Die Erfindung betrifft einen Vakuumgreifer und eine automatische Verkaufseinheit. Derartige Verkaufseinheiten haben in jüngerer Zeit vermehrt Verbreitung gefunden. Sie umfassen im Wesentlichen Lagereinheiten zur Lagerung von zum Verkauf angebotenen Artikeln, Benutzerschnittstellen sowie Ausgabeinheiten zur Ausgabe von über die Benutzerschnittstelle angeforderten Artikeln an einen Benutzer. Typischerweise ist dabei mindestens eine Robotereinheit zum Verbringen von Artikeln von der Lagereinheit zu der Ausgabeeinheit vorgesehen.

Eine gattungsgemäße Verkaufseinheit wird unter der Bezeichnung „VPS Roberta“ von der Kirschenhofer Maschinen GmbH angeboten. Die genannte Verkaufseinheit stellt Artikel und Verwendung eines mechanischen Robotergreifers bereit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte automatische Verkaufseinheit sowie einen verbesserten Vakuumgreifer anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.

Eine erfindungsgemäße automatische Verkaufseinheit umfasst mindestens eine Lagereinheit zur Lagerung von zum Verkauf angebotenen Artikeln sowie mindestens eine Benutzerschnittstelle und eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe von über die Benutzerschnittstelle angeforderten Artikeln an einen Benutzer. Dabei ist mindestens eine Robotereinheit zum Verbringen von Artikeln von der Lagereinheit zu der Ausgabeeinheit vorhanden, welche sich dadurch auszeichnet, dass sie einen Vakuumgreifer umfasst. Die Verwendung eines Vakuumgreifers hat dabei gegenüber der Verwendung von konventionellen mechanischen Greifern den Vorteil, dass sich dadurch eine erheblich verbesserte Flexibilität im Hinblick auf die zu greifenden Gegenstände ergibt. Für einen Vakuumgreifer genügt es in der Regel, wenn auf den zu greifenden Artikel eine Oberfläche vorhanden ist, welche ein Ansaugen durch einen Unterdrück ermöglicht. Auf diese Weise werden auch vergleichsweise großvo- lumige Artikel, welche einen Zugriff durch einen konventionellen Greifarm nicht erlauben würden, für die Robotereinheit zugänglich.

Dadurch, dass der Vakuumgreifer mindestens eine Ansaugeinheit zum Ansaugen eines Artikels mittels eines Unterdrucks und mindestens ein Kontaktelement zu einer mechanischen Fixierung des Artikels während des Ansaugens umfasst, kann eine verbesserte Fixierung des Artikels an dem Greifer erreicht werden.

Dabei kann das Kontaktelement als separates Element und/oder als flexibles Element ausgebildet sein. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, das Kontaktelement derart zu gestalten, dass es eine maximale Haftreibung mit einer Außenfläche eines Artikels aufweist, was bei der Aufnahme und der weiteren Handhabung des Artikels von Vorteil sein kann.

Bei der Ansaugeinheit kann es sich insbesondere um einen Sauggreifer handeln. Unter einem Sauggreifer im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein flexibler Saugnapf zu verstehen, welcher seine Erstreckung in Richtung eines angesaugten Artikels unter Einwirkung eines Unterdrucks verringert, sodass der Artikel auf den Sauggreifer zugezogen wird, sich also in Richtung des wirkenden Unterdruckes bewegt; umgekehrt kann in diesem Fall auch der zugehörige Roboterarm auf den Artikel zu nachgeführt werden.

Eine Aufnahme eines Artikels mittels des Vakuumgreifers kann dann auf die nachfolgend geschilderte Weise erfolgen:

Das Kontaktelement ist benachbart zu dem Sauggreifer angeordnet und der Sauggreifer steht in einem ersten Betriebszustand, in welchem kein Unterdrück an dem Sauggreifer anliegt, mindestens teilweise über das Kontaktelement über.

In einem ersten Schritt nähert sich der Vakuumgreifer derart an den zu greifenden Artikel an, dass die Mündungen der Sauggreifer in Kontakt mit einer Außenfläche des Artikels geraten. Die Annäherung des Vakuumgreifers an den Artikel kann mit Unterstützung eines Abstandssensors, insbesondere eines optischen Abstandssensors erfolgen.

Spätestens bei einem Kontakt der Sauggreifer mit der Außenfläche des Artikels werden die Sauggreifer mit einem Unterdrück beaufschlagt, so dass der Sauggreifer den Artikel ansaugt. Dadurch, dass der Sauggreifer seine Längserstreckung aufgrund des Unterdrucks reduziert, wird der Artikel in Richtung des Kontaktelements gezogen und eine Außenfläche des Artikels wird an eine Kontaktfläche mit einer Anpresskraft F gedrückt.

Wenn nun der Vakuumgreifer mindestens zeitweise derart ausgerichtet ist, dass die Anpresskraft eine Komponente senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft aufweist, muss durch den Unterdrück nicht mehr die gesamte Gravitationskraft des Artikels aufgebracht werden. Vielmehr wird ein Teil der zu kompensierenden Gravitationskraft durch die Haftreibungskraft zwischen der Außenfläche des Artikels und der Kontaktfläche des Kontaktelementes aufgebracht.

Dieser Effekt kann dadurch maximiert werden, dass der Vakuumgreifer mindestens zeitweise derart ausrichtbar ist, dass die Anpresskraft senkrecht zur Richtung der Gravitationskraft wirkt. In diesem Fall praktisch die gesamte Gravitationskraft durch die Haftreibungskraft aufgebracht. In Abhängigkeit der Massenverteilung des getroffenen Artikels wird typischerweise noch ein Drehmoment um eine horizontale Achse auftreten, wenn es zu einem Kipp des Artikels um diese Achse führen würde. Dieses Drehmoment kann von denjenigen Sauggreifern kompensiert werden, welche im oberen Bereich des Vakuumgreifers angeordnet sind.

Mit anderen Worten gestattet es die Erfindung und insbesondere die Ausführung des Vakuumgreifers wie oben beschrieben, einen Artikel an einer Seitenfläche zu greifen, anzuheben und an einem vorbestimmten Ort abzulegen. Dadurch wird es möglich, auch vergleichsweise großvolumige und schwere Artikel mit dem Roboterarm zu bewegen. Hierzu genügt es, wenn die zu bewegenden Artikel mindestens eine Außenfläche aufweisen, die einem Ansaugen durch den Sauggreifer zugänglich ist. Dadurch, dass das Kontaktelement aus einem elastischen Material gebildet ist und insbesondere Polyurethan enthält, können die Eigenschaften des Kontaktelementes weiter auf die gewünschte Funktion hin optimiert werden.

Dabei ist es von Vorteil, wenn das Kontaktelement in seinem Inneren Hohlräume aufweist; in einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das Kontaktelement in seinem Inneren eine Rippenstruktur auf.

Eine Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf verschiedene Einsatzszenarien kann dadurch erreicht werden, dass das Kontaktelement lösbar auf einem Trägerelement angeordnet ist; hierbei können das Kontaktelement und das Trägerelement mittels einer Nut und Federverbindung mit einander verbunden sein.

Eine besonders kompakte und vorteilhafte Gestaltung des Vakuumgreifers kann dadurch realisiert werden, dass das Kontaktelement und das Trägerelement als einander korrespondierende mindestens teilweise hohlzylindrische Elemente ausgebildet sind.

Dabei kann die Ansaugeinheit mindestens teilweise im Innenbereich des Kontaktelementes und des Trägerelementes angeordnet sein.

Dadurch, dass der Vakuumgreifer einen Abstandssensor umfasst, kann die Annäherung des Vakuumgreifers an den zu greifenden Artikel gesteuert erfolgen.

Der Abstandssensor kann dabei als optischer Sensor, insbesondere als Blaulichtsensor ausgebildet sein. Derartige Sensoren besitzen im Hinblick auf ihre Empfindlichkeit für Reflexionen auf unterschiedlichsten Oberflächen ausgesprochen vorteilhafte Eigenschaften.

Der oben im Kontext von automatischen Verkaufseinheiten beschriebene Vakuumgreifer ist in seiner Anwendung nicht auf dieses Anwendungsfeld beschränkt. Er kann insbesondere dort zur Anwendung kommen, wo unterschiedlichste Artikel bzw. Gegenstände zuverlässig gehandhabt werden müssen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine exemplarische Ausführungsform eines Vakuumgreifers, und

Figur 2 ein Detail zu der Erfindung

Figur 1 zeigt eine exemplarische Ausführungsform eines Vakuumgreifers für eine erfindungsgemäße Verkaufseinheit. Der Vakuumgreifer 1 ist dabei als Teil einer Greifeinheit 11 ausgebildet und über ein Halterohr 2 mit einem Anschlussstück 3 für eine Roboteraufnahme verbunden. Der Vakuumgreifer 1 umfasst im gezeigten Beispiel drei als Sauggreifer 4 ausgebildete Ansaugeinheiten, welche über ein Zwischenstück 5 mit einem Vakuumgehäuse 6 verbunden sind. Am Vakuumgehäuse 6 angeordnet sind im gezeigten Beispiel drei Ejektormodule 7, welche zur Unterdruckerzeugung dienen und über nicht dargestellte Pressluftleitungen, die durch das Halterohr 2 verlaufen, mit einer externen Druckluftquelle verbunden sind. Die Unterdruckseite der Ejektormodule 7 ist mit in der Figur nicht dargestellten Kanälen in dem Vakuumgehäuse 6 verbunden, welche durch das Zwischenstück 5 verlaufen und mit den Sauggreifern 4 in Verbindung stehen. Ebenfalls erkennbar in der Figur sind die Drucksensoren 8, welche über Leitungen 9 mit dem Vakuumgehäuse 6 verbunden sind und ihrerseits über in der Figur nicht gesondert bezeichnete elektrische Verbindungen mit einem Elektronikgehäuse 10 verbunden sind.

Im gezeigten Beispiel sind die Sauggreifer 4 im Innenbereich von teilweise hohlzylindrisch ausgebildeten, einander korrespondierenden Trägerelementen 12 und Kontaktelementen 13 angeordnet. Erkennbar in der Figur ist, dass die Träger- und Kontaktelemente 12,13 einen axial verlaufenden Freischnitt umfassen, so dass die zugehörigen Sauggreifer 4 vergleichsweise nahe beieinander angeordnet werden können. Es ist selbstverständlich ebenso denkbar, die Träger- und Kontaktelemente 12,13 bei entsprechenden Platzverhältnissen auch als geschlossene hohlzylindrische Elemente auszubilden. Umgekehrt ist auch eine Ausbildung als mehrere gegebenenfalls bogenförmige Teilsegmente denkbar. Die Kontaktelemente 13 sind im gezeigten Beispiel auf den Stirnflächen der Trägerelemente 12 aufgesteckt. Weiterhin sind die Trägerelemente 12 ihrerseits auf dem Zwischenstück 5 wechselbar angeordnet, so dass sie bei Bedarf gegen andere Trägerelemente ausgetauscht werden können, um beispielsweise die Länge der Trägerelemente, also deren axiale Erstreckung, an entsprechende Gegebenheiten anzupassen. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Vakuumgreifers 1 wird dieser zunächst mittels eines in der Figur nicht dargestellten Roboterarms an einen zu greifenden Artikel angenähert, bis die Sauggreifer 4 in Kontakt mit einer Außenfläche des Artikels geraten. Die Annäherung wird dabei üblicherweise mittels des optischen Abstandssensors 14 unterstützt. Dabei kann es sich bei dem Abstandssensor 14 insbesondere um einen Blaulichtsensor handeln, welcher von dem Artikel reflektiertes blaues Licht mittels eines flächigen Empfängerbereichs aufnimmt und anhand der aufgenommenen Intensität Rückschlüsse auf den Abstand des Vakuumgreifers 1 von dem Artikel erlaubt.

Nachfolgend werden die Sauggreifer 4 mit einem Unterdrück beaufschlagt. Der Unterdrück wird dabei durch eine Beaufschlagung der Ejektormodule 7 mit Pressluft mit einem Druck von ca. fünf bar hergestellt. Aufgrund der in der Figur gut erkennbaren Gestaltung der Sauggreifer 4 in der Art eines nachgiebigen Faltenbalgs wird der Artikel in Richtung des Vakuumgreifers 1 gezogen, sodass seine Außenfläche bereichsweise in mechanischem Kontakt mit den Kontaktelementen 13 gelangt und mit einer bestimmten Anpresskraft gegen diese gedrückt wird. Die Anpresskraft hängt dabei unter anderem von dem aufgebauten Unterdrück und den elastischen Eigenschaften der Sauggreifer 4 ab. Gegebenenfalls kann die Aufnahme und das In- Kontakt-Bringen des Artikels mit den Kontaktelementen 13 durch eine entsprechende Bewegung des Roboterarms unterstützt werden.

Der Artikel kann nun beispielsweise angehoben und mittels des Roboterarms an einen anderen Ort verbracht werden. Dabei ist die weiche, flexible Gestaltung der Kontaktelemente 13 vorteilhaft. Durch die genannte Gestaltung der Kontaktelemente 13 wird ein hoher Reibschluss zwischen den Kontaktelementen 13 und einer Außenfläche des betreffenden Artikels ermöglicht. Verläuft beispielsweise die gegriffene Außenfläche überwiegend in der Vertikalen, so wird die Gewichtskraft des Artikels nicht von den Sauggreifern 4, sondern von den Kontaktelementen 13 und im Ergebnis von den starren Teilen des Vakuumgreifers 1 aufgenommen. Mit anderen Worten genügt es für eine Aufnahme des Artikels, wenn die Haftreibungskraft zwischen der Außenfläche des Artikels und dem Kontaktelement 13 größer als die Gewichtskraft des Artikels ist. Durch die Sauggreifer 4 und dann lediglich gegebenenfalls noch eine Kraft abgefangen werden, die aus einem Drehmoment herrührt, welches im Wesentlichen von der lateralen Erstreckung des Artikels und seiner Masseverteilung abhängt. Damit wird der erfindungsgemäße Vakuumsgreifer 1 in die Lage versetzt, vergleichsweise große Lasten mit vergleichsweise geringen Unterdrücken anzuge- ben und zu verbringen.

Figur 2 zeigt zur Veranschaulichung der Struktur eines exemplarischen Kontaktelementes 13 einen radial verlaufenden Schnitt. Im gezeigten Beispiel kann das Kontaktelement 13 mittels eines additiven Verfahrens, beispielsweise eines 3-D Druckverfahrens, hergestellt sein. Die Verwendung eines additiven Verfahrens ermöglicht auch die Schaffung vergleichsweise komplexer Innenstrukturen des Kontaktelementes 13. Im gezeigten Beispiel umfasst die Innenstruktur des Kontaktelementes 13 eine Mehrzahl von Rippen 15, welche in der Art eines Faltenbalges orientiert sind. Selbstverständlich sind auch andere, beispielsweise geschäumte Strukturen denkbar.

Bezugszeichenliste

1 Vakuumgreifer

2 Halterohr

3 Anschlussstück

4 Sauggreifer

5 Zwischenstück

6 Vakuumgehäuse

7 Ejektormodul

8 Drucksensor

9 Leitung

10 Elektronikgehäuse

11 Greifeinheit

12 Trägerelement

13 Kontaktelement

14 Abstandssensor

15 Rippe