用于搬运工件托盘的搬运系统和搬运设备的制作方法

1.本发明涉及一种包括用于搬运工件托盘的搬运设备的搬运系统、与该搬运系统一起使用的搬运设备以及包括该搬运系统的机床。


背景技术：

2.在部分或完全自动化的生产过程中使用的、用于搬运承载工件的工件托盘的搬运系统已从现有技术中为人所知。为此，人们总是希望提供一种搬运系统，其一方面能够以尽可能最通用和最有效的方式搬运工件托盘，另一方面以相对紧凑的设计为特征。
3.这种搬运系统的可能应用领域包括搬运机床上的工件托盘，特别是在机床的工作空间中进行托盘更换的过程中搬运，或者与托盘存储或设置站相关的搬运。
4.已知的搬运系统的一个问题是通常只有一个工件托盘被搬运系统的搬运设备移动，使得例如机床工作空间中的托盘更换需要多次移动的组合，在此过程中，待移除的工件托盘首先由工作空间中的接收装置拾取并转移到存储位置，然后才能从另一个存储位置拾取要插入的新工件托盘，并转移到存储位置工作空间中的接收装置。
5.现有技术的其他搬运系统依赖于基本上同时搬运两个工件托盘，以应对上述问题，尤其是减少所需的移动次数。
6.然而，同时搬运的工件托盘的数量越多，这对搬运设备本身越不利，因为所述的搬运设备会承受额外的负载，这在配置和使用搬运系统时必须考虑。


技术实现要素：

7.因此，本发明的一目的是提供一种具有改进的可同时搬运多个工件托盘的搬运系统。
8.为了实现该目的，提出了一种搬运系统，其包括根据权利要求1所述的搬运设备和根据权利要求14所述的用于搬运系统的搬运设备。
9.本发明的另一目的还在于提供一种机床，其具有改进的在机床的工作空间中更换工件托盘的可能性。
10.为了实现该目的，提出了一种根据权利要求15所述的包括搬运系统的机床。
11.各个从属权利要求涉及根据本发明的搬运系统、根据本发明的搬运设备和根据本发明的机床的优选实施例，它们可以各自单独地或组合地提供。
12.根据本发明的第一方面，提供了一种用于搬运工件托盘的搬运系统，其包括搬运设备。所述搬运设备包括承载装置和用于搬运工件托盘的搬运装置，所述搬运装置由承载装置承载并且包括具有至少两个被构造成接收工件托盘的容置空间的置换装置。搬运装置还被配置为沿着第一移动方向相对于承载装置移动置换装置，使得两个容置空间一起移动。搬运系统的特征在于，搬运装置还被配置为使用至少一个分离装置将由搬运装置搬运并接收在至少两个容置空间之一中的工件托盘与置换装置分离，使得分离的工件托盘在置换装置沿第一移动方向移动期间基本上保持其相对于承载装置的位置。
13.工件托盘应理解为配置为承载工件的托盘，其可用于通常具有标准化接收接口的很多接收装置。
14.置换装置沿第一移动方向的移动应理解为向前移动和向后移动。换句话说，置换装置可沿着第一移动方向来回移动。
15.使分离的工件托盘“基本上”保持相对于承载装置的位置意味着分离的工件托盘相对于承载装置的数值位置(numerical position)不必在置换装置的整个移动过程中保持恒定，但它可以在典型的变形和存储极限内移动。例如，在置换装置的移动过程中，由搬运设备的弹性部件变形或由分离的工件托盘的浮动安装(floating mounting)引起的所述位置信息的变化应该是允许的，只要这些变化不与在相对于承载装置的横向运动过程中移动置换装置的目的相冲突，而无需将分离的工件托盘移动到与横向移动的幅度相似的程度。
16.根据本发明的包括搬运设备的搬运系统可有利地用于通过搬运系统，特别是通过搬运设备的搬运装置基本上同时搬运至少两个工件托盘。以这种方式，可显著减少在任何搬运过程中所需的移动次数，因为例如，在第二工件托盘可被搬运装置搬运之前不必首先放置第一工件托盘。
17.此外，至少两个容置空间中的第二个还可用作工件托盘的额外存储空间，这意味着在搬运系统中的工件托盘的最大数量可增加至少一个。例如，在托盘库与搬运系统相关联的情况下，能增加一个可存储或放置在搬运系统中的工件托盘的数量，而无需使托盘库本身变大。
18.额外接收多个工件托盘的可能性不可避免地导致整个搬运设备的负载增加，因为要搬运的单个工件托盘的重量通常可达1.5吨或更多。另外的工件托盘的额外重量不仅导致搬运设备上的额外静态负载，而且在横向运动期间也导致额外的动态负载，这有利地通过根据本发明的具有分离装置的配置来应对，如下文详细解释的。
19.在置换装置的初始状态下，容置空间相对于搬运设备的其余部分优选地布置成使得接收在容置空间中的工件托盘尽可能对称地布置，特别是相对于负重的承载装置。换句话说，当搬运设备处于初始状态时，容置空间优选地相对于承载装置对称地布置。
20.这样，由于工件托盘在对称布置的容置空间中的各个单独的倾斜力矩(tilting moment)几乎相互补偿，因此，在初始状态下，由工件托盘的重量引起的、作用于搬运装置上、并因此也作用在承载装置上的所产生的倾斜力矩可大大减小。
21.在置换装置从初始状态到延伸状态的移动过程中，不可避免地会发生承载质量的重新分布，因为置换装置还将接收在容置空间中的工件托盘移动到不对称布置的状态。除其他外，这尤其导致所产生的倾斜力矩的大大增加，因为置换装置的运动路径通常必须覆盖相当大的距离，这导致承载搬运装置的承载装置和置换装置的延伸的容置空间之间的杠杆臂相对较长。再加上工件托盘的质量通常很大，由此产生的倾斜力矩代表了一个与配置特别相关的量。
22.作用在搬运装置上并因此也作用在延伸状态下的承载装置上的额外负载导致材料负载(在材料应力的意义上)增加以及搬运设备的部件变形增加，特别以弯曲和/或扭转的形式。这不仅不利于整个搬运设备的使用寿命，而且对工件托盘的精确搬运也具有负面影响，尤其是当搬运设备与用于工件托盘的其他接收装置相互作用时。
23.根据本发明的分离装置允许至少一个工件托盘在移动之前从置换装置运动学地(kinematically)分离，使得置换装置沿着第一移动方向的移动不会传递到分离的工件托盘。虽然搬运设备继续承载与置换装置分离的工件托盘，但是置换装置本身以这样的方式减轻了负担，即它既不必承载也不必移动被分离的工件托盘的质量。在置换装置沿第一移动方向移动的过程中，例如从初始状态到延伸状态，分离的工件托盘相对于承载装置基本上保持到位。
24.因此，在置换装置的位移运动过程中，引起倾斜力矩的质量被移动得较少，其结果是可显著减小前述的增加所产生的倾斜力矩的效果。此外，分离的工件托盘可有利地用作由置换装置移动的其他工件托盘的配重，以便额外减少所产生的倾斜力矩。
25.这样，在延伸状态下产生的倾斜力矩与所有工件托盘的共同运动相比可显著减少，这继而对搬运设备的各个部件的负载和变形具有积极影响，使得例如置换装置或承载装置能以更节省材料的方式实施。
26.此外，搬运设备上的动态负载可有利地降低，因为待移动质量的减少也导致惯性效应显著降低(在有两个容置空间的情况下，它们甚至几乎减半)，使得例如，置换装置的驱动装置需要的驱动功率更低或者可实现行驶时间更短，加速和/或制动过程更明显。换句话说，待移动质量的减少使得能够更快、更精确地基于移动搬运工件托盘。
27.因此，根据本发明的搬运系统的搬运设备提供了基本上同时搬运多个工件托盘的可能性，同时保持相关联的附加负载尽可能低，以便不仅减少必要的横向移动的次数，而且还确保快速准确地搬运工件托盘。换句话说，在不必放弃基本上同时搬运多个工件托盘的可能性的情况下，可显著地降低搬运设备上的总机械负载。
28.术语“基本上同时搬运”并不意味着工件托盘必须始终同时移动。相反，其应理解为能够在搬运装置和置换装置的横向运动过程中，部分地一起或快速连续地移动由搬运装置接收和搬运的多个工件托盘的基本可能性。
29.分离装置当然也被配置为重新联接分离的工件托盘，使得它们能够再次由置换装置沿第一移动方向移动。
30.优选地，置换装置的第一移动方向是在水平方向，平行于地板表面。
31.因此，待由置换装置沿第一移动方向移动的工件托盘总是垂直于(或至少几乎垂直于)地球引力场移动，使得置换装置的驱动装置不必直接抵抗在竖直方向上作用的重力而工作。
32.方向“竖直”和“水平”始终应理解为相对于地板表面的相关方向，根据本发明的搬运系统布置在地板表面上，其中“水平”基本上表示平行方向，而“竖直”表示相对于地板表面的垂直方向。竖直方向通常平行于地球引力场的方向延伸。
33.搬运设备优选地包括第一驱动单元，置换装置由所述第一驱动单元驱动以使其沿着第一移动方向移动。驱动装置优选地包括链驱动，其允许节省空间地传递驱动力和/或驱动力矩。
34.在一优选实施例中，搬运设备被配置成将在至少两个容置空间之一中接收的工件托盘传递到至少一个目标装置，所述至少一个目标装置被配置为接收工件托盘，和/或在至少两个容置空间之一中接收由至少一个目标装置接收的工件托盘。
35.这制造了搬运设备与其他设备或目标装置交互的可能性，在该交互过程中，工件
托盘可以在它们之间移动或置换。这样，搬运系统能够全面地、尤其是自动地处理工件托盘，这些托盘可在搬运设备和一个或多个目标装置之间移动，也可以置换。这样，在完全和/或部分自动化生产的领域内，可优化工件托盘的必要置换过程，以减少生产时间和生产成本。
36.在此，目标装置始终配置为接收和承载工件托盘。优选地，目标装置包括用于定位装置的接收装置，定位装置布置在工件托盘上，通过所述定位装置，工件托盘可以以预定方式相对于目标装置唯一地定位，从而改进任何其他设备的后续交互，这通常在很大程度上取决于工件托盘的正确且唯一的定位。或者，目标装置也可以包括定位装置，且工件托盘可包括相关联的接收装置。
37.优选地，至少一个目标装置是(但不限于)一组目标装置中的一个，所述目标装置组包括：
38.–
机床的接收装置，
39.–
设置站的接收装置，
40.–
用于运输工件托盘的运输设备的保持设备，
41.–
用于临时存储工件托盘的存储和/或存放空间。
42.搬运设备优选地被配置为以所述的方式(接收和/或传送工件托盘)与目标装置组中提到的每个目标装置相互作用。
43.在一特别优选的实施例中，至少一个目标装置是布置在机床的工作空间中的接收装置，所述机床邻近搬运系统设置。
44.因此，由搬运设备搬运的工件托盘，除其他外，还可直接带入机床的工作空间，处于适合后续工件加工的位置，也可在工件被机床加工后再次直接从工作空间移走。这样，在自动加工夹在工件托盘上的工件的过程中，置换工件托盘的过程可以大大缩短。
45.搬运系统优选地配置为机床的一部分。因此，机床或机床的工作空间和搬运系统的搬运设备可以从一开始就相互协调，从而例如可减少在生产车间中占用的安装空间，或者可优化工作空间在工作空间和搬运装置之间的接口处的密封。
46.或者，搬运系统也可以作为现有或安装的机床的附加解决方案提供，使得由根据本发明的搬运系统提供的、用于搬运工件托盘的选项可以被毫无疑问地添加到这些机床上。
47.根据本发明的搬运系统的用途决不限于在机床上使用，而是尤其可用在存储系统中，所述存储系统例如可设置在生产车间或独立的储藏车间。例如，在这种情况下，搬运系统能够有利地改进(基本上加速)运输设备的自动装载(和/或移除)，所述运输设备被配置为除其他外，用于在机床和/或加工中心之间运输工件托盘，从而可节省时间和相关成本。
48.在一特别优选的实施例中，至少一个分离装置包括提升装置，所述提升装置配置成通过竖直定向的提升运动将接收在与至少一个分离装置相关联的容置空间中的工件托盘与置换装置分离。
49.与分离装置相关联的容置空间应理解为置换装置的容置空间，置换装置具有接收在其中的工件托盘，所述工件托盘在置换装置的特定状态下可通过分离装置与置换装置分离。具体地，所述置换装置的特定状态为置换装置的初始状态。
50.通过提升运动提升工件托盘是实现与置换装置运动学分离的有效方式，例如借助
于可平移移动的致动器(线性致动器)。以这种方式，借助于提升装置可使分离所需的运动学保持简单和廉价。
51.当然，提升装置还被配置为通过与提升运动相反的下降运动将分离的工件托盘联接回到置换装置中，从而可再次传递置换装置的运动。
52.置换装置优选地包括多个支撑部，在至少两个容置空间中的每一个中，分别接收的工件托盘被支撑在这些支撑部上。此外，置换装置还可包括限定部，所述限定部被配置为限制搁置在支撑部上的相应工件托盘相对于支撑部的移动。其通过强制锁定(positive locking)可靠地防止工件托盘在置换装置和/或搬运装置本身的运动过程中滑落。支撑部通常水平布置，并且限定部与支撑部成一定角度——特别是垂直布置。
53.提升装置的提升运动将工件托盘从支撑部提升，使得置换装置沿着第一移动方向的移动不能再传递到被提升并因此被分离的工件托盘。
54.优选地，至少一个分离装置的提升装置包括多个提升元件，特别是五个，所述提升元件相对于分离装置对称地布置，并且每个都包括驱动装置，每个驱动装置被构造成通过平移运动来实现提升运动。
55.因此，待分离的负载可均匀地分布在多个驱动装置上。此外，提升元件的对称布置可靠地防止工件托盘在提升运动期间的倾斜。
56.优选地，至少一个分离装置的提升装置的驱动装置，特别是各提升元件的驱动装置被配置为自锁的，使得提升装置的位置保持独立于对提升装置的驱动装置的能量供应。
57.因此，分离装置的驱动装置或提升装置不需要持续供电，就可以将分离的工件托盘保持到位。这不仅降低了能源成本，而且在能源供应可能意外中断的情况下，还可防止提升装置下降。
58.在一特别优选的实施例中，所述至少一个分离装置包括至少一个用于定位装置的接收器，所述接收器被配置成在提升运动的过程中以这样的方式接合定位装置，所述定位装置被布置在接收在相关联的容置空间中的工件托盘的下侧，使得通过提升运动被分离的工件托盘的位置和定向相对于所述至少一个分离装置被明确地地限定。
59.分离装置优选地包括一至六个用于定位装置的接收器，特别是四个，其相对于分离装置对称地布置。
60.因此，分离的工件托盘的位置或其在搬运装置上的重心被明确地限定，从而可以防止或至少减少搬运设备在分离过程中的不均匀负载。
61.此外，在重新联接分离的工件托盘的过程中，可以以受控的方式将其放置在容置空间中的固定位置。这不仅避免了可能由分离引起的与容置空间中的目标位置的偏差，而且分离装置还能以有利的方式用于校正工件托盘的位置，该工件托盘在至少两个容置空间之一中接收后可能已被错误地接收(即进入与目标位置不一致的位置)。
62.在一特别优选的实施例中，搬运装置包括多个分离装置，其中置换装置的每个容置空间与多个分离装置中的一个相关联。
63.因此，接收在置换装置的每个容置空间中的工件托盘可以以有利的方式与置换装置分开地分离。这样，上述使用分离装置的优点可延伸至置换装置的各个容置空间。
64.在一特别优选的实施例中，置换装置被配置为可水平延伸的伸缩装置，其包括至少一个伸缩托架，所述伸缩托架可相对于伸缩装置的至少一个伸缩导轨在第一移动方向上
水平移动，且其上设置有所述的至少两个容置空间。
65.出于存放的原因，伸缩装置的伸缩机构通常设置有两个伸缩导轨，即一对伸缩导轨，在伸缩导轨上安装有至少一个伸缩托架并可移动。
66.伸缩装置优选地包括两对伸缩导轨和两个伸缩托架，其中第一伸缩托架安装在第一对伸缩导轨中，使得它可沿第一移动方向移动，而第二伸缩托架(其上设置有所述的至少两个容置空间)安装在设置在第一伸缩托架上的第二对伸缩导轨中，使得其也可沿第一移动方向移动。换句话说，所述伸缩装置优选地包括双伸缩延伸。
67.将置换装置配置为伸缩装置，特别是具有双伸缩延伸，不仅可使置换装置处于延伸状态时在第一移动方向上覆盖相对较大的距离，而且还能同时实现相对刚性的结构，从而使置换装置在延伸状态下的弯曲最小化。
68.优选地，可通过将伸缩托架的截面几何形状配置为垂直于延伸方向(对应于第一移动方向)，使得伸缩托架具有较高的弯曲和/或扭转刚性，来额外提高置换装置的刚性。
69.在一特别优选的实施例中，搬运设备被配置为通过平移驱动装置，沿竖直定向的移动方向相对承载装置以平移的方式移动搬运装置。
70.因此，搬运设备运动的可能性被扩展了额外的自由度(沿竖直移动方向上下移动)，从而在搬运工件托盘时可执行更复杂的移动顺序。
71.优选地，平移驱动装置包括竖直对齐的导螺杆，其由第二驱动单元驱动。
72.在一特别优选的实施例中，承载装置被配置为具有基部元件、两个侧部元件、和头部元件的框架的形式，其中两个侧部元件各自包括至少两个导轨，由承载装置承载的搬运设备通过所述导轨安装，使得其可沿着竖直定向的移动方向移动。
73.承载装置的框架形结构要求承载装置具有较高的弯曲和扭转刚度，从而减少与负载相关的变形，特别是所产生的倾斜力矩在延伸状态下作用的情况下。由于导轨在两侧的双重支撑，保证了包括置换装置在内的整个搬运设备的最佳支撑，特别是在延伸状态下。此外，还可防止搬运设备在沿竖直定向的移动方向的横移过程中卡住。
74.搬运装置至少部分地布置在由框架形承载装置部分包围的区域中。特别地，搬运装置从封闭区域的前边界面和后边界面突出。第一移动方向平行于基部和/或头部元件延伸穿过前边界面和后边界面。换句话说，置换装置可通过框架形承载装置中的开口来回移动。
75.这种整体结构使得载体设备在初始状态下的均匀负载得到改善，这除了结构的高刚度之外，还促进了被搬运的工件托盘的精确放置。
76.在一特别优选的实施例中，搬运设备包括承载承载装置的基座装置，其中搬运设备被配置为经由旋转驱动装置使承载装置相对于基座装置绕竖直定向的旋转轴旋转。
77.因此，搬运设备的移动可能性被扩展了额外的自由度，使得在搬运工件托盘时，可执行更复杂的移动顺序，特别是借助于包括搬运装置的整个承载装置的旋转。
78.搬运设备优选地包括用于驱动旋转驱动装置的第三驱动单元。
79.搬运系统的搬运设备优选地包括电子控制设备，所述电子控制设备与置换装置、分离装置和相应实施例中存在的旋转和/或平移驱动装置联接，并被配置为控制联接设备，特别是第一、第二和或第三驱动单元。
80.控制设备优选地被配置为同时控制联接的置换装置、联接的驱动装置和联接的分
离装置。
81.因此，在搬运过程中，搬运设备的横向运动，特别是容置空间从初始位置到目标位置的横向运动可以以这样的方式被优化，即不对各个驱动设备的执行顺序控制，但可以有组合的移动顺序。例如，当搬运设备沿着竖直定向的移动方向移动时，置换装置可返回到初始状态。或者，当搬运装置被旋转，准备接收另一个工件托盘时，已被接收的工件托盘可被分离。这样，可大大减少搬运工件托盘过程中的移动距离和移动次数。
82.在一特别优选的实施例中，搬运设备被配置成通过搬运设备沿着竖直定向的移动方向的移动和/或通过围绕竖直定向的旋转轴的扭转运动和/或通过沿第一移动方向移动置换装置，将至少两个容置空间中的一个相对于所述至少一个目标装置以这样的方式定位，使得从目标装置接收的工件托盘可由置换装置在定位的容置空间中接收，和/或在定位的容置空间中接收的工件托盘可被转移到目标装置。
83.因此，可有三个自由度(两个平移+一个旋转自由度)用于在三个空间方向上将接收到的工件托盘或空的容置空间相对于目标装置对齐。原则上，这些移动既可沿着第一移动方向，也可沿着竖直移动方向的前后或上下进行，在围绕旋转轴的扭转运动的情况下，还可顺时针或逆时针进行。
84.优选地，搬运设备被配置为通过在目标装置中沿着竖直定向移动方向的移动将工件托盘存放在至少两个容置空间之一中，和/或通过从目标装置沿着竖直定向移动方向的移动来提升位于目标装置中的工件托盘。
85.在一特别优选的实施例中，搬运系统包括带有大量存储空间的托盘存储部，所述存储空间被配置为接收工件托盘，每个存储空间都是用于搬运设备的目标装置。
86.由于托盘存储部的原因，搬运系统包括大量的存储空间，工件托盘可被存放并暂时存储在每个存储空间中，然后再由搬运设备或搬运装置接收。例如，可通过这种方式优化机床上的置换过程，因为机床可直接从具有临时存储的工件托盘的众多存储空间之一装载。
87.在一特别优选的实施例中，搬运系统包括对接设备，所述对接设备配置为与无人驾驶运输车对接，所述无人驾驶运输车具有被配置为接收工件托盘的至少一保持设备，其中，当所述运输车的至少一个保持设备对接在对接设备上时，其为所述搬运设备的目标装置。
88.通过对接设备将无人驾驶运输车连接到搬运系统的可能性可进一步扩展搬运工件托盘的选项择。可通过一个或多个无人驾驶运输车为搬运系统有利地提供新的工件托盘，或者可将不再需要的工件托盘从搬运系统运走。因此，搬运系统可扩展到包括用于连接到部分或完全自动化的传输网络的接口，以在一个或多个生产车间中传输工件托盘。这已被证明是有用的，特别是结合根据本发明的搬运设备的配置可快速、灵活和精确地搬运工件托盘，因为对接的运输设备能够更快地装载和/或卸载，这使得有可能缩短运输车的对接次数(对接状态的时间)，在整个运输网络中实现工件托盘更高的吞吐率。例如，可将无人驾驶运输车运送的工件托盘放置在搬运设备或置换装置的空置的容置空间中，紧接着已经在置换装置中且不再需要的工件托盘可交给运输车进行运输，而无需同时通过搬运设备存放相应的托盘之一。
89.搬运系统优选地还包括一个或多个无人驾驶运输车，每个无人驾驶运输车包括至
少一个用于工件托盘的保持设备，且每个无人驾驶运输车被配置为与搬运系统的对接设备对接，使得至少一个保持设备用作搬运系统的目标装置。
90.因此，根据本发明的搬运系统有利地包括一个或多个无人驾驶运输车的运输网络，在搬运工件托盘的过程中，利用这些车甚至可以覆盖很大的空间距离，这也代表了在同时处理多个工件托盘方面的改进，这些工件托盘可由运输车和搬运系统的搬运装置同时移动。
91.无人驾驶运输车应被理解为独立且自动移动的车辆，优选地沿着独立于物理控制或引导设备的虚拟引导网络移动。
92.根据本发明的另一方面，提供了一种用于根据本发明第一方面的搬运系统的搬运设备。
93.根据本发明的另一方面，提供了一种机床，包括工作空间和根据本发明的第一方面的搬运系统，所述工作空间包括至少一个接收装置，接收装置布置在其中并被配置为接收工件托盘，搬运系统邻近于所述工作空间布置，布置在工作空间中的所述至少一个接收装置为搬运系统的目标装置。
94.因此，机床或机床的工作空间和搬运系统从一开始就能彼此适配，特别是用于工作空间中的托盘置换。
95.借助于搬运系统，托盘置换可以在很短的时间内完成，因为避免了不必要的移动，例如事先存放从工作空间移除的工件托盘。例如，搬运设备可以在置换装置的一个空置容置空间中接收来自工作空间的工件托盘，然后直接将在另一个容置空间中接收的工件托盘插入工作空间，而无需事先存放移除的工件托盘。
96.此外，搬运系统可布置在机床的壳体内，使得包括搬运系统的机床是对外部封闭的单个组件。因此，与机床和搬运系统的单独配置相比，除其他外，可以节省成本，并且可以减少生产车间中安装所需的空间。
97.优选地，搬运系统的搬运设备到机床的工作空间的通路可由挡板或门单元关闭，使得加工期间在工作空间中出现的污染物不会进入搬运系统的周围，从而避免对搬运系统的损坏。
98.下面使用附图中所示的图示描述其进一步的方面和优点，以及上述方面和特征的更具体的示例性实施例。
附图说明
99.图1示出了包括搬运设备、托盘存储部和设置站的搬运系统的实施例。
100.图2示出了在未装载工件托盘的状态下，与图1的搬运系统的搬运设备基本对应的搬运设备的下部。
101.图3a至图3c示出了在装载工件托盘的状态下，图2中的搬运设备的下部。
102.图中相同或相似的元件可以用相同的附图标记表示，但有时也可以用不同的附图标记表示。
103.需要指出的是，本发明决不限于以下描述的实施例及其实施特征。本发明还包括对所提及的示例性实施例的修改，特别是那些在独立权利要求范围内描述的示例性实施例的一个或多个特征的修改和/或组合所产生的修改。
具体实施方式
104.图1示出了搬运系统1000的一实施例，其包括搬运设备100、托盘存储部200和设置站300。
105.搬运设备100包括基座10、与其连接的框架形承载装置20和由承载装置20承载的搬运装置30，该搬运装置30用于搬运工件托盘101，特别地，在图示状态下第一工件托盘101a和第二工件托盘101b当前正在搬运。
106.基座10设置在地板表面上，并可通过适当的紧固装置(此处未示出)与其连接，以增加整个搬运设备100的稳定性。
107.承载装置20可旋转地连接到基座10上，并可借助于旋转驱动装置(此处未示出)相对于基座10围绕竖直定向的旋转轴r旋转。
108.承载装置20本身构造成框架形状，框架的侧部元件分别由两个单独的侧支柱22形成。侧支柱22在承载装置20的下侧与一基部元件合并，在上侧与一头部元件23合并。
109.如此配置的承载装置20的框架形结构在弯曲和扭转方面具有高度刚度，因此特别适合于承载布置在框架内的搬运装置30。
110.在四个侧支柱22中的每一个的相对侧上布置有竖直延伸的导轨24(每侧支柱22上一个)，其中搬运装置30或搬运装置30的承载元件31安装在其上，以便可沿竖直移动方向y(y方向)移动。因此，导轨24将承载元件31相对于承载装置20的可能相对移动限制为沿y方向的竖直移动，并且同时确保作用在搬运装置30上的负载，特别由正被搬运的工件托盘101a、101b的重量引起倾斜力矩最佳地引入到承载装置20中。
111.搬运装置30的移动通过具有竖直轴25的平移驱动装置进行，竖直轴25由布置在头部元件25上侧的轴驱动器26驱动。
112.可沿y方向竖直移动的搬运装置30包括可移动地连接至承载装置20的承载元件31；置换装置40，其上设有用于工件托盘的第一容置空间44a和第二容置空间44b；以及分离装置(在给定的图示中未示出)，由搬运装置30搬运的工件托盘101a、101b可经由分离装置与置换装置40分离。
113.置换装置40可与两个容置空间44a、44b一起沿第一移动方向x(x方向)相对于承载元件31水平移动，从而也相对于承载装置20水平移动，其中，图1所示的状态对应于延伸状态，在该延伸状态中，接收在第二容置空间44b中的第二工件托盘101b在x方向上移动，以便将其传递到例如目标装置(此处未示出)，该目标装置被配置为接收该第二工件托盘。
114.在这一点上应该注意的是，所选择的方向名称x和y或x方向和y方向不是限制性的，而仅仅是用于更好地区分各个方向的任意选择的名称。
115.置换装置在x方向上的延伸机构基于双伸缩延伸，其中第一伸缩托架46a可相对于承载元件31伸缩，第二伸缩托架46b又可相对于第一伸缩托架46b伸缩。两个容置空间44a、44b设置在第二伸缩托架46b上。
116.在所示的延伸状态下，第一工件托盘101a已预先与置换装置40分离，因此第一容置空间44a为空置的。
117.在置换装置40移动到所示的延伸状态之前，第一工件托盘101a通过与第一容置空间44a相关联的分离装置与置换装置40分离，使得置换装置40为达到所示状态的移动就没有传递到分离的第一工件托盘101a上，因此其留在原地。
118.图1清楚地示出，第一工件托盘101a的分离显著降低了作用在搬运装置30上的负载，从而也降低了在所示的延伸状态下作用在完整的搬运设备100上的负载。如果没有分离装置的分离，当前空置的第一容置空间44a也将被工件托盘(即第一工件托盘101a)占据，其重量会给整个结构增加额外的负担，特别是考虑到如此长的杠杆臂处于延伸状态，这会不可避免地导致产生相对较高的倾斜力矩。
119.然而，通过根据本发明的具有分离装置的配置有利地避免了这一点。
120.此外，分离的工件托盘101a的重量甚至作为在另一侧延伸的置换装置40的配重，使得在相反方向上的倾斜力矩导致所产生的倾斜力矩额外减小。
121.为了搬运工件托盘——从为此目的而配置的目标装置接收和/或转移工件托盘——两个容置空间44a、44b可以通过在x方向上移动置换装置40、通过在y方向上竖直移动整个搬运设备30或通过围绕旋转轴r旋转包括搬运设备30的承载装置20，而在空间上定位。三个移动选项形成允许在所有三个空间方向上(在可能范围内)进行空间定位的圆柱形移动系统。
122.搬运设备100还被配置为与搬运系统1000的托盘存储部200和设置站300相互作用，使得搬运设备100被配置为将工件托盘101从托盘存储部200的存储空间220或从设置站300转移到搬运装置30或置换装置40，或将它们从搬运装置30或置换装置40转移到后者。
123.托盘存储部200包括多个存储层210，这些存储层210布置在围绕搬运设备100的部分圆中的不同高度，其中多个存储空间220被配置为在每个存储层210上接收工件托盘101，每个存储层210在搬运设备100的圆柱形移动系统的范围内。
124.为便于表示，图1中未示出单个存储层210的承载装置。
125.设置站300也设置在搬运设备100旁边的地板上，并且其包括托盘接收器310，托盘接收器310被配置为接收工件托盘101，并布置在上侧。
126.设置工作，例如夹紧工件，可优选地在设置站300接收的工件托盘101上进行。
127.根据本发明所示的搬运系统1000能够借助搬运设备100快速有效地搬运大量工件托盘101、101a、101b，其有利的实施例通过通常非常重的工件托盘显著降低了搬运设备100上的负载，特别是当同时搬运两个接收的工件托盘101a和101b时。
128.图2示出了搬运设备100的下部，其基本上对应于图1的搬运系统的搬运设备，处于置换装置40没有装载工件托盘且没有延伸的状态下，即在置换装置40的初始状态下。
129.初始状态的特征在于，可借助于第一分离装置34a和第二分离装置34b来执行由搬运装置30搬运的工件托盘的分离。初始状态仅限于置换装置在x方向上的特定位置或初始位置，而搬运装置30在y方向上的定位或承载装置20绕旋转轴r的定位与该初始状态无关。
130.除了对图1所示实施例的描述外，图2还示出了连接到承载元件31的线性托架33，其接合在承载装置的侧支柱22上的导轨24中，并且支持搬运装置30使得它可在y方向上移动。
131.此外，图2示出了在图1的图示中被承载装置覆盖的基部元件21，其下方为基座10。
132.除了对图1所示实施例的描述外，还示出了用于置换装置40的两个容置空间44a、44b的两个分离装置34a、34b，以及处于初始状态的置换装置40的伸缩机构的详细视图。
133.在置换装置40的初始状态下，分离装置34a、34b各自布置在容置空间44a、44b下方，并且各自包括多个布置在带有驱动设备的承载元件31上的提升元件36，提升板37经由
该提升元件36可相对于承载元件31在竖直方向上移动，即在提升运动中向上移动并在下降运动中向下移动，以便与上方的接收在相应容置空间44a、44b中的工件托盘接触，并将工件托盘提升或者降低到容置空间44a、44b中。
134.分离装置34a、34b的提升元件36被配置为电动线性致动器，它们在竖直方向上移动提升板37，并以此将位于置换装置40初始状态上方的工件托盘分离，从而使置换装置40在x方向上的后续移动不能再转移到分离的工件托盘上。
135.四个对称布置的用于锥形定位装置的接收器38布置在提升板的上侧，其中在由提升运动分离的过程中，相应的对应物(锥体)被接收在工件托盘的下侧37。因此，在分离状态下，分离的工件托盘的位置和方向相对于相应的分离装置34a、34b是明确限定的，从而也相对于载体元件31是明确限定的。换句话说，由于定位装置的原因，分离后的工件托盘在提升板37上只有一种可能的布置(位置和方向)。
136.置换装置40由横向布置在侧支柱22之间的驱动器47驱动，以引起置换装置40的横向移动或延伸或伸缩移动。在此，置换装置40可从所示的初始状态沿x方向(在x方向上用双箭头表示)远离观察者和朝向观察者移动。
137.第一伸缩托架46a通过伸缩导轨45或一对伸缩导轨45连接到承载元件31，使得它能在x方向上移动。另一(第二)伸缩导轨45或第二对伸缩导轨45布置在第一伸缩托架46a上，带有容置空间44a、44b的第二伸缩托架46b可通过该另一(第二)伸缩导轨45或第二对伸缩导轨45相对于第一伸缩托架46a在x方向上移动。
138.伸缩托架46a、46b在垂直于x方向的横截面中为l形，以便实现高的弯曲和扭转刚度。
139.当沿竖直方向(y方向)观察时，第二伸缩托架46b还呈h形，其中中心的横向支柱和布置在其上的两个纵向支柱平行于第二伸缩导轨45延伸，使得待从下面接收的工件托盘的接合不会被其它横向支柱阻止。
140.此外，第二伸缩托架46b还包括支撑部，其布置在两个容置空间44a、44b处的纵向支柱的上侧，并且接收的工件托盘随后以联接(未分离)的状态搁置在该支撑部上。
141.图3a示出了图2中的搬运设备100的下部，其处于置换装置40装载有第一工件托盘101a和第二工件托盘101b、且没有延伸的状态。
142.第一工件托盘101a被接收在置换装置40的第一容置空间44a，而第二工件托盘101b被接收在置换装置40的第二容置空间44b。
143.已接收的工件托盘101a、101b搁置在布置在第二伸缩托架46b上侧的支撑部的两侧。接收到的工件托盘101a、101b的重量通常较大，这也导致工件托盘101a、101b和第二伸缩托架46b之间的静摩擦力很大，使得能防止它们在第二伸缩托架46b上的相对运动，直到超过粘附极限。
144.图3b以与图3a不同的视角示出了图1中的搬运设备100的下部。该下部具有部分提升的第一分离装置34a。
145.除了图3a的视图外，在图3b的侧面透视图中，示出了在y方向上用于搬运装置30的横向运动的竖直轴25，搬运装置30或承载元件31经由轴螺母32与竖直轴25连接，竖直轴25的旋转通过轴螺母32被转换成搬运装置30在y方向上的竖直平移运动。竖直轴为自锁的。
146.此外，在所示图示中与第一容置空间44a相关联的第一分离装置34a已经向上移动
到接收在第一容置空间44a中的第一工件托盘101a的下侧，而没有将其与置换装置40完全分离。因此，第一工件托盘101a的重量仍然至少部分地落在置换装置40上。
147.为此，与图3所示的构造相比，提升元件43已将提升板37沿工件托盘101a的下侧方向竖直提升。继续这一运动将导致第一工件托盘101a分离，其结果是能够实现图1中所示的搬运设备100的配置。
148.图3c示出了图3a和图3b中的搬运设备100的下部，其示出处于置换装置40的延伸状态，并且带有分离的第一工件托盘101a。
149.在所示的延伸状态下，置换装置40被驱动器47以这样的方式延伸，使得第一伸缩托架46a相对于承载元件31几乎移动了一半，第二伸缩托架46b又相对于第一伸缩托架46b几乎移动一半。
150.在所示状态下，第一工件托盘101a已与置换装置40完全分离或脱开，使得其在置换装置40沿x方向的横向移动过程中不移动，而是基本上保持其相对于载体设备的位置。
151.为了分离，继续进行已在图3b中示出的提升元件36的提升运动，以便将第一工件托盘101a从第二伸缩托架46a的支撑部提升起来。分离的第一工件托盘101a的重量现在完全落在提升板37上，并且通过第一分离装置34a的五个提升元件36均匀地转移到搬运装置30的承载元件31，从而减轻置换装置40本身的负担。
152.五个提升元件36相对于提升板37对称设置，其中四个提升元件36分别位于提升板37的角部，一个提升元件36位于提升板37的中心，从而防止提升板37和提升元件36本身受到不均匀的负载，前提是分离的工件托盘101a通过定位装置和相关联的接收器38的相互作用被居中地放置在提升板37上。
153.由于第一工件托盘101a的分离，在置换装置40随后沿x方向移动的过程中，只有空置的第一容置空间44a与第二容置空间44b一起被移动，包括接收在其中的第二工件托盘101b，以实现图3c所示的延伸状态。
154.因此，由工件托盘101a、101b的重量引起的倾斜力矩比在第一容置空间44a中接收第一工件托盘101a的情况(即，之前未分离)要低。
155.这减少了安装搬运装置30的负载，特别是用于此目的的导轨24上的负载，以及承载搬运装置30的承载装置、布置在下方的基座10和负重地板表面的负载。这不可避免地导致较低的负载(较低的材料应力)和较低的部件变形，例如以弯曲或扭转的形式，这继而提高了搬运工件托盘101a、101b时的精度。
156.特别是减小了置换装置40的伸缩机构45、46a、46b上的机械应力，该机构在延伸状态下严重受到弯曲的影响。
157.换句话说，通过根据本发明的配置能够大大降低搬运设备100上的总机械负载，而不必放弃同时和精确搬运多个工件托盘101a、101b的可能性。
158.需要说明的是，置换装置40也可以伸缩第一工件托盘101a，从而第二工件托盘101b可通过相应的第二分离装置34b分离。搬运装置30对称地构造成使得置换装置40可以在两侧延伸，以便延伸或伸缩第一工件托盘101a或第二工件托盘101b。当然，这同样适用于回到初始状态的横向运动。
159.因此，具有两个容置空间44a、44b和单个驱动器47的单个置换装置40被配置为从两侧搬运两个工件托盘101a、101b，这意味着搬运过程可被加速并且变得更加灵活，而无需
依赖其他额外的置换装置。
160.上面已经参考附图详细描述了本发明的示例性实施例及其优点。
161.再次指出，本发明决不限于上述示例性实施例及其实施特征。本发明还包括对所提及的示例性实施例的修改，特别是那些由在独立权利要求的范围内描述的示例性实施例的一个或多个特征的修改和/或组合产生的修改。
162.附图标记列表
163.10 基座
164.20 框架形承载装置
165.21 基部元件
166.22 侧支柱
167.23 头部元件
168.24 导轨
169.25 竖直轴
170.26 轴驱动器
171.30 搬运装置
172.31 承载元件
173.32 轴螺母
174.33 线性托架
175.34a用于第一容置空间的分离装置
176.34b用于第二容置空间的分离装置
177.36 提升元件
178.37 提升板
179.38 锥形定位装置用接收器
180.40 置换装置
181.44a 第一容置空间
182.44b 第二容置空间
183.45 伸缩导轨
184.46a 第一伸缩托架
185.46b 第二伸缩托架
186.47 用于置换装置的驱动器
187.100 搬运设备
188.101 工件托盘
189.101a 第一工件托盘
190.101b 第二工件托盘
191.200 托盘存储部
192.210 存储层
193.220用于工件托盘的存储空间
194.300 设置站
195.310 设置站的托盘接收器
196.1000 搬运系统
197.x 第一移动方向
198.y 竖直移动方向
199.r 旋转轴

技术特征：
1.一种搬运系统(1000)，包括：搬运设备(100)，包括承载装置(20)，以及用于搬运工件托盘(101、101a、101b)的搬运装置(30)，所述搬运装置(30)由所述承载装置(20)承载并包括具有至少两容置空间(44a、44b)的置换装置(40)，所述至少两容置空间(44a、44b)被配置用于接收工件托盘(101、101a、101b)，且所述搬运装置(30)被配置为相对于所述承载装置(20)沿第一移动方向(x)移动所述置换装置(40)，以这样的方式使得两个容置空间(44a、44b)一起移动，其特征在于，所述搬运装置(30)还被配置为通过至少一分离装置(34a、34b)将由所述搬运装置(30)搬运并接收在所述至少两容置空间(44a、44b)之一中的一工件托盘(101a、101b)与所述置换装置(40)分离，使得被分离的工件托盘(101a；101b)在所述置换装置(40)沿所述第一移动方向(x)移动期间基本保持其相对于所述承载装置(20)的位置。2.根据权利要求1所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运设备(100)被配置为将接收在所述至少两容置空间(44a、44b)之一中的一工件托盘(101a、101b)传递给至少一目标装置(220、310)，所述至少一目标装置(220、310)被配置为接收多个工件托盘(101)，和/或在所述至少两容置空间(44a、44b)之一中接收由所述至少一目标装置(220、310)接收的一工件托盘(101)。3.根据权利要求2所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述至少一目标装置为布置在机床的工作空间中的接收装置，所述机床邻近所述搬运系统(1000)设置。4.根据前述权利要求中任一项所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述至少一分离装置(34a、34b)包括提升装置(36)，所述提升装置(36)被配置为通过竖直方向的提升运动将在与所述至少一分离装置(34a、34b)相关联的一容置空间(44a、44b)中的一工件托盘(101a、101b)从所述置换装置(40)分离。5.根据权利要求4所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述至少一分离装置(34a、34b)包括至少一用于定位装置的接收器(38)，所述接收器(38)被配置为在所述提升运动的过程中接合布置在一工件托盘(101a、101b)下侧的定位装置，使得被所述提升运动分离的所述工件托盘(101a、101b)的位置和方向相对于所述至少一分离装置(34a、34b)被明确限定。6.根据前述权利要求之一所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运装置(30)包括多个分离装置(34a、34b)，所述置换装置(40)的每个容置空间(44a、44b)与所述多个分离装置(42a、42b)之一相关联。7.根据前述权利要求之一所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述置换装置(40)被配置为可水平延伸的伸缩装置，其包括至少一伸缩托架(46b)，所述伸缩托架(46b)可相对于所述伸缩装置的至少一伸缩轨道(45)在所述第一移动方向(x)上水平移动，且所述至少两容置空间(44a、44b)布置在所述伸缩托架(46b)上。8.根据前述权利要求之一所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运设备(100)被配置为通过平移驱动装置(25)相对于所述承载装置(20)沿竖直
定向的移动方向(y)以平移的方式移动所述搬运装置(30)。9.根据权利要求8所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述承载装置(20)构造成框架形，其具有一基部元件(21)、两侧部元件(22)及一头部元件(23)，其中所述两侧部元件(22)各自包括至少两导轨(24)，由所述承载装置(20)承载的所述搬运装置(30)通过所述至少两导轨(24)安装，使得所述搬运装置(30)可沿着所述竖直定向的移动方向(y)移动。10.根据权利要求8或9中任一项所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运设备(100)还包括承载所述承载装置(20)的基座装置(10)，其中所述搬运设备(100)被配置成通过旋转驱动装置相对于所述基座装置(10)围绕竖直定向的旋转轴(r)扭转所述承载装置(20)。11.根据权利要求10所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运设备(100)被配置为通过所述搬运装置(30)沿着所述竖直定向的移动方向(y)的移动和/或通过围绕所述竖直定向的旋转轴(r)的扭转运动和/或沿所述第一移动方向移动所述置换装置(40)，将所述至少两容置空间(44a、44b)之一相对于所述至少一目标装置(220、310)以这种方式定位，使得由所述目标装置(220、310)接收的工件托盘(101)可由所述置换装置(40)接收在定位的容置空间(44a、44b)中，和/或在所述定位的容置空间(44a、44b)中接收的工件托盘(101a、101b)可被传递到所述目标装置(220、310)。12.根据前述权利要求之一所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运系统(1000)包括托盘存储部(200)，所述托盘存储部(200)包括多个存储空间(220)，所述多个存储空间(220)被配置为接收工件托盘(101)，且所述多个存储空间各自为用于所述搬运设备(100)的目标装置(220)。13.根据前述权利要求中之一所述的搬运系统(1000)，其特征在于，所述搬运系统(1000)包括对接设备，所述对接设备被配置为与无人驾驶运输车对接，所述无人驾驶运输车具有被配置为接收工件托盘(101)的至少一保持设备，其中处于对接到所述对接设备的状态的所述运输车的所述至少一保持设备为用于所述搬运设备(100)的目标装置。14.一种用于根据权利要求1至13中任一项所述的搬运系统(1000)的搬运设备(100)。15.一种机床，包括：具有至少一接收装置的工作空间，所述至少一接收装置用于接收布置在其中的工件托盘(101)；根据权利要求2至13中任一项所述的搬运系统(1000)，其邻近所述工作空间布置；其中，布置在所述工作空间中的所述至少一接收装置为所述搬运系统(1000)的目标装置。

技术总结
本发明涉及一种搬运系统(1000)，其包括具有承载装置(20)和搬运装置(30)的搬运设备(100)，搬运装置(30)由承载装置承载，用于搬运工件托盘(101、101a、101b)，并包括置换装置(40)，所述置换装置(40)具有被设计为接收工件托盘(101、101a、101b)的至少两个容置空间(41a、41b)，且所述搬运装置(30)被设计为相对承载装置(20)在第一移动方向X移动置换装置(40)，使得两个容置空间(41a、41b)一起移动，其特征在于，搬运装置(30)还设计为通过至少一个分离装置(42a、42b)将由搬运装置(30)搬运并接收在至少两个容置空间(41a、41b)之一中的工件托盘(101a、101b)与置换装置(40)分离，使得分离的工件托盘(101a、101b)在置换装置(40)沿第一移动方向X移动的过程中基本保持相对于承载装置(20)的位置。装置(20)的位置。装置(20)的位置。


技术研发人员：罗兰
受保护的技术使用者：德克尔马霍普夫龙滕有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2023/9/20