专利名称：用于对单元编组的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于对诸如包装单元之类的单元编组以托盘化这些单元的设备和方法。
背景技术：
在许多不同的制造工业中，例如，所制造的货物被包装在诸如纸箱之类的包装单 元中，这些包装单元然后被放置在用于向前运输的承载托盘上。这种将包装单元放置在承 载托盘上通常被称为托盘化。在每个托盘上若干层包装单元通常一层堆叠在另一层上。为 了最佳地利用承载托盘上的空间，每层包装单元在提升到托盘上之前先被编组。这种编组 意味着每层中每个包装单元被给定相对于每个其他包装单元的精确的位置和方向。
为了给予在承载托盘上堆叠的包装单元良好的稳定性，每个相邻层应具有不同的 编组结构，使得一层中的包装单元可以抵靠另一层中的多个包装单元。这样在层之间产生 了摩擦互锁，有助于防止堆叠散开。 例如，在诸如酿酒工业的、具有大生产量的许多工业中，能够高速执行包装单元的
托盘化和编组是很重要的，因为否则这些因素会限制整个生产过程的速度。 现有技术的说明 例如，以分发或整理为目的，建立包装单元从一个传送带至另一个传送带的自动 传递是已知的。DE19731 656Cl描述了一种设备，通过该设备能够实现自动将包装件从第一 传送带至第二传送带的这样一种传递，以便分发或整理个别包装件。在该文献中描述的设 备包括三轴平行传递机器，其通过臂的往复旋转运动致使供给板在第一传送带和第二传送 带之间往复，该供给板恒定地与传送带的公共运动轴线保持平行。因此该设备可以使包装 件平行地从一个带传递至另一个带，但是该设备不能用于对多个相邻的包装件编组或对单 个或多个包装件定向。 对于包装单元的自动编组的使用之前也是已知的。这种自动编组站通常包括较窄
的供给带，该供给带布置成与较宽的编组带成直线并连接至编组带。两个带都沿共同的方
向被驱动，且供给带在编组带的上游端的中间连接至编组带。待编组的包装单元被放置在
供给带上，供给带经由两个带之间的连接部将包装单元连续地传送至编组带上。然后在编
组带上进行编组操作，其中每个包装单元被赋予相对于其他包装单元的预定方向和位置，
其旨在形成同一个托盘层。 一旦包装单元已经被编组，例如，编组带将该组向前传送至诸如
提升机器人之类的传递设备，其将该组移动至承载托盘上作为一个堆叠层。 在之前已知的用于这种编组的设备和方法中，多个轴向可移动的臂沿着编组带的
一侧或两侧连续地布置，使得它们能以与编组带的移动方向成直角地沿着直线移动。当编
组带向前传送包装单元时，臂能被控制，使得它们在预定的位置处在包装单元的竖直侧壁
上施加压力，从而使得单元横向地位移或使单元绕竖直轴线转动，使得它们在横向方向上
相对于彼此呈现所需的方向和位置。为了使单元在供给方向上呈现所需的位置，在一个组
中最前面的单元之前引入臂或单独的止动元件，使得这些最前面的单元被制动，跟随在这些最前面的单元之后的单元被向前运送直至它们抵靠着前面的单元。 在另一个已知的用于编组的设备和方法中，轴向可移动臂被门式机器人取代，门 式机器人布置在编组带的上游端。门式机器人带有夹持工具，夹持工具能绕竖直轴线旋转， 并能平行且与编组带的移动方向成直角地移动。在对供给至编组带的包装单元编组的过程 中，夹持工具夹住每个单独供给的包装单元的侧壁周围，提升该单元，通过使该单元绕竖垂 直轴线转动而使该单元定向，并将该单元运送至编组带上的预定位置，在该处单元被降低 并通过打开夹持工具而被释放。由于夹持工具夹住包装单元的侧壁周围，在该装置中，当工 具释放开其夹持时，在相邻包装单元之间会出现一些间隙。因而，一旦门式机器人已经完成 近似的编组，该组要经历压縮操作，其中能被从侧面向内推的压縮元件横向压縮该组，并且 例如上文所述类型的止动元件保证该组的压縮沿带的移动方向。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于对包装单元编组的改进的设备和方法。具体的
目的是提供这样一种设备和方法，其通过相对少的活动部件而容易可靠地在高速下以高的 精确度编组。 通过权利要求1前序部分所限定的并且具有权利要求1的特征部分所限定特征的
类型的设备实现了这些和其他目的。该设备旨在用于当托盘化诸如包装单元之类的多个单
元时对所述单元编组，该设备包括用于传送所述单元的供给带和限定编组平面的编组带， 所述供给带和所述编组带被驱动而彼此平行地移动；以及机器人，所述机器人设计成通过 在编组平面上定位和定向所述单元而对所述单元编组。根据本发明，所述供给带的至少一 部分在所述编组带的旁边并邻近所述编组带运行。该机器人是具有机械臂的多轴工业机器 人，所述机械臂上布置有推动元件，该推动元件可绕垂直于所述编组平面的轴旋转，以允许 在所述推动元件提供的推动作用下将至少一个单元从所述供给带传递至所述编组带，同时 在编组带上对该单元进行定向和定位。 通过根据本发明的设备，由单个活动的机械臂执行所述编组操作，该机械臂相对 于移动的编组带和每个准备好的组中的其他单元对每个包装单元进行定向和定位。与已知 的具有连续布置的轴向可移动臂的装置相比，本发明可使单独控制和活动的部件的数量大 大减少。此外本发明意味着，能相当程度地减少沿其进行编组的编组带的长度，除此之外也 减少了设备所占的总空间。 与已知的带有布置在门式机器人上的夹持工具的装置相比，本发明主要的优点是 所述推动元件能直接将每个单元推动到其在该组中的最终位置。实际上，通过从所述编组 带的旁侧进行推动来执行每个单元的移动和定位，消除了对夹持工具的需要，否则需要将 所述单元放置成在单元之间具有一定间隙，以允许夹持工具打开。另一方面，通过本发明， 仅仅通过布置在所述机械臂上的所述推动元件，在组中的每个单元能被定位和定向到其在 所述组中的最终位置。本发明不需要对所述单元进行任何提升或降低，这减少了由所述机 器人所必须执行的总的移动次数。这又允许对于单元的每次定位和定向的执行比迄今为止 的现有技术都更快，使得减少了执行编组花费的总时间。 在已知的带有提升门式机器人的装置也常带来问题，例如由于单元的损坏，编组 操作必须被中断。 一旦损坏的单元被移除，为了夹持一个新的单元，必须随后手动控制夹持
4工具，并且随后回到操作被中断的位置处以重新开始。而另一方面，对于根据本发明的设备和方法来说，损坏的单元可以在中断发生的所述推动元件处直接被手动地替换，接着操作可在该位置处直接重新开始。 通过根据本发明的设备和方法，也可以在编组带恒定向前移动的情况下执行编组。这首先有助于减少编组所花费的时间，此外容易控制相继的托盘化机器人，所述托盘化机器人将每个编组的单元层提升至等待的托盘。 该设备适当地包括用于测量或确定所述编组带速度的装置，该装置连接至机器人控制单元，该机器人控制单元用于相对于所述编组带的速度控制机器人的速度。例如发送与所述编组带前进速率成比例的信号脉冲的脉冲发生器可连接至所述机器人控制单元。除此之外，无论编组带是以何种速度被驱动，这允许很好地协调所述机器人的移动。
该设备可适当地包括检测器，所述检测器布置成邻接所述供给带，以检测一个单元是否已经呈现在所述供给带的预定位置。当所述包装单元已经呈现在所述预定位置，所述检测器发送控制信号给所述机器人控制单元，所述控制信号用于触发用于正在讨论的单元的机器人编组运动。这使所述机械臂的运动动能够和所述供给带的运动相协调，使得能允许所述供给带的速度发生变化而不用考虑其对编组结果的影响。 为了允许进一步提高所述机器臂的运动速度和/或所述机器臂运动的更高精确度和/或单元在编组带上定位的更高精确度，吸力装置可布置在所述推动元件上，用于可分离地保持至少一个单元抵靠着所述推动元件。这用于防止所述单元由于它们的动能而滑移超过所设定的位置，而在所述设定的位置处所述推动元件停止推动运动。因而，该吸力装置至少在推动单元运动的延迟期间被激发以保持所述单元抵着所述推动元件，但是，当所述单元已呈现在所述编组带上其正确的位置时，该吸力装置脱离，使得所述单元从所述推动单元释放。 为了允许进一步提高编组速度和所述推动元件的移动速度，该设备可包括止动元件，该止动元件可引入至进行编组的所述编组带的下游区域的、被编组的单元的移动路径中。这允许所述推动元件以较低的精确度定位组中的单元，尤其是对于相对于所述编组带的移动方向对所述单元所进行的定位。因此，有可能允许所述单元被定位成在所述编组带的移动方向上具有一定间隔。通过使所述止动元件来阻止所述编组单元向前移动，在最前面的单元后的相继的单元随后通过编组带前进，直至它们与前面的单元抵靠。这是一种简单且节省时间的方式，以将高定位精确度的最终的编组给予最初没有被所述机器人高精确度编组的组。 本发明还涉及用于对诸如包装单元之类的单元编组的方法。根据本发明的该方法实现如上描述的相应目的和优点。本发明其他目的和优点在下面的说明和专利权利要求中阐明。
在下面结合附图给出本发明的详细示例性描述，附图由根据本发明的设备的示意性俯视图构成。
具体实施例方式
图1示意性地示出了根据本发明示例性实施方式的设备。该设备包括供给带1， 供给带1沿第一方向以恒定速度A被驱动。编组带2沿与供给带1的运动方向平行的方向 以恒定速度B被驱动。带1和2布置成使得供给带1的下游端布置在编组带2的上游端的 近侧旁边，并邻近编组带2的上游端的近侧。带1和2的上侧都布置在基本上相同的平面 中，本文中该平面称为编组平面并且在该示例中显示为水平的。具有机械臂4的六轴工业 机器人3布置在由供给带1的面对编组带的一侧和编组带的上游端形成的内部角落处。推 动元件5以细长杆的形式布置在臂的自由端处。该推动元件5通过铰接接头6可旋转地附 接至机械臂4，铰接接头6又布置在臂上，从而该接头可绕水平轴7旋转。铰接接头6限定 了旋转轴，该旋转轴基本上垂直于推动元件5的纵轴，且能在铰接接头6绕轴7转动过程中 保持与编组平面垂直，也就是说在竖直位置。这样，有可能驱动机械臂在供给带l和编组带 2上移动，同时推动元件5的纵轴保持基本上平行于编组平面，并且同时推动元件5同时绕 竖直轴线旋转。正如通常情况下的工业机器人，机器人的移动部分能够彼此独立地绕它们 各自的轴线移动。因而推动元件5能够独立于工业机器人的其他部分的移动而绕竖直轴线 旋转。这样又允许被推动元件5移动的包装单元从供给带传递至编组带上的正确位置，同 时通过转动而被定向。 在该实施例中显示了与天线接触的摇杆形式的检测器8，其固定布置在沿供给带 的预定位置处。 在对该示例中显示为由纸箱组成的包装单元进行编组的过程中，包装单元10 — 个接一个地连续放置在供给带1的上游端处。包装单元10以恒定速度A朝向检测器8被连 续地供给。当包装单元与天线接触时，检测器发送信号至机器人3的控制单元(未示出)， 该信号触发机器人，导致其开始对于正在讨论的包装单元的编组运动。相关编组结构中每 个包装单元在编组带上的最终方向和位置被储存在控制单元中。 现在引入机器臂，使得推动元件成为抵靠正在讨论的包装单元的背向编组带的外 侧。然后机械臂被驱动以执行编组运动，在该过程期间，包装单元沿着并搁置在供给带和编 组带的上面而被推动。在该编组运动的过程期间，推动元件5绕竖直轴线旋转，使得包装单 元在编组带上呈现所需的方向。 在附图的左侧显示的是已准备好的一组包装单元，在附图的右侧显示的是正在编 组过程中的一组包装单元。从附图中可以看到，每个包装单元能被旋转以将其定向成与包 装单元在供给带1上的最初的方向平行或成直角。但是应该意识到，通过推动元件的转动， 每个包装单元在编组带2上能被给予任何所需的方向。正在讨论的包装单元以此方式被正 确地推至其相对于同组中其他包装单元的最终位置。当包装单元已经呈现其正确的位置 时，为了当下一个包装单元到达检测器8时开始新的编组运动，推动元件能直接返回到与 检测器8接近的开始位置。因此应该意识到，推动元件5通常不需要提升其相对于编组单 元的工作高度。这意味着机器人的运动次数以及每次编组运动花费的时间都能保持较少， 从而最小化整个编组的时间并最大化包装单元的生产速度。 在所示的示例中，在将总共12个包装单元编组成构成托盘层的每个组的过程期 间，编组带以恒定的速度移动。因而可以控制从编组带的额定速度开始的机器臂的编组运 动。然而为了更精确，以及为了可以允许偏离编组带的额定速度，需要相对于编组带的实际瞬间速度控制机器臂的运动。因而机器人的控制单元连接至脉冲发生器，该脉冲发生器连续地给控制单元提供关于编组带的实际速度的信息。 —旦在一个组中的所有包装单元已经定位并定向至它们正确的位置，完成的组由编组带向前传送。在一个未示出的实施方式中，例如，具有夹持元件的托盘机器人可布置在编组带的下游端，该夹持元件夹住该组的至少两个相对朝向的侧面周围。然后该托盘机器人跟踪该组随着编组带的移动，并抓住该组且将该组提升到在编组带附近放置的托盘上。
然而在附图中显示的示例中，另一传送带11布置在编组带2的下游并与编组带2成一直线。传送带ll以速度C被驱动，在显示的示例中该速度C与编组带2的速度B相同。传送带11被布置成距编组带有一短距离，留出相对小的间隙，该间隙可被正在从编组带运送至传送带的、已完成的包装单元组容易地越过。止动元件12以引导杆的形式布置在该间隙内，从而止动元件12能升高和降低。通过升高止动元件12，使止动元件12突出于编组平面之上，由于组中最前面的包装单元会抵靠着止动元件，所以能制动正被编组带向前运送的组。例如，为了使传送带上两个相继的组之间产生充分的间隔，止动元件可被触发，使得相邻传递带布置的托盘机器人能够在没有碰撞随后的下一组的风险的情况下处理第一组。但是，止动元件也可用于对在编组带上未被精确编组的组的编组进行整理或细微的调整。当最前面的包装单元通过接触止动元件12而被制动时，可能已经定位成距前面的包装单元有一定间隔的后续的包装单元会通过编组带的供给移动而被运送，直到它们抵靠住前面的包装单元。由此消除一个组中的包装单元之间在编组带移动方向上的任何不期望的间隔。
如果包装单元具有平行于编组平面的矩形截面，直线式的止动元件也用于校准组中的任何歪斜的包装单元。由于包装单元在编组带上的定位和定向的精确度可被降低，止动元件这样能用于提高编组速度，这允许提高机器臂的移动速度。 为了进一步允许提高编组速度和/或允许包装单元在编组带上的定向和定位，推动元件可设置有吸力装置，该吸力装置当推动元件推动包装单元时被启动。因此，包装单元通过真空而被保持成牢固地抵靠着推动元件。这部分地用来防止包装单元相对于推动元件平行地滑移，并且部分地用来防止当推动元件慢下来时包装单元由于其惯性而滑移超过它们所要的位置。 本发明示例性的实施方式已在上文中进行了描述。但是应该意识到，本发明并不限于这些描述，而是可在不脱离随后的专利权利要求的范围内自由修改。例如，如果需要且合适，在由机器臂所执行的编组运动过程期间，可通过推动元件同时对多于一个的包装单元进行定向和定位。如可从附图中看到的，通过根据本发明的设备和方法，两个相继的组能被编组成两个不同的编组结构。也应进一步意识到，根据本发明的设备和方法允许对于在外形和尺寸上有很大变化的包装单元及其他单元进行编组，且这些单元被编组成的编组结构也可在很大的范围内变化。
权利要求
一种用于当托盘化诸如包装单元之类的多个单元时对所述单元编组的设备，所述设备包括用于传送所述单元(10)的供给带和限定编组平面的编组带，所述供给带和所述编组带被驱动而彼此平行地运动；以及机器人，所述机器人设计成通过在所述编组平面上定位和定向所述单元而对所述单元编组，所述设备的特征在于，所述供给带(1)的至少一部分在所述编组带(2)的旁边并邻近所述编组带(2)运行，所述机器人(3)是具有机械臂的多轴工业机器人，所述机械臂上布置有推动元件(5)，所述推动元件(5)能绕垂直于所述编组平面的轴(6)旋转，以允许在所述推动元件提供的推动作用下将至少一个单元从所述供给带传递至所述编组带，同时在所述编组带上定向和定位所述单元。
2. 如权利要求1所述的设备，该设备包括用于测量所述编组带的速度的装置，所述装 置连接至所述机器人(3)的控制单元，用于相对于所述编组带(2)的速度来控制所述机器 人的运动。
3. 如权利要求1或2所述的设备，该设备包括检测器(8)，所述检测器(8)布置成邻接 近所述供给带(l)，用于检测单元(10)是否已经呈现在所述供给带上的预定位置。
4. 如权利要求1-3任意一项所述的设备，该设备包括吸力装置，所述吸力装置布置成 邻接所述推动元件，用于可分离地保持至少一个单元抵靠着所述推动元件。
5. 如权利要求l-3任意一项所述的设备，该设备包括止动元件(12)，所述止动元件 (12)可插入被编组的所述单元(10)的移动路径中。
6. —种用于当托盘化诸如包装单元之类的多个单元时对所述单元编组的方法，其中， 单元通过供给带被传送，限定编组平面的编组带被驱动而平行于所述供给带运动，以及由 机器人通过在所述编组平面上定位和定向所述单元而对所述单元编组，所述方法的特征在 于，所述供给带(1)将所述单元(10)传送到所述编组带(2)的旁边，布置在多轴工业机器 人的臂上且可绕垂直于所述编组平面的轴旋转的推动元件(5)将至少一个单元从所述供 给带推动至所述编组带上，所述推动元件在所述编组带上将所述单元进行定向和定位。
7. 如权利要求6所述的方法，其中，相对于所述编组带(2)的速度而控制所述机器人 (3)的运动。
8. 如权利要求6或7所述的方法，该方法包括对单元(10是否已经呈现在所述供给带 (1)的预定位置进行检测。
9. 如权利要求6-8中任一项所述的方法，该方法包括通过吸力装置可分离地保持至少 一个单元抵靠着所述推动元件。
10. 如权利要求6-9中任一项所述的方法，该方法包括通过可移动的止动元件(12)在 所述编组带(2)继续被驱动的同时制动所述编组带上的被编组的所述单元。
11. 如权利要求6-10中任一项所述的方法，其中，所述编组带(2)以恒定的速度被驱动。
12. 如权利要求6-11中任一项所述的方法，其中，所述供给带(1)以恒定的速度被驱动。
全文摘要
一种用于当托盘化诸如包装单元之类的多个单元时对所述单元编组的设备，该设备包括用于传送所述单元(10)的供给带和限定编组平面的编组带，所述供给带和所述编组带被驱动而彼此平行地运动；以及机器人，所述机器人设计成通过在编组平面上定位和定向单元，从而对所述单元编组。供给带(1)的至少一部分在编组带(2)的旁边并邻近编组带运行。机器人(3)是具有机械臂的多轴工业机器人，在所述机械臂上布置有推动元件(5)，所述推动元件(5)可绕垂直于编组平面的轴(6)旋转，以允许在所述推动元件提供的推动作用下将至少一个单元从供给带传递至编组带，同时在编组带上对所述单元进行定向和定位。
文档编号B65G47/52GK101765554SQ200880024499
公开日2010年6月30日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月13日
发明者拉尔斯·埃里克·特里吉 申请人:拉尔斯·埃里克·特里吉