CN103358177B - 机器人引导的折叠工具和折叠方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于折叠工件（5）的机器人引导的折叠工具，其中，该折叠工具（2）具有机器人接口（9）和框架（7），该框架（7）具有在其上被可调整地引导的按压元件（10），特别是折叠辊。折叠工具（2）具有用于按压力（F）的检测装置（14）和受该检测装置（14）控制或调节的执行装置（15），用以调整所述按压元件（10）。本发明还涉及一种加工装置和一种利用机器人引导的折叠工具来折叠工件的方法。

Description

机器人引导的折叠工具和折叠方法

技术领域

本发明涉及一种折叠工具和一种折叠方法。

背景技术

折叠机器人在实践中是公知的，其承载着具有按压元件(例如折叠轧辊)的折叠工具，并压迫工件的待折叠的法兰(Flansch)以及沿折叠轨迹运动。这种折叠工具可以具有刚性的或有弹性地交替偏转的折叠辊。按压力由机器人施加，在此，对机器人在折叠过程中的运动轨迹进行相应地编程。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的折叠技术。

本发明的目的通过一种折叠工具和折叠方法实现。根据本发明的折叠工具的优点在于：可以利用检测装置和执行装置独立地控制或调节作用于工件上的按压力。在此不涉及对机器人的轨迹编程。这样做的优势在于，不具有详细的机器人编程的知识和技能的非专业人员也可以对按压力进行调整。

根据本发明的按压技术和折叠技术的优势特别在于，可以由此平衡由机器人施加的按压力的波动。首先，轨迹编程可能是不正确的或有错误的。最初进行机器人的路径编程的工件也可能在运行中发生变化。最重要的是，具有节肢和机器人轴的机器人本身就是一种有弹性的系统，并且根据轴位置具有不同的弹簧刚性。特别是当机器人为了到达更远距离的过程地点(Prozessort)而采取拉伸位置(Strecklage)并垂直于该拉伸方向施加按压力时，机器人是弹簧柔软的。如果过程地点位于机器人附近，并且机器人采取弯曲位置，则弹簧刚性要高得多。这些不同的弹簧刚性的可检测性是很差的，并且在机器人编程时不能或只有在花费非常高的成本的情况下才能加以考虑。此外，通过机器人编程实现的平衡也是相对不准确的。

根据本发明的按压技术在此可以提供补救措施。其能够直接在过程地点附近起作用并能够控制或调节由机器人引起的按压力的波动。这种平衡与力波动的原因无关。

此外，根据本发明的按压和折叠技术可以实现过程优化并调整按压力，以适应不同的过程要求。特别是可以在有问题的处理位置上局部提高按压力。在折叠过程中，这些位置例如可以是折叠进程中的角落处或弯曲位置，它们以更高的阻力对抗卷折(Rollfalzen)。在其他位置上也有可能降低按压力，以避免损害工件、机器人过载等等。

最后，根据本发明的按压和折叠技术还可用于其他目的，例如避免在受到驱动的按压元件、特别是可转动驱动的折叠辊中的滑动。这种滑动可能会导致对工件的表面损害。通过按压力的局部增加，可以迫使例如用于按压元件的速度控制的驱动器增加转矩，一方面，这可以避免按压元件和工件之间的滑动。另一方面，部分在折叠过程中使法兰弯曲的力也可以由按压元件的驱动器施加。通过按压力的增加，电机转矩和驱动转矩以有利的方式上升。在这里，还优选使按压力和驱动转矩彼此处于设定的关系中，特别是彼此处于比例关系中。

优选将折叠工具设计为机器人引导的折叠工具，在此，优选将按压元件设计为可自由转动或驱动的折叠辊，并且在需要时可存在多个。此外，按压元件也可以通过弹簧加载，以实现规避运动(Ausweichbewegung)。

折叠工具的组成部分，特别是检测装置和执行装置，也可以不同的方式构成。与机器人控制器的连接有利于有针对性地调整按压元件，特别是有利于基于轨迹的局部的力变化。显示器使得操作者更容易实现手动调整，此外还可以监视和跟踪在过程中以及在沿着编程轨迹的不同的过程位置上的按压力。

在一种实施方式中，由执行装置独立地调整按压元件。

在一种实施方式中，用于间接或直接检测作用于按压元件上的按压力F的传感器装置具有力传感器和/或位移传感器。

在一种变形中，执行装置直接或间接地通过弹簧作用于按压元件上。

在一种实施方式中，折叠工具包括具有一个或多个按压元件的保持器，在此，所述保持器与执行装置相连接。

附图说明

在附图中示意性地举例示出了本发明。其中，

图1示出处于弹簧刚性弯曲状态的具有折叠工具的机器人，

图2示出处于弹簧柔软的拉伸状态的如图1所示的机器人，

图3示出具有检测和执行装置的机器人和折叠工具的原理图，

图4示出如图3所示设计的一种变形，其具有弹回的按压元件，

图5至图7示出机器人和折叠工具的不同的操作和功能状态，以产生按压力。

其中，附图标记说明如下：

1加工装置，折叠装置

2折叠工具

3机器人，弹簧

4端部节肢，手

5工件

6工作台、床

7框架

8轴

9机器人接口

10按压元件，折叠辊

11保持器

12杆

13弹簧

14检测装置

15执行装置

16调节器

17传感装置，位移传感器，力传感器

18执行器

19液压单元

20驱动器，执行电机，伺服电机

21执行气缸

22机器人控制器

23输入装置

24驱动器，转动驱动器

25防滑装置

26过程点，TCP

27显示器

28底座。

具体实施方式

本发明涉及一种折叠工具2和一种折叠方法。本发明还涉及一种具有可编程的多轴机器人3和折叠工具2的加工装置1以及一种加工方法。

机器人3具有多个可运动的、特别是通过可平移驱动和/或旋转驱动的机器人轴在连接位置上彼此关节连接的机器人节肢。可平移和/或可旋转的机器人轴的构成、组合和数量可任意选择。

优选使用关节臂机器人或曲臂机器人3，其具有作为基础的基座以及摇臂、悬臂和具有可转动的从动法兰的端部节肢4，特别是机器人手。在所示出的实施方式中，机器人3具有六个旋转轴，其中包括三轴的机器人手4。机器人也可以具有较少的轴(例如五个轴)或一个或多个附加轴(例如移动轴)。

机器人3与如图4所示的机器人控制器22连接。该机器人控制器22包括一个或多个具有处理器、输入和输出装置以及用于数据和程序的存储器的机器人单元。在机器人控制器22中对优选为位置控制的机器人3的运动的轨迹程序进行编程并存储。为了执行加工过程，特别是折叠过程，机器人3沿着该编程的轨迹引导折叠工具2。在此机器人3通过按压元件10和按压力F相对于如图1和图2所示的位于工作台6(例如折叠床)上的工件5按压折叠工具2。

折叠过程是在工件5上施加起牵拉或按压作用的按压力F的加工过程。在所示出的实施例中采用机器人折叠，在此，利用按压元件10以一个或多个梯级(Stufen)依次使工件5的法兰弯曲并折叠。工件5可以由一个或多个薄板制成，在此，在折叠过程中，也可以使折叠的法兰将其他板材夹住。

可以将编程的加工轨迹被编程为单独的路段或路段序列，替代地或附加地也可以被编程为点状的或点的序列。在机器人折叠过程中，例如折叠工具2将沿着折叠路线在工件边缘以及在轨迹路段中至少逐段地连续运动。

在图1和图2中以示例性的结构实施方式示出折叠工具2。其具有框架7，该框架7具有例如长形伸展的、壳状的且必要时具有侧壁开口的杆12以及中间轴8。框架7在上端部支承机器人接口9，用于固定地或可松脱地与机器人端部节肢4的从动元件(例如转动法兰)相连接。如果需要更换折叠工具2，则可以中间连接自动更换耦合装置(未示出)。轴8可以与所述从动元件的转动轴对中心。

在框架7上，在适当的位置上，特别是在下端部上设置按压元件10，用以沿牵拉方向或按压方向施加按压力F。可以设置一个或多个按压元件10。一个或多个按压元件10可以位于保持器11上，保持器11刚性地或可运动地安装在框架7上。按压元件10例如可以被设计为可围绕轴承轴转动的折叠辊，该折叠辊具有根据折叠要求构型的护套。如果利用折叠工具2执行例如包括预折叠和最后折叠的多级折叠过程，则可以设置多个具有不同的护套几何形状(例如圆柱形和圆锥形)的折叠辊10，并设置在框架7的不同侧面上。在所示出的实施方式中，单个或所有按压元件或折叠辊10位于保持器11上。

折叠工具2具有用于过程点26上的按压力F的检测装置14和由检测装置14控制或调节的执行装置15，用于调整可运动地设置在框架7上的按压元件10。执行装置15具有与检测装置相连接的调节器16。

按压元件10的可调整性可在一个或多个轴或方向上给出，此外还可以具有可选的运动学特征。在所示出的实施例中，沿轴8的方向给出线性、可移动的可调整性。按压元件10可以单独可调地设置在框架7上。在所示出的实施方式中，保持器11与多个按压元件或折叠辊10一起可运动地设置在框架7上，优选可沿轴8移动地设置。用于上述单轴或多轴运动的轴承装置可以任意的方式实现并优选是摩擦低的。其例如可以是滑动轴承。详情在图中未示出。

此外，弹簧13可以作用于按压元件10上或具有一个或多个按压元件10的保持器11上，弹簧13例如沿轴8设置在框架7中，并使按压元件10以及还可能使保持器11进行相应的轴向闪避运动(Ausweichbewegung)。弹簧13例如可以被设计为包状或柱状的碟形弹簧、螺旋弹簧等等。

折叠辊10可以具有可自由转动的轴承结构。替代地可以转动地驱动折叠辊10，为此将图4中示意性示出的驱动器24设置在合适的位置上，例如设置在保持器11上。该驱动器24可以是可控或可调节的电动转动驱动器。其特别可以具有速度调节装置或转速调节装置。驱动器24可以与机器人控制器22相连接并从其获得用于预设或用于调整转速或速度的额定值的控制信号。在这里，例如可以根据机器人3沿折叠路线的引导速度或轨迹速度来调整在过程点26上的滚动速度。可以将这些速度例如选择为大小相等的。这样，转动驱动和机器人3的横移运动或引导运动是同步的。

执行装置15以上述方式沿至少一个方向、优选沿轴向8的方向调整按压元件10，并在此执行例如线性移动。执行装置15可以独立地调整按压元件10，在此，不改变机器人控制器22中的轨迹编程。执行装置15或检测装置14因此可以用于补偿可变的机器人弹性。此外，还可以为了独立的过程影响来调整按压力F。

机器人3可根据其节肢和机器人轴的状态而具有不同的弹簧弹性，并在施加按压力F时本身或多或少地强烈地有弹性地偏转。对此，图1示出了具有相对较高的弹簧刚性的弯曲状态。在如图2所示的机器人3的伸展状态中，弹簧刚性明显低得多。在如图3至图6所示的示意性模型中，用弹簧代表机器人3，其设置在示意性示出的底座(Untergrund)28和折叠工具2之间。

如图5的示意图所示的具有较大长度L的象征机器人3的弹簧相应于如图1所示的弹簧刚性的机器人3。如图2所示的弹簧柔性的机器人3对应于如图6的示意图所示的具有被压缩并相应缩短的弹簧3。由图5和图6可以看到，作用于过程点26上的实际按压力F在如图2、图6所示的柔性机器人中小于如图1和图5所示的刚性机器人。

此外，在所示出的实施例中还存在以上所述的弹簧13，其相应于机器人3的弹簧刚性或多或少地被压缩。在该实施例中，系统包括串联的弹簧3和13。

执行装置15和检测装置14能够检测到按压力F的变化并根据需要进行更改。为此，执行装置15具有执行器18，其作用于被加载的按压元件10上，在此还附加地引入执行力(Stellkraft)和执行路径(Stellweg)。在图7中示意性地说明了这种情况。设置在框架7上的执行器18通过机器人接口9支承在机器人3上，并直接或间接地通过弹簧13作用在被加载的按压元件10上。在所示出的实施例中，为了提高按压力F，通过执行器18推动按压元件10，在此，还附加地压缩弹簧13。通过调整按压元件10，使机器人接口9和过程点26之间的距离发生改变，在此该距离增大。过程点26同时描述了折叠工具2的所谓工具中心点(TCP)。执行驱动器15因此而改变了折叠工具2的有效长度和TCP的位置。

执行器18可以不同的方式构成。优选其由刚性的或不可压缩的介质构成，并在控制过程中能够进行定义的路径调整和力变化。

图3再次示出了执行器18的布置和设计的通用示意图。执行器18被设置并支承在框架7上，在此，执行器18优选位于机器人接口9和按压元件10或保持器11之间。在如图3所示的图示变形中没有弹簧13，由此使执行器18直接作用在保持器11或按压元件10上并对其进行调整。执行器18与调节器16相连接并受其控制。

如图3所示的执行器18例如可以是电动螺杆传动装置或齿条传动装置。替代地可以是具有力操作器(例如压力元件)的杠杆传动装置或曲柄传动装置。

在图4中示出了另一种变形。执行器18在此被设计为液压单元19。特别地，可以将执行器18实施为携带的或外部的液压单元19或实施为电机驱动的执行驱动器。液压单元19在框架7上具有执行气缸21，优选向执行气缸中加载非压缩流体(例如液压油)，并使活塞杆伸拉得较远，活塞杆直接或如图4所示通过中间连接的弹簧13间接地作用在按压元件10或保持器11上。液压单元19还具有与调节器16相连接的驱动器20，例如执行电机，特别是电动伺服电机，其通过执行器作用在另一个气缸及其活塞上，并根据设定值将上述流体挤入执行气缸21中。驱动器20由此控制执行气缸21的调整运动。液压单元19可以安装在折叠工具2上并由机器人3一起引导。替代地可以将驱动器20和由其加载的第一气缸设置在外部，并通过导线与工具侧的执行气缸21相连接。为此，在图1和图2中举例示出了位于框架7上的导线接口。

利用检测装置14可以检测按压力F或作用于按压元件10上的反应力。为此，检测装置14可以具有包含一个或多个合适的传感器的传感装置17。为了进行检测，例如可以在适当的位置上通过压力计、应变计或其他类似的传感器测量力。在如图3所示的不包括弹簧13的折叠工具2的示意图中，这种具有力测量仪的传感装置17例如在保持器11上被设置在执行器18和按压元件10之间。该传感装置17还可以位于其他合适的位置上。

在如图4至图7所示的变形中，替代地或附加地例如沿弹簧13的弹簧路径间接地检测按压力F。传感装置例如可以具有测距仪，其被刚性地安装在框架7上并测量相对于过程侧的参考点的距离，例如相对于工件5的距离。根据该距离可以推断出被执行器18压缩的弹簧13的弹簧长度L，并由此关于弹簧特性确定力。在另一种实施方式中，可以例如通过霍尔传感器直接测量弹簧长度或其变化。此外，传感装置17也可以有其他结构和功能形式的变形。

检测装置14还可以与显示器27相连接，如图4所示。在该显示器27上可以光学地或以其他适当的方式显示所测量或检测到的值，特别是力的值。

此外，检测装置14与执行装置15并特别是与其调节器16相连接，检测到的按压力F的实际值存储在那里。

调节器16具有固定的或变化的额定值输入。执行装置15，特别是调节器16例如可以与机器人控制器22相连接。在此额定值输入可以通过机器人控制器22实现。

替代地或附加地可以通过其他的方式，例如由操作人员手动实现额定值输入。为此，可以在调节器16上设置在图4中示出的、例如可以由操作人员控制的输入装置23，例如转动开关或滑动开关。显示器(未示出)在此可以监督这种输入。替代地还可以通过计算机或其他远程的调节设备，通过导线连接(例如网络、互联网等)实现对调节器16的远程调节和编程。

可以根据需要来实现由机器人控制器22和从其他位置、特别是输入装置23的额定值输入的关系和相互影响。例如，可以控制输入装置23，并由机器人控制器叠加地或替代地进行额定值输入。

在另一种实施方式中，可以取消机器人控制器22的对按压力F的额定值输入。在这种情况下，只通过输入装置23调整额定值。

另外，可以将与轨迹相关的信号从机器人控制器22传输到调节器16，以确定过程点或轨迹地点。在该实施方式中，可以将与轨迹或各个过程点26相关的按压力F的额定值输入并存储在相应的复杂且可能具有独立智能的调节器16中。

在另一种变形中，调节器16可以配属于机器人控制器22并特别是可以集成在其中。

与地点相关的额定值输入有利于根据具体的过程要求来调整按压力F。这种调整例如可以发生在法兰伸展路线(Flanschverlauf)的角或弯曲位置或转弯处。待弯曲的法兰在这些位置上对按压元件10的抵抗力大于在折叠路线(Falzverlauf)的直的区域上的抵抗力。利用相应的额定值输入，可以通过执行装置15提高按压力F，以克服该抵抗力。此外还可以给出其他的过程位置，在这些位置上，由于其他的原因需要更高的或者可能更低的按压力F。

折叠工具2还可以包括装置25，用于避免在可驱动的驱动元件10、特别是可驱动的折叠辊和被加载的工件5之间的滑动。压按压元件10的驱动器24在此可以具有例如速度控制调节装置。通过在调节器16上的额定值输入可以提高按压力F的额定值，由此也提高了驱动器24和可移动的按压装置10的阻力。这将导驱动器运动降低速度，这会对具有较高驱动转矩的驱动器产生反作用。通过这种方式可以防止打滑。上述措施可以有针对性地用于消除可能发现的滑移问题以及由此引起的在工件5上的损伤位置。例如在上述折叠路线中的角区域或转弯处形成较高的变形阻力和折叠阻力时，通过为了克服阻力和使法兰弯曲而增加的按压力F，可以自动地同时提高驱动转矩。

可以通过各种方式实现所示出和所描述的实施方式的变形。这些实施例的特征可以互换或彼此组合。

可以改变按压装置10。例如，可以将按压装置10设计为压力柱塞(Druckstempel)或压指或以其他合适的方式构成。加工过程或按压过程可以具有其他的设计方案。折叠工具可以被设计为其他的按压工具，特别是可以设计为其他的变形工具或接合工具。例如，可以利用柱塞状的按压元件10使工件部件相互逐点或逐段地被按压，并在此例如通过夹具连接、粘接连接等等使其接合。按压元件10的驱动器24可以替代地设置在框架7上并具有紧接在对按压元件10的调整之后的驱动连接。

Claims (21)

1.一种用于折叠工件(5)的机器人引导的折叠工具，其中，该折叠工具(2)具有机器人接口(9)和框架(7)，该框架(7)具有能在其上可调整地引导的按压元件(10)，其特征在于，所述折叠工具(2)具有用于按压力F的检测装置(14)和由该检测装置(14)控制或调节的执行装置(15)，用以调整所述按压元件(10)，其中所述执行装置(15)沿所述折叠工具(2)的轴方向(8)调整所述按压元件(10)，并且其中，所述执行装置(15)设计用于，平衡可变的机器人弹性和/或为了独立地影响而调整所述按压力F。

2.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，所述执行装置(15)沿所述折叠工具(2)的轴方向(8)使所述按压元件(10)线性移动。

3.如权利要求1或2所述的折叠工具，其特征在于，该折叠工具(2)具有作用于所述按压元件(10)上的弹簧(13)。

4.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，所述检测装置(14)具有传感装置(17)，用以间接或直接地检测作用于所述按压元件(10)上的按压力F。

5.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，所述检测装置(14)具有显示器(27)。

6.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，所述执行装置(15)与机器人控制器(22)相连接并具有作用于所述按压元件(10)上的执行器(18)。

7.如权利要求6所述的折叠工具，其特征在于，所述执行装置(15)具有与所述检测装置(14)和所述执行器(18)相连接的调节器(16)，该调节器具有固定的或可变的额定值输入。

8.如权利要求6或7所述的折叠工具，其特征在于，所述执行装置(15)的调节器(16)具有可由操作人员操作的、用于额定值输入的输入装置(23)。

9.如权利要求6所述的折叠工具，其特征在于，将执行器(18)实施为携带的或外部的液压单元(19)或实施为电机驱动的执行驱动器。

10.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，该折叠工具(2)具有多个具有不同几何形状的护套的按压元件(10)。

11.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，该折叠工具(2)具有自己的用于按压元件(10)的驱动器(24)。

12.如权利要求11所述的折叠工具，其特征在于，所述驱动器(24)被构造为速度可调的驱动器。

13.如权利要求1所述的折叠工具，其特征在于，所述按压元件(10)被构造为折叠辊。

14.如权利要求11或12所述的折叠工具，其特征在于，所述驱动器(24)被构造为用于可转动折叠辊的转动驱动器。

15.如权利要求14所述的折叠工具，其特征在于，该折叠工具(2)具有用于避免受驱动的可转动折叠辊滑动的装置(25)。

16.一种折叠装置，具有可编程的多轴机器人(3)，该多轴机器人具有机器人控制器(22)，其中，所述机器人(3)引导折叠工具(2)，该折叠工具(2)具有机器人接口(9)、框架(7)和在该框架(7)上可调地引导的按压元件(10)，其特征在于，所述折叠工具(2)根据权利要求1至15中任一项构成。

17.如权利要求16所述的折叠装置，其特征在于，在所述机器人控制器(22)中存储用于位置控制的所述机器人(3)的运动的轨迹程序。

18.一种利用由机器人(3)引导的折叠工具(2)折叠工件(5)的方法，该折叠工具(2)具有机器人接口(9)和框架(7)，该框架(7)具有在其上被可调整地引导的按压元件(10)，其特征在于，利用位于所述折叠工具(2)上的检测装置(14)检测按压力F，并可控地或可调节地借助于执行装置(15)沿所述折叠工具(2)的轴方向(8)来调整所述按压元件(10)，并且其中，将所述执行装置(15)对所述按压元件(10)的调整设计为，用于平衡可变的机器人弹性和/或为了独立地影响而调整所述按压力F。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述执行装置(15)直接或间接地通过弹簧(13)作用于所述按压元件(10)上。

20.如权利要求18或19所述的方法，其特征在于，通过位置控制的机器人(3)沿着经编程的轨迹引导所述折叠工具(2)，其中，由所述执行装置(15)独立地且不改变轨迹编程地调整所述按压元件(10)。

21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在折叠过程中，所述按压元件(10)由自身的驱动器(24)转动驱动，在此，通过调整所述按压力F来避免所述按压元件(10)和所述工件(5)之间的滑动。