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PATENTANSPRÜCHE
1. Montageverfahren mittels eines Roboters, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Roboter mit mehreren Greifwerkzeugen vorsieht und mit demselben jeweils zuerst nacheinander eine Anzahl von zur Montage erforderlichen Teilen aufnimmt und diese Teile dann an einer Montagestelle nacheinander abgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an verschiedenen Stellen je ein Teil aufgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Greifwerkzeuge oder in diese eingesetzter Arbeitswerkzeuge Montagearbeiten ausgeführt werden.
4. Roboter zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Greifer zur Aufnahme und Abgabe von Teilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer eine Anzahl von Greifwerkzeugen und Mittel zur wahlweisen Betäti ging je eines Greifwerkzeugs zur Aufnahme oder Abgabe eines Teils aufweist, und dass ein Antriebsmechanismus zur Bewegung des Greifers in verschiedene Aufnahme- und Abgabestellungen vorgesehen ist.
5. Roboter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifwerkzeuge an einem drehbaren Greifer angeordnet und durch Drehung des Greifers wahlweise in eine Aufnahme- oder Abgabestellung gedreht werden können.
6. Roboter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer an einem Schwenkarm angebracht ist, dessen radiale Länge, Höhe und Drehwinkel einstellbar ist.
7. Roboter nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Greifers um 45" zur Längsachse des Schwenkarms geneigt ist, und dass Achsen der Greifwerkzeuge um 45" zur Drehachse des Greifers geneigt sind.
8. Roboter nach irgendeinem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer auch zur Aufnahme von Arbeitswerkzeugen ausgebildet ist.
9. Montagevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Roboter, dessen Greifer an einem um eine Achse schwenkbaren Arm sitzt und eine Anzahl von Greifwerkzeugen und Mittel zur wahlweisen Betätigung je eines Greifwerkzeugs zur Aufnahme oder Abgabe eines Teils aufweist, und durch einen Antriebsmechanismus zur Bewegung des Greifers in verschiedene Aufnahme- und Abgabestellungen, wobei mindestens annähernd konzentrisch zur Schwenkachse des Arms ein Kranz mit Magazinen für die Teile und mindestens eine Montagestelle angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Montageverfahren mittels eines Roboters, und einen Roboter. Bekannte Roboter arbeiten bei der Montage von Geräten aller Art allgemein nach dem Prinzip, dass ein Montagekopfjeden einzelnen zu montierenden Teil aufnimmt, an die Montagestelle bringt und dort abgibt. Diese Arbeitsweise ist verhältnismässig unwirtschaftlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und einen Roboter vorzusehen, welche eine besonders rationelle Durchführung von Montagearbeiten erlauben. Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man einen Roboter mit mehreren Greifwerkzeugen vorsieht und mit demselben jeweils zuerst nacheinander eine Anzahl von zur Montage erforderlichen Teilen aufnimmt und diese Teile dann an einer Montagestelle nacheinander abgibt. Es wird damit möglich, die Arbeit erheblich zu rationalisieren, indem bei der Aufnahme der Teile der Roboter nur je von einer Aufnahmestelle eines Teils zur nächsten und schliesslich mit allen Teilen zusammen zur Montagestelle bewegt werden muss, anstatt für jeden Teil den gesamten Weg zurückzulegen.
Der erfindungsgemässe Roboter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer eine Anzahl von Greifwerkzeugen und Mittel zur wahlweisen Betätigung je eines Greifwerkzeugs zur Aufnahme oder Abgabe eines Teils aufweist, und dass ein Antriebsmechanismus zur Bewegung des Greifers in verschiedene Aufnahme- und Abgabestellungen vorgesehen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch die Anordnung des Roboters mit mehreren Magazinen für Teile und einer Montagestelle,
Figur 2 zeigt die einzelnen aufzunehmenden Teile und die Art der Montage derselben, und
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch den Greifer des Roboters.
Der dargestellte Roboter weist einen Greifer 1 mit einem Kranz von Greifwerkzeugen 2 auf. Der Greifer 1 ist an einem horizontal liegenden Arm 3 angeordnet, der in einem Gehäuse 4 in seiner Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Der Arm weist innerhalb von Schutzbälgen 5 nicht sichtbare Führungsstangen auf. Der Greifer 1 kann somit radial eingestellt werden. Das Gehäuse 4 befindet sich am oberen Ende einer Säule und kann mittels einer nicht dargestellten Antriebsvorrichtung gegenüber einer Basis 7 in der Höhe verstellt und mitsamt der Basis 7 auf dem Gestell 8 verdreht werden. Die vertikalen Führungen für das Gehäuse 4 sind mittels eines Schutzbalges 6 geschützt. Die Verdrehung der Teile 1 bis 7 um die Vertikalachse kann um beliebige Winkel in beliebigen Richtungen erfolgen.
Wie Figur 1 schematisch andeutet, ist koaxial zur vertikalen Drehachse der Teile 1 bis 7 ein Kranz von Magazinen 9 auf einem Tisch 10 angeordnet. Auf einem weiteren Gestellteil 11 der Montagevorrichtung ist eine in Figur 1 schematisch dargestellte Montagestelle 12 angeordnet, an welcher aus den Magazinen 9 entnommene Teile zu einem Gerät oder einem Aggregat eines Gerätes montiert werden können.
Figur 2 zeigt ein Beispiel eines Montagevorganges, wobei die einzelnen, zu montierenden, bzw. montierten Teile stark vergrössert dargestellt sind. Figur 2 zeigt im übrigen deutlicher als die Figur 1, dass der Greifer 1 um eine Achse drehbar angeordnet ist, die unter 45" zur Längsachse des Schwenkarms 3 steht. Die Achsen der Greifwerkzeuge 2 stehen wiederum unter einem Winkel von 45" zur Drehachse des Greifers 1, so dass, wie in Figur 2 angedeutet, für jede Drehstellung des Greifers 1 ein Greifwerkzeug in Richtung der Längsachse des Schwenkarms 3 radial nach aussen steht.
Üblicherweise ist dieses Greifwerkzeug jeweils aktiv, um einen Teil aufzunehmen oder ihn an der Montagestelle abzugeben.
Die zur Montage je eines Aggregats erforderlichen Teile sind in Magazinen 9, die in Figur 2 nicht dargestellt sind, um die vertikale Schwenkachse des Roboters herum angeordnet, nämlich beispielsweise ein Aufzugstrieb 13, ein Kupplungsrad 14, eine Aufzugswelle 15, ein Stellhebel 16, eine Wippe 17, ein Zeigerstellrad 18, eine Stellhebelfeder 19 und eine Montageschraube 20. Zur Montage wird nun je einer dieser Teile nacheinander von verschiedenen Greifwerkzeugen des Greifers 1 erfasst, indem der Schwenkarm 3 den Greifer 1 vor den jeweiligen Teil schwenkt. das Greifwerkzeug öffnet und zum Erfassen des Teils vorschiebt, dann das Greifwerkzeug schliesst und wieder zurückzieht. Beim Weiterschalten
des Schwenkarms 3, bzw. Greifers 1 zum nächsten Magazin wird der Greifer um einen Schritt gedreht, so dass ein nächstes Greifwerkzeug in die gewünschte Stellung zur Aufnahme des nächsten Teils gelangt. Es werden in dieser Weise alle Teile 13 bis 20 nacheinander durch zugeordnete Greifwerkzeuge 2 erfasst, worauf der Greifer mit je einem Teil 13 bis 20 vor die Montagestelle 12 geschwenkt wird, an welcher eine Platine 21 zur Aufnahme der Teile in bestimmter Position bereitliegt. Die Teile werden nun in der Reihenfolge ihrer Nummerierung eingesetzt, zu welchem Zwecke der Greifer 1 in ganz verschiedene geeignete Positionen gebracht werden kann.
So wird beispielsweise zum Einsetzen der Teile 13 bis 15 je ein Greifwerkzeug 2 mit seiner Achse parallel zur Längsachse des Schwenkarmes 3 radial zugestellt und das Greifwerkzeug dann geöffnet, um einen der Teile 13 bis 15 in dieser Reihenfolge einzusetzen. Zur Montage der übrigen Teile kann der Greifer angehoben werden, und die Teile können dann mit einem am Greifer senkrecht nach unten ragenden Greifwerkzeug eingelegt werden. Hierbei kann der Greifer natürlich auch jede beliebige zusätzliche Bewegung zum Einsetzen oder Einschieben eines Teils ausführen. So kann beispielsweise durch eine kombinierte Vertikalverstellung und Schwenkung des Schwenkarms 3 ein Teil unter einen schon eingesetzen Teil geschoben werden. Zum Einsetzen der Schraube 20 kann das zugeordnete Greifwerkzeug zugleich zum Festziehen der Schraube ausgebildet sein.
Es ist aber auch möglich, ein Greifwerkzeug lediglich zum Einsetzen der Schraube 20 auszubilden, während ein benachbartes Greifwerkzeug entweder einen Schraubenzieher hält und zum Festziehen der Schraube dient oder aber direkt als Schraubenzieher ausgebildet ist. Zu diesem Zweck wäre ein zusätzlicher Antrieb für das Greifwerkzeug, bzw. den Schraubenzieher vorzusehen.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das Ausführungsbeispiel des Greifers. Der Körper 1 des Greiferkopfes mit den Greifwerkzeugen 2 ist mittels Kugellager 22 im äusseren Endteil des Schwenkarmes 3 gelagert. Eine mit dem Greiferkörper 1 verschraubte Verzahnung 23 steht im Eingriff mit einer Schnecke 24, die durch einen Motor 25, vorzugsweise einen Schrittschaltmotor angetrieben werden kann, um den Körper 1 des Greiferkopfes in eine bestimmte Drehlage zu bringen. Konzentrisch zum Greiferkörper list eine Hülse 26 mittels Kugellager 27 und Rollenlagerung 28 drehbar gelagert. In der Hülse 26 ist an einer Stelle ein Steuerstössel 29 verschiebbar gehalten.
Unter der Wirkung einer Feder 30 befindet er sich normalerweise in einer inneren unwirksamen Stellung, wobei seine innere Stirnfläche gegen eine konische Steuerfläche 31 eines Stössels 32 anliegt, welcher Stössel durch einen Extenterzapfen 33 in Richtung seiner Längsachse aus der dargestellten hinteren Ruhestellung in eine vordere Arbeitsstellung überführt werden kann. Wird der Stössel nach vorne geschoben, so drückt seine konische Steuerfläche 31 den Stössel 29 nach aussen, welcher damit einen federbelasteten Stift 34 des einen dem Stössel 29 vorgelagerten Greifwerkzeugs 2 nach aussen verschiebt und damit das Greifwerkzeug 2 öffnet. Mit der Hülse 26 ist ein Schnekkenrad 35 verschraubt, in welches eine Schnecke 36 eingreift.
Sie kann durch einen geeigneten Motor, vorzugsweise einen Schrittschaltmotor 37, angetrieben werden, um die Hülse 26 und damit ihren Stössel 29 in eine beliebige Lage zu verschwenken, und somit die Betätigung eines beliebigen Greifwerkzeugs 2 zu ermöglichen. Es ist somit möglich, bei jeder beliebigen Drehstellung des Greiferkörpers 1 jedes beliebige Greifwerkzeug 2 zu öffnen, um einen Teil aufzunehmen oder abzugeben. Jedes beliebige Greifwerkzeug kann hierbei in jeder beliebigen Stellung betätigt werden, und es bedarf hierzu nur der richtigen Programmierung der Verstellbewegungen der Teile 1 und 26 und der Betätigung des Stössels 32, bzw.
des Stössels 29. Der dargestellte Roboter gestattet daher eine äusserst vielseitige und rationelle Arbeitsweise. Beim Ausführungsbeispiel sind am Greifer 12 Greiferwerkzeuge angeordnet, doch können mehr oder weniger solche Werkzeuge angeordnet sein. Wie oben bereits erwähnt, könnten einzelne Greiferwerkzeuge zur Aufnahme von Werkzeugen geeignet oder durch Werkzeuge ersetzt sein, welche nicht eigentlich zum Transport und Einsetzen von Werkstücken, sondern nur zur Montage, beispielsweise zum Festziehen einer Schraube gemäss obenstehender Beschreibung, verwendet werden. Zu diesem Zwecke kann ein besonderer Antrieb mindestens für einzelne der Greiferwerkzeuge bzw. Werkzeuge des Greifers 1 vorhanden sein.
Figur 3 zeigt besonders deutlich die Anordnung der Greiferachse unter einem Winkel von 45" zur Längsachse des Schwenkarmes 3 sowie die Anordnung der Achsen der Greiferwerkzeuge unter einem Winkel von 45" zur Drehachse des Greiferkörpers 1.
Es sind verschiedenste Ausführungsvarianten möglich.
So können beispielsweise die Greiferwerkzeuge pneumatisch geöffnet und geschlossen werden, und es könnte zu einzelnen Greiferwerkzeugen Vakuumleitungen zugeführt sein, um bestimmte Teile pneumatisch und nicht mechanisch zu fassen.
Die obenerwähnten, in Greiferwerkzeuge eingesetzte oder diese ersetzenden Werkzeuge können auch anders als mechanisch wirken und können beispielsweise zum Löten oder Schweissen dienen. Die Magazine 9 können entweder nach einem bestimmten Turnus ausgewechselt oder über Fördervibratoren ständig mit Werkstücken beschickt werden.
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PATENT CLAIMS
1. Assembly method by means of a robot, characterized in that a robot is provided with a plurality of gripping tools and first picks up a number of parts required for assembly with the same one after the other and then delivers these parts in succession to an assembly point.
2. The method according to claim 1, characterized in that a part is recorded at different points.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that assembly work is carried out by means of the gripping tools or work tools used in these.
4. Robot for performing the method according to claim 1, with a gripper for receiving and delivering parts, characterized in that the gripper has a number of gripping tools and means for optional actuation each has a gripping tool for receiving or delivering a part, and that a drive mechanism for moving the gripper into different receiving and dispensing positions is provided.
5. Robot according to claim 4, characterized in that the gripping tools are arranged on a rotatable gripper and can optionally be rotated into a pick-up or delivery position by rotating the gripper.
6. Robot according to claim 4 or 5, characterized in that the gripper is attached to a swivel arm whose radial length, height and angle of rotation is adjustable.
7. Robot according to claim 5 and 6, characterized in that the axis of rotation of the gripper is inclined by 45 "to the longitudinal axis of the swivel arm, and that axes of the gripping tools are inclined by 45" to the axis of rotation of the gripper.
8. Robot according to any one of claims 4-7, characterized in that the gripper is also designed to receive work tools.
9. Mounting device for performing the method according to claim 1, characterized by a robot, the gripper sits on an arm pivotable about an axis and has a number of gripping tools and means for selectively actuating a gripping tool for receiving or dispensing a part, and one Drive mechanism for moving the gripper into different pick-up and delivery positions, a ring with magazines for the parts and at least one assembly point being arranged at least approximately concentrically with the pivot axis of the arm.
The present invention relates to an assembly method using a robot, and a robot. Known robots generally work in the assembly of devices of all types on the principle that a mounting head picks up each individual part to be assembled, brings it to the assembly site and delivers it there. This way of working is relatively uneconomical.
The present invention has for its object to provide a method and a robot that allow a particularly efficient implementation of assembly work. The method according to the invention is characterized in that a robot is provided with a plurality of gripping tools, and with the same it first picks up a number of parts required for assembly one after the other and then delivers these parts in succession to an assembly point. This makes it possible to considerably rationalize the work by moving the robots from one pick-up point of one part to the next and finally with all parts together to the assembly point when picking up the parts instead of covering the entire route for each part.
The robot according to the invention is characterized in that the gripper has a number of gripping tools and means for selectively actuating one gripping tool each for picking up or delivering a part, and that a drive mechanism is provided for moving the gripper into different pick-up and delivery positions.
The invention is explained below with reference to an embodiment shown in the drawing.
FIG. 1 schematically shows the arrangement of the robot with several magazines for parts and an assembly point,
Figure 2 shows the individual parts to be accommodated and the type of assembly thereof, and
Figure 3 shows a section through the gripper of the robot.
The robot shown has a gripper 1 with a ring of gripping tools 2. The gripper 1 is arranged on a horizontally lying arm 3, which is arranged displaceably in its longitudinal direction in a housing 4. The arm has 5 guide rods (not visible) within protective bellows. The gripper 1 can thus be adjusted radially. The housing 4 is located at the upper end of a column and can be adjusted in height relative to a base 7 by means of a drive device (not shown) and rotated together with the base 7 on the frame 8. The vertical guides for the housing 4 are protected by a protective bellows 6. Parts 1 to 7 can be rotated about the vertical axis by any angle in any direction.
As schematically indicated in FIG. 1, a ring of magazines 9 is arranged on a table 10 coaxially to the vertical axis of rotation of parts 1 to 7. On another frame part 11 of the assembly device, an assembly point 12, shown schematically in FIG. 1, is arranged, at which parts removed from the magazines 9 can be assembled to form a device or an assembly of a device.
Figure 2 shows an example of an assembly process, the individual parts to be assembled or assembled are shown greatly enlarged. Figure 2 shows more clearly than Figure 1 that the gripper 1 is rotatable about an axis which is 45 "to the longitudinal axis of the swivel arm 3. The axes of the gripping tools 2 are in turn at an angle of 45" to the axis of rotation of the gripper 1, so that, as indicated in FIG. 2, for each rotational position of the gripper 1, a gripping tool stands radially outward in the direction of the longitudinal axis of the swivel arm 3.
This gripping tool is usually active in each case in order to pick up a part or to deliver it to the assembly site.
The parts required to assemble one unit each are arranged in magazines 9, which are not shown in FIG. 2, around the vertical pivot axis of the robot, namely, for example, an elevator drive 13, a clutch wheel 14, an elevator shaft 15, an actuating lever 16, a rocker 17, a pointer setting wheel 18, a setting lever spring 19 and a mounting screw 20. For mounting, one of these parts is now gripped one after the other by different gripping tools of the gripper 1 by the pivot arm 3 pivoting the gripper 1 in front of the respective part. the gripping tool opens and advances to grasp the part, then closes and pulls back the gripping tool. When switching on
of the swivel arm 3 or gripper 1 to the next magazine, the gripper is rotated by one step, so that a next gripping tool arrives in the desired position for receiving the next part. In this way, all parts 13 to 20 are grasped one after the other by assigned gripping tools 2, whereupon the gripper is pivoted with one part 13 to 20 in front of the assembly point 12, at which a circuit board 21 for receiving the parts is available in a certain position. The parts are now used in the order of their numbering, for which purpose the gripper 1 can be brought into very different suitable positions.
For example, to insert the parts 13 to 15, one gripping tool 2 is radially fed with its axis parallel to the longitudinal axis of the swivel arm 3 and the gripping tool is then opened in order to insert one of the parts 13 to 15 in this order. To assemble the remaining parts, the gripper can be raised and the parts can then be inserted with a gripping tool that projects vertically downwards on the gripper. The gripper can of course also perform any additional movement for inserting or inserting a part. For example, a part can be pushed under an already inserted part by a combined vertical adjustment and pivoting of the swivel arm 3. To insert the screw 20, the associated gripping tool can also be designed to tighten the screw.
However, it is also possible to design a gripping tool only for inserting the screw 20, while an adjacent gripping tool either holds a screwdriver and serves to tighten the screw, or is designed directly as a screwdriver. For this purpose, an additional drive for the gripping tool or the screwdriver would have to be provided.
Figure 3 shows a section through the embodiment of the gripper. The body 1 of the gripper head with the gripping tools 2 is mounted in the outer end part of the swivel arm 3 by means of ball bearings 22. A toothing 23 screwed to the gripper body 1 is in engagement with a worm 24 which can be driven by a motor 25, preferably a stepping motor, in order to bring the body 1 of the gripper head into a certain rotational position. Concentric to the gripper body, a sleeve 26 is rotatably supported by means of ball bearings 27 and roller bearings 28. A control plunger 29 is held displaceably at one point in the sleeve 26.
Under the action of a spring 30, it is normally in an inactive position, its inner end face abutting against a conical control surface 31 of a plunger 32, which plunger is moved by an eccentric pin 33 in the direction of its longitudinal axis from the rear rest position shown into a front working position can be. If the plunger is pushed forward, its conical control surface 31 pushes the plunger 29 outwards, which thus displaces a spring-loaded pin 34 of the gripping tool 2 in front of the plunger 29 and thus opens the gripping tool 2. A worm wheel 35 is screwed to the sleeve 26, in which a worm 36 engages.
It can be driven by a suitable motor, preferably a stepping motor 37, in order to pivot the sleeve 26 and thus its plunger 29 into any position, and thus to enable the actuation of any gripping tool 2. It is thus possible to open any gripping tool 2 at any rotational position of the gripper body 1 in order to pick up or deliver a part. Any gripping tool can be actuated in any position, and all that is required is the correct programming of the adjustment movements of parts 1 and 26 and the actuation of the plunger 32 or
of the plunger 29. The robot shown therefore allows an extremely versatile and efficient way of working. In the exemplary embodiment, 12 gripper tools are arranged on the gripper, but more or less such tools can be arranged. As already mentioned above, individual gripper tools could be suitable for receiving tools or replaced by tools which are not actually used for transporting and inserting workpieces, but only for assembly, for example for tightening a screw as described above. For this purpose, a special drive can be provided for at least some of the gripper tools or tools of the gripper 1.
FIG. 3 shows particularly clearly the arrangement of the gripper axis at an angle of 45 "to the longitudinal axis of the swivel arm 3 and the arrangement of the axes of the gripper tools at an angle of 45" to the axis of rotation of the gripper body 1.
A wide variety of designs are possible.
For example, the gripper tools can be opened and closed pneumatically, and vacuum lines could be supplied to individual gripper tools in order to grip certain parts pneumatically and not mechanically.
The above-mentioned tools used in or replacing gripper tools can also act differently than mechanically and can be used, for example, for soldering or welding. The magazines 9 can either be exchanged after a certain cycle or continuously loaded with workpieces via conveyor vibrators.