DE102004012592A1 - Method for positionally accurate positioning of components and suitable positioning device - Google Patents
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Abstract
Das Verfahren dient zum lagegenauen Positionieren von mehreren Bauteilen (16, 18) zueinander mittels zugehöriger Roboter (12, 14), wobei jeweils ein Roboter (12, 14) mindestens ein separates Bauteil (16, 18) trägt. Hierbei ist vorgesehen, dass die jeweils ein Bauteil (16, 18) tragenden Roboter (12, 14) miteinander mechanisch gekoppelt werden, zur Herstellung einer Bauteilgruppe (20) mit zueinander lagegenau positionierten Bauteilen (16, 18). DOLLAR A Ferner ist eine geeignete Positioniervorrichtung (10) vorgesehen.The method is used for positionally accurate positioning of several components (16, 18) to each other by means of associated robots (12, 14), wherein in each case a robot (12, 14) carries at least one separate component (16, 18). In this case, it is provided that the respective robots (12, 14) carrying a respective component (16, 18) are mechanically coupled to one another for producing a component group (20) with components (16, 18) positioned in position relative to one another. DOLLAR A Further, a suitable positioning device (10) is provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum lagegenauen Positionieren von mehreren Bauteilen zueinander mittels zugehöriger Roboter, wobei jeweils ein Roboter mindestens ein separates Bauteil trägt, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a method for positionally accurate positioning of several components to each other by means of associated robot, wherein each one Robot carries at least one separate component, according to the preamble of the claim 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Positioniervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Positioniervorrichtung eine Mehrzahl an voneinander unabhängig mittels einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ansteuerbaren Robotern aufweist, die jeweils mit einer Bauteilgreifeinheit versehen sind, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.Further The invention relates to a positioning device for carrying out the Method, wherein the positioning device a plurality of each other independently be controlled by means of a control and / or regulating device Robots, each provided with a component gripping unit are, according to the preamble of claim 12.
Verfahren
und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise
offenbart die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren vorzuschlagen, das eine zuverlässige Positionierung von mehreren Bauteilen mittels Robotern erlaubt.It The object of the invention is to propose a generic method, the one reliable Positioning of several components allowed by robots.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine geeignete Positioniervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorzuschlagen.Further It is the object of the invention to provide a suitable positioning device to carry out to propose the procedure.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgesehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils ein Bauteil tragende Roboter miteinander mechanisch gekoppelt werden zur Herstellung einer Bauteilgruppe mit zueinander lagegenau positionierten Bauteilen. Durch dieses Verfahren wird ein zuverlässig reproduzierbares und somit fertigungsgünstiges Positionieren von mehreren separaten Bauteilen mittels entsprechend zugeordneter Roboter (Industrieroboter) ermöglicht. Dabei kann aufgrund der mechanischen Kopplung der die Bauteile tragenden Roboter eine reproduzierbar lagegenau angeordnete Bauteilgruppe mit entsprechender Bauteilgruppengeometrie erhalten werden. Die mechanische Kopplung der Roboter gewährleistet somit eine hinreichend genaue und auch lagestabile Positionierung der Bauteile zueinander unter Einsatz von flexiblen Handhabungsgeräten, welche voneinander unabhängig ansteuerbar sein können. Es werden somit die Vorteile von zueinander zeitweise unabhängigen Handhabungsgeräten und von bei geeigneten Verfahrensschritten mechanisch miteinander gekoppelten Bauteil-Trägereinheiten kombiniert, indem die jeweils ein Bauteil tragenden Roboter zu einem geeigneten Zeitpunkt miteinander mechanisch gekoppelt und wieder entkoppelt werden können. Die miteinander mechanisch gekoppelten Roboter bilden dabei eine Baugruppen-Positioniereinheit.to solution the object is a method with the features of claim 1 intended. The inventive method Is characterized in that the respective one component bearing Robots are mechanically coupled to each other for manufacture a component group with each other position accurately positioned components. By this method is a reliable reproducible and thus low-production Positioning of several separate components by means of appropriate assigned robot (industrial robot) allows. It can be due to the mechanical coupling of the components carrying a robot reproducibly precisely arranged component group with corresponding component group geometry to be obtained. The mechanical coupling of the robots is guaranteed thus a sufficiently accurate and also positionally stable positioning the components to each other using flexible handling equipment, which independent from each other can be controlled. There are thus the advantages of mutually independent temporary handling equipment and of mechanically coupled together at suitable process steps Component carrying units combined, by the respective component carrying robot to a appropriate time mechanically coupled together and again can be decoupled. The mechanically coupled robots form one Assembly positioning.
Mit Vorteil erfolgt das mechanische Koppeln nach Einnahme einer lagedefinierten Kopplungsstellung der jeweiligen Roboter automatisiert mittels einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit. Ein derartiges Verfahren eignet sich insbesondere für eine Groß- oder Mittelserienfertigung unter Erzielung der o.g. Vorteile.With Advantage is the mechanical coupling after taking a defined position Coupling position of each robot automated by means of a Control and / or regulating unit. Such a procedure is particularly suitable for a wholesale or mass production with the achievement of the o.g. Advantages.
Die zu koppelnden Roboter sind vorzugsweise mit ansteuerbaren und zueinander wirkkompatiblen Kopplungseinheiten versehen. Beispielsweise können derartige Kopplungseinheiten der Roboter miteinander in eine formschlüssige und/oder in eine kraftschlüssige Wirkverbindung gebracht werden. Die Festlegung einer konkreten Ausgestaltung der Kopplungseinheit kann von den jeweils zulässigen Positioniergenauigkeiten der Bauteile zueinander bei Herstellung der Bauteilgruppe abhängen. Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades der Roboter im industriellen Einsatz ist die Ausstattung der Roboter mit zusätzlichen Kopplungseinheiten und die automatisierte Handhabung derselben Kopplungseinheiten verhältnismäßig einfach realisierbar. Die Kopplungseinheiten können ggf. als modulare Einheiten ausgebildet und zerstörungsfrei trennbar mit der Roboterstruktur verbindbar sein.The to be coupled robots are preferably with controllable and each other provided with compatible coupling units. For example, such Coupling units of the robot with each other in a positive and / or in a non-positive Active compound are brought. The definition of a concrete design The coupling unit can of the respective permissible positioning accuracies the components depend on each other in the production of the component group. Due to the high degree of automation of the robots in industrial use is the equipment of the robots with additional coupling units and the automated handling of the same coupling units relatively easy realizable. If appropriate, the coupling units can be designed as modular units and non-destructive separable to be connected to the robot structure.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die miteinander mechanisch gekoppelten Roboter gemeinsam bewegt zur Positionierung der Bauteilgruppe in eine lagedefinierte Betriebsstellung, wobei die Bauteilgruppengeometrie während der Bewegung praktisch unverändert bleibt. Dabei kann die Betriebsstellung eine Montagestellung und/oder eine Bearbeitungsstellung und/oder eine Verbindungsstellung der Bauteilgruppe sein. Ferner ist es möglich, dass schon während der Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter die Bauteilgruppe bearbeitet wird, beispielsweise in Form einer Bauteilgruppenvermessung und/oder einer mechanischen Bearbeitung. Aufgrund der mechanischen Kopplung der ein jeweiliges Bauteil tragenden Roboter kann somit auch eine Bewegungs- bzw. Transportphase der Bauteilgruppe zur Bearbeitung derselben genutzt werden. Hierzu kann die Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter derart gewählt werden, dass z.B. eine besonders bearbeitungsgünstige Anordnung der geometriestabilen Bauteilgruppe erhalten wird. Aufgrund der praktisch unverändert bleibenden Bauteilgruppengeometrie während der Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter können somit neue bzw. zusätzliche Aufgaben von weiteren Robotern an der Bauteilgruppe, bestehend aus mehreren separaten getrennten Einzelbauteilen, auch während einer Positionierungsphase der Bauteilgruppe erfüllt werden, wobei derartige Aufgaben bei mechanisch entkoppelten Robotern nicht hinreichend genau bzw. entsprechend reproduzierbar erfüllt werden könnten.According to a preferred embodiment variant, the mechanically coupled robots are moved together to position the component group in a position-defined operating position, wherein the component group geometry remains virtually unchanged during the movement. The operating position may be a mounting position and / or a machining position and / or a connection position of the component group. Furthermore, it is possible for the component group to be processed even during the movement of the robots which are mechanically coupled to one another, for example in the form of a component group measurement and / or a mechanical processing. Due to the mechanical coupling of the robot carrying a respective component, it is thus also possible to use a movement or transport phase of the component group for processing the same. For this purpose, the movement of the mechanically coupled robots with one another can be selected such that, for example, a particularly favorable machining arrangement of the geometry-stable component group is obtained. Due to the virtually unchanged component group geometry during the movement of the mechanically coupled robots with each other, new or additional tasks can be performed by white The robots on the component group consisting of several separate separate individual components, even during a positioning phase of the component group are met, with such tasks could not be met with sufficiently decoupled robots and with sufficient reproducibility.
Die gemeinsame Bewegung der mechanisch miteinander gekoppelten Roboter erfolgt vorzugsweise automatisiert mittels einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit. Gegebenenfalls kann die Steuerungs- und/oder Regelungseinheit während der gemeinsamen Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter weitere Handhabungseinheiten steuern, die zur Bearbeitung der Bauteilgruppe während ihres Transports in eine lagedefinierte Betriebsstellung dienen.The Joint movement of the mechanically coupled robots is preferably carried out automatically by means of a control and / or regulating unit. Optionally, the control and / or regulating unit during the common movement of the mechanically coupled robots control further handling units that are used to process the component group while their transport into a situation-defined operating position.
Mit
Vorteil ist einer der gekoppelten Roboter ein bewegungsführender
Roboter und sind die anderen mit diesem gekoppelten Roboter bewegungsgeführte Roboter.
Der bewegungsführende
Roboter wird auch als „Master"-Roboter bezeichnet,
während die
bewegungsgeführten
Roboter unter der Bezeichnung „Slave"-Roboter geführt werden. Ein Steuerungsprinzip,
mit dessen Hilfe die Bewegung eines „Master"-Roboters und eines „Slave"-Roboters durchführbar ist,
ist beispielsweise an sich bekannt aus der
Der bewegungsgeführte Roboter kann relativ zum bewegungsführenden Roboter in mindestens einer Richtung schwimmend gelagert sein. Mittels der schwimmenden Lagerung des bewegungsgeführten Roboters wird vermieden, dass aufgrund von grundsätzlich nicht vollständig zu vermeidenden Bewegungsungenauigkeiten der jeweiligen Roboter, wobei die Ungenauigkeiten unterschiedlich groß sein können, sich die mechanisch miteinander gekoppelten Roboter hinsichtlich ihrer Bewegungsfreiheit gegenseitig behindern. Die schwimmende Lagerung des bewegungsgeführten Roboters gewährleistet, dass der bewegungsführende Roboter ungehindert seine jeweilige Sollposition anfahren kann, ohne dass der bewegungsgeführte Roboter, auch bei unterschiedlichen Bewegungstoleranzen der Roboter zueinander, bei Vorliegen der mechanischen Kopplung das Anfahren dieser Sollposition behindert. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der bewegungsgeführte Roboter mittels der schwimmenden Lagerung stets den Toleranzunterschied ausgleicht, da die mechanische Kopplung starr ist und einen Toleranzunterschied ab einer bestimmten Größe nicht zulässt. Die mechanische Kopplung in Kombination mit der schwimmenden Lagerung gewährleistet somit die Beibehaltung einer hinreichend genauen Bauteilgruppengeometrie auch während einer Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter beispielsweise zur Positionierung der Bauteilgruppe in eine lagedefinierte Betriebsstellung.Of the movement controlled Robot can relative to the moving robot in at least be floating in one direction. By means of the floating Storage of the motion-guided robot It is avoided due to fundamentally not completely to avoiding movement inaccuracies of the respective robot, wherein the Inaccuracies can vary in size, affecting each other mechanically coupled robots each other in terms of their freedom of movement hinder. The floating bearing of the motion-guided robot guaranteed that the moving Robot can approach its respective target position unhindered, without the movement-led Robot, even with different movement tolerances of the robot to each other, in the presence of the mechanical coupling the startup obstructed this target position. This is due to the fact that the movement-led Robot using the floating storage always the tolerance difference compensates because the mechanical coupling is rigid and a tolerance difference not above a certain size allows. The mechanical coupling in combination with the floating storage guaranteed thus maintaining a sufficiently accurate component group geometry as well while a movement of the mechanically coupled robots, for example for positioning the component group in a position-defined operating position.
Die schwimmende Lagerung des bewegungsgeführten Roboters kann insbesondere automatisiert mittels einer Steuerungs- und/oder Regelungseinheit aktivierbar und deaktivierbar sein. Hierdurch ist es möglich, dass die Roboter als voneinander unabhängig ansteuerbare Handhabungseinheiten jeweils ein vorbestimmtes Bauteil greifen und mit diesem eine lagedefinierte Kopplungsstellung anfahren können, wobei die schwimmende Lagerung der bewegungsgeführten Roboter zu diesem Zeitpunkt noch deaktiviert sein kann. Nach Einnahme der lagedefinierten Kopplungsstellung wird die schwimmende Lagerung des bewegungsgeführten Roboters, insbesondere automatisiert, aktiviert, so dass nun das mechanische Koppeln der jeweiligen Roboter, vorzugsweise ebenfalls automatisiert, eingeleitet werden kann. Aufgrund der schwimmenden Lagerung werden die bewegungsgeführten Roboter mittels der mechanischen Kopplung bei ggf. vorliegenden Toleranzen in der Kopplungsstellung in eine hinreichend genaue Sollposition gebracht, so dass die sich hierdurch ergebende Bauteilgruppe eine erwünschte Bauteilgruppengeometrie bildet. Die schwimmende Lagerung kann beispielsweise in Form eines hydraulischen Kolben-Zylinder-Systems ausgebildet sein, wobei ein derartiges System an sich ebenfalls bereits bekannt ist.The In particular, floating support of the motion-guided robot can be used automated by means of a control and / or regulating unit be activated and deactivated. This makes it possible that the robots as independently controllable handling units each grab a predetermined component and with this a situation-defined Can approach the coupling position, the floating storage of the motion-guided robot at this time still can be disabled. After taking the position-defined coupling position is the floating mounting of the motion-guided robot, in particular automated, activated, so that now the mechanical coupling of the respective robot, preferably also automated, initiated can be. Due to the floating storage, the motion-guided robots by means of the mechanical coupling with any tolerances that may be present in the coupling position in a sufficiently accurate target position brought so that the resulting component group a desired component group geometry forms. The floating storage, for example, in the form of a hydraulic piston-cylinder system be formed, with such a system itself also already known.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Positioniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Die Positioniervorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Roboter zueinander wirkkompatible mechanische Kopplungseinheiten aufweisen. Mittels einer derartigen Positioniervorrichtung lassen sich die in Bezug auf das Verfahren vorerwähnten Vorteile erzielen.Further the task is solved by a positioning device having the features of the claim 12. The positioning device according to the invention is characterized in that the robots mechanically compatible to each other coupling units exhibit. Leave by means of such a positioning device achieve the advantages mentioned in relation to the method.
Mit Vorteil sind die Kopplungseinheiten mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung automatisiert ansteuerbar. Hierdurch kann die mechanische Kopplung zum ggf. verfahrensbedingt jeweils günstigen Zeitpunkt ausgelöst bzw. aufgehoben werden, so dass die Positioniervorrichtung mit der Mehrzahl an voneinander unabhängig ansteuerbaren Robotern auch unterschiedlichste Aufgaben erfüllen kann, unter Gewährleistung der in Bezug auf das Verfahren vorerwähnten Vorteile.With Advantage are the coupling units by means of the control and / or Control device automatically controlled. This allows the mechanical coupling to possibly due to the process each favorable Time triggered or be lifted, so that the positioning device with the Plurality of independent controllable robots can also fulfill a wide range of tasks, under warranty the advantages mentioned in relation to the method.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform weist mindestens einer der Roboter eine schwimmende Lagerung auf, die in wenigstens einer Richtung relativ zu einem anderen Roboter wirksam ist. Dabei hängt die Anzahl und Ausrichtung der jeweiligen Richtungen der schwimmenden Lagerung von der durchzuführenden gemeinsamen Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter ab. Bei zwei miteinander mechanisch gekoppelten Roboter kann der bewegungsgeführte Roboter, beispielsweise in einer Ebene, d. h. in zwei z.B. senkrecht zueinander stehenden Richtungen schwimmend gelagert sein, um insbesondere ein störungsfreies Bewegen der Bauteilgruppe aus einer lagedefinierten Kopplungsstellung in eine lagedefinierte Betriebsstellung zu ermöglichen, wobei die Bauteilgruppengeometrie während dieser Bewegung praktisch unverändert bleibt, aufgrund der bestehenden mechanischen Kopplung zwischen den zwei Robotern.According to a preferred embodiment, at least one of the robots has a floating bearing which is effective in at least one direction relative to another robot. In this case, the number and orientation of the respective directions of the floating bearing depends on the joint movement to be performed the mechanically coupled robot from each other. In the case of two robots coupled to one another mechanically, the movement-guided robot can be mounted floating, for example in one plane, ie in two directions perpendicular to one another, in particular to enable trouble-free movement of the component group from a position-defined coupling position into a position-defined operating position, the component group geometry during This movement remains virtually unchanged due to the existing mechanical coupling between the two robots.
Mit Vorteil weist die schwimmende Lagerung ein automatisiert mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung betätigbares Aktivierungssystem auf. Ein derartiges Aktivierungssystem kann beispielsweise in Form eines ansteuerbaren Ventilsystems ausgebildet sein, mittels welchem die schwimmende Lagerung, beispielsweise in Form einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit, aktiviert bzw. deaktiviert werden kann.With Advantage has the floating storage an automated means the control and / or regulating device operable Activation system on. Such an activation system can, for example be designed in the form of a controllable valve system by means of which the floating storage, for example in the form of a hydraulic Piston-cylinder unit, can be activated or deactivated.
Einer der Roboter ist vorzugsweise ein bewegungsführender Roboter, während die anderen, mechanisch mit selbigem gekoppelten Roboter bewegungsgeführte Roboter sein können. Eine derartige Positioniervorrichtung ist regelungstechnisch verhältnismäßig einfach ansteuerbar und durch eine vielseitige und zuverlässige Einsetzbarkeit, insbesondere in einer automatisierten Serienproduktion, gekennzeichnet.one the robot is preferably a moving robot, while the other robot mechanically guided with the same coupled robot could be. Such a positioning device is relatively simple in terms of control engineering controllable and by a versatile and reliable usability, especially in automated series production.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.Further Advantages of the invention will become apparent from the description. The invention is with reference to a preferred embodiment with reference explained in more detail on a schematic drawing.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Die
In
Beispielsweise
kann die Bauteilgruppe
Die
Kopplungseinheiten
Zur
Gewährleistung
einer störungsfreien
gemeinsamen Bewegung der miteinander mechanisch gekoppelten Roboter
Der
bewegungsgeführte
Roboter
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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