用于制造机器的进给单元及相关进给方法与流程

用于制造机器的进给单元及相关进给方法
1.相关申请的交叉引证
2.本专利申请要求于2020年2月6日提交的意大利专利申请第102020000002314号的优先权，该申请的全部公开内容通过引证并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种进给单元并涉及相关进给方法。
4.本发明有利地应用于用于制药行业的产品的瓶子(诸如，具体地小瓶子、烧瓶或更一般地，容器)的制造机器，以下公开内容将明确涉及此但不因此失去一般性。


背景技术：

5.众所周知，用于制药行业的产品(例如药物)的瓶子的制造机器包括传送系统(通常由一个接一个串联布置的多个传送器组成)，该传送系统将一系列瓶子推进通过：用于称量空瓶子的称量站；灌装站，其中向每个瓶子进给预定量的液体或粉状产品；用于称量填充后的瓶子的称量站；加盖站，其中使每个瓶子都设置有相应的盖；可能地，密封(环形密封)站，其中每个瓶子都设置有环绕盖的塑料覆盖物或金属覆盖物；以及最后，贴标站，其中向每个瓶子施加至少一个或多或少定制的标签。
6.因此，制造机器通常包括至少一个进给单元，例如在加盖机器(即，将盖施加到瓶子上的机器)中、在环形密封机器(即，将扣环施加到盖上的机器)或将物品从拾取站移动到释放站的任何组装机器中。
7.已知的是，已知类型的进给单元包括围绕轴旋转的夹持头并包括机器人臂或所谓的拾取和释放系统(也称为拾取和放置)，即，其从拾取站(通常为储存部)拾取物品并将它们进给到递送站(delivery station，配送站)。然而，为了确保它们的可操作性，机器人臂以及拾取和释放系统必须具有专用于它们的大空间并且非常昂贵。已知具有旋转夹持头的进给单元具有致动器，该致动器针对每个自由度都设置有减速器(即所谓的马达减速器)。然而，后者在运动传输中产生间隙，因此物品的最终定位不是非常准确。此外，也是在这种情况下，马达减速器的尺寸很大。总体上，已知的进给单元在空间上非常庞大并且昂贵。
8.代替地，从文献us2016229051中已知一种用于处理测试管的实验室自动化系统的机器人装置。该机器人装置包括机器人臂，该机器人臂包括铰接在一起的两个部分并且在其末端端部设置有夹持器件，即夹紧装置，以用于抓住测试管并使它们在拾取站和递送站之间移动。机器人装置包括轴，机器人臂安装在该轴上以在拾取站和递送站之间旋转并在下降位置和上升位置之间平移。机器人装置设置有均配置成使机器人臂的相应部分旋转的两个致动器以及用于使机器人臂平移(即，下降或上升)的另一致动器。所有致动器都侧向布置并且相对于轴轴线间隔开。换句话说，致动器相对于轴轴线偏心地布置。在us2016229051中描述的机器人装置需要多个致动器并且具有非常大的空间尺寸。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种易于生产且具有成本效益的进给单元以及相关进给方法。
10.根据本发明，提供了根据所附权利要求中要求保护的进给单元。
11.根据本发明，还提供了根据所附权利要求中要求保护的进给方法。
12.权利要求描述了形成本说明书的组成部分的本发明的实施例。
附图说明
13.现在将参照附图描述本发明，该附图说明了本发明的非限制性示例，在附图中：
[0014]-图1是用于制药行业的产品的瓶子的示意图；
[0015]-图2是用于灌装诸如图1所示的瓶子的制造机器的示意性平面图；
[0016]-图3是图2的进给单元的示意性前视图，其中，夹持头位于下降位置；
[0017]-图4是图2的进给单元的示意性前视图，其中，夹持头位于上升位置；
[0018]-图5是图4所示的进给单元沿着线iv-iv截取的示意性截面图；以及
[0019]-图6是图3至图5的进给单元的轴的立体图。
具体实施方式
[0020]
在图1中，附图标记1总体上指示用于容纳制药行业的产品2(通常液体或粉状)的已知类型的例如一次性(即用完即丢，因此其只使用一次然后被扔掉)的瓶子(即，小瓶子、烧瓶或更一般地容器)。瓶子1借助于涂覆有塑料覆盖物4或金属覆盖物(称为“扣环”)的盖3封闭，其中塑料覆盖物必须被移除以便能够取下盖3，该金属覆盖物至少部分环绕盖3、不被移除并且允许例如借助于注射器取出产品2。此外，瓶子1设置有(至少)一个标签5(用虚线示出)，该标签粘贴在瓶子1的外表面上。
[0021]
在图2中，附图标记6总体上指示制造机器6的示例，即用于灌装诸如图1所示的瓶子1的灌装机器。制造机器6包括传送系统7，该传送系统沿着加工路径推进一系列瓶子1并通过多个加工站。具体地，传送系统7包括线性传送器8和具有竖直轴线的连续布置的多个传送滚筒9、10和11。
[0022]
沿着线性传送器8分别布置有：用于称量空瓶子1的称量站s1；灌装站s2，其中向每个瓶子1进给预定量的液体产品2；用于称量填充后的瓶子1的称量站s3；以及加盖站s4，其中使每个瓶子1都设置有相应的盖3。然而，在布置在线性传送器8下游的传送滚筒9、10和11处布置有：贴标站s5，其中向每个瓶子1施加至少一个或多或少定制的标签5；密封(或环形密封)站s6，其中使每个瓶子1都设置有塑料覆盖物4(图1所示)或施加金属扣环(未示出)，该金属扣环至少部分地环绕盖3；以及最后，废品站s7，有缺陷的瓶子1被剔除或布置在其中。
[0023]
具体地用于药用产品2的瓶子的制造机器包括至少一个进给单元12，其在图3至图5中详细示出。进给单元12将物品(具体地盖3)从拾取站s10进给到递送站s11。通常，进给单元12在使用中布置在制造机器6的任何支撑表面p(例如框架)上，并且该支撑表面在图3至图5中用虚线指示。
[0024]
在以下公开内容中，将明确提及盖3作为进给物品但并不因此失去一般性。事实
上，作为盖3的替代物，可以进给任何物品而不因此脱离本发明。
[0025]
进给单元12包括轴13，该轴以旋转的方式安装在旋转轴线x上并设置有近侧端部14和远侧端部15，该远侧端部与近侧端部14相对，夹持头16以整体方式布置(即安装)在该远侧端部处。换句话说，夹持头16在远侧端部15处刚性地附接到轴13并且与其整体地旋转。
[0026]
根据图3至图6所示的内容，轴13的旋转轴线x是竖直的，具体地相对于支撑表面p垂直。根据未示出的替代实施例，轴13的旋转轴线x可以是水平的，具体地平行于支撑表面p，或者它可以沿着作为竖直方向和水平方向之间的线性组合的方向布置。
[0027]
有利地，如图5和图6所示，轴13是中空的，以便能够在内部容纳部件，例如缆线或进给管，具体地电缆、气动管和/或液压油管。替代地，轴13可以是实心的，即它不是中空的。
[0028]
根据本发明，夹持头16设置有至少一个夹持器件17，该夹持器件被配置成在拾取站s10(如图3所示)中拾取并抓住盖3并且随后在递送站s11中(如图4和图5所示)释放每个盖3。
[0029]
根据图3至图5所示的内容，夹持头16包括至少两个、优选地多个夹持器件17，这些夹持器件布置在夹持头16的不同侧上，使得当一个夹持器件17在拾取站s10中，另一个夹持器件17在递送站s11中，以及当一个夹持器件17在递送站s11中，另一个夹持器件17在拾取站s10中。具体地，夹持器件17分别布置在相对两排18上(即，排18a布置成与排18b相对且平行)，这些排相对于轴13的旋转轴线x分别布置在夹持头16的相对两侧上。因此，夹持头16优选地相对于轴13的旋转轴线x对称。每排18a或18b的夹持器件17相对于彼此等距布置。
[0030]
有利地，夹持头16的夹持器件17是吸盘或钳，其被配置成拾取、抓住并随后释放盖3。具体地，夹持器件17可以是气动、机械或机电类型的。如图6详细地示出的，轴13具有在近侧端部14和远侧端部15之间纵向延伸的多个纵向槽21和在近侧端部14和远侧端部15之间延伸的多个螺旋槽22(也在图5中示出)。换句话说，轴13具有纵向槽21和螺旋槽22，其中纵向槽基本上是纵向狭缝并且在远侧端部15和近侧端部14之间纵向延伸，螺旋槽基本上是螺旋形狭缝并且在远侧端部15和近侧端部14之间螺旋地(即，以螺旋路径)延伸。螺旋槽22限定了蜗杆。然而，纵向槽21限定槽轮廓。
[0031]
根据未示出的可能实施例，螺旋槽22基本上延伸的长度(即，轴13的平行于旋转轴线x测量的尺寸)等于轴13的总长度(即，轴13的平行于旋转轴线x测量并且包括在两个端部14和15之间的尺寸)。类似地，纵向槽21可以延伸的长度(如上文所说明地测量)等于轴13的总长度(如上文所说明地测量)。
[0032]
根据图6所示的实施例，螺旋槽22延伸的长度(如上文所说明地测量)小于轴13的总长度(如上文所说明地测量)。根据所示的内容，纵向槽21延伸的长度(如上文所说明地测量)也小于轴13的总长度(如上文所说明地测量)。换句话说，轴13在远侧端部15处没有纵向槽21和螺旋槽22。
[0033]
具体地，根据图6所示的内容，轴13在轴13的同一部分中具有纵向槽21和螺旋槽22，即槽21和22叠加在同一段上。替代地，轴13在轴13的两个不同部分中具有纵向槽21和螺旋槽22，并且连续设置，即槽21和22不叠加。
[0034]
在进给单元12的使用期间，轴13是可移动的，即它旋转和/或平移。详细地，轴13被配置成沿着轴线x在下降位置pa(图3所示)和上升位置ps(在图4和图5中示出)之间平移(即，执行纯平移或旋转平移)。换句话说，轴13被配置成将夹持头16布置在下降位置pa和上
升位置ps之间。在下降位置pa中，夹持头16拾取和释放盖3。而在上升位置ps中，夹持头16在拾取站s10和递送站s11之间旋转。具体地，在上升位置ps中，夹持头16在拾取站s10(其中夹持器件17相应地拾取盖3)和递送站s11(其中夹持器件17释放相应的盖3)之间旋转一旋转角α。
[0035]
旋转角α定义为当夹持头16设置在拾取站s10中时夹持器件17的角位置和当夹持头16设置在递送站s11中时同一夹持器件17的角位置之间的夹角。
[0036]
有利地，旋转角α小于360
°
。
[0037]
根据图3至图5所示的实施例，夹持头16被配置成以等于180
°
的旋转角α循环地从拾取站s10移动到递送站s11，并且随后通过使旋转方向反向以从递送站s11返回到拾取站s10。换句话说，夹持头16循环地旋转180
°
并且在一次旋转和下一次旋转之间使旋转方向反向。
[0038]
根据替代实施例，进给单元12包括可旋转接头，因此不必在一次旋转和下一次旋转之间使旋转方向反向。
[0039]
轴13由两个套筒23和24操作，这两个套筒以旋转方式安装并同轴地布置在轴上。具体地，两个套筒23和24与轴13同轴地布置，并且一个接一个地依次布置在其上。套筒23和24是中空的，即它们具有环形形状，并且以旋转方式围绕旋转轴线x安装。套筒23同轴地布置在轴13上以接合(具体地专门接合)轴13的螺旋槽22以使其沿着旋转轴线x在下降位置pa和上升位置ps之间移动。套筒24同轴地布置在轴13上，在套筒23的下游或上游，以便接合(具体地专门接合)轴13的纵向槽21以便使其在拾取站s10和递送站s11之间围绕旋转轴线x旋转。
[0040]
根据图5所示的内容，套筒23布置在套筒24的下游。因此，套筒23插置在套筒24和夹持头16之间。换句话说，套筒24布置在套筒24的上游。因此，套筒24靠近轴13的近侧端部14。
[0041]
根据未示出的替代实施例，套筒23布置在套筒24的上游。换句话说，套筒24插置在套筒23和夹持头16之间。
[0042]
因此，术语上游意味着元件的布置成相对于另一个元件更靠近近侧端部14的位置。类似地，因此，术语下游意味着元件的布置成相对于另一元件更靠近远侧端部15的位置。
[0043]
每个套筒23或24(具体地，套筒23或24的至少一部分，优选地部分23a或24a，如将在下文中详细描述的)由相应的致动器25或26操作。可以独立地操作两个致动器25和26。换句话说，可以仅操作两个致动器25或26中的一个，或者可以同时并且彼此独立地操作两者。
[0044]
致动器25使套筒23的至少所述部分旋转，以便使轴13沿着旋转轴线x在下降位置pa和上升位置ps之间平移。致动器26可以独立于致动器25操作并且使套筒24的至少所述部分旋转，以便使轴13围绕旋转轴线x在拾取站s10和递送站s11之间旋转。详细地，为了使轴13围绕旋转轴线x在拾取站s10和递送站s11之间旋转，套筒23和24都由相应的致动器25和26操作，如将详细描述的。
[0045]
有利地，进给单元12包括控制装置(未示出)，该控制装置被配置成控制两个致动器25和26以便使夹持头16循环地首先在一个方向上旋转，并且随后在相反方向上旋转，以便使夹持头16围绕旋转轴线x进行摆动运动，优选地具有180
°
的旋转角α，如上所述。
[0046]
有利地，控制装置被配置成通过控制两个致动器25和26，使仅一个套筒23旋转并使第二套筒24保持静止(即不移动)以便仅获得夹持头的平移，以及使套筒23旋转并同时使套筒24旋转以便仅获得夹持头16的旋转。
[0047]
有利地，电动致动器25和26分别包括同步电动马达，具体地为具有永磁体的无刷电动马达，优选地为电动力矩马达。
[0048]
根据本发明，致动器25和26与旋转轴线x同轴地安装并且是中空的，即它们具有环形形状。每个致动器25或26设置有转子部25a或26a和定子部25b或26b。
[0049]
根据图5所示的内容，套筒23包括基本上同心的内环形主体23a和外环形主体23b。外环形主体23b是固定的。然而，插置在轴13和外环形主体23b之间的内环形主体23a是可移动的，并且具体地以旋转方式围绕旋转轴线x安装(即，它围绕旋转轴线旋转)。内环形主体23a连接到致动器25，具体地连接到致动器的转子部25a，这使该内环形主体旋转。换句话说，致动器25使内环形主体23a旋转。
[0050]
类似地，套筒24包括基本上同心的内环形主体24a和外环形主体24b。外环形主体24b是固定的。然而，被置于轴13和外环形主体24b之间的内环形主体24a是可移动的，并且具体地以旋转方式围绕旋转轴线x安装(即，它围绕旋转轴线旋转)。内环形主体24a连接到致动器26，具体地连接到致动器的转子部26a，这使该内环形主体旋转。换句话说，致动器26使内环形主体24a旋转。
[0051]
有利地，滚动元件，具体地滚珠(在图中未示出)通常被置于内环形主体23a或24a和外环形主体23b或24b之间。类似地，另外的滚动元件，具体地滚珠(在图中未示出)通常被置于内环形主体23a或24a和轴13之间。因此，内环形主体23a或24a与外环形主体23b或24b通过上述滚动元件协作。
[0052]
内环形主体23a接合轴13的螺旋槽22，以便使其沿着旋转轴线x在下降位置pa和上升位置ps之间移动。具体地，内环形主体23a通过滚动元件接合螺旋槽22。代替地，内环形主体24a接合轴13的纵向槽21，以便使其围绕旋转轴线x在拾取站s10和递送站s11之间旋转。如将在下文中详细描述的，为了使轴13在下降位置ps和上升位置ps之间移动，仅操作接合螺旋槽22的套筒23。然而，为了使轴13围绕旋转轴线x在拾取站s10和递送站s11之间旋转，操作两个套筒23和24(即接合螺旋槽22的套筒23和接合纵向槽21的套筒24两者)。
[0053]
有利地，进给单元12包括一对角编码器27或28，每个角编码器都与对应的致动器25或26相关联并且被配置成获取对应的内环形主体23a或24a的角位置。每个内环形主体23a、24a借助于相应的安装凸缘30、31连接到相应的转子部25a、26a和相应的角编码器27、28。具体地，如图5所示，内环形主体23a、致动器25的转子部25a、角编码器27分别连接到安装凸缘30。优选地，内环形主体23a和致动器25的转子部25a借助于连接器件(未示出并且包括例如螺纹连接器件)而连接到安装凸缘30。然而，角编码器27优选地借助于成形连接部或借助于键连接部而连接到安装凸缘30。
[0054]
类似地，内环形主体24a、致动器26的转子部26a和角编码器28分别连接到安装凸缘31。具体地，内主体23a和致动器26的转子部26a借助于连接器件(未示出并且包括例如螺纹连接器件)而连接到安装凸缘31。然而，角编码器28优选地借助于成形连接部或借助于键连接部而连接到安装凸缘31。
[0055]
因此，角编码器27被配置成获取安装凸缘30的角位置(以及因此转数n1)，(优选地
借助于控制装置)从该角位置获得安装凸缘30的角速度，以及因此连接到其的内环形主体23a的角速度。类似地，角编码器28获取安装凸缘31的角位置(以及因此转数n2)，(优选地借助于控制装置)从该角位置获得安装凸缘31的速度以及因此连接到其的内主体24a的速度。
[0056]
如图5所示，角编码器27和28还分别由另一安装凸缘32或33支撑。
[0057]
根据未示出的另一实施例，进给单元12还包括制动装置，该制动装置独立于致动器25和26并且被设计成防止套筒23和/或24以及因此轴13在没有向致动器25或26提供动力的情况下移动。替代地，可以有两个不同的制动装置，每个制动装置与致动器25或26中的一个和/或与两个套筒23或24中的一个相关联。
[0058]
如图3至图5所示，进给单元12包括两个防护件34和35，它们围绕旋转轴线x同轴地布置并且彼此连续。两个防护件34和35径向包围进给单元12。防护件34包括柱形部分36和截锥形部分37。
[0059]
根据所示的内容，截锥形部分37的近侧端部14位于制造机器6的支撑表面p上。柱形部分36在顶部由安装凸缘38封闭(在图5中示出)。安装凸缘38被配置成在轴13的平移和/或旋转移动期间径向引导轴。此外，安装凸缘38封闭防护件34的远侧端部，即防护件34的柱形部分36的远侧端部。代替地，防护件35的近侧部分由安装凸缘33封闭。安装凸缘35具有三个具有不同直径的大致柱形部分。
[0060]
根据所示的内容，防护件35布置在表面p上方；然而，防护件36布置在表面p下方。
[0061]
在下文中详细描述用进给单元12进给盖3的进给方法，该方法包括一个循环，该循环设置有至少三个步骤，即初始步骤、中间步骤和最终步骤。
[0062]
在初始拾取步骤中，在拾取站s10处借助于夹持头16上的夹持器件17拾取盖3。在中间操作步骤中，仅操作致动器23以便使轴13沿着旋转轴线x在下降位置pa和上升位置ps之间移动以及/或者操作套筒23和24两者以便使轴13围绕旋转轴线x在拾取站s10和递送站s11之间旋转。
[0063]
在中间步骤中，控制装置控制两个致动器25、26以便使夹持头16循环地首先在一个方向上旋转并且随后在相反方向上旋转，以便使夹持头16围绕旋转轴线x进行摆动运动，优选地具有180
°
的旋转角α，如上所述。有利地，控制装置被配置成通过控制两个致动器25和26，使仅一个套筒23旋转并使套筒24保持静止以便仅获得夹持头16的平移。具体地，可以借助于制动装置或通过控制致动器26以便施加与套筒24的移动相反的转矩来使套筒24保持静止。替代地，控制装置控制两个致动器25、26以便优选地在相同方向上并以相同转数使套筒23旋转并同时使套筒24旋转，以便仅获得夹持头16的旋转。
[0064]
具体地，如上所述，中间步骤以轴13的0到180
°
的循环旋转而进行，因此以夹持头16的0到180
°
的循环旋转而进行，使旋转方向在两个连续循环之间反向。
[0065]
在最终释放步骤中，在递送站s11处，通过夹持器件17将盖3从夹持头16释放，并且同时在拾取站s10处，借助于相对的另一夹持器件17拾取盖3。因此，在最终步骤期间，发生前一个循环的结束和下一个循环的开始。换句话说，当前循环的最终步骤与下一个循环的初始步骤同时发生。
[0066]
该方法可以包括另外的检查步骤，用于借助于相应的角编码器27或28检查致动器25或26的转子部25a或26a的角位置并以便确定轴13(以及因此与其成整体的夹持头16)的有效角位置，并且用于在有效角位置低于或高于阈值或间隔的情况下修改轴13的角位置。
[0067]
该方法可以包括另外的获取步骤，以用于借助于角编码器27、28获取转数n1和n2，该转数随后由控制装置处理以便确定轴13的平移速度和/或旋转速度，以及因此确定夹持头16的平移速度和/或旋转速度。具体地，通过将轴13的节距(即，沿旋转轴线x测量的两个连续螺旋槽22之间的距离)乘以内环形主体23a的转数n1获得轴13在下降位置pa和上升位置ps之间的平移速度。代替地，通过将套筒24的转数n2乘以2*π(其中π是数学常数pi)来确定轴13在拾取站s10和递送站s11之间的旋转速度。代替地，为了获得轴13的平移速度，由于套筒23和24以不同的转数n1和n2操作，因此将轴13的节距(如上文所说明的)乘以内主体24a的转数n2和内环形主体23a的转数n1之间的差足够了(在轴13的纯平移期间其转数n2为零)。然而，为了获得旋转平移速度，需要将平移速度的分量(如上所述确定的)和旋转速度的分量(如上所述确定的)相加。换句话说，通过这两者的线性组合，可以计算出轴13的所有复合运动的配置。应当理解，转数n1或n2是任何实数。
[0068]
在以上公开内容中，明确提及了包括在布置在制造机器6的站s4中加盖机器中的进给单元12，但不因此失去一般性，该进给单元进给盖3，该盖在拾取站s10处从储存部拾取并在递送站s11处具体地释放在瓶子1上。
[0069]
根据本发明，进给单元12可以代替地包括在具体地用于制药行业的通用制造机器中，其进给用于容器1的封闭元件，具体地前述盖3或扣环，该封闭元件在拾取站s10处从储存部拾取并在递送站s11处具体地释放在容器1上。
[0070]
根据本发明，进给单元12可以代替地包括在通用组装机器中，其进给物品3，该物品在拾取站s10处从储存部拾取并在递送站s11处释放。
[0071]
在不脱离本发明的保护范围的情况下，本文描述的实施例可以相互组合。
[0072]
上述的用于进给盖3或通常任何物品的进给单元12和进给方法具有许多优点。
[0073]
首先，进给单元12非常紧凑，即它具有非常小的空间尺寸。事实上，由于所有组件均同轴地安装，因此进给单元12的径向尺寸减小。进给单元12主要沿着轴线x在纵向方向上延伸。因此，即使夹持头具有两个自由度，进给单元12也是紧凑的。
[0074]
通过将进给单元12布置在大约位于进给单元12的重心处的工作表面p上，减小了倾覆扭矩(具体地，它们抵消了)，从而保证了进给单元12的高工作稳定性。
[0075]
可以彼此独立操作的两个套筒23和24允许轴13以快速方式旋转和/或平移并且需要减少数量的组件。具体地，不需要已知的产生间隙并因此降低夹持头16的移动精度的运动传输构件。
[0076]
通过选择力矩马达，不需要包括任何已知非常庞大的减速器。此外，这种类型的马达允许获得轴13的非常精确的移动，在提升和旋转方面具有高反应速度，并且在优异的效率程度下具有高峰值转矩。
[0077]
此外，进给单元12具有用并联的两个电动致动器25和26操作的优点，这确保彼此独立的加速或减速的快速变化。
[0078]
此外，前文中描述的方法允许容易、快速且精确地从拾取站s10移动到递送站s11，也允许小物品或组件的进给或组装。
[0079]
最后，上述进给单元12的制造相对简单且具有成本效益，这是因为它由易于生产的具有少量移动的结构简单的元件构成。