CN107000211A - 用于打开可翻转件的处理装置及相应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在涂装设备中打开待涂覆的部件的可翻转件(1)、尤其用于打开机动车车身部件的门(1)或罩的处理装置，所述处理装置具有：处理机器人(2)，其具有机械臂(5)，并具有夹持器(6)，安装在机械臂(5)上的所述夹持器用于接合在位于待打开的可翻转件(1)上的接合结构(7)中，使得处理机器人(2)可借助于夹持器(6)打开可翻转件(1)；以及传感器(8)，其用于非接触地感测夹持器(6)相对于可翻转件(1)的位置，以使得夹持器(6)能够相对于位于可翻转件(1)上的接合结构定位。本文提出传感器(8)测量相对于待打开的可翻转件(1)的外侧(9)的距离。

Description

用于打开可翻转件的处理装置及相应的方法

技术领域

本发明涉及一种用于在涂装设备中打开待涂覆的部件的可翻转件、尤其用于打开机动车车身部件的门或罩的处理装置。此外，本发明包括相应的处理方法。

背景技术

在用于涂装机动车车身部件的现代涂装系统中，待涂装的机动车车身的门和罩必须在喷涂过程中打开，使得涂装机器人可涂装对机动车车身的内部和门或罩的内侧。

处理机器人、也称为门打开器或罩打开器，通常用于该目的。借助于销，这些处理机器人通常接合在位于待打开的门或罩上的接合结构中，进而可打开或关闭可翻转件(门或罩)。在机动车车身的门的情况下，用于处理机器人的销的接合结构通常由窗间隙形成，侧窗玻璃可在完全组装状态下在所述窗间隙中移动。

在这种处理机器人的情况下的问题是处理机器人的销在接合结构中的精确定位。这是因为，待涂装的机动车车身的已知几何数据结合机动车车身在输送机上的位置仅使得处理机器人的销能够相对于位于待打开的可翻转件(门或罩)上的接合结构粗略位置。

JP 7-232110公开了一种处理机器人，其具有用于辅助处理机器人相对于机动车车身的待打开的门定位的接近传感器。在这种情况下，接近传感器从处理机器人的机械臂突出，并且在操作期间检测在机动车车身中的待打开的门的内侧。由此，处理机器人必须首先通过用于侧窗的门开口进入机动车车身的内部。接下来，机械臂可下降，于是机械臂再次慢慢地拉出，直到接近传感器检测到门的内侧。在该时间点，处理机器人的销与待打开的门之间的确切的相对定位是已知的。然后，处理机器人可抬起销，稍微地侧向地移动销，然后将销嵌入窗间隙中，从而可打开门。因此，该已知的处理机器人的缺点是处理机器人相对于位于待打开的门上的接合结构的相当复杂的定位，因为处理机器人必须首先移动至机动车车身的内部。

从EP 1824646 B1已知将处理机器人相对于机动车车身的待打开的门定位的完全不同的原理。在这种情况下，传感器集成至处理机器人的用于打开的销中，所述传感器的测量范围向下定向，并且所述传感器在经过待打开的门的窗间隙时产生信号。一方面，这要求用于打开的销首先移动越过窗间隙，这使得定位变得复杂。另一方面，难以将传感器结构集成至用于打开的销中。

发明内容

因此，本发明是基于提供相应地改进的处理装置及相应的方法的目的。

该目的通过根据独立权利要求的处理装置或相应的方法来实现。

本发明包括下述一般技术教导：为了将处理机器人相对于待打开的可翻转件(例如机动车车身的门)定位的目的，测量相对于待打开的可翻转件的外侧的距离。因此，本发明与根据开始时描述的JP 7-232110的现有技术不同，JP7-232110用于检测待打开的门的内侧。由于用于打开的夹持器(例如销)不必首先移动至机动车车身的内部，因此，处理装置相对于待打开的可翻转件的根据本发明的定位由此基本上更简单。

此外，本发明也不同于根据上述EP 1824646B1的现有技术，EP 1824646 B1提出传感器特别地检测窗间隙、即用于处理机器人的夹持器的接合结构。

然而，根据现有技术，本发明提供一种用于打开和关闭待打开的可翻转件(例如机动车车身的门、发动机罩或行李箱盖)的处理机器人。

处理机器人优选为具有串联运动性的可自由编程的多轴机器人。例如，为了该目的可使用所谓的Scara机器人(Scara：选择顺应性装配机械臂)。然而，在本发明的另一示例性实施例中，处理机器人是常规的铰接臂机器人。

处理机器人引导夹持器(例如销)以用于接合在位于待打开的可翻转件上的接合结构(例如门的窗间隙)中，使得处理机器人可借助于夹持器打开可翻转件。在这种情况下，夹持器与待打开的可翻转件的几何形状相匹配，使得夹持器可接合在位于待打开的可翻转件上的接合结构中。在打开机动车车身的门的情况下，夹持器优选地呈销的形式，使得夹持器可接合在门的窗间隙中。

此外，根据本发明的处理装置包括用于非接触地感测夹持器相对于可翻转件的位置的传感器，以使得夹持器能够相对于可翻转件上的接合结构定位。

与根据JP 7-232110和EP 1824646 B1的现有技术相比，本发明具有下述区别：传感器测量相对于待打开的可翻转件的外侧的距离。这是有利的，因为处理机器人进而可将夹持器从外侧布置在接合结构中，而不需要首先将传感器移动至机动车车身的内部。

在本发明的一优选实施例中，传感器安装在机械臂上或机械臂中。由此，本发明与如在开始时描述的EP 1824646 B1中的现有技术不同，在EP 1824646 B1中，传感器集成至夹持器中。然而，传感器与夹持器的结构分离是有利的，因为夹持器在机械过载的情况下可能会断裂，进而必须被更换。然而，在本发明的范围内，夹持器可设计为简单的部件，使得更换夹持器的花费不多。

相比之下，由于传感器不易受污物的影响，因此，传感器被结构集成至机械臂中是有利的。此外，还由于处理机器人的外轮廓不因此增大，从而也不增大碰撞的风险，因此，传感器被结构集成至机械臂中是有利的。

在本发明的优选示例性实施例中，传感器具有从机械臂倾斜地向前投射的测量范围。这提供了下述优势：当夹持器接近待打开的门时，待打开的门的外侧总是在传感器的测量范围的“视野范围内”。

然而替代地，传感器的测量范围也可直接(水平地)向前投射。如果传感器安装在机器人基座上，则这是尤其有用的。

在根据本发明的处理装置的情况下，夹持器优选地从机械臂横向地向下突出，使得夹持器可接合在位于待打开的可翻转件上的接合结构中。在这种情况下，夹持器可经由本身已知的机械手轴连接至机械臂。然而替代地，处理机器人也可不具有任何机械手轴，使得夹持器直接安装在末端的机械臂上。

此外，应提到的是，传感器测量相对于待打开的可翻转件(例如机动车车身的门、罩、行李箱盖)的外侧的距离，优选地作为定量的量。由此，本发明不同于JP 7-232110中描述的现有技术，在JP 7-232110中，传感器仅检测到接近待打开的门的内侧，进而在一定距离处输出定性信号。相比之下，相对于待打开的可翻转件的外侧的距离的定量测量使得在接近待打开的可翻转件的外侧时可实现持续的位置控制，即利用测量到的相对于待打开的可翻转件的外侧的距离的反馈。

关于夹持器，还应提到的是，夹持器优选地具有预定的断裂点，使得夹持器在机械过载的情况下断裂。预定的断裂点的机械负载能力优选地设计成使得夹持器在超过待打开可翻转件和/或处理机器人的机械负载能力之前断裂。

例如，夹持器可由塑料制成。这是有利的，因为夹持器与待打开的可翻转件之间的物理接触不会在待打开的可翻转件上产生划痕。

还应提到的是，传感器优选地连接至传感器线路，传感器线路至少沿传感器线路的长度的一部分在机械臂内延伸。这是有利的，因为传感器线路在此受保护，并且不增大处理机器人的外轮廓。

上文已经提到，待打开的可翻转件可以是机动车车身的门。在这种情况下，用于处理机器人的夹持器的接合结构通常由门中的窗间隙形成。

然而，待打开的可翻转件上的接合结构也可以是可拆卸地附接至可翻转件的辅助件。例如，这种辅助件可附接至待打开的行李箱盖或附接至罩，使得夹持器可夹持行李箱盖或罩。由此，在本发明的范围内，接合结构不一定是待打开的可翻转件的一体式组成部分，而是也可被可拆卸地连接至待打开的可翻转件。

此外，在本发明的范围内，接合结构可以是牌照凹部、用于车前灯的开口或类似物。

此外，也可检查夹持器与接合结构的接触。这可例如通过评估传感器信号来实现。

关于传感器的设计和操作模式，在本发明的范围内存在各种可能方案。但是，传感器优选为距离传感器、例如超声波传感器或感应传感器。然而，在本发明的范围内也可使用其它类型的传感器。例如，也可在本发明的范围内使用雷达传感器。

在这方面还应提到，传感器优选地识别由钢或铝制成的材料。在这种情况下，至少在接近至小于100毫米时(例如根据传感器和根据传感器的位置，在小于50-500毫米的范围内)应可识别信号。

还应提到的是，优选地仅提供单个传感器，以使得夹持器能够定位在位于待打开的可翻转件上的接合结构中。

此外，应注意，本发明不仅要求保护上述根据本发明的处理装置。此外，本发明还要求保护具有至少一个这种处理装置的完整的涂覆设备。例如，这可以是用于涂装机动车车身部件的涂装设备。

此外，还应提到的是，处理机器人优选地还使得可进行碰撞控制，从而识别例如处理机器人与部件(例如机动车车身部件)的碰撞或与涂装室的舱室壁的碰撞。

作为该碰撞控制的一部分，可测量例如作用在处理机器人的Z轴线(竖直轴线)上的扭矩。由此，当处理机器人绕其Z轴线(竖直轴线)转动并且与边界(例如机动车车身部件)碰撞时，该扭矩突然增大。

然而替代地，作为碰撞控制的一部分，也可评估所有机器人轴线或至少多个机器人轴线的扭矩。

最后，本发明还包括如上述说明中已给出的相应的处理方法，从而可省略对所述处理方法的单独说明。

然而，关于处理方法，应提到的是，优选地首先实现夹持器的粗略定位，然后实现夹持器的精密定位。

夹持器相对于待打开的可翻转件的粗略定位可仅基于机动车车身部件的已知几何数据和机动车车身部件的预定位置来实现。这是因为，在该粗略定位中，关于机动车车身的几何数据和位置的相对粗略的公差并不成问题。

相比之下，夹持器相对于待打开的可翻转件上的接合结构的精密定位在考虑到传感器数据的情况下实现。

在本发明的范围内，也可通过监测夹持器的偏转(变形)实现部件控制和碰撞控制。由此，在正常处理操作中，夹持器由于在这种情况下出现的机械负载而发生一定角度范围内的偏转。另外，在夹持器与边界(例如部件、舱室壁)碰撞的情况下，机械负载作用在夹持器上，这导致夹持器的相应的偏转。然而，在碰撞的情况下，夹持器的偏转大于在正常处理操作的情况下的偏转。相反，在夹持器与待处理的部件或边界之间没有物理接触的情况下，夹持器根本不发生任何偏转。这使得可根据夹持器的偏转来区分以下三种操作状态：

-夹持器与部件或边界之间不接触，

-在正常处理操作过程中，夹持器与待处理的部件之间存在物理接触，以及

-夹持器与边界(例如部件或舱室壁)碰撞。

夹持器的偏转(变形)可例如通过应变仪来确定，所述应变仪从现有技术已知，因此不需要更详细地描述。

附图说明

参照附图，本发明的其它有利的发展的特征在从属权利要求中描述，或者在下文中结合对本发明的优选示例性实施例的描述更详细地说明。附图中：

图1A示出了在处理机器人接近以打开门的过程中通过机动车门的剖视图，

图1B示出了图1A的改型，其中，处理机器人的夹持器已位于待打开的门的窗间隙之上，

图1C示出了图1A和1B的改型，其中，处理机器人的夹持器已进入门的窗间隙，

图1D示出了图1A-1C的改型，其中，传感器设置在机器人基底上，

图2以流程图的形式示出了根据本发明的处理方法，

图3作为流程图示出了打开车门的过程，

图4示出了具有部件控制的打开车门的过程，

图5A作为流程图示出了打开车身的罩的过程，以及

图5B示出了车身发动机罩和夹持器的透视图。

具体实施方式

图1A-1B示出了根据本发明的处理装置的各种操作状态，所述处理装置用于打开机动车车身的门1，使得未示出的涂装机器人可涂装机动车车身的内部和门1的内侧。

为了该目的，根据本发明的处理装置具有多轴的处理机器人2，具有其机器人基底3的所述处理机器人2可以可选地以固定的方式设置或设置成沿着机动车车身的输送方向可移动。

机器人构件4设在机器人基底3上，机器人构件4可相对于机器人基底3绕竖直的旋转轴线转动。

机械臂5可转动地布置在可转动的机器人构件4上，机械臂5可相对于机器人构件4绕水平的旋转轴线转动。在附图中，该旋转轴线定向成与图面成直角。

夹持器6安装在机械臂5的末端自由端处，所述夹持器6从机械臂5横向地向下突出，使得夹持器6可嵌入门1的窗间隙7中，如图1C所示。

距离传感器8设置在机械臂5中，所述距离传感器8在预定的测量范围10内测量相对于门1的外侧9的距离。在这种情况下，距离传感器8的测量范围10从机械臂5倾斜地向前和向下投射。因此，当夹持器6接近门1中的窗间隙7时，距离传感器8可始终测量相对于门1的外侧9的距离，在夹持器6相对于窗间隙7的精密定位中，这使得可进行受控的精密定位。

附图还示出了在机械臂5内延伸的传感器线路11。

当接近窗间隙7时，夹持器6首先定位在窗间隙7之上，如图1B所示。

接下来，夹持器6然后下降至窗间隙7中，如图1C所示。

最后，处理机器人2可拉开门1。

图1D示出图1A-1C的一个改型，从而为了避免重复，参照上述描述，相同的标记用于相应的部件。

该示例性实施例的特别的特征在于，距离传感器8安装在机器人基底3上，并且测量相对于门1的外侧的距离。

下面说明图2所示的以简化形式描述根据本发明的处理方法的流程图。

在第一步骤S1中，首先实现处理机器人2相对于待打开的门1的粗略接近。在该粗略接近中，还无需评估距离传感器8的传感器数据。而是，粗略定位可仅基于机动车车身的已知几何数据和机动车车身在输送机上的同样已知的位置来进行。

在该粗略定位期间，在步骤S2中，检查是否距离传感器8已经感测到距离信号。

如果是这种情况，则在步骤S3中，实现夹持器6相对于门1的传感器控制式接近，其中，作为位置控制的一部分考虑由距离传感器8测量的信号。

在步骤S4中，在这种情况下，持续地检查是否夹持器6位于窗间隙7的上方。

如果是这种情况，则在步骤S5中，夹持器6下降至窗间隙7中。

然后，在步骤S6中，检查是否夹持器6位于窗间隙7中。

如果不是这种情况，则在步骤S10中，在循环中激活搜索功能。

否则，在另外的步骤S7中，门1然后可被拉开。

在步骤S8中，门1可再次关闭。

最后，在步骤S9中实现返回初始位置。

图3以流程图的形式示出了根据本发明的打开机动车车身的门的过程。

在第一步骤S1中，处理机器人使夹持器从外侧接近门。在该接近期间，考虑了机动车车身的表示机动车车身的几何形状的已知车身数据。

在步骤S2中，在接近机动车车身的门的外侧期间，测量传感器的信号强度并将信号强度与极限值x进行比较。如果尽管接近门的外侧，信号强度仍不超过极限值x，则这表示门实际上不在假定位置处，使得在步骤S3中，假定存在错误。例如可设置错误标志。

否则，控制系统假定门存在，使得在步骤S4中，夹持器可嵌入位于门上的接合结构(例如门间隙)中，以便打开门。

在该过程中，在步骤S5中监测在竖直的旋转轴线(“枢轴轴线”)中作用的扭矩。一方面，这使得可进行碰撞控制，因为在碰撞的情况下该扭矩突然增加。而另一方面，该扭矩监测还可使得可进行部件控制，即控制是否实际上存在假定的部件(例如门)，因为部件在此以相应的阻力抵抗处理机器人。

这种部件控制在图4中以流程图的形式示出。

在第一步骤S1中，打开例如机动车车身的门。

在这种情况下，在步骤S2中，测量传感器的信号强度并将信号强度与极限值y进行比较。

如果信号强度小于极限值y，则这表示存在错误，因为传感器没有检测到门。这可能是由于下述事实：例如，夹持器与待打开的门之间已经失去接触。然后在步骤S3中，假定存在错误，在这种情况下，例如可设置错误标志。

否则，在另外的步骤S4中，继续正常过程，再次关闭所述部件(例如门)。

图5A和5B示出了借助于夹持器13打开机动车车身的发动机罩12的过程，所述夹持器通过处理机器人以上述方式移动。

为了打开发动机罩12的目的，夹持器13可接合在位于发动机罩12上的环14中。

在第一步骤S1中，在打开发动机罩12时，夹持器13首先向环14移动。

接下来，在另外的步骤S2中，夹持器13然后移动至环14中。

在这种情况下，在步骤S3中，测量传感器的信号强度并将信号强度与极限值x进行比较。

如果测量的信号强度不超过极限值x，则可假定夹持器13实际上没有嵌入环14中。在步骤S4中，假定存在错误，在这种情况下，例如可设置错误标志。

否则，在步骤S5中，实现正常的处理过程，即，以通常的方式打开发动机罩12，然后再次关闭。

本发明不限于上述优选实施例。而是，可以有同样利用本发明的概念并因此落入保护范围的多种变型和改型。特别地，本发明还独立于所引用的权利要求，要求对从属权利要求的主题和特征的保护。

附图标记列表

1 机动车车身的门

2 处理机器人

3 机器人基底

4 机器人构件

5 机械臂

6 夹持器

7 门的窗间隙

8 距离传感器

9 门的外侧

10 距离传感器的测量范围

11 传感器线路

12 发动机罩

13 夹持器

14 环

Claims (16)

1.一种用于在涂装设备中打开待涂覆的部件的可翻转件(1)、尤其用于打开机动车车身部件的门(1)或罩的处理装置，所述处理装置具有

a)处理机器人(2)，其具有机械臂(5)，并具有夹持器(6)，所述夹持器(6)安装在机械臂(5)上用于接合在位于待打开的可翻转件(1)上的接合结构(7)中，使得处理机器人(2)能够借助于夹持器(6)打开可翻转件(1)，以及

b)传感器(8)，其用于非接触地感测夹持器(6)相对于可翻转件(1)的位置，以使得夹持器(6)能够相对于位于可翻转件(1)上的接合结构(7)定位，

其特征在于，

c)传感器(8)测量相对于待打开的可翻转件(1)的外侧的距离。

2.根据权利要求1所述的处理装置，

其特征在于，

a)传感器(8)安装在机械臂(5)上或机械臂(5)中或机器人基底(3)上，和/或

b)传感器(8)具有从机械臂(5)倾斜地向前投射的测量范围(10)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，夹持器(6)从机械臂(5)横向地向下突出，使得夹持器(6)能够接合在位于待打开的可翻转件(1)上的接合结构(7)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，传感器(8)测量相对于待打开的可翻转件(1)的外侧(9)的距离作为定量的量。

5.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，

a)夹持器(6)具有预定的断裂点，其中，预定的断裂点的机械负载能力小于可翻转件(1)和/或处理机器人(2)的机械负载能力，和/或

b)夹持器(6)由塑料制成。

6.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，传感器(8)连接至传感器线路(11)，其中，所述传感器线路至少沿传感器线路的长度的一部分在机械臂(5)内延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，

a)待打开的可翻转件(1)是机动车车身的门(1)，其中，门(1)上的接合结构(7)是门(1)中的窗间隙，或

b)待打开的可翻转件(1)上的接合结构(7)是可移除地附接至可翻转件(1)的辅助件、尤其是环，或

c)接合结构由可翻转件的板形成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的处理装置，其特征在于，

a)传感器(8)是距离传感器，和/或

b)传感器(8)是超声波传感器，或

c)传感器(8)是感应传感器(8)，或

d)传感器(8)是雷达传感器，和/或

e)传感器(8)是用于确定夹持器、门或可翻转件(6)的位置的单个传感器。

9.用于涂装机动车车身部件的具有根据前述权利要求中任一项所述的处理装置的涂覆设备、尤其是涂装设备。

10.一种用于在涂装设备中打开待涂覆的部件的可翻转件(1)、尤其用于打开机动车车身部件的门(1)或罩的方法，所述方法具有以下步骤：

a)借助于处理机器人(2)将夹持器(6)相对于位于待打开的可翻转件(1)上的接合结构(7)定位，

b)在定位操作期间，借助于传感器(8)测量夹持器(6)相对于可翻转件(1)的位置，

c)借助于夹持器(6)夹持可翻转件(1)，

其特征在于，

d)传感器测量相对于待打开的可翻转件(1)的外侧的距离。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，所述方法具有以下步骤：

a)基于机动车车身部件的几何数据和机动车车身部件的预定位置，优选地独立于传感器测量的距离，使夹持器(6)相对于机动车车身部件的待打开的门(1)粗略定位，

b)通过传感器测量传感器与门(1)的外侧之间的距离，

c)根据测量的距离精密定位夹持器(6)，使得夹持器(6)布置在位于门(1)中的接合结构(7)之上，

d)夹持器(6)下降，使得夹持器(6)接合在位于可翻转件(1)上的接合结构(7)中，和/或

e)通过拉回夹持器(6)，打开门(1)。

12.根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括用于识别夹持器(6)在部件(1)中的接合的自动部件识别。

13.根据权利要求10-11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括用于识别处理机器人(2)和/或夹持器(6)与边界、尤其与舱室壁或部件(1)之间的碰撞的自动碰撞控制。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，作为部件识别和/或碰撞控制的一部分，尤其借助于应变仪、距离传感器、超声波传感器、雷达传感器或感应传感器，测量处理机器人(2)的一部分、尤其是夹持器(6)的变形。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

a)处理机器人具有竖直的旋转轴线，其中，夹持器(6)能够在机械臂上绕竖直的旋转轴线转动，

b)测量绕竖直的旋转轴线或在多个机器人轴线、尤其所有机器人轴线上作用的扭矩，

c)如果所述扭矩超过预定的极限值，则识别出碰撞。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，根据测量到的变形，区分以下状态：

a)夹持器(6)与部件或边界之间没有物理接触，

b)在正常处理操作的过程中，夹持器(6)与待处理的部件(1)之间存在物理接触，以及

c)夹持器(6)与边界、尤其与部件(1)或舱室壁碰撞。