CN116648410A - 物品拾取和放置系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种物品拾取和放置系统，该系统包括：‑第一物品拾取工具和第二物品拾取工具、以及构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；‑控制单元，其用于使第一物品拾取工具和第二物品拾取工具同步，使得(i)第一物品拾取工具从进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造以便转移到中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造，并且(ii)第二拾取工具从所述中间输送单元拾取第二物品构造以便转移到输出输送单元，其中，第二物品构造和中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造。

Description

物品拾取和放置系统

技术领域

本发明总体上涉及物品拾取和放置系统。更具体地，该系统可以是包装系统。具体地，该物品可以是饮料容器。

背景技术

物品或商品(例如包括液态食品的食品、家庭必需品、个人护理品、饮料容器等)在包装在三次包装中以进一步分配之前，通常以一系列尺寸和格式的二次包装以各种量分组。

通常，在所谓的二次包装中包装一个或多个物品涉及多个步骤，包括从一次或多次进给接收这种物品的供应，拾取这些物品并将其放入包装中，然后封闭包装，这在传统上通过例如在专利号DE1922739A1中描述的工具来完成，该专利公开了一种包括多个移动夹持器组的机构，各个夹持器组具有多个用于将饮料容器供应到箱或盒中的夹持头。

特别地，对于饮料容器，传统的往复拾取和放置系统收集已经被按路线发送到通道中的容器，并且待拾取的容器组被解除线压力。这种解决方案容量有限，并且在拾取之前需要进给产品的分列和整理，其功能和供应输送通常占据许多包装大厅地域。

另外，该解决方案仅能够包装有限范围的包装构造(行和列)，仅搬运有限范围的容器(类型、尺寸(直径和高度)、形状和重量)，并且不存在高效且精确地执行容器定向的可能性。

另外，目前传统设计的包装系统被限制为仅包装有限范围(类型、尺寸、形状、重量)的物品和有限范围的包装格式(行数、列数、对齐或嵌套图案)。在切换到不同的产品/包装构造时，当前机器执行的转换通常涉及大量且通常的手动调节以及广泛使用改变的零件。因此，转换周期往往很长，需要劳动力，并且在每次转换之后生产速率缓慢增加，所有这些都影响工厂生产率。

在解决这个问题的尝试中，已经开发了实现关于区分容器构造的更多灵活性和缩短转换周期的系统。例如US20110036684A1提出了一种物品构造系统，其聚焦于物品，特别是被输送到包装机(22、24)之前预先构造的饮料容器。由通常具有两个通道的进给输送机进给的饮料容器由旋转转移系统以预定捆转移到输出输送机，该输出输送机相对于进给通道成角度地布置。在第二步骤中，输出输送机上的额外机器人应用于使捆的构造适于进一步包装的重新构造步骤。

很明显，如上所述的在包装机之前的容器重新构造系统相当复杂并且占据大的占地面积。

进一步地，尽管这种重新构造机器能够在不进行转换的情况下输送不同的容器构造，但是仍然需要多个包装机来包装各种不同的构造。

鉴于上述情况，本发明的一个特定目的是提供这样的物品拾取和放置系统，其中，从在物品进给处拾取直到将物品输送到输出上的整个过程以高效且灵活的方式、有限数量的物品处理步骤、减少的占地面积以及足够的容量执行。

本发明的另一个目的是提供这样的物品拾取和放置系统，其中，在送进处不需要预先调节物品的间距。

又一个目的是提供这样的物品拾取和放置系统，其尽可能关注于不影响单个物品的搬运。

本发明的另一个目的是提供这样的包装机，其能够以有限数量的物品处理步骤、减少的占地面积、以及足够的容量从物品进给到物品放置在包装中实现高效且灵活的、优选可编程的物品拾取和放置。

特别地，本发明的目的是提供这样的包装机主产品拾取、格式化和包装装载模块，其中，对于特殊范围的包装格式，以工业制造容量，跨宽范围的主容器类型和尺寸，以更紧凑、高效且灵活、优选可编程的方式执行从在进给通道处拾取、定向、格式化、调节间距和放置到二次包装中或上的整个包装过程，而不需要改变零件，并且以有限(最小化)数量的饮料容器处理步骤来这样做。

又一个目的是提供一种无压力、单个容器搬运的包装机，因此避免了容器间和容器搬运系统的冲击。

本发明的另一个目的是提供一种以高效且灵活的方式支持宽范围的包装构造的包装机。

总体上，本发明的目的是提供这样的物品拾取和放置系统，其能够以有限数量的物品处理步骤、减少的占地面积和足够的容量实现更高效且更灵活、优选可编程的拾取、定向、格式化和放置。

发明内容

在根据本发明的第一方面中，提供了一种物品拾取和放置系统，该系统包括：

-第一物品拾取工具和第二物品拾取工具、以及构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；

-控制单元，其用于使第一物品拾取工具和第二物品拾取工具同步，使得(i)第一物品拾取工具从进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造以便转移到中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造，并且(ii)第二拾取工具从所述中间输送单元拾取第二物品构造以便转移到输出输送单元，

其中，第二物品构造和中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造。

在一个实施例中，进给输送单元不提供准备由第一物品拾取工具拾取的第一物品构造，而是以特定构造，按行、或随机地、或甚至不同类型的物品的混合供应多个物品，第一物品拾取工具从这些物品拾取并形成第一物品构造以便转移到中间输送单元。

有利地，在转移被拾取的物品时，第一物品拾取工具可以在将拾取物品输送到中间转移输送单元上以便构建中间构造之前，对拾取物品进行定向、均匀地调节间距、整理、分组和分组调节间距，从而形成一个或多个第一物品构造。

在本发明的上下文中，物品可以是食品或非食品物品。在特定情况下，物品是液体容器，并且更特别地是饮料容器，例如瓶子、罐子、坛子等。

在根据本发明的另外方面中，提供了一种包装机，包括如本文通篇描述的物品拾取和放置系统。

在根据本发明的另一方面中，提供了一种物品拾取和放置方法，该方法包括：

-提供构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；

-从进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造，并将其转移到中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造；

-从所述中间输送单元拾取第二物品构造并将其转移到输出输送单元，

其中，第二物品构造和中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造。

附图说明

图1和图2同时例示了表示根据本发明的物品拾取和放置系统的示意图；

图3例示了可以通过根据本发明的物品拾取和放置系统获得的多个不同的第二物品构造；以及

图4a、图4b和图5例示了根据本发明的可以用于物品拾取和放置系统中的不同物品拾取工具。

具体实施方式

在以下实施例中公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅作为权利要求的基础，并且作为用于教导本领域技术人员以实际上任何适当的详细结构来不同地采用本发明的代表性基础。应当理解，各个特定部分包括以类似方式操作以实现类似目的所有技术等同物。

在根据本发明的第一方面中，提供了如图1和图2中示意性例示的物品拾取和放置系统，该系统包括：

-第一物品拾取工具(1)和第二物品拾取工具(2)、以及构造在物品进给输送单元(7)与物品输出输送单元(8)之间的中间输送单元(3)；

-控制单元(未示出)，其用于使第一物品拾取工具和第二物品拾取工具同步，使得(i)第一物品拾取工具从进给输送单元(7)拾取和/或形成第一物品构造(4)以便转移到中间输送单元(3)，从而在所述中间输送单元(3)上形成中间构造(5)，并且(ii)第二拾取工具(2)从所述中间输送单元拾取第二物品构造(6)以便转移到输出输送单元，

其中，第二物品构造(6)和中间物品构造(5)相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造(4)。

在根据本发明的一个实施例中，第一物品拾取工具从随机调节间距和定向的行的进给物品动态地同步并拾取行数量的物品，并且在转移到中间输送单元的同时，均匀地调节间距、定向(可选的)、分组和分组调节间距成行的拾取物品，以形成第一物品构造(4)以便转移到中间输送单元(3)，从而在所述中间输送单元(3)上形成中间构造(5)。第二拾取工具(2)从所述中间输送单元动态地拾取第二物品构造(6)，以便将其转移并同步地动态输送到输出输送单元，其中，第二物品构造(6)和中间构造(5)相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造(4)。

在一个实施例中，在拾取和放置物品期间，进给输送单元和/或中间输送单元和/或输出输送单元处于运动中，即处于输送中。

在第一步骤中，拾取和放置系统从进给输送单元(7)拾取第一物品构造(4)的，并将其输送到中间输送单元(3)以便形成中间物品构造(5)。所述拾取(9)可包括从物品(11)的一个或多个通道(10)拾取。在一个或多个通道(10)中的物品可以均匀地调节间距或者可以随机地到达。中间物品构造(5)与第一物品构造(4)的不同之处在于，构造的尺寸、和/或其表面积形状、和/或中间物品构造内的物品之间的间距与第一物品构造不同。在第二步骤中，拾取和放置系统从中间输送单元(3)拾取第二物品构造(6)并将其输送到输出输送单元(8)上。该第二物品构造(6)是中间构造(5)的一部分，并且在尺寸和/或表面积形状和/或单个物品之间的间距方面不同于第一物品构造(4)。

在本发明的一个实施例中，物品(11)的中间构造(5)可以由多个第一物品构造(4)构成。在这种情况下，第一物品拾取工具(1)在执行从进给输送单元(7)连续拾取并形成物品(11)的第一构造(4)的同时，在中间输送单元(3)上形成中间构造(5)，该中间构造因此由若干随后的第一构造(4)构建。

在本发明的特定实施例中，来自连续拾取操作的第一物品构造可以根据要构建的中间构造的类型(例如6×2–4×2–6×2–4×2)而顺序地变化。

在一个实施例中，第一物品拾取工具能够将两个或更多个拾取的平行行(10)一起调节间距，以形成第一物品构造(4)，并将它们相邻地输送到中间输送单元(3)上，从而形成中间构造(5)，该中间构造由中间输送单元沿第二物品拾取工具(2)的方向向前进给。这些中间构造可跨机器方向和/或在第二拾取工具的方向上延伸，例如如图1和图2所示的柱状。

在本发明的一个实施例中，第二物品构造可以由第一物品构造的一部分构成。在这种情况下，第二物品拾取工具从由一个第一物品构造的一部分构成的中间构造拾取物品的构造。

在本发明的另一实施例中，第二物品构造可以由至少两个连续的第一物品构造的至少一部分构成。在这种情况下，第二物品拾取工具从中间构造拾取物品构造，该构造由至少两个连续的第一物品构造的至少一部分构成。

在本发明的系统中，第一物品拾取工具和/或第二物品拾取工具可以包括一组或多组单独的夹持头，各组夹持头的位置和运动都是受控的。这种位置和运动控制允许匹配进给输送单元(7)上或中间输送单元(3)上的各种间距，并且即使在待拾取的物品构造具有可变间距和/或可变移动速度(pace)的情况下也能准确地拾取。另外，各组夹持头的位置和运动控制可进一步在若干和/或连续的拾取循环之间拾取在进给输送单元(7)上或中间输送单元(3)上示出各种间距的物品。

在优选实施例中，各个夹持头可以是位置和运动受控的，以便与相应的各个进给物品的位置和移动速度相匹配。单独位置和运动控制允许系统在进给输送处的物品构造可变或不均匀的情况下或甚至在物品进给是随机的情况下准确地拾取单个物品。为了扫描在进给处的单个物品的当前和精确位置，系统可以包括任何类型的电子成像系统和/或位置感测系统，以动态地扫描物品并且确定在相应的进给输送机上的各个物品的位置和取向。

为了使夹持头能够单独地位置和运动受控，它们可以安装在物品拾取工具上的一个或多个支撑轨道上的独立的、运动受控的移动器上。这些支撑轨道可以安装在包括竖直移动机构的框架上，该竖直移动机构用于使夹持头能够竖直移动以从进给输送单元拾取物品的构造。

这种具有竖直移动机构的框架可以是能够使夹持头进行3轴移动的台架系统的一部分。这通常通过台架系统在Z方向(竖直方向，即上下)和Y方向(水平横跨机器方向，即在相应的输送单元之间来回)上移动一个或多个支撑轨道、同时具有夹持头的移动器在X方向(水平在机器中方向上，即跟随输送中的物品)上在一个或多个支撑轨道上移动来实现。有利地，各个夹持头的3轴移动也可经由如图4a和图4b例示的3轴台架系统来执行，其中，台架不仅使支撑轨道(13)能够在Z方向和Y方向上移动，而且使包括夹持头(14)的支撑轨道作为整体在X方向(X₁)移动，由此可见，减少了在支撑轨道上所需的夹持头的实际移动(X₂)。这样，减少了独立的移动器输送机构的职责，由此避免过载和故障。另外，各个夹持头仍可在其支撑轨道上沿X方向(X₂)移动。一个或多个支撑轨道作为整体在X方向上的移动可以通过例如线性推进器机构(15)或通过带驱动和滑动机构(16)或任何其它运动和位置受控的线性轴线引导和推进布置来获得。

如图5例示，将一个或多个支撑轨道(13)安装在框架上的替代方案是将其安装在机器人上，更具体地是安装在3D工业机器人(17)(例如ABB、Kuka、Fanuc)上，并且利用这种机器人的3轴移动，即其使得包括夹持头的支撑轨道作为整体能够进行3轴移动(Z，Y，X₁)，由此可见，减少了支撑轨道上所需的夹持头的实际移动(X₂)。这样，减少了独立的移动器输送机构的职责，由此避免过载和故障。

在本发明的一个实施例中，至少第一物品拾取工具(1)可以包括平行安装的多个所述支撑轨道和用于改变所述支撑轨道之间的距离的支撑轨道移动机构。通过改变支撑轨道之间的距离，改变横向于支撑轨道的方向上的各个夹持头之间的间距，以匹配进给输送单元(7)的两个或更多个平行通道(10)之间的任何间距，并重新调节所拾取的行(12)的间距。

在根据本发明的另外实施例中，在从进给输送单元(7)到中间输送单元(3)或从中间输送单元到输出输送单元(8)的转移期间，各个夹持头可适于选择性地定向和/或旋转各个物品。各个夹持头可以并入控制夹持头围绕其纵向轴线旋转的装置。例如，出于美观的原因，可能需要定向，例如，物品可以围绕其纵向轴线旋转以对齐例如表面印刷物或标签。

本领域技术人员将理解，根据所使用的拾取工具的类型，例如基于台架的系统、基于高架框架的系统、基于机器人的系统等，第一物品拾取工具和第二物品拾取工具可以相对于相应的进给、中间和输出输送单元定位。

本发明的物品拾取和放置系统的控制可控制支撑轨道的移动及其夹持头的移动，使得夹持头根据物品在进给输送单元(7)和/或中间输送单元(3)上的构造而实现主夹持头构造。

进一步地，控制系统可被使得能够使第一物品拾取工具的夹持头的移动速度和间距与存在于进给输送单元处的物品的移动速度和间距以及中间输送单元上的物品的移动速度和间距同步，通常跨机器方向，并且特别是在进给输送单元处的物品处于输送中的情况下，即，在拾取操作发生时连续移动的情况下。

控制系统还可以被使得能够使第二物品拾取工具的夹持头的移动速度和间距沿机器方向与输出输送单元的移动速度和间距同步，并且跨机器方向与中间输送单元上的物品的移动速度和间距同步，从而准确地获得物品在输出输送单元上的期望位置，并且特别是在输出输送单元处的包装处于输送中的情况下，即，在物品放置(装载)操作发生时连续移动的情况下。

在操作中，其上安装有拾取头的移动器在沿着支撑轨道被推进的同时是位置和运动受控的，以匹配物品的间距。因此，当以与物品相同的速度行进时，并且在饮料容器的情况下，在各个拾取头已经独立地居中在待拾取的各个饮料容器的盖或封闭件上的情况下，随着物品拾取工具的框架或机器人的上下移动，来自进给输送单元的物品被动态地拾取。在输出输送单元处发生反向操作。

在本发明的上下文中，物品可以是食品或非食品物品。在特定情况下，物品是液体容器，并且更特别地是饮料容器，例如瓶子、罐子、坛子等。

在根据本发明的另外方面中，提供了一种包装机，包括如本文通篇描述的物品拾取和放置系统。这种包装机使得从进给通道开始直到包装操作的整个包装过程能够以高效且灵活的方式、有限数量的过程步骤、减少的占地面积以及足够的容量执行。

进一步地，这种包装机可以支持宽范围的包装构造，例如，1路到4路(行数)乘以2列至6列(列数)的样式，优选地还能够执行单或双或更多个容器层组件(即，如果需要，插入在其间的夹层，或者例如直接嵌套在一起的罐子)和嵌套和/或行列对齐的包装格式图案的形成(例如，三角形3包或五边形6包或平行四边形嵌套8包等)，如图3例示。

在这种包装机的优选实施例中，控制系统被使得能够使第二物品拾取工具(2)的夹持头的移动速度和间距与存在于输出输送单元(8)上的任何组装的包装的移动速度和间距同步，其中，输出输送单元(8)在第二拾取工具(2)输送处于输出构造(6)的物品的同时输送组装的包装；使得输出构造(6)的物品在输送中在输出输送单元处放置在包装中，即，同时物品以及包装连续地移动。

在根据本发明的另一方面中，提供了一种物品拾取和放置方法，该方法包括：

-提供构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；

-从进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造，并将其转移到中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造；

-从所述中间输送单元拾取第二物品构造并将其转移到输出输送单元，

其中，第二物品构造和中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于第一物品构造。

通常，本发明的拾取和放置方法包括两步顺序(即，连续)操作，以从一个或多个进给输送单元动态地拾取大范围(即，不同类型、尺寸、形状、重量)的任何物品，并将它们动态地输送、定向和整理成期望的构造，这些构造为到输出输送单元上的大范围的物品构造(即，不同数量的行、列、层、图案)中的任何构造，输出输送单元可选地支撑包装输送载体，包装输送载体在装载第二物品构造的物品的同时连续地移动(在所谓的输送中)。

在步骤1中执行的功能子步骤可以概括如下：

-从可由一个或多个进给行构成的进给单元动态地拾取物品(11)的第一物品构造(4)，所述进给支撑从一个或多个进给单元随机地调节间距和/或随机地定向的物品，所述拾取是在物品输送的同时进行的；

-沿机器方向布置所拾取的物品之间的间距，并将它们从进给单元(7)转移到中间输送单元(3)。

通过重复前面子步骤的概述通过在向前馈送中间输送机上动态地输送拾取的第一物品构造形成中间物品构造(5)。

在从进给单元(7)到中间输送单元(3)的转移中，在所有的输送中，可以由第一拾取工具(1)执行以下布置：

-可以改变，调整或适应物品之间沿机器方向(x轴)的间距，

-第一物品构造可以(重新)分组和/或部分地重新调节间距成中间构造，并且，

-物品可以定向和/或旋转到目标取向，例如根据例如在进给单元的入口处的物品成像确定。

中间输送单元(3)可以是宽的、磨砂油(matt top)的台式输送机。

在步骤2中执行的功能子步骤可以概括如下：

-从中间输送单元(3)动态地拾取第二物品构造(6)，该第二物品构造通常为来自中间输送单元(3)的期望数量行的预分组和调节间距行的物品，

-在输送时，在动态输送到输出输送单元(8)上之前完成中间构造(5)到第二物品构造(6)的预备重新调节间距，

-在输送中将第二物品构造动态地输送到输出输送单元上，例如在载体上。

本领域技术人员将理解，在根据本发明的实施例中，物品拾取和放置系统能够执行上述所有方法的子步骤。

另外，它可以执行上述所有子步骤，而不会失去物品的取向控制或一旦定向就干扰取向。

进一步地，根据本发明的包装机具有对物品镶嵌定向的能力，其中成组的如此排序和定向的物品提供大的净效应标记，其中，各个定向物品组成更大的销售图形的一部分。

另外，根据本发明的包装机可以执行上述所有子步骤而不会对物品造成任何损坏，例如不会损坏饮料容器颈部箔、标记、容器表面光洁度或其它形式的装饰。

根据本发明的包装机的另一额外益处在于，其提供高容量和高灵活性，同时维持与设备和驱动器的常规拴系连接，例如电力电缆、控制系统布线、气动和真空管路以及冷却供应和返回软管，而不必步入更高的无拴系、无接触、无线技术。

Claims (16)

1.一种物品拾取和放置系统，所述系统包括：

-第一物品拾取工具和第二物品拾取工具、以及构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；

-控制单元，其用于使所述第一物品拾取工具和所述第二物品拾取工具同步，使得(i)所述第一物品拾取工具从所述进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造以便转移到所述中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造，并且(ii)所述第二拾取工具从所述中间输送单元拾取第二物品构造以便转移到所述输出输送单元，

其中，所述第二物品构造和所述中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于所述第一物品构造。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述中间物品构造由多个所述第一物品构造构成。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二物品构造由至少两个连续的第一物品构造的至少一部分构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述第一物品拾取工具和/或所述第二物品拾取工具能够包括一组或多组单独的夹持头，各组夹持头的位置和运动是受控的。

5.根据权利要求4至6中任一项所述的系统，其中，所述单独的夹持头中的每一者是位置和运动受控的。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述夹持头安装在独立的、运动受控的移动器上，所述移动器位于所述物品拾取工具上的一个或多个支撑轨道上。

7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个支撑轨道安装在框架或机器人上，所述框架或机器人包括用于能够使所述夹持头竖直移动以拾取物品构造的竖直移动机构。

8.根据权利要求5所述的系统，其中，至少所述第一物品拾取工具包括平行安装的多个所述支撑轨道和用于改变所述支撑轨道之间的距离的支撑轨道移动机构。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的系统，其中，所述单独的夹持头适于在所述转移期间选择性地对单个物品进行定向。

10.根据权利要求5至8中任一项所述的系统，其中，所述控制系统控制所述支撑轨道的移动及其夹持头的移动，使得所述夹持头根据所述物品在所述进给输送单元和/或所述中间输送单元上的构造而实现夹持头构造。

11.按照权利要求5至10中任一项所述的系统，其中，在所述进给输送单元处的所述物品在输送时，所述控制系统能够使所述第一物品拾取工具的所述夹持头的移动速度和间距与所述进给输送单元处存在的所述物品的移动速度和间距同步。

12.根据权利要求2至7中任一项所述的系统，其中，所述控制系统能够使所述第二物品拾取工具的所述夹持头的移动速度和间距与所述输出输送单元的移动速度和间距同步。

13.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述物品是饮料容器。

14.一种包装机，包括根据前述权利要求中任一项所述的系统。

15.根据权利要求14所述的包装机，其中，所述输出输送单元以组装方式输送包装，并且其中，在组装方式的包装处于输送中时，所述控制系统能够使所述第二物品拾取工具的所述夹持头的所述移动速度和间距与所述组装方式的包装的移动速度和间距同步。

16.一种物品拾取和放置方法，包括以下步骤：

-提供构造在物品进给输送单元与物品输出输送单元之间的中间输送单元；

-从所述进给输送单元拾取和/或形成第一物品构造，并将所述第一物品构造转移到所述中间输送单元，从而在所述中间输送单元上形成中间构造；

-从所述中间输送单元拾取第二物品构造并将所述第二物品构造转移到所述输出输送单元，

其中，所述第二物品构造和所述中间物品构造相对于彼此不同，并且分别不同于所述第一物品构造。