange wiederholt, bis der Kommissionierauftrag abgearbeitet, beispielsweise eine Abfuhreinrichtung in Form eines zu kommissionierenden Transportwagens entsprechend befüllt ist.
Gleichermaßen können auch verschiedene Abfuhreinrichtungen sukzessive von derselben Zufuhreinrichtung beladen werden, wobei durch Wiederholen dieser Sequenz mit verschiedenen Zufuhreinrichtungen sukzessive alle Abfuhreinrichtungen entsprechend der Kommissionierungsaufträge befüllt werden. Natürlich sind auch Mischformen möglich, indem beispielsweise eine Zufuhreinrichtung durch teilweises Entladen in eine kommissionierte Abfuhreinrichtung transformiert wird, wenn die Anzahl der Behälter, die die Abfuhreinrichtung gemäß Kommissionierungsauftrag enthalten soll, größer ist als die Überzahl der auf der Zufuhreinrichtung vorhandenen Behälter. Ist beispielsweise ein zugeführter erster Transportwagen mit 30 Rosenbehältern befüllt, und umfasst der Kommissionierauftrag 20 Rosenbehälter, so kann es vorteilhaft sein, von dem zugeführten ersten Transportwagen 10 Rosenbehälter auf einen anderen zweiten Transportwagen umzuladen und den dann 20 Rosenbehälter aufweisenden ersten Transportwagen als kommissionierten Transportwagen in den Materialfluss zurückzuführen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: eine Manipulatorgreiferanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vier gegriffenen Behältern für pflanzliches Gut im Horizontalschnitt;
2: die Manipulatorgreiferanordnung nach 1 mit drei gegriffenen Behältern für pflanzliches Gut;
3A: eine Abfuhreinrichtung während des Verfahrensschrittes nach 3B;
3B: eine Kommissionierzelle mit einem Roboter während eines Schrittes eines Verfahrens nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
3C: eine Zufuhreinrichtung während des Verfahrensschrittes nach 3B;
4A–4C: die Abfuhreinrichtung, Kommissionierzelle bzw.
Zufuhreinrichtung während eines weiteren Verfahrensschrittes in 3 entsprechender Darstellung;
5A–5C: die Abfuhreinrichtung, Kommissionierzelle bzw.
Zufuhreinrichtung während eines weiteren Verfahrensschrittes in 3 entsprechender Darstellung;
6A–6C: die Abfuhreinrichtung, Kommissionierzelle bzw.
Zufuhreinrichtung während eines weiteren Verfahrensschrittes in 3 entsprechender Darstellung; und
7A–7C: die Abfuhreinrichtung, Kommissionierzelle bzw.
Zufuhreinrichtung während eines weiteren Verfahrensschrittes in 3 entsprechender Darstellung;.
1 zeigt im Horizontalschnitt eine Manipulatorgreiferanordnung 2 nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit vier gegriffenen Behältern 211 bis 214 für pflanzliches Gut, beispielsweise Schnittblumen oder lebende Pflanzen mit Wurzelballen. Sie umfasst vier baugleiche Greifermodule, die in einer Transversalrichtung (links-rechts in 1) nebeneinander an einer Greifergrundplatte 50 angeordnet sind, welcher ihrerseits an einem Roboter 1 (vgl. 3B) befestigt ist.
Jedes Greifermodul weist einen Arm 11, 21, 31 bzw. 41 und eine Greifeinrichtung 12, 22, 32 bzw. 42 zum Greifen eines Behälters auf, welche relativ zu dem Arm in der Transversalrichtung und einer Armlängsrichtung (oben-unten in 1) verstellbar ist.
Hierzu sind zwei abgewinkelte Finger 14, 15 der jeweiligen Greifeinrichtung zum Hintergreifen einer hinterschnittenen Kante 211.1 eines Behälters 211 (links in 1) in der Armlängsrichtung auf Schlitten 16, 17 translatorisch verschiebbar, die ihrerseits in Transversalrichtung translatorisch verschiebbar auf einer am Arm 11 befestigten Platte angeordnet sind und so gemeinsam eine gegen den Arm 11 verstellbare Greifeinrichtung 12 bilden. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Finger 14, 15 und Schlitten 16, 17 jeweils durch Gewindestangen unabhängig voneinander motorisch bewegt und hierzu von einer Robotersteuerung (nicht dargestellt) entsprechend angesteuert.
Wie insbesondere an dem in 1 zweiten Greifermodul von links durch Doppelpfeile verdeutlicht, kann durch eine Verschiebung der Finger in Armlängsrichtung ein Distanzunterschied d zwischen verschiedenen Behältern 211, 212 und den jeweiligen Greifermodulen ausgeglichen werden. Gleichermaßen kann, wie insbesondere an dem dritten Greifermodul in 1 durch Doppelpfeile verdeutlicht, durch eine Verschiebung der Finger in Transversalrichtung ein Teilungsunterschied T zwischen nebeneinander angeordneten Behältern 211 bis 213 und den jeweiligen Greifermodulen ausgeglichen werden. Durch entsprechende Verstellung der Finger in Transversal- und Armlängsrichtung kann, wie beim vierten Greifermodul rechts in 1 dargestellt, auch eine Schrägstellung eines Behälters 214 kompensiert werden.
Hierzu fährt der Roboter 1 (vgl. 3B) die Greiferanordnung 2 zunächst in eine Ausgangsstellung, in der alle Finger die jeweiligen hinterschnittenen Kanten der Behälter von unten hintergreifen. Dabei werden die einzelnen Finger gegebenenfalls in Transversal- und Armlängsrichtung derart verstellt, dass auch Kanten von Behältern hintergriffen werden, deren Distanz zum Greifermodul oder Nachbarbehälter oder dessen Winkellage von einer Normposition abweicht. Dann werden die Finger jedes Greifermoduls gegen eine Abstützfläche der Greifeinrichtung zum Arm hin herangezogen und dabei auseinandergespreizt, so dass die oben erwähnten Positionstoleranzen eliminiert und die Behälter formschlüssig gegriffen werden. Indem derart der Abstand der Greifermodule voneinander in der Transversal- und/oder Armlängsrichtung verändert wird, können mittels der erfindungsgemäßen Manipulatorgreiferanordnung gleichzeitig mehrere Behälter gegriffen werden, die nicht exakt in Normpositionen stehen.
Die Greifermodule sind automatisch mittels nicht dargestellter Pneumatikzylinder gegen die Greifergrundplatte 50 um eine Drehachse 13 verschwenkbar und durch eine Gelenkkette in Form einer Nürnberger Schere (nicht dargestellt) kinematisch derart gekoppelt, dass herausgeklappte Greifermodule durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung gegeneinander in Transversalrichtung äquidistant beabstandet sind.
In dem in 1, 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist das vierte Greifermodul in Transversalrichtung nicht verstellbar, um eine maximale äquidistante Beabstandung der anderen drei Greifermodul zu ermöglichen. In einer anderen Ausführung können auch stets alle Greifermodul äquidistant verstellt werden.
Wie mit Bezug auf 2 verdeutlicht, ist es hierdurch möglich, beispielsweise nur drei weiter voneinander beabstandete oder größere Behälter 111 bis 113 gleichzeitig zu greifen, ohne dass das vierte, gegen die Greifergrundplatte 50 um die Drehachse 43 eingeschwenkte Greifermodul die Handhabung der Greiferanordnung wesentlich einschränkt oder aufgrund eines großen Hebelarmes zusätzliche Trägheitskräfte induziert. Dazu wird beispielsweise der Arm 41 des vierten Greifermoduls gegen die Greifergrundplatte 50 geklappt und die anderen drei Greifermodule durch die Gelenkkette derart voneinander beabstandet, dass ihre Teilung mit der Teilung T der größeren Behälter 111 bis 113 korrespondiert. Dann können diese Behälter wie vorstehend mit Bezug auf 1 erläutert gegriffen werden. Obwohl in den Figuren nicht dargestellt, ist es gleichermaßen möglich, andere Greifermodule an die Greifergrundplatte zu klappen, gegebenenfalls auch ohne Änderung der Teilung der Greifermodule, wenn beispielsweise nur drei oder weniger kleine Behälter gegriffen werden sollen, um eine Behinderung und Trägheitsbelastung durch ungenutzte Greifermodule zu minimieren.
Mit Bezug auf die Figurenfolge 3 → 4 → 5 → 6 → 7 wird nachfolgend eine erfindungsgemäße automatische Kommissionierung von in Behältern aufgenommenen Pflanzen in einer Kommissionierzelle erläutert, die in 3B strichliert angedeutet ist.
Zunächst wird eine zu kommissionierende Behälteranordnung 111 bis 323 auf einem ersten Transportwagen 3 und ein weiterer Transportwagen 4, auf den kommissioniert werden soll, in der Zelle bereitgestellt. Der erste Transportwagen 3 ist sortenrein und enthält in einer obersten, nicht vollständig beladenen Ebene vier größere Behälter 111 bis 123 mit demselben pflanzlichen Gut, beispielsweise Schnittblumen oder Pflanzen derselben Sorte. Eine darunter liegenden Ebene ist leer, eine unter dieser liegende weitere, vollständig beladene Ebene enthält sechs größere Behälter 311 bis 323 mit demselben pflanzlichen Gut, ebenso eine unterste Ebene. Die Behälter auf dem Zufuhr-Transportwagen 3 sind in Tensornotation indexiert, wobei die erste Ziffer die ursprüngliche Ebene („1” = oberste Ebene), die zweite Ziffer die Reihe („1” = dem Roboter zugewandt) und die dritte Ziffer die Position in dieser Reihe („1” = in Zufuhrrichtung vorne) bezeichnet. Die 3B, 4B, 5B, 6B bzw. 7B zeigen die Kommissionierzelle von oben, während die 3A, 4A, 5A, 6A bzw. 7A den Abfuhr-Transportwagen 4 und die 3C, 4C, 5C, 6C bzw. 7C den Zufuhr-Transportwagen von der der Kommissionierzelle zugewandten Seite zeigen, wie in 3B, 4B durch die Sichtpfeile „III A”, „IV C” angedeutet.
Dann erfasst eine 3D-Messeinrichtung 5 Positionen von Behälter auf der obersten Ebene. Hierzu wird eine Abstandserfassungseinrichtung in Form eines Lasersensors, der in 3B durch einen ausgefüllten Kreis angedeutet ist, längs einer vertikalen Säule, die durch ein nicht ausgefülltes Quadrat angedeutet ist, in einer zweiten Richtung relativ zu den zu erfassenden Behältern in die zu erfassende Ebene verschoben (senkrecht zur Zeichenebene der 3B). In einer nicht dargestellten Abwandlung kann stattdessen auch der Zufuhr-Transportwagen vertikal angehoben bzw. abgesenkt werden. In dieser Ebene erfasst der Lasersensor über einen in 4B mit „ρ” angedeuteten Winkelbereich die Abstände „y” zu den Behältern und schwenkt hierzu um die vertikale Säule. In einer vorteilhaften Ausführung können auch mehrere Abstandserfassungseinrichtungen und/oder eine Verarbeitung der erfassten Abstände vorgesehen sein, die anhand der an sich bekannten Geometrie der standardisierten Behälter für pflanzliches Gut beispielsweise deren hinterschnittene Kanten (vgl. 1, 2) bestimmt.
Gemäß eines Kommissionierungsauftrages sollen sechs größere und vier kleinere Behälter auf den Abfuhr-Transportwagen kommissioniert werden. Nachdem die 3D-Messeinrichtung 5 die Positionen der drei vorderen, oberen größeren Behälter 111 bis 113 erfasst hat, wählt die Prozesssteuerung diese Behälter 111 bis 113 aus und ein Roboter 1 greift mit einer Manipulatorgreiferanordnung, wie sie vorstehend mit Bezug auf 1, 2 prinzipiell beschrieben wurde, gleichzeitig alle drei nebeneinander stehenden Behälter. Dabei wird ein viertes, nicht benötigtes Greifermodul an die Greifergrundplatte geklappt und geringfügige Positionstoleranzen zwischen den Behältern 111 bis 113 werden durch Verstellung der Finger der Greifeinrichtungen der einzelnen Greifermodule kompensiert.
In der Zwischenzeit erfasst die 3D-Messeinrichtung 5, dass die oberste Ebene des Abfuhr-Transportwagens 4 frei ist. Hierauf basierend bestimmt die Prozesssteuerung eine Absetzposition für die gegriffenen Behälter 111 bis 113 und setzt diese dort ab, wie in 4 gezeigt.
Während des Transports und Absetzens der Behälter 111 bis 113 erfasst die 3D-Messeinrichtung 5, dass in der obersten Ebene des Zufuhr-Transportwagens nur noch ein größerer Behälter 123 vorhanden ist. Daraufhin wird der Lasersensor längs der vertikalen Säule verschoben, um die darunterliegende Ebene zu erfassen. Nachdem die Prozesssteuerung erkannt hat, dass in dieser Ebene keine Behälter vorhanden sind, wird in entsprechender Weise die darunter liegende dritte Ebene abgetastet, die in 5B strichliert dargestellt ist.
Nachdem die Prozessteuerung, basierend auf den erfassten Positionen der Behälter 311 bis 313 festgestellt hat, dass dort drei größere Behälter gleichzeitig von der Greiferanordnung 2 greifbar sind, wird der Roboter 1 nach Absetzen der drei Behälter 111 bis 113 (4) direkt in die dritte Ebene des Zufuhr-Transportwagens 3 gefahren und greift dort die drei Behälter 311 bis 313 (5). Währenddessen erfasst die 3D-Messeinrichtung 5 die Positionen der bereits abgestellten Behälter 111 bis 113 auf dem Abfuhr-Transportwagen 4 und stellt so sicher, dass die gegriffenen Behälter 311 bis 313 auf der obersten Ebene abgestellt werden können.
Nachdem sechs größere Behälter 111 bis 113, 311 bis 313 in nur zwei Transportvorgängen von dem Zu- auf den Abfuhr-Transportwagen umgesetzt wurden, sind gemäß Kommissionierungsauftrag noch vier kleinere Behälter aufzuladen. Hierzu wurde während des Transports und Absetzens der drei Behälter 311 bis 313 der erste Transportwagen 3 aus der Kommissionierzelle entfernt und durch einen zweiten Transportwagen 3' ersetzt. Dieser ist ebenfalls sortenrein und enthält in seiner zweitobersten, vollständig beladenen Ebene acht kleinere Behälter 211 bis 224 für pflanzliches Gut, beispielsweise Schnittblumen oder Pflanzen derselben Sorte, die eine anderen Sorte ist als in den größeren Behältern 111 bis 313. Die oberste Ebene ist leer, die beiden unteren Ebenen sind jeweils vollständig beladen und enthalten ebenfalls acht kleinere Behälter mit pflanzlichem Gut derselben Sorte.
Die 3D-Messeinrichtung 5 erkennt, dass in der obersten Ebene keine Behälter vorhanden sind, und tastet daraufhin die darunter liegende zweite Ebene ab, die in 6B strichliert dargestellt ist. Nachdem die Prozessteuerung, basierend auf den erfassten Positionen der Behälter 211 bis 214 festgestellt hat, dass dort vier kleinere Behälter gleichzeitig von der Greiferanordnung 2 greifbar sind, wird der Roboter 1 nach Absetzen der drei Behälter 311 bis 313 (6) direkt in die zweite Ebene des zweiten Zufuhr-Transportwagens 3' gefahren, wobei das vierte Greifermodul ausgeklappt und alle vier Greifermodule äquidistant mit der Behälteranordnung 211 bis 214 korrespondierender Teilung beabstandet werden (7), um diese Behälter zu greifen und auf den Abfuhr-Transportwagen 4 umzusetzen. Hierzu tastet während des Greifens die 3D-Messeinrichtung 5 die zweite, freie Ebene des Abfuhr-Transportwagens 4 ab, woraufhin die Prozesssteuerung dort die Absetzposition für die Behälter 211 bis 214 bestimmt.
Im Gegensatz zu den bisher erforderlichen zehn manuellen Umsetzungen von je 20 kg schweren Behältern für pflanzliches Gut kann die Kommissionierung gemäß der vorliegenden Erfindung in drei Transportvorgängen mittels Roboter sehr schnell erfolgen, wobei die Abtastung von Zu- bzw. Abfuhrtransportwagen während der Transportvorgänge und die Planung der Transportstrategien, i. e. welche Ebenen anzufahren sind etc., die Effizienz weiter steigert. Durch die wegklappbaren Greifermodule und ihre gegeneinander verstellbaren Finger können mit der Manipulatorgreiferanordnung verschiedene, auch nicht exakt positionierte Behälteranordnungen gehandhabt werden.

1: Roboter
2: Manipulatorgreiferanordnung
3, 3': sortenreiner Zufuhr-Transportwagen (Zufuhrenrichtung)
4: gemischt kommissionierter Abfuhr-Transportwagen (Abfuhrenrichtung)
5: Lasersensor (3D-Messeinrichtung)
11, 21,
31, 41: Greifermodul-Arm
12, 22,
32, 42: Greifermodul-Greifeinrichtung
13, 43: Greifermodul-Drehachse
14, 15: Finger
16, 17: Schlitten
111–323: Pflanzenbehälter
211.1: hinterschnittene Kante
d: Distanz in Armlänsgrichtung
T: Teilung in Transversalrichtung

Claims

Manipulatorgreiferanordnung (2) für einen Manipulator (1), insbesondere einen mehrachsigen Roboter (1), Portalroboter, SCARA-Roboter oder eine Linearachse, zum Greifen von Behältern (111–323) für pflanzliches Gut, insbesondere für Schnittblumen und/oder Pflanzen, mit einer Greifergrundplatte (50) und wenigstens einem an dieser Greifergrundplatte (50) angeordneten Greifermodul zum Greifen eines Behälters für pflanzliches Gut, wobei wenigstens ein Greifermodul einen Arm (11, 21, 31, 41) und eine Greifeinrichtung (12, 22, 32, 42) zum Greifen eines Behälters für pflanzliches Gut aufweist, welche bezüglich der Greifergrundplatte verstellbar ist.
Manipulatorgreiferanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Greifmodule vorgesehen sind, von denen nicht benötigte Greifmodule durch einen verstellbaren, insbesondere schwenkbar oder teleskopierbar an der Greifergrundplatte (50) gelagerten Arm wegbewegbar sind.
Manipulatorgreiferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Greifermodul, insbesondere automatisch, gegen die Greifergrundplatte verschwenkbar ist.
Manipulatorgreiferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von Greifermodulen voneinander in einer Transversal- und/oder Armlängsrichtung veränderbar ist.
Manipulatorgreiferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Greifeinrichtung wenigstens eine Haltevorrichtung, insbesondere wenigstens einen, vorzugsweise abgewinkelten, Finger (14, 15) für einen Behälter für pflanzliches Gut aufweist.
Manipulatorgreiferanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltevorrichtung eines Greifermoduls relativ zu dem Arm des Greifermoduls in einer Transversalrichtung und/oder Armlängsrichtung verstellbar ist.
Manipulatorgreiferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten zwei Haltevorrichtungen unabhängig voneinander positionierbar sind.
Manipulatorgreiferanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Greifermodule durch eine gemeinsame Verstelleinrichtung oder getrennte Verstelleinrichtungen gegeneinander verstellbar sind.
Manipulator, insbesondere mehrachsiger Roboter (1), Portalroboter, SCARA-Roboter oder Linearachse, mit einer Manipulatorgreiferanordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verwendung eines Manipulators, insbesondere eines mehrachsigen Roboters (1), eines Portalroboters, eines SCARA-Roboters oder einer Linearachse, insbesondere nach Anspruch 9, zum automatischen Kommissionieren von in Behältern (111–323) aufgenommenem pflanzlichen Gut, insbesondere Schnittblumen und/oder Pflanzen.
Kommissionierzelle zum automatischen Kommissionieren von in Behältern (111–323) aufgenommenem pflanzlichen Gut, insbesondere Schnittblumen und/oder Pflanzen, mit einem Manipulator, insbesondere einem mehrachsigen Roboter (1), einem Portalroboter, einem SCARA-Roboter oder einer Linearachse, mit einer Manipulatorgreiferanordnung (2), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8; einer Zufuhreinrichtung (3, 3') zur Zufuhr einer zu kommissionierenden Behälteranordnung (111–323); und einer Messeinrichtung (5) zur Erfassung einer Position von Behältern, welche eine Abstandserfassungseinrichtung zur Erfassung eines relativen Abstandes (y) eines Behälters in einer ersten Richtung aufweist.
Kommissionierzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandserfassungseinrichtung in einer zweiten Richtung relativ zu den zu erfassenden Behältern verschiebbar ist.
Kommissionierzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung und/oder eine Abfuhreinrichtung (4) zur Abfuhr einer kommissionierten Behälteranordnung einen Transportwagen oder Tablar, insbesondere mit mehreren Behälterebenen, oder ein Transportband umfasst.
Verfahren zum automatischen Kommissionieren von in Behältern (111–323) aufgenommenem pflanzlichen Gut, insbesondere von Schnittblumen und/oder Pflanzen, mit den Schritten: a) Zufuhr einer zu kommissionierenden Behälteranordnung (111–323); b) Auswahl zu transportierender Behälter (111–113; 311–313; 211–214) der zugeführten Behälteranordnung entsprechend eines Kommissionierungsauftrages; c) Greifen der ausgewählten Behälter mit einem Manipulator (1); und d) Transportieren der gegriffenen Behälter zu einer Abfuhreinrichtung (4).
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere während des Transportierens gegriffener Behälter zu der Abfuhreinrichtung und/oder des Absetzens gegriffener Behälter auf der Abfuhreinrichtung, eine Position von Behältern der zugeführten Behälteranordnung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Absetzen eines gegriffenen Behälters auf der Abfuhreinrichtung eine Absetzposition für den Behälter nach vorbestimmten Kriterien festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere während des Anfahrens zugeführter Behälter auf der Zufuhreinrichtung mit dem Manipulator und/oder des Greifens zugeführter Behälter auf der Zufuhreinrichtung eine Position von abgesetzten Behältern, ein freier Raum und/oder eine Ablagebene auf der Abfuhreinrichtung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass – die Auswahl zu transportierender Behälter der zugeführten Behälteranordnung, – die Bestimmung einer Absetzposition, – das Greifen ausgewählter Behälter, – das Transportieren gegriffener Behälter, und/oder – das Absetzen eines gegriffenen Behälters auf Basis – der Pflanzen in der zugeführten Behälteranordnung, – erfasster Positionen von Behältern der zugeführten Behälteranordnung, und/oder – erfasster Positionen von abgesetzten Behältern auf der Abfuhreinrichtung erfolgt.