DE102009030755A1

DE102009030755A1 - Handhabungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102009030755A1
Application number: DE200910030755
Authority: DE
Inventors: Fritz Kraft
Original assignee: Individual
Current assignee: KRAFT, FRITZ, DE
Priority date: 2009-06-27
Filing date: 2009-06-27
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2029-06-28
Also published as: DE102009030755B4

Abstract

Es wird eine Handhabungsvorrichtung (1) vorgeschlagen, die eine Handhabungseinheit (2) aufweist, welche über einen Endeffektorträger (22) verfügt, der unter Vermittlung eines Positionierarmes (32) an einer Basiseinheit (28) fixiert ist. Der Positionierarm (32) ist als Scherenarm ausgebildet und enthält mindestens eine Schereneinheit (45) mit zwei Scherenhebeln (46, 47), die einenends jeweils am Endeffektorträger (22) und andernends an jeweils einem von zwei relativ zueinander bewegbaren Lagerkörpern (35, 36) der Basiseinheit (28) gelagert sind. Durch eine Relativbewegung der beiden Lagerkörper (35, 36) können die Scherenhebel (46, 47) verschwenkt werden, so dass der mit mindestens einem Endeffektor (14) ausgestattete Endeffektorträger (22) eine Arbeitsbewegung ausführt. Zur Vermeidung von Überbestimmungen ist einer der Scherenhebel (47) unter Gewährleistung eines translatorischen Bewegungsfreiheitsgrades (62) am Endeffektorträger (22) gelagert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Handhabungsvorrichtung, mit mindestens einer Handhabungseinheit, die eine Basiseinheit, einen mit einem proximalen Endbereich an der Basiseinheit gelagerten Positionierarm und einen an einem distalen Endbereich des Positionierarmes gelagerten Endeffektorträger aufweist, wobei der Endeffektorträger mit mindestens einem Endeffektor ausgestattet oder ausstattbar ist und durch Betätigung des Positionierharmes wenigstens zweidimensional in einer Arbeitsebene translatorisch bewegbar ist.
Eine aus der EP 1 897 663 A2 bekannte Handhabungsvorrichtung dieser Art enthält eine als Roboter bezeichnete Handhabungseinheit bestehend aus einer ortsfesten Basiseinheit, an der ein um eine horizontale Achse verschwenkbarer Positionierarm gelagert ist, an dem seinerseits ein Endeffektorträger schwenkbar gelagert ist, der mit einem Endeffektor in Gestalt eines Greifers ausgestattet ist. Eine ein Kamerasystem enthaltende optische Erfassungseinrichtung ist ausgebildet, um einen Bereitstellungsplatz zu überwachen und dort befindliche kleinteilige Gegenstände zu erfassen. Basierend auf dem Erfassungsergebnis wird die Handhabungseinheit durch eine elektronische Steuereinrichtung derart angesteuert, dass der Greifer die Gegenstände nacheinander an dem Bereitstellungsplatz aufnimmt und zu einer anderen Örtlichkeit verbringt.
Eine ähnlich arbeitende Handhabungsvorrichtung ist aus der EP 0 916 457 A2 bekannt. Während jedoch der Positionierarm und der Endeffektorträger im Falle der EP 1 897 663 A2 um horizontale Achsen verschwenkt werden, erfolgt das Verschwenken im Falle der EP 0 916 457 A2 um vertikale Achsen.
Beide bekannten Handhabungsvorrichtungen erscheinen insofern verbesserungswürdig, als das von dem Endeffektorträger transportierbare Gewicht relativ begrenzt ist, so dass sich schwere Lasten kaum transportieren lassen und es kaum möglich ist, den Endeffektor zur Verkürzung der Handhabungszeit mit mehreren Greifern auszustatten.
Aus der WO 2006/080846 A1 ist eine Handhabungsvorrichtung bekannt, die eine Handhabungseinheit umfasst, welche aus mehreren schwenkbaren Armen besteht. Jeweils zwei dieser Arme sind motorisch rotativ antreibbar, während zwei weitere Arme einerseits an den antreibbaren Armen angelenkt sind und andererseits untereinander gelenkig verbunden sind, wobei dieser Verbindungsbereich einen kontrolliert bewegbaren Arbeitskopf aufweist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Handhabungsvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau und präziser Funktionsweise über eine hohe Stabilität und Tragfähigkeit verfügt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Positionierarm als Scherenarm ausgebildet ist und wenigstens eine Schereneinheit mit zwei an einem Scherenlager relativ zueinander verschwenkbar gelagerten zweiarmigen Scherenhebeln aufweist, wobei die beiden Scherenhebel an ihren dem proximalen Endbereich des Positionierarmes zugeordneten inneren Hebelarmen mittels jeweils eine zur Arbeitsebene rechtwinkelige Drehachse definierenden inneren Drehlagern an jeweils einem von zwei Lagerkörpern der Basiseinheit drehgelagert sind, die durch Antriebsmittel derart relativ zueinander verstellbar sind, dass sich die inneren Drehlager im Rahmen einer Positionierbewegung parallel zu der Arbeitsebene relativ zueinander bewegen, und wobei die beiden Scherenhebel an ihren dem distalen Endbereich des Positionierarmes zugeordneten äußeren Hebelarmen mittels jeweils eine zur Arbeitsebene rechtwinkelige Drehachse definierenden und quer zu diesen Drehachsen mit Abstand zueinander angeordneten äußeren Drehlagern an dem Endeffektorträger drehgelagert sind, wobei einem der äußeren Drehlager zugleich ein translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad zugeordnet ist, der eine zur zugeordneten Drehachse rechtwinkelige Relativbewegung zwischen dem zugehörigen äußeren Hebelarm und dem Endeffektorträger ermöglicht.
Auf Grund der Ausgestaltung des Positionierarmes als Scherenarm und der Zweipunktlagerung des Endeffektorträgers an der wenigstens einen Schereneinheit ergibt sich eine sehr stabile und tragfähige Konstruktion, die gleichwohl sehr präzise bewegbar ist. Jeder Scherenhebel ist an einem von zwei Lagerkörpern drehgelagert, so dass eine translatorische Bewegung des Endeffektorträgers in einer Arbeitsebene einfach dadurch realisiert werden kann, dass man die beiden Lagerkörper zu einer als Positionierbewegung bezeichneten Relativbewegung antreibt. Diese Relativbewegung kann mit einfachen, eine hohe Stellkraft entwickelnden Antriebsmitteln bewirkt werden, wobei überdies die Möglichkeit besteht, durch entsprechende Platzierung des Scherenlagers eine sich am jeweiligen Bedarf orientierende Kraft- und/oder Wegübersetzung vorzunehmen. Die Positionierbewegung äußert sich insbesondere darin, dass die beiden Lagerkörper entweder aneinander angenähert oder voneinander entfernt werden. Der dem einen äußeren Drehlager ermöglichte translatorische Bewegungsfreiheitsgrad verhindert bei Einhaltung optimaler Präzision jegliche Verspannungen innerhalb des kinematischen Systems.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Handhabungseinheit kann sehr kostengünstig realisiert werden, wenn die Positionierbewegung als Linearbewegung konzipiert wird. Hier können dann beispielsweise auch kostengünstige Linearantriebsmittel für die Erzeugung der Positionierbewegung eingesetzt werden, beispielsweise elektrische Servomotoren mit Kraftübertragung durch einen Spindeltrieb.
Obgleich sich die Handhabungsvorrichtung mit beliebiger Ausrichtung der Handhabungseinheit betrieben lässt, wird derzeit die bestmögliche Verwendungsweise bei vertikal ausgerichteter Arbeitsebene gesehen. Die Positionierbewegung ist dann zweckmäßigerweise eine Relativbewegung in der vertikalen Richtung.
Denkbar wäre es, eines der inneren Drehlager ortsfest anzuordnen und die relative Positionierbewegung durch alleinige Ausführung einer Antriebsbewegung des anderen Lagerkörpers zu verwirklichen. Eine ungleich größere Flexibilität für die Positionierung des Endeffektorträgers erreicht man jedoch, wenn jeder Lagerkörper eine aktive Antriebsbewegung relativ zum jeweils anderen Lagerkörper ausführen kann. Bezogen auf einen ortsfesten Punkt, beispielsweise definiert durch eine die beiden Lagerkörper tragende Grundeinheit, können auf diese Weise beide Lagerkörper getrennt und insbesondere unabhängig voneinander zu einer Antriebsbewegung angetrieben werden, so dass der Endeffektorträger praktisch jede beliebige zweidimensionale Bahnkurve innerhalb der Arbeitsebene durchlaufen kann. Die möglichen Antriebsbewegungen der beiden Lagerkörper sind zweckmäßigerweise Linearbewegungen, und zwar insbesondere mit gleicher Achsrichtung entweder voneinander weg oder aufeinander zu gerichtet.
Ein noch höheres Maß an Flexibilität durch Ausweitung des Verfahrbereiches des Endeffektorträgers ist erzielbar, wenn die beiden inneren Lagerkörper außer zu der relativen Positionierbewegung auch zu einer einheitlichen gleichsinnigen Bewegung in der Arbeitsebene angetrieben werden können. Hierdurch kann der Endeffektorträger sehr einfach linear bewegt werden, insbesondere zum Anheben oder Absenken.
Eine Ausweitung des Arbeitsbereiches der Handhabungseinheit ist auch dadurch möglich, dass die beiden Lagerkörper zusätzlich drehbeweglich sind, so dass der Endeffektorträger in einer zur Arbeitsebene quer orientierten Richtung verfahrbar ist bzw. mit anderen Worten ein Verschwenken der Arbeitsebene bezüglich einer zur Arbeitsebene parallelen Drehachse durchgeführt werden kann. Bei vertikal orientierter Positionierbewegung ermöglicht dies ein horizontales Verschwenken, wobei durchaus die Möglichkeit besteht, die Schwenkbewegung mit der Positionierbewegung zu überlagern oder auch mit einer einheitlichen Antriebsbewegung der beiden Lagerkörper.
Zur Koordination der gewünschten Bewegungen verfügt die Handhabungsvorrichtung zweckmäßigerweise über eine elektronische Steuereinrichtung.
Ein bevorzugter Aufbau der Basiseinheit sieht eine ortsfeste, bevorzugt sockelförmige Grundeinheit vor, bezüglich der die beiden Lagerkörper zur Ausführung jeweils einer Antriebsbewegung relativ bewegbar sind, wobei eine relative Beweglichkeit auch zwischen den beiden Lagerkörpern vorhanden ist.
Zweckmäßigerweise sind sowohl die inneren Hebelarme untereinander gleich lang als auch die äußeren Hebelarme. Auf diese Weise lässt sich ein besonders einfach beherrschbares kinematisches System aufbauen, bei dem zweckmäßigerweise die Drehachsen der beiden inneren Drehlager in einer ersten Bezugsebene angeordnet sind und die Drehachsen der äußeren Drehlager gemeinsam in einer zweiten Bezugsebene liegen, die parallel zu der ersten Bezugsebene verläuft.
Vor allem, wenn der Endeffektorträger einschließlich seiner sonstigen Ausstattung über ein relativ hohes Gewicht verfügt, ist es im Hinblick auf eine optimale Kraftübertragung von Vorteil, wenn die inneren Hebelarme länger sind als die äußeren Hebelarme. Eine derartige längenmäßige Abstimmung ist auch vor dem Hintergrund vorteilhaft, dass dann die auf dem translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad basierende translatorische Relativbewegung zwischen dem einen Scherenhebel und dem Endeffektorträger verhältnismäßig gering ist und dadurch bei reduzierter Verschleißanfälligkeit eine hohe Präzision gewährleistet werden kann.
Bei dem translatorischen Bewegungsfreiheitsgrad handelt es sich im Übrigen zweckmäßigerweise um einen linearen Bewegungsfreiheitsgrad. Dieser verläuft insbesondere in der gleichen Richtung wie die bevorzugt linearen Antriebsbewegungen der beiden Lagerkörper.
Der translatorische Bewegungsfreiheitsgrad lässt sich besonders gut mittels einer Kulissenführungseinrichtung gewährleisten, beispielsweise auf der Basis eines in einem Langloch laufenden Kulissensteines.
Für die Realisierung der beiden Lagerkörper bietet sich vor allem eine säulenartige Struktur an, insbesondere derart, dass sie über teleskopierbar ineinander eintauchende und linear relativ zueinander bewegbare Säulenelemente verfügen. Vorzugsweise enthält die Basiseinheit eine Grundeinheit, an der das zum ersten Lagerkörper gehörende erste Säulenelement zur Ausübung einer ersten Antriebsbewegung linear verschiebbar gelagert ist. Der das zweite Säulenelement aufweisende oder bildende zweite Lagerkörper seinerseits taucht je nach Position mehr oder weniger weit in den ersten Lagerkörper ein und ist an diesem linear verschiebbar gelagert. Eines oder beide Säulenelemente sind bevorzugt rohrförmig ausgebildet, was trotz hoher Stabilität den Materialaufwand minimiert. Bei Bedarf können die ineinander übergehenden Hohlräume der beiden Säulenelemente auch für Zusatzfunktionen genutzt werden, beispielsweise für einen Energietransfer hin zum und/oder zurück vom Endeffektorträger. Beispielsweise kann mindestens ein zumindest partiell flexibel ausgebildeter Energietransferstrang durch die als Hohlkörper ausgebildeten Säulenelemente hindurch verlaufen, um sich dann innen oder außen längs eines der Scherenhebel hin zum Endeffektorträger zu erstrecken. Auf diese Weise kann beispielsweise fluidische Energie und/oder elektrische Energie übertragen werden, sei es zu Antriebszwecken, zu Steuerungszwecken und/oder zu Detektionszwecken.
Um den Positionierarm einschließlich des Endeffektorträgers einfach und präzise verschwenken zu können, sind zweckmäßigerweise die beiden Lagerkörper drehfest miteinander verbunden und wird das zum Verschwenken aufzuwendende Drehmoment nur in den einen der beiden Lagerkörper eingeleitet. Auf diese Weise werden die Lagerkörper zur Veränderung der Ausrichtung der Arbeitsebene stets einheitlich verdreht, ohne dass irgendeine steuerungstechnische gegenseitige Abstimmung erforderlich wäre.
Der Endeffektorträger ist bevorzugt plattenförmig ausgebildet, wobei seine Plattenebene stets rechtwinkelig zu der Arbeitsebene ausgerichtet ist. Der plattenförmige Aufbau ermöglicht eine besonders günstige Anbringung des oder der Endeffektoren.
Prinzipiell kann der Positionierarm nur eine einzige Schereneinheit aufweisen, bei der dann zwecks Erhalt einer ausreichenden Stabilität die Querabmessungen der Scherenhebel und die Dimensionen der Drehlager und des Scherenlagers entsprechend groß gewählt werden. Zweckmäßiger wird eine Bauform angesehen, bei der der Positionierarm wenigstens zwei und vorzugsweise genau zwei mit Querabstand nebeneinander angeordnete Schereneinheiten aufweist, die so ausgebildet sind, dass ihre kinematischen Wirkungen untereinander identisch sind. Es liegt also eine Mehrfachanordnung bzw. Parallelschaltung von Schereneinheiten vor, bei denen jeweils die inneren Hebelarme an den Lagerkörpern und die äußeren Hebelarme an dem Endeffektorträger gelagert sind. Die Scherenhebel der beiden Schereneinheiten sind paarweise parallel zueinander angeordnet und weisen einerseits an ihren inneren Hebelarmen und andererseits an ihren äußeren Hebelarmen jeweils zusammenfallende Drehachsen auf.
Die Stabilität eines aus mehreren Schereneinheiten aufgebauten Positionierarmes lässt sich weiter verbessern, wenn diese Schereneinheiten im Bereich ihrer Scherenlager mittels eines Versteifungssteges, beispielsweise eine Versteifungswelle oder -stange, miteinander verbunden sind.
Der Endeffektorträger kann mit nur einem, vorzugsweise aber mit mehreren Endeffektoren ausgestattet sein. Besonders zweckmäßig ist eine Mehrfachausstattung bei als Greifer ausgebildeten Endeffektoren, da hier die Möglichkeit besteht, die einzelnen Greifer individuell zu aktivieren, um unabhängig voneinander Gegenstände aus einer Gegenstandbereitstellungszone einer Zuführeinrichtung aufzunehmen. Der Endeffektorträger selbst hat daher keine spezielle Aufnahmebewegung auszuführen und kann unter Vermittlung des Positionierarmes zu einer Arbeitsbewegung angetrieben werden, bei der er über die Gegenstandsbereitstellungszone hinwegbewegt wird, um die Greifer nacheinander in einer geeigneten Aufnahmeposition über den Gegenständen zu positionieren. Erst wenn mehrere oder sämtliche Greifer einen Gegenstand aufgenommen haben, wird der Endeffektorträger zu einer Abgabestation verlagert. Die Handhabungszeiten zur Umpositionierung von Gegenständen können auf diese Weise sehr kurz gehalten werden.
Als Greifer können beispielsweise auf Unterdruckwirkung basierende Sauggreifer oder auf Klemmung und/oder Formschluss basierende mechanische Greifer eingesetzt werden.
Zum zuverlässigen Erfassen von Gegenständen in einer Gegenstandbereitstellungszone verfügt die Handhabungsvorrichtung zweckmäßigerweise über eine bevorzugt mit einem Kamerasystem ausgestattete Erfassungseinrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungsvorrichtung in einer Seitenansicht bei in einer Grundstellung positioniertem Endeffektorträger,
2 die Anordnung aus 1 in einer Zwischenstellung des Endeffektorträgers auf seinem Weg zu einer ersten Arbeitsstellung im Bereich einer Zuführeinrichtung,
3 die Anordnung aus 1 bei Einnahme einer möglichen ersten Arbeitsstellung durch den Endeffektorträger,
4 die Anordnung aus 1 bei Einnahme einer bezüglich der Arbeitsstellung höhenmäßig konstanten zweiten Arbeitsstellung des Endeffektorträgers,
5 die Anordnung aus 1 bei Einnahme einer dritten Arbeitsstellung des Endeffektorträgers, die die gleiche räumliche Höhenposition wie die erste und zweite Arbeitsstellung aufweist,
6 die Anordnung aus 1 bei Einnahme einer Endstellung des Endeffektorträgers im Bereich einer Abgabestation,
7 eine Draufsicht auf die Handhabungsvorrichtung mit Blickrichtung gemäß Pfeil VII aus 3,
8 eine Vorderansicht der Handhabungseinheit mit Blickrichtung gemäß Pfeil VIII aus 1 auf die mit mehreren Endeffektoren bestückte Vorderseite, wobei alle Endeffektoren eine Grundstellung einnehmen, und
9 die Anordnung aus 8, wobei einer der Endeffektoren im betätigten Zustand gezeigt ist.
Die insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Handhabungsvorrichtung verfügt über mindestens eine, beim Ausführungsbeispiel über genau eine Handhabungseinheit 2, die es ermöglicht, einzelne, insbesondere als Kleinteile ausgebildete Gegenstände 3 von einer Zuführeinrichtung 4 aufzunehmen und nach Verbringen zu einer Abgabestation 5 dort wieder abzulegen.
Bei den Gegenständen 3 handelt es sich beispielsweise um Ampullen, um Komponenten medizinischer Geräte wie Spritzen oder ähnliches, oder um beliebige sonstige Teile. Die Handhabungsvorrichtung ist in ihrer Verwendung nicht auf bestimmte Gegenstände eingeschränkt.
Es besteht überdies die Möglichkeit, die mindestens eine Handhabungseinheit 2 bei entsprechender Ausstattung auch für andere als reine Umpositionierzwecke einzusetzen, beispielsweise als Prüfvorrichtung oder als Arbeitsvorrichtung zur Positionierung einer Schweißelektrode. Der bevorzugte Anwendungszweck ist jedoch derjenige der Handhabung von einzelnen Gegenständen zwecks Veränderung deren Position. Anhand dieses Anwendungsfalles soll die Erfindung im Weiteren beschrieben werden, ohne dass damit eine Einschränkung auf einen bestimmten Anwendungszweck verbunden sein soll.
Die Zuführeinrichtung 4 der beispielhaften Handhabungsvorrichtung 1 verfügt über einen insbesondere behälterartigen Gegenstandsspeicher 6, aus dem die Gegenstände 3 in einer Vielzahl auf eine Fördereinrichtung 7 aufgespeist werden, die beim Ausführungsbeispiel als linear arbeitender Vibrationsförderer ausgebildet ist. Die Fördereinrichtung 7 verfügt über eine vertikal nach oben weisende Förderfläche 8, die beispielsweise in einzelne lineare, im Querschnitt prismatische Förderspuren 11 unterteilt ist, in die die Gegenstände 3 auf Grund der Vibration in einer nicht vorhersehbaren Reihenfolge und Ausrichtung hineinfallen. Die Gegenstände 3 werden dann in einer aus 7 ersichtlichen Förderrichtung 12 vorangefördert, bis sie in einen speziellen Abschnitt gelangen, der im Folgenden als Gegenstandsbereitstellungszone 13 bezeichnet wird und der in 7 durch eine strichpunktierte Umrahmung kenntlich gemacht ist.
Die benachbart zu der Zuführeinrichtung 4 angeordnete Handhabungseinheit 2 ist in der Lage, auf die Gegenstandsbereitstellungszone 13 zuzugreifen und die dort befindlichen Gegenstände 3 aufzunehmen, um sie anschließend zu der schon erwähnten Abgabestation 5 zu verbringen. Die Abgabestation 5 kann beispielsweise eine Montagestation, eine Abfüllstation oder eine Verpackungsstation sein.
Zum lösbaren Ergreifen der Gegenstände 3 ist die Handhabungseinheit 2 mit bevorzugt mehreren Endeffektoren 14 ausgestattet, bei denen es sich dem beispielhaften Anwendungszweck entsprechend um durch Fremdenergie betätigbare Greifer handelt. Exemplarisch handelt es sich um sogenannte Sauggreifer, die einen Gegenstand auf Grund eines sich aufbauenden Unterdruckes vorübergehend festhalten können. Es können jedoch auch andere Greifertypen eingesetzt werden, insbesondere mechanische Greifer, die mittels beweglichen Greifbacken oder allein auf Grund einer Formschlusskontur den jeweils umzupositionierenden Gegenstand 3 ergreifen können. Als Betriebsenergie ist sowohl ein Fluid, insbesondere Druckluft, als auch elektrische Energie verwendbar.
Damit die Endeffektoren 14 die in der Gegenstandbereitstellungszone 13 vorhandenen Gegenstände 3 zielsicher aufnehmen können, ist die Handhabungsvorrichtung 1 zweckmäßigerweise auch mit einer optoelektronischen Erfassungseinrichtung 15 ausgestattet, die die Gegenstandsbereitstellungszone 13 überwacht und mittels eines Kamerasystems 16 die Anzahl und die Verteilung der in der Gegenstandsbereitstellungszone 13 angelangten Gegenstände 3 erfassen kann.
Das Ergebnis der durch die Erfassungseinrichtung 15 durchgeführten, bevorzugt optischen Erfassung wird einer elektronischen Steuereinrichtung 17 zugeleitet, die den Betrieb der Handhabungsvorrichtung 1 steuert und deren einzelne Komponenten koordiniert. Es besteht insbesondere die Möglichkeit, durch die Steuereinrichtung 17 einen Förderstopp der Fördereinrichtung 7 hervorzurufen, wenn eine bestimmte Anzahl von Gegenständen 3 in der Gegenstandsbereitstellungszone 13 in einer günstigen Verteilung angekommen ist. Während dieser Stillstandsphase nimmt dann die Handhabungseinheit 2 ihren Gegenstands-Umsetzbetrieb auf.
Gegenstände 3, die beispielsweise auf Grund ungünstiger Positionierung von der Handhabungseinheit 2 nicht aufgenommen werden können, werden bei der neuerlichen Inbetriebnahme der Fördereinrichtung 7 in einen Ausgabeschacht 18 weitertransportiert, von wo aus sie bei Bedarf erneut in den Gegenstandspeicher 6 zurückgeführt oder auch einfach aussortiert werden können.
Zum Aufnehmen eines Gegenstandes 3 von der Fördereinrichtung 7 wird einer der mehreren als Greifer ausgebildeten Endeffektoren 14 vertikal oberhalb des betreffenden Gegenstandes 3 positioniert. Dies geschieht durch seitens der elektronischen Steuereinrichtung 17 gesteuerte Positionierung eines Endeffektorträgers 22 der Handhabungseinheit 2, der eine Mehrzahl von insbesondere untereinander gleich ausgerichteten Endeffektoren 14 – hier: Greifer – trägt. Der Endeffektorträger 22 kann zu einer Arbeitsbewegung angetrieben werden, durch die er wunschgemäß positionierbar ist.
Ein bevorzugter Betriebsablauf sieht vor, dass der Endeffektorträger 22 nach dem durch die Erfassungseinrichtung 15 erfolgten optischen Erfassen der in der Gegenstandsbereitstellungszone 13 befindlichen Gegenstände 3 nacheinander in einer der Anzahl der Greifer 14 entsprechenden Anzahl von Arbeitsstellungen oberhalb der Gegenstandsbereitstellungszone 13 positioniert wird, in denen jeweils ein noch nicht mit einem Gegenstand 3 bestückter Greifer oberhalb eines aufzunehmenden Gegenstandes 3 zu liegen kommt. Die 3, 4 und 5 zeigen drei solcher möglicher Arbeitsstellungen. Während der ein Aufnahmen eines Gegenstandes 3 bezweckenden Aktion eines Greifers 14 wird der Endeffektorträger 22 zweckmäßigerweise nicht bewegt, so dass er seine momentane Position konstant beibehält. Die eigentliche Gegenstandsaufnahmebewegung – in der Zeichnung bei 23 durch einen Doppelpfeil angedeutet – ist eine Individualbewegung eines exemplarisch als Greifglied ausgebildeten Arbeitsgliedes 24 des jeweiligen Endeffektors 14, die wegen des geringen Gewichts des Arbeitsgliedes 24 wesentlich schneller vonstatten gehen kann als eine prinzipiell ebenfalls mögliche Gegenstandsaufnahmebewegung, die zusätzlich oder allein durch entsprechendes Verlagern des Endeffektorträgers 22 ausgeführt wird.
Exemplarisch ist jeder Endeffektor 14 mit seinem Gehäuse 14a am Endeffektortärger 22 befestigt und verfügt über geeignete Antriebsmittel, die auf elektrisch und/oder fluidisch hervorgerufene Weise die individuelle Gegenstandsaufnahmebewegung 23 des relativ zum Gehäuse 14a beweglichen Arbeitsgliedes 14 hervorrufen können.
Erst wenn auf diese Weise jeder Greifer einen Gegenstand 3 aufgenommen hat, wird der Endeffektorträger 22 in den Bereich der Abgabestation 5 bewegt, wo die Greifer die zuvor aufgenommenen Gegenstände 3 wieder abgeben. Anschließend wird der Endeffektorträger 22 erneut in den Bereich der Gegenstandsbereitstellungszone 13 verfahren, wo die an ihm angeordneten Endeffektoren 14 nach dem geschilderten Muster nacheinander die nächste Mehrzahl von Gegenständen 3 aufnehmen, so dass ein weiterer Umsetzzyklus ablaufen kann.
Die geschilderte Betriebsweise hat den Vorteil, dass das Verfahren des Endeffektorträgers 22 zwischen der Gegenstandsbereitstellungszone 13 und der Abgabestation 5 nicht für jeden aufgenommenen Gegenstand 3 separat erfolgen muss, sondern stets zusammen mit einer Mehrzahl aufgenommener Gegenstände 3 durchführbar ist, was die Umsetzzeiten für die Gegenstände 3 erheblich reduziert. Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch entsprechende Ansteuerung des Endeffektorträgers 22 die einzelnen Endeffektoren 14 auf der Grundlage der mit der Erfassungseinrichtung 15 durchgeführten optischen Gegenstandserfassung individuell über den beliebig verteilten Gegenständen 3 positionierbar sind, so dass jeder Greifer 14 einen Gegenstand 3 aufgenommen haben kann, bevor der Endeffektorträger 22 wieder in die Abgabestation 5 verlagert wird.
Ursächlich hervorgerufen wird die Arbeitsbewegung des Endeffektorträgers 22 durch strichpunktiert angedeutete Antriebsmittel 25, die zweckmäßigerweise einen Bestandteil der Handhabungseinheit 2 bilden und die an die elektronische Steuereinrichtung 17 angeschlossen sind. Exemplarisch handelt es sich um elektrisch betätigbare Antriebsmittel 25, wobei aber prinzipiell auch andere Arten von Antriebsmitteln Verwendung finden könnten, insbesondere solche, die mit Fluidkraft betrieben werden.
Im Folgenden soll der Aufbau und die Funktionsweise der Handhabungseinheit 2 näher beschrieben werden.
Die Handhabungseinheit 2 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass der Endeffektorträger 22 unter anderem zweidimensional innerhalb einer strichpunktiert angedeuteten Arbeitsebene 26 verfahrbar ist. Beim Ausführungsbeispiel ist diese Arbeitsebene 26 eine Vertikalebene, was auch den üblichen Anwendungsfall darstellt, anhand dessen die weitere Beschreibung erfolgen soll. Prinzipiell könnte die Handhabungseinheit 2 aber auch mit anderer Ausrichtung betrieben werden. Die Arbeitsebene 26 wird von einem kartesischen X-Y-Koordinatensystem aufgespannt. Innerhalb dieses Koordinatensystems, also innerhalb der Arbeitsebene 26, kann der Endeffektorträger 22 zweckmäßigerweise jede beliebige Bahnkurve durchlaufen, er ist also sowohl entweder nur in Richtung der X-Achse als auch entweder nur in Richtung der Y-Achse als auch mit beliebigem linearem oder nichtlinearem, sich aus X-Komponenten und Y-Komponenten zusammensetzenden Bahnverlauf bewegbar. Exemplarisch ist die X-Achse horizontal und die Y-Achse vertikal ausgerichtet.
Zusätzlich kann der Endeffektorträger 22 auch noch um eine Drehachse 27 verschwenkt werden. Die Schwenkbewegung ist bei 27a durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die Drehachse 27 erstreckt sich mit Parallelausrichtung in der Arbeitsebene 26 und verläuft mit gleicher Richtung wie die Y-Achse, vorliegend also vertikal. Ein Verschwenken des Endeffektorträgers 22 um die Drehachse 27 hat ein entsprechendes Verschwenken der Arbeitsebene 26 zur Folge. Auf diese Weise können die am Endeffektorträger 22 angeordneten Endeffektoren 14 beliebig in einer zu der Arbeitsebene 26 rechtwinkeligen Ebene verfahren und positioniert werden, sie können also die gesamte, beim Ausführungsbeispiel horizontal ausgerichtete Gegenstandsbereitstellungszone 13 funktionsmäßig abdecken.
Es versteht sich, dass sich die Arbeitsbewegung des Endeffektorträgers 22 aus beliebig überlagerten translatorischen Bewegungen innerhalb der Arbeitsebene 26 sowie Schwenkbewegungen 27a um die Drehachse 27 zusammensetzen kann. Jede dieser Bewegungen ist außerdem auch nur einzeln ausführbar.
Insbesondere das Verlagern des Endeffektorträgers 22 zwischen der Fördereinrichtung 7 und der Abgabestation 5 findet im Rahmen einer Schwenkbewegung 27a statt, der zweckmäßigerweise eine translatorische Bewegung innerhalb der Arbeitsebene 26 überlagert ist.
Der Aufbau der Handhabungseinheit 2 ist insbesondere so gewählt, dass der Endeffektorträger 22 bei seiner Bewegung in der Arbeitsebene 26 rein translatorisch bewegt wird, wobei seine räumliche Orientierung stets konstant bleibt. Nur durch Überlagerung der Schwenkbewegung 27a verändert sich die räumliche Ausrichtung, allerdings nur die horizontale Orientierung. Die vertikale Ausrichtung bleibt auch hier zweckmäßigerweise konstant.
Falls bezüglich eines oder mehrerer Endeffektoren 14 weitere Bewegungsmöglichkeiten gewünscht sind, kann man diesem Anspruch durch zusätzliche Positioniermittel begegnen, die zwischen den Endeffektorträger 22 und den betreffenden Endeffektor 14 zwischengeschaltet sind. Solche Positioniermittel können beispielsweise elektrische oder fluidische Linear- und/oder Drehantriebe beinhalten, mittels denen der Endeffektor 14 relativ zum Endeffektorträger 22 in verschiedenen Ausrichtungen und/oder Positionen positionierbar ist. Eine solche Variante ist in der Zeichnung allerdings nicht dargestellt.
Die Handhabungseinheit 2 verfügt über eine bevorzugt im Wesentlichen säulenförmige Basiseinheit 28, von der seitwärts ein Positionierarm 32 wegragt, an dem seinerseits der Endeffektorträger 22 angeordnet ist.
Die Basiseinheit 28 verfügt über eine exemplarisch die Längsachse bildende Hauptachse 33 und ist zweckmäßigerweise so angeordnet, dass die Hauptachse 33 vertikal verläuft. Zweckmäßigerweise fällt die Drehachse 27 mit der Hauptachse 33 zusammen.
Die Basiseinheit 28 verfügt über eine zweckmäßigerweise als Sockel ausgebildete Grundeinheit 34, über die sie an einem Fundament fixierbar ist, beispielsweise gebildet vom Erdboden, von einem Gestell oder von einem stabilen Unterschrank. Die Grundeinheit 34 ist normalerweise ortsfest.
Darüber hinaus verfügt die Basiseinheit 28 über einen ersten Lagerkörper 35 und einen zweiten Lagerkörper 36, deren Namensgebung dadurch bedingt ist, dass an ihnen der Positionierarm 32 mit einem proximalen Endbereich 37 gelagert ist. Der erste Lagerkörper 35 ist in Achsrichtung der Hauptachse 33 bezüglich der Grundeinheit 34 linear verstellbar. Auf diese Weise kann er eine beim Ausführungsbeispiel vertikale, durch einen Doppelpfeil angedeutete lineare erste Antriebsbewegung 42 ausführen. Der erste Lagerkörper 35 ist zweckmäßigerweise im wesentlichen von einem ersten Säulenelement 35a gebildet und taucht in Achsrichtung der Hauptachse 33 teleskopierbar, also ein- und ausfahrbar in die Grundeinheit 34ein. Letztere ist wenigstens über eine Teillänge hinweg und vorzugsweise zur Gänze rohr- oder hülsenförmig gestaltet.
Der zweite Lagerkörper 36 ist zweckmäßigerweise zunächst im wesentlichen von einem zweiten Säulenelement 36a gebildet und ist an dem ersten Lagerkörper 35 derart verschiebbar gelagert, dass er eine durch einen Doppelpfeil angedeutete lineare zweite Antriebsbewegung 43 in Achsrichtung der Hauptachse 33 ausführen kann. Auf diese Weise kann der zweite Lagerkörper 36 also relativ zum ersten Lagerkörper 35 linear verschoben werden. Der zweite Lagerkörper 36 hat zweckmäßigerweise einen geringeren Außendurchmesser als der erste Lagerkörper 35 und taucht teleskopierbar, also in Achsrichtung der Hauptachse 33 ein- und ausfahrbar in den Lagerkörper 35 ein. Die beiden Lagerkörper 35, 36 sind also als teleskopierbar ineinander eintauchende Komponenten ausgebildet, wobei der erste Lagerkörper 35 seinerseits teleskopierbar in die Grundeinheit 34 eintaucht.
Die Antriebsmittel 25 enthalten mit dem ersten Lagerkörper 35 kooperierende erste Antriebsmittel 25a und unabhängig davon mit dem zweiten Lagerkörper 36 kooperierende zweite Antriebsmittel 25b zum Hervorrufen der jeweiligen Antriebsbewegung 42, 43. Diese ersten und zweiten Antriebsmittel 25a, 25b beinhalten zweckmäßigerweise zwei konzentrisch zueinander angeordnete elektrische Hohlwellenmotoren, die über Getriebemittel, beispielsweise einen Spindeltrieb, mit dem jeweiligen Lagerkörper 35, 36 bewegungsgekoppelt sind.
Die ersten und zweiten Antriebsbewegungen 42, 43 können alternativ oder gleichzeitig, gleichsinnig oder gegensinnig sowie mit gleicher oder mit unterschiedlicher Geschwindigkeit ausgeführt werden.
Es besteht außerdem die Möglichkeit, die beiden Lagerkörper 35, 36 um ihre mit der Hauptachse 33 zusammenfallende Längsachse relativ zur Grundeinheit 34 zu verdrehen. Die Rotation erfolgt hierbei um die schon erwähnte Drehachse 33. Die Antriebsmittel 25 sind unter anderem mit als Drehantriebsmittel ausgebildeten dritten Antriebsmitteln 25c ausgestattet, die bevorzugt mit dem ersten Lagerkörper 35 antriebsmäßig gekoppelt sind und diesen um seine Längsachse rotativ antreiben können. Indem die beiden Lagerkörper 35, 36 durch in 7 angedeutete Verdrehsicherungsmittel 44 drehfest miteinander verbunden sind – unter Gewährleistung der relativen linearen Verschiebbarkeit – hat ein Verdrehen des ersten Lagerkörpers 35 ein gleichzeitiges und gleichsinniges Verdrehen des zweiten Lagerkörpers 36 zur Folge, so dass die beiden Lagerkörper 35, 36 stets nur als Einheit um die Drehachse 27 verdreht werden. Die Verdrehsicherungsmittel 44 bestehen beispielsweise aus einer am Außenumfang des zweiten Lagerkörpers 36 ausgebildeten Längsnut, in die ein am Innenumfang des ersten Lagerkörpers 35 angeordneter Verdrehsicherungsvorsprung gleitverschieblich eingreift.
Der Positionierarm 32 ist als Scherenarm konzipiert und enthält zwei identisch ausgebildete, horizontal parallel nebeneinander angeordnete Schereneinheiten 45. Jede dieser Schereneinheiten 45 verfügt über einen ersten und einen zweiten, jeweils zweiarmigen Scherenhebel 46, 47, wobei diese beiden Scherenhebel 46, 47 an einer zu ihren Endabschnitten beabstandeten Stelle über als Scherenlager 48 bezeichnete Drehlagermittel verschwenkbar aneinander gelagert sind. Jedes Scherenlager 48 definiert eine Schwenkachse 52 für die aneinander angelenkten Scherenhebel 46, 47, wobei die beiden Scherenachsen 42 zusammenfallen und beim Ausführungsbeispiel in einer zu der Arbeitsebene 26 rechtwinkeligen Richtung verlaufen.
Somit sind die beiden Scherenhebel 46, 47 einer jeden Schereneinheit 45 in einer zu der Arbeitsebene 26 parallelen Schwenkebene relativ zueinander verschwenkbar. Indem die beiden Schereneinheiten 45 mit Abstand diesseits und jenseits der Arbeitsebene 26 platziert sind, liegen folglich auch die beiden Schwenkebenen mit Abstand diesseits und jenseits der Arbeitsebene 26.
Jeder Scherenhebel 46, 47 verfügt über einen dem proximalen Endbereich 37 zugeordneten inneren Hebelarm 53. Jeder dieser inneren Hebelarme 53 ist mit Abstand zum Scherenlager 48 mittels eines inneren Drehlagers 55a, 55b an einem der Lagerkörper 35, 36 drehbar gelagert. Genauer gesagt ist jeder innere Hebelarm 53 der beiden ersten Scherenhebel 46 über ein erstes inneres Drehlager 55a am ersten Lagerkörper 35 drehgelagert und ist jeder innere Hebelarm 53 jedes zweiten Scherenhebels 47 über ein zweites inneres Drehlager 55b an dem zweiten Lagerkörper 36 drehgelagert. Die zweiten inneren Drehlager 55b sind hierbei in Achsrichtung der Hauptachse 33 weiter von der Grundeinheit 34 beabstandet als die ersten inneren Drehlager 55a.
Die inneren Drehlager 55a, 55b können direkt an den Säulenelementen 35a, 36a der Lagerkörper 35, 36 angeordnet sein. Beim Ausführungsbeispiel befinden sie sich allerdings an jeweils einem am zugeordneten Säulenelement 35a, 36a fixierten Lagerträger 56, der das betreffende Säulenelement 35a, 36a zweckmäßigerweise klammerartig umschließt. Auf diese Weise kann ein eventuell gewünschter horizontaler Abstand der inneren Drehlager 55a, 55b zu den Säulenelementen 35a, 35b und mithin zu der Drehachse 27 hergestellt werden.
Der als Scherenarm konzipierte Positionierarm 32 ist an seinem von der Basiseinheit 28 wegweisenden distalen Endbereich 38 an dem Endeffektorträger 22 gelagert. Jeder Scherenhebel 46, 47 verfügt über einen sich auf der entgegengesetzten Seite wie der innere Hebelarm 53 an das Scherenlager 48 anschließenden äußeren Hebelarm 54, der mit Abstand zum Scherenlager 48 über ein äußeres Drehlager 57a, 57b an dem Endeffektorträger 22 drehgelagert ist. Der äußere Hebelarm 54 jedes ersten Scherenhebels 46 ist über ein erstes äußeres Drehlager 57a oberhalb des Scherenlagers 48 an dem Endeffektorträger 22 gelenkig gelagert, der äußere Hebelarm 54 jedes zweiten Scherenhebels 47 ist an einem tiefer als das Scherenlager 48 liegenden zweiten äußeren Drehlager 57b an dem Endeffektorträger 22 drehgelagert.
Wie die ersten und zweiten inneren Drehlager 55a, 55b sind auch die ersten und zweiten äußeren Drehlager 57a, 57b in Achsrichtung der Hauptachse 27 mit Abstand zueinander angeordnet.
Jedes innere und äußere Drehlager 55a, 55b, 57a, 57b definiert eine Drehachse 58. Sämtliche dieser Drehachsen 58 verlaufen rechtwinkelig zu der Arbeitsebene 26. Außerdem verlaufen die Drehachsen 58 des Paares erster innerer Drehlager 55a koaxial zueinander, was in gleicher Weise auch für die Paare der anderen Drehlager 55b, 57a und 57b gilt. Alle die genannten Drehachsen 58 verlaufen im Übrigen parallel zu den beiden untereinander koaxialen Scherenachsen 52.
Mit Ausnahme des zweiten äußeren Drehlagers 57b sind alle Drehlager 55a, 55b, 57a so ausgebildet, dass lediglich reine Drehbewegungen zwischen den aneinander angelenkten Teilen möglich sind. Hiervon abweichend ermöglicht jedes zweite äußere Drehlager 57b zusätzlich zu der Drehbewegung auch noch eine translatorische Bewegung zwischen dem Endeffektorträger 22 und dem äußeren Hebelarm 54 des zugeordneten zweiten Scherenhebels 47 rechtwinkelig zur jeweils zugeordneten Drehachse 58. Dieser translatorische Bewegungsfreiheitsgrad ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil bei 62 kenntlich gemacht und erstreckt sich insbesondere linear. Die Ausrichtung ist zweckmäßigerweise vertikal, parallel zu der Hauptachse 33.
Der translatorische Bewegungsfreiheitsgrad 62 könnte alternativ auch durch die ersten äußeren Drehlager 57a definiert werden.
Gewährleistet wird der translatorische Bewegungsfreiheitsgrad 62 insbesondere durch eine Kulissenführungseinrichtung 63. Hierzu kann an dem Endeffektorträger 22 ein Langloch oder Längsschlitz ausgebildet sein, in den der zugeordnete zweite Scherenhebel 47 mit einem als Kulissenstein fungierenden Lagerbolzen linear verschiebbar und zugleich drehbar eingreift. Hiervon abweichende Maßnahmen zur Realisierung des Bewegungsfreiheitsgrades 62 sind allerdings ebenfalls möglich.
Um dem Positionierarm 32 eine besonders hohe Stabilität zu verleihen, können die beiden Schereneinheiten 45 im Bereich ihrer Scherenlager 48 mittels eines in 7 strichpunktiert angedeuteten Versteifungssteges 64 miteinander verbunden sein. Der Versteifungssteg 64 ist insbesondere stab- oder rohrförmig ausgebildet.
Ein Aufbau des Positionierarmes 32 aus zwei Schereneinheiten 45 wird in Bezug auf Stabilität und Kosten derzeit als optimal angesehen. Es ist jedoch möglich, zur Realisierung des Positionierarmes 32 auch nur eine Schereneinheit 45 oder mehr als zwei Schereneinheiten 45 zu verwenden.
Um den Endeffektorträger 22 zu einer Arbeitsbewegung entlang der Arbeitsebene 26 anzutreiben, genügt es, einen oder beide Lagerkörper 35, 36 unter Vermittlung der ersten und/oder zweiten Antriebsmittel 25a, 25b zur Ausführung der zugeordneten ersten oder zweiten Antriebsbewegung 42, 43 relativ zu der Grundeinheit 34 anzutreiben.
Soll der Endeffektorträger 22 bei konstanter X-Achsen-Position lediglich in Richtung der Y-Achse verlagert werden – was beim Ausführungsbeispiel einem linearen Anheben oder Absenken entspricht – wird dies durch eine einheitliche gleichsinnige vertikale Verlagerung der beiden Lagerkörper 35, 36 erreicht. Letztere bewegen sich somit gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung längs der Y-Achse. Der in Achsrichtung der Hauptachse 33 gemessene Abstand der beiden inneren Drehlager 55a, 55b bleibt hierbei konstant.
Alle anderen Bewegungsbahnen des Endeffektorträgers 22 erfordern eine als Positionierbewegung 65 bezeichnete Relativbewegung zwischen den beiden Lagerkörpern 36, 36, wobei diese relative Positionierbewegung 65 beim Ausführungsbeispiel eine vertikal orientierte Linearbewegung ist. Die Positionierbewegung 65 bewirkt, dass sich die inneren Drehlager 55a, 55b einer jeden Schereneinheit 45 je nach Bewegungsrichtung aneinander annähern oder voneinander entfernen, was die gleichzeitige Folge hat, dass das Scherenlager 48 in der Richtung der Y-Achse von der Basiseinheit 28 wegbewegt oder an die Basiseinheit 28 angenähert wird. Das Ganze geht einher mit einem relativen Verschwenken der Scherenhebel 46, 47 jeder Schereneinheit 45, wobei sich der zwischen den ersten Scherenhebeln 46, 47 gemessene Scherenwinkel verkleinert oder vergrößert.
Exemplarisch besteht eine Möglichkeit zur Erzeugung der Positionierbewegung 65 durch Ausführung der ersten oder zweiten Antriebsbewegung 42, 43 des ersten bzw. zweiten Lagerkörpers 35, 36 während gleichzeitig der jeweils andere Lagerkörper 36, 35 in der Y-Richtung ortsfest fixiert bleibt. In diesem Fall verlagert sich der Endeffektorträger 22 entlang eines Kreisbogens.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, gleichzeitig in Richtung und/oder Geschwindigkeit voneinander abweichende erste und zweite Antriebsbewegungen 42, 43 relativ zu der Grundeinheit 34 hervorzurufen. In diesem Falle bewegen sich sowohl der erste Lagerkörper 35 als auch der zweite Lagerkörper 36 unabhängig voneinander relativ zu einem insbesondere von der Grundeinheit 34 definierten ortsfesten Bezugspunkt. Dadurch ist es möglich, den Endeffektorträger 22 entlang einer nicht kreisförmigen Bahnkurve zu verlagern.
Um beispielsweise den Endeffektorträger 22 ausgehend von der in 1 gezeigten Grundstellung in die aus 3 ersichtliche erste Arbeitsstellung zu verlagern, werden beide Lagerkörper 35, 36 gemäß Pfeilen 66 unterschiedlich weit in Achsrichtung der Y-Achse in Richtung der Grundeinheit 34 verlagert. Der Endeffektorträger 22 bewegt sich dadurch in der gleichen Richtung und außerdem, überlagert, von der Basiseinheit 28 weg. Diese Bewegung des Endeffektorträgers 22 ist in 2 und 3 durch Pfeile 61 verdeutlicht, wobei die 2 eine Zwischenstellung zwischen der Grundstellung und der ersten Arbeitsstellung ist.
Um ausgehend von der Grundstellung gemäß 1 in die Zwischenstellung gemäß 2 zu gelangen, wurde der zweite Lagerkörper 36 relativ zu dem von der Grundeinheit 34 gebildeten ortsfesten Bezugspunkt weiter abgesenkt als der erste Lagerkörper 35.
Die 4 und 5 zeigen eine zweite und eine dritte Arbeitsstellung des Endeffektorträgers 22, die sich in ihrer Y-Position von der ersten Arbeitsstellung gemäß 3 nicht unterscheiden. Der Endeffektorträger 22 wird hier gemäß Pfeilen 67 ausschließlich in der X-Richtung verlagert. Dies geschieht durch eine Relativbewegung zwischen den beiden Lagerkörpern 35, 36, wobei der erste Lagerkörper 35 gemäß Pfeil 68 relativ zur Basiseinheit 34 nach oben verlagert wird, während gleichzeitig der zweite Lagerkörper 36 gemäß Pfeil 69 in der Gegenrichtung nach unten bewegt wird.
Diese Erläuterungen sind nur exemplarisch und sollen das vielfältige Bewegungsspektrum verdeutlichen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, zur Erzeugung der Arbeitsbewegung des Endeffektorträgers 22 jeden Lagerkörper 35, 36 unabhängig vom jeweils anderen Lagerkörper 36, 35 relativ zu der als Bezugspunkt fungierenden Grundeinheit 34 in Achsrichtung der Hauptachse 33 zu verlagern.
Durch einheitliches Verdrehen beider Lagerkörper 35, 36 um die Drehachse 27 – hervorgerufen durch die dritten Antriebsmittel 25c – kann der Positionierarm 32 gemeinsam mit dem Endeffektorträger 22 gemäß Schwenkbewegung 27a in die aus 6 ersichtliche Endstellung verschwenkt werden, in der der Endeffektorträger 22 sich bei der Abgabestation 5 befindet.
In allen Fällen, in denen sich die beiden Lagerkörper 35, 36 nicht gleichzeitig gleichsinnig mit gleicher Geschwindigkeit bewegen, findet im Bereich der zweiten äußeren Drehlager 57b eine der dortigen Drehbewegung überlagerte translatorische Relativbewegung gemäß dem Bewegungsfreiheitsgrad 62 statt, so dass eine leichtgängige, jegliches Verklemmen verhindernde Relativbewegung zwischen den einzelnen Komponenten gewährleistet ist.
Koordiniert werden sämtliche Bewegungsabläufe durch die elektronische Steuereinrichtung 17 unter Berücksichtigung der von der Erfassungseinrichtung 15 erhaltenen Daten.
Für die Auslegung der Schereneinheiten 45 ist es von Vorteil, wenn die inneren Hebelarme 53 untereinander gleich lang sind und außerdem die äußeren Hebelarme 54 untereinander gleich lang sind. Die Länge der Hebelarme bemisst sich jeweils zwischen dem Scherenlager 48 und dem zugeordneten inneren order äußeren Drehlager 55a, 55b, 57a, 57b.
Besonders zweckmäßig ist die beim Ausführungsbeispiel getroffene Auslegung, bei der die inneren Hebelarme 53 länger sind als die äußeren Hebelarme 54. Eine Folge davon ist, dass die translatorische Relativbewegung im Bereich der Kulissenführungseinrichtung 63 minimal ist, was eine hohe Genauigkeit bei geringer Verschleißanfälligkeit gewährleistet.
Es ist des Weiteren von Vorteil, wenn die Drehachsen 58 sämtlicher innerer Drehlager 55a, 55b in einer ersten Bezugsebene 72 liegen und die Drehachsen 58 sämtlicher äußerer Drehlager 57a, 57b in einer zweiten Bezugsebene 73. Die Drehachsen erstrecken sich also jeweils parallel zur zugeordneten Bezugsebene. Hinzu kommt, dass die erste und zweite Bezugsebene 72, 73 zwar in Achsrichtung der X-Achse zueinander beabstandet sind, stets jedoch parallel zueinander ausgerichtet sind. Auch ohne aufwändige Ansteuerungsmaßnahmen kann somit gewährleistet werden, dass der Endeffektorträger 22 bei seiner Bewegung in der Arbeitsebene 26 stets eine konstante räumliche Orientierung aufweist. Es kann insbesondere kein Verkippen des Endeffektorträgers 22 um eine zu den Schwenkachsen 52 parallele Achse auftreten.
Der Endeffektorträger 22 ist zweckmäßigerweise plattenförmig ausgebildet, wobei seine Plattenebene parallel zu den vorgenannten Bezugsebenen 72, 73 verläuft. Die große, in Achsrichtung der X-Achse von der Basiseinheit 28 wegweisende Plattenfläche ermöglicht es gemäß 8 und 9, problemlos eine größere Anzahl von Endeffektoren 14 nebeneinander am Endeffektorträger 22 zu befestigen. Hierbei handelt es sich zweckmäßigerweise um eine lösbare Befestigung, so dass ein bedarfsgemäßer Austausch der Endeffektoren 14 möglich ist.
Vorzugsweise sind die Säulenelemente 35a, 35b beider Lagerkörper 35, 36 zumindest teilweise und vorzugsweise über ihre gesamte Länge rohrförmig ausgebildet, und auch die sockelförmige Grundeinheit 34 kann rohrförmig, zumindest jedoch als Hohlkörper ausgebildet sein. Auf diese Weise wird trotz geringem Gewicht und erheblicher Materialersparnis eine hohe Struktursteifigkeit erreicht. Außerdem besteht die Möglichkeit, den dadurch in der Basiseinheit 28 definierten, sich in Achsrichtung der Hauptachse 33 erstreckenden durchgehenden Hohlraum 75 zum Hindurchführen mindestens eines lediglich in 1 angedeuteten Energietransferstranges 74 zu nutzen.
Der Energietransferstrang 74 verläuft ausgehend von der Grundeinheit 34 durch die beiden Lagerkörper 35, 36 hindurch, um an der der Grundeinheit 34 entgegengesetzten Stirnseite aus dem zweiten Lagerkörper 36 auszutreten und anschließend entlang wenigstens eines zweiten Scherenhebels 47 zum Endeffektorträger 22 und dort letztlich zu mindestens einem der Endeffektoren 14 zu verlaufen.
Insoweit sich der Energietransferstrang 74 entlang eines zweiten Scherenhebels 47 erstreckt, verläuft er zweckmäßigerweise im Innern dieses zweiten Scherenhebels 47, der zu diesem Zweck einen geeigneten Durchführungskanal aufweist und insbesondere rohrförmig ausgebildet ist.
Der Energietransferstrang 74 ist zweckmäßigerweise zumindest partiell flexibel ausgebildet, so dass er die erläuterten Relativbewegungen der verschiedenen Komponenten der Handhabungseinheit 2 problemlos nachvollziehen kann.
Über den ein- oder mehradrigen Energietransferstrang 74 kann elektrische Energie und/oder fluidische Energie übertragen werden, die für den Antrieb oder sonstigen Betrieb des mindestens einen Endeffektors 14 benötigt wird. Unter dem Begriff „Energie” sind auch Steuer- und Diagnosesignale zu verstehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1897663 A2 [0002, 0003]
- EP 0916457 A2 [0003, 0003]
- WO 2006/080846 A1 [0005]

Claims

Handhabungsvorrichtung, mit mindestens einer Handhabungseinheit (2), die eine Basiseinheit (28), einen mit einem proximalen Endbereich (37) an der Basiseinheit (28) gelagerten Positionierarm (32) und einen an einem distalen Endbereich (38) des Positionierarmes (32) gelagerten Endeffektorträger (22) aufweist, wobei der Endeffektorträger (22) mit mindestens einem Endeffektor (14) ausgestattet oder ausstattbar ist und durch Betätigung des Positionierarmes (32) wenigstens zweidimensional in einer Arbeitsebene (26) translatorisch bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierarm (32) als Scherenarm ausgebildet ist und wenigstens eine Schereneinheit (45) mit zwei an einem Scherenlager (48) relativ zueinander verschwenkbar gelagerten zweiarmigen Scherenhebeln (46, 47) aufweist, wobei die beiden Scherenhebel (46, 47) an ihren dem proximalen Endbereich (37) des Positionierarmes (32) zugeordneten inneren Hebelarmen (53) mittels jeweils eine zur Arbeitsebene (26) rechtwinkelige Drehachse (58) definierenden inneren Drehlagern (55a, 55b) an jeweils einem von zwei Lagerkörpern (35, 36) der Basiseinheit (28) drehgelagert sind, die durch Antriebsmittel (25) derart relativ zueinander verstellbar sind, dass sich die inneren Drehlager (55a, 55b) im Rahmen einer Positionierbewegung parallel zu der Arbeitsebene (26) relativ zueinander bewegen, und wobei die beiden Scherenhebel (46, 47) an ihren dem distalen Endbereich (38) des Positionierarmes (32) zugeordneten äußeren Hebelarmen (54) mittels jeweils eine zur Arbeitsebene (26) rechtwinkelige Drehachse (58) definierenden und quer zu diesen Drehachsen (58) mit Abstand zueinander angeordneten äußeren Drehlagern (57a, 57b) an dem Endeffektorträger (22) drehgelagert sind, wobei einem der äußeren Drehlager (57b) zugleich ein translatorischer Bewegungsfreiheitsgrad (62) zugeordnet ist, der eine zur zugeordneten Drehachse (58) rechtwinkelige Relativbewegung zwischen dem zugehörigen äußeren Hebelarm (54) und dem Endeffektorträger (22) ermöglicht.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Positionierbewegung eine Linearbewegung ist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsebene (26) eine vertikale Ebene ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierbewegung eine vertikale Relativbewegung zwischen den beiden Lagerkörpern (35, 36) ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung der Positionierbewegung jeder Lagerkörper (35, 36), insbesondere unabhängig vom jeweils anderen Lagerkörper (36, 35), unter Ausführung einer Antriebsbewegung (42, 43) verstellbar ist, wobei diese beiden Antriebsbewegungen (42, 43) zweckmäßigerweise zueinander parallele Linearbewegungen sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerkörper (35, 36) auch einheitlich gleichsinnig parallel zu der Arbeitsebene (26) bewegbar sind, insbesondere in einer vertikalen Richtung.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerkörper (35, 36) derart einheitlich um eine zu der Arbeitsebene (26) parallele Drehachse (27) verdrehbar sind, dass die Arbeitsebene eine Schwenkbewegung (27a) bezüglich dieser Drehachse (27) ausführt.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine elektronische Steuereinrichtung (17) zur Steuerung und Koordination der Bewegungen der Lagerkörper (35, 36) aufweist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (28) eine ortsfeste, insbesondere sockelförmig ausgebildete Grundeinheit (34) aufweist, bezüglich der die beiden Lagerkörper (35, 36) insbesondere unabhängig voneinander jeweils im Rahmen einer Antriebsbewegung (42, 43) bewegbar sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Hebelarme (53) und die äußeren Hebelarme (54) untereinander jeweils gleich lang sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (58) der inneren Drehlager (55a, 55b) in einer ersten Bezugsebene (72) liegen, die parallel zur einer die Drehachsen (58) der äußeren Drehlager (57a, 57b) enthaltenden zweiten Bezugsebene (73) verläuft.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Hebelarme (53) jeweils länger sind als die äußeren Hebelarme (54).
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der dem einen äußeren Drehlager (57b) zugeordnete translatorische Bewegungsfreiheitsgrad (62) ein linearer Bewegungsfreiheitsgrad ist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Positionierbewegung eine Linearbewegung ist, wobei die lineare Richtung des Bewegungsfreiheitsgrades (62) mit derjenigen der Positionierbewegung zusammenfällt.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der translatorische Bewegungsfreiheitsgrad (62) mittels einer Kulissenführungseinrichtung (63) vorgegeben ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiseinheit (28) eine insbesondere sockelartige Grundeinheit (34) aufweist, an der der erste Lagerkörper (35) linear verschiebbar gelagert ist, wobei der zweite Lagerkörper (36) seinerseits an dem ersten Lagerkörper (33) linear verschiebbar gelagert ist, wobei zweckmäßigerweise zum einen die beiden Lagerkörper (35, 36) und zum anderen der erste Lagerkörper (35) und die Grundeinheit (34) jeweils teleskopierbar ineinander eintauchen.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerkörper (35, 26) zur Ausführung der Positionierbewegung axial teleskopierbar ineinander eintauchende und zweckmäßigerweise rohrförmig ausgebildete Säulenelemente (35a, 35b) aufweisen.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lagerkörper (35) an der Grundeinheit (34) um seine Längsachse verdrehbar gelagert ist, wobei die beiden Lagerkörper (35, 36) relativ zueinander verdrehgesichert sind, derart, dass ein Verdrehen des ersten Lagerkörpers (35) stets auch ein Verdrehen des zweiten Lagerkörpers (36) mit sich bringt.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Drehlager (55a, 55b) an bevorzugt klammerartig ausgebildeten Lagerträgern (56) der Lagerkörper (35, 36) angeordnet sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zu dem Endeffektorträger (22) führender, zumindest partiell flexibel ausgebildeter Energietransferstrang (74) vorhanden ist, der die beiden Lagerkörper (35, 36) durchsetzt und sich innen oder außen längs eines der Scherenhebel (47) zum Endeffektorträger (22) hin erstreckt.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektorträger (22) plattenförmig mit zu der Arbeitsebene (26) zweckmäßigerweise rechtwinkeliger Plattenebene ausgebildet ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Lagerkörper (35, 36) derart zu der relativen Positionierbewegung antreibbar sind, dass der Endeffektorträger (22) eine Arbeitsbewegung ausführt, bei der seine räumliche Orientierung innerhalb der Arbeitsebene (26) gleich bleibt.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabungseinheit (2) mit zweckmäßigerweise elektromotorischen Antriebsmitteln (25a, 25b, 25c) für den insbesondere voneinander unabhängigen Antrieb der beiden Lagerkörper (35, 36) ausgestattet ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierarm (32) der mindestens einen Handhabungseinheit (2) zwei mit Querabstand nebeneinander angeordnete, hinsichtlich ihrer kinematischen Wirkungen identisch ausgebildete Schereneinheiten (45) aufweist.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schereneinheiten (45) im Bereich ihrer Scherenlager (48) mittels eines zweckmäßigerweise stabförmigen Versteifungssteges (64) miteinander verbunden sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektorträger (22) gleichzeitig mit mehreren Endeffektoren (14) ausgestattet oder ausstattbar ist, die jeweils ein zu einer Relativbewegung bezüglich dem Endeffektorträger (22) antreibbares Arbeitsglied (24) aufweisen, wobei die Handhabungsvorrichtung (1) eine elektronische Steuereinrichtung (17) aufweist, mittels der die mehreren Endeffektoren (14) unabhängig voneinander zur Erzeugung der Bewegungen ihrer Arbeitsglieder (24) ansteuerbar sind.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Endeffektor (14) ein zum lösbaren Aufnehmen von Gegenständen (3) geeigneter Greifer ist.
Handhabungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine benachbart zu der mindestens einen Handhabungseinheit (2) angeordnete Zuführeinrichtung (4) für insbesondere kleinteilige Gegenstände (3) aufweist, von der die Handhabungseinheit (2) zugeführte Gegenstände (3) einzeln abnehmen kann.
Handhabungsvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführeinrichtung (4) eine Gegenstandsbereitstellungszone (13) zur Bereitstellung von seitens der mindestens einen Handhabungseinheit (2) aufzunehmenden Gegenständen (3) aufweist, der mindestens eine insbesondere ein Kamerasystem (16) aufweisende Erfassungseinrichtung (15) zur Erfassung der in der Gegenstandsbereitstellungszone (13) vorhandenen Gegenstände (3) zugeordnet ist.