CN116171210A - 加工机器 - Google Patents
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Abstract
用于加工工件(2)的加工机器(1)，所述工件优选至少部段地由木头、人造板、塑料、复合材料等构成，所述加工机器包括：用于实施工件加工的加工单元(10)；用于放置要加工的工件(2)的支承台(12)；辅助机器人(20)，其至少暂时地设置在支承台(12)上或上方并且具有前进机构(22)，所述前进机构可使辅助机器人实现，相对于支承台(12)运动，其特征在于，设有导航系统(30、32、40)，用于相对于支承台(12)对辅助机器人(20)导航，所述导航系统具有至少一个传感器(30、32)。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于加工工件的加工机器，工件优选至少部段地由木头、人造板、塑料、复合材料等构成。
背景技术
在家具和建筑构件行业的领域中，除了所谓的连续生产设施以外通常使用具有支承台的加工机器，在所述支承台上放置和固定工件。附加地，设有加工单元，所述加工单元相对于支承台和工件运动，以便实施工件加工。这种CNC机器例如在DE 10 2006 052 017B4中公开。所述文件公开了安全设计，所述安全设计应使操作人员走近加工机器变得容易并且使操作人员走近加工机器变得更安全。
此外，US 2016/311 076A1公开了一种清洁机器人，其将加工切屑从支承台移除。在此，机器人在加工台上行驶预设的路径。
此外，近几年越来越强的趋势是，由加工机器执行的任务总是多样化的并且产生高的经济性压力。同时，运行安全一直非常重要。
发明内容
本发明基于的目的是，提供开头提到类型的加工机器，所述加工机器在运行安全性高的情况下具有广泛的功能性。
所述目的根据本发明通过根据权利要求1的加工机器实现。本发明的特别优选的改进方案在从属权利要求中说明。
本发明基于的想法是，在开头提到类型的加工机器中使辅助机器人能够满足大量不同任务，而不限制运行安全性。为此目的根据本发明提出，加工机器具有导航系统，用于相对于支承台对辅助机器人导航，所述导航系统具有至少一个传感器。以这种方式可实现，辅助机器人不仅行驶在支承台上的预先限定的路线，而且原则上可以自由地在支承台上运动。由此得出辅助机器人的完全新型的可能性和应用领域，因为所述辅助机器人现在原则上可以完成所有在支承台的区域中产生的任务。
然而，由于根据本发明的具有传感器的导航系统，不仅提升了辅助机器人的可能的应用范围，而且还实现高的运行安全性并且此外也实现辅助机器人进而整个加工机器的快速的工作方式。
最后但同样重要的还有加工机器的简化的结构，因为辅助机器人由于其具有基于传感器的导航系统的设计方案可以替代不同的耗费的、占用空间的且昂贵的机械部件，关于此在下文中再详细讨论。
导航系统的至少一个传感器原则上可以设置在一个或多个任意部位处。然而，根据本发明的一个改进方案提出，至少一个传感器设置在辅助机器人本身处。由此实现辅助机器人的特别精确的可导航性，并且至少一个传感器的测量区随着辅助机器人运动进而不需要自己的驱动器。
替选地或附加地，根据本发明的一个改进方案提出，至少一个传感器设置在支承台的侧面和/或上方。由此实现更全局的视野，其中传感器不仅检测辅助机器人和其附近的周围环境，而且也检测大量其他构件或必要时检测人员进而可以不仅在运行安全性方面而且在不同的机械功能方面进行考虑和融合。
在本发明的范围内，可以使用不同类型的传感器，其中不同传感器类型的组合也是可行的或可以是有意义的。证实为有利的是，选择至少一个传感器，其选自相机、间距传感器，如尤其三角测量传感器或飞行时间传感器、加速度传感器、速度传感器、雷达传感器等。
此外，根据本发明的一个改进方案提出，加工机器具有控制装置，所述控制装置用于控制辅助机器人相对于支承台的运动。所述控制装置可以与加工机器的总控制器集成或对于所述总控制器附加地设置，其中集成或至少通信的优点是，辅助机器人的运动可以与其余机械部件的运行协调。在此特别优选的是，控制装置设计为，用于避免辅助机器人与加工机器的加工单元的不期望的碰撞。由此不仅普遍提高运行安全性，而且也可实现辅助机器人的与主时间并行的运行，其中辅助机器人也在由加工单元执行加工运行期间，在支承台的区域中执行特定的活动。
根据本发明的一个改进方案，辅助机器人的运动自由度可以达到这样的程度，即控制装置设计为，用于促使辅助机器人也向工件运动或运动到工件上。由此，辅助机器人也能够以多样化形式辅助无摩擦和高质量地加工和操作相应的工件，这为工件加工和实现高效率下的工件质量提供了全新的可能性。
根据本发明的一个改进方案还提出，加工机器具有扩展坞，用于将工作机构递交给辅助机器人和/或用于为辅助机器人充电。由此，提升了根据本发明的加工机器的性能和灵活性，因为将辅助机器人始终用所需的工作机构供应并且也可以在不同工作机构之间变换。在此考虑不同的工作机构，所述工作机构根据下文变得更清楚。
总的来说，辅助机器人可以在本发明的范围内实施实际上不受限制的数量的不同过程。在本发明的范围内然而证实为特别有利的是，辅助机器人设计为，用于实施以下过程中的至少一个过程：清洁工件；清洁支承台；为工件设置标签；容纳、移动和/或取下工件；分析工件的至少一个被加工的结构；将安装件输送和/或安装；将加工单元的加工总成和/或加工刀具输送、夹紧和/或引出。
能够是辅助机器人的部分和/或与所述部分能够换入和换出的大量有利的单元是从属权利要求8至14的主题。所述单元有助于，为根据本发明的加工机器赋予明显提升的多样性，而还保持高的运行安全性并且结构保持简单。
此外，根据本发明的一个改进方案提出，辅助机器人的前进机构选自滚子、轮、履带、腿、螺旋桨及其组合。以这种方式可以将辅助机器人的前进运动最优地匹配于加工机器的相应的边界条件。
在上下文中要注意的是，辅助机器人在本发明的范围内也可以以无人机形式构成，即构成为飞行器，其首要将一个或多个螺旋桨用作为前进机构。由此极大提升了辅助机器人的运动自由度并且开辟了全新的视角和应用可能性。这样无人机可以对加工机器具有明显更好的概览并且始终前往最优位置中，以检测机器的当前状态和可能的操作选项。同时，无人机也可以明显更灵活地接近加工机器的所有区域并且也无问题地直接前往工件或前往工件上方的区域中，以便在那执行辅助活动或测量等。
附图说明
图1示意地示出根据第一实施方式的加工机器的立体视图；
图2示意地示出根据第一实施方式的辅助机器人的立体视图；
图3示意地示出根据第二实施方式的辅助机器人的立体视图；
图4示意地示出根据第二实施方式的辅助机器人的立体视图。
具体实施方式
下面，参照附图详尽地描述本发明的优选的实施方式。
根据本发明的第一实施方式的用于加工工件2的加工机器1在图1中示意地以立体视图示出。加工机器1用于加工工件2，所述工件例如由木头、人造板、塑料或不同复合材料构成，如其在家具和建筑构件行业的领域中广泛被使用。
加工机器1首先具有加工单元10，其在本实施方式中构成为主轴总成，不同加工刀具16或还有加工总成可以换入所述主轴总成中。加工刀具例如可以是钻头、铣刀、锯等。总成同样可以是不同的起切削去除作用的总成，诸如例如多钻总成、可枢转的锯等。然而例如也可以将用于对工件2的表面覆层的覆层总成或各种的其他总成换入。为此目的，加工单元10可以具有相应的接口。
加工单元10设置在移动门架18处，所述移动门架沿着用于放置要加工的工件2的支承台12可移动。在此，加工单元10沿着移动门架18可沿水平和竖直方向移动，使得加工单元10可以在所有空间方向上行驶。此外，加工单元10可以围绕至少一个必要时也多个轴线枢转。
如在图1中可见的，工件2借助于适合的保持机构14固定在支承台12上。保持机构14可以例如是吸紧元件、夹紧元件等。在图1中示出的状态中，加工所述工件2，其方式为加工单元10相对于支承台12移动并且在此执行加工，例如钻孔或铣削。
此外，在图1中示出的加工机器1包括辅助机器人20，其在本实施方式中位于支承台12上并且可以在那运动。辅助机器人20的设计方案在图2中被详细示出。所述辅助机器人首先具有前进机构22，其在本实施方式中构成为被驱动的轮。然而要注意的是，各种其他前进机构也是可行的，如滚子、履带或腿直至螺旋桨。由此，尽管在图2中未示出，辅助机器人20也可以构成为飞行无人机，其可以自由地在支承台12上方运动。然而，在需要时，这种飞行无人机附加地也具有其他前进机构，例如轮。
在此，前进机构22也可以设计为，用于促使辅助机器人直接向工件2运动或甚至运动到工件2上。由此，辅助机器人20变得能够也直接作用到相应的工件2上，这是为了清洁目的或必要时为了特定的加工或定向目的。多种其他应用领域在本发明的范围内是可行的。因此，辅助机器人20也能够具有分析单元80，用于分析工件2的至少一个被加工的结构，分析单元例如呈相机或测量头的形式。所述分析单元80在图2中示出的辅助机器人20的实施方式中设置在其侧面上。然而所述分析单元也可以设置在不同的其他面上，例如辅助机器人20的下侧上。在此情况下，辅助机器人20也可以在工件之上移动，以便分析其表面。
为了精确且可靠地控制辅助机器人20相对于支承台12的运动，加工机器1包括导航系统，其在本实施方式中由多个传感器3、32以及控制装置40构成。控制装置40仅示意地示出并且可以直接在支承台12旁边或位于其他合适的部位处。所述控制装置也可以与加工机器1的共同的控制器集成。控制装置40与设置在辅助机器人20处的第一传感器30以及设置在加工机器1的支承台12上方的第二传感器32通信。第一传感器30监控辅助机器人20的直接的周围环境，第二传感器32原则上监控整个支承台12以及在需要时也监控其他区域和构件。
在此要注意的是，根据需要也可以设有较大量的传感器，例如为了覆盖辅助机器人的整个周围环境或更准确地检测支承台12的特定区域。第一传感器30在本实施方式中是间距传感器，例如三角侧量传感器或飞行时间传感器，使得辅助机器人20与在其环境中的物体的间距可以被监控。第二传感器32在本实施方式中是相机或CCD传感器，其图像数据在控制装置40中能够以适合的方式评估。
此外，控制装置与辅助机器人20的前进机构22形成连接，以便在考虑传感器30、32的检测信号的情况下控制辅助机器人20的运动。除了所述检测信号以外，控制装置40可以考虑其他输入信息，例如加工单元10的现在的或未来的加工程序，分别被夹紧的工件2的方位和几何形状等。
控制装置40与传感器30、32以及与前进机构22的连接在本实施方式中无线地进行，使得辅助机器人20的运动不受线缆连接限制。然而原则上同样可行的是，对于特定的连接，例如与传感器32或共同的机器控制器的连接，预设线缆连接。
总的来说，控制装置40设计为，不仅控制辅助机器人20相对于支承台12的通常的运动，而且也避免辅助机器人20与其他物体，诸如尤其加工单元10的不期望的碰撞。在此，控制装置40不基于静态的观察，而是一方面通过传感器30和32并且另一方面通过其与加工机器1的共同控制器的连接来监控加工单元10的现在的和未来的加工运行并且因此确保，辅助机器人20仅在以下区域中运动，在这些区域中在相应的时间点不期待与加工装置10的碰撞。此外，控制装置40也可以包含急停电路，如果辅助机器人20与期待相反——必要时由于故障或缺陷——与加工单元或其他相关物体可能发生碰撞，则所述急停电路限制或终止加工单元10的运行。
如在图2中可见，辅助机器人20在本实施方式中配设有清洁单元60。所述清洁单元可以用于清洁不同区域，例如清洁工件表面或支承台12的面。清洁单元60例如可以是抽吸单元或清扫单元，其中被容纳的物质可以收集在收集容器62中，所述收集容器例如可以设置在辅助机器人20内部。
此外，加工机器在图1中示出的实施方式中包括扩展坞50，所述扩展坞用于将辅助机器人20一方面充电，然而另一方面在需要时也用不同工作机构供应。这样，在本发明的范围内可行的是，辅助机器人20将其在图2中构成为清洁单元60的工作机构，在需要时在扩展坞处取下并且由另一工作机构取代。为此目的，辅助机器人20具有接口54，经由所述接口可以将不同工作机构60换入和换出。此外，扩展坞50同样可以具有递交部位52，其辅助不同工作机构的换入和换出或还有输送的过程。尽管在图2中未示出，但是在本发明的范围内例如以下工作机构是可行的，所述工作机构设置在辅助机器人20处或可以在所述辅助机器人中被换入和换出：
–用于将标签施加到工件2的表面上的贴标签单元，所述贴标签单元在需要时可以具有用于储存贴标签材料的储存单元60。
–用于将安装件(例如连接件)输送和/或固定到工件上的安装单元，其中安装单元在需要时可以具有安装件储存单元62，用于储存安装件。
根据本发明的加工设备1的另一实施方式在图3和4中示意地示出。所述加工设备与之前所描述的实施方式首要区别在于，接口54示例性地设置在辅助机器人20的上侧上并且工作机构70能够以夹具的形式换入接口54中。加工机构70在此可以，如在图4中所示出，例如用于容纳、移动和取下一个工件2或多个工件，使得在此涉及分拣单元。此外，然而单元70例如可以也用于输送、夹紧和/或引出加工刀具或加工单元10的加工总成，使得在此情况下这涉及换刀单元。
然而，对于不同工作机构60、70的换入和换出替选地或附加地，扩展坞50也可以用于，将不同的其他工作机构递交给辅助机器人20，例如不同的消耗材料、清洁剂、(压力)流体、安装件、数据、能量等。扩展坞50也可以使辅助机器人20摆脱负担例如将收集容器62排空或接收空的释放分离带(例如用于标签)。
Claims (16)
1.一种用于加工工件(2)的加工机器(1)，所述工件优选至少部段地由木头、人造板、塑料、复合材料等构成，所述加工机器包括：
用于实施工件加工的加工单元(10)；
用于放置要加工的工件(2)的支承台(12)；
辅助机器人(20)，其至少暂时地设置在所述支承台(12)上或上方并且具有前进机构(22)，所述前进机构可使所述辅助机器人实现，相对于所述支承台(12)运动，
其特征在于，
设有导航系统(30、32、40)，用于相对于所述支承台(12)对所述辅助机器人(20)导航，所述导航系统具有至少一个传感器(30、32)。
2.根据权利要求1所述的加工机器，其中至少一个传感器(30)设置在所述辅助机器人(20)处。
3.根据权利要求1或2所述的加工机器，其中至少一个传感器(32)设置在所述支承台(12)的侧面和/或上方。
4.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中至少一个传感器(30、32)选自相机，间距传感器，如尤其三角测量传感器或飞行时间传感器，加速度传感器，速度传感器和雷达传感器。
5.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中还设有控制装置(40)，所述控制装置用于控制所述辅助机器人(20)相对于所述支承台(12)的运动，所述控制装置优选设计为，用于避免所述辅助机器人(20)与所述加工单元(10)的不期望的碰撞。
6.根据权利要求5所述的加工机器，其中所述控制装置(40)设计为，用于引起所述辅助机器人(20)也向工件(2)运动或运动到工件(2)上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中还设有扩展坞(50)，其用于将工作机构(60、70)递交给所述辅助机器人(20)和/或用于为所述辅助机器人(20)充电。
8.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人设计为，用于实施以下过程中的至少一个过程：清洁工件(2)；清洁所述支承台(12)；为工件(2)设置标签；容纳、移动和/或取下工件(2)；分析工件(2)的至少一个被加工的结构；将安装件输送和/或安装；将所述加工单元(10)的加工总成和/或加工刀具输送、夹紧和/或引出。
9.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有清洁单元(60)，其用于清洁工件表面和/或所述支承台(12)的面，并且优选还具有收集容器(62)，其用于收集被容纳的物质。
10.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有擦洗单元(60)，用于将清洁剂施加到工件表面上和/或用于将工件表面擦净，其中所述擦洗单元优选具有清洁剂储备容器(62)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有贴标签单元(60)，其用于将标签施加到工件表面上，其中所述贴标签单元优选还具有储存单元(62)，用于储存贴标签材料。
12.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有分拣单元(70)，其用于容纳、移动和/或取下一个工件或多个工件。
13.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有分析单元(80)，其用于分析工件(2)的至少一个被加工的结构，其中所述分析单元(80)优选具有检查系统，例如相机和/或测量头。
14.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有安装单元(60)，其用于将安装件输送和/或固定到工件上，其中所述安装单元优选还具有安装件储存单元(62)，用于储存安装件。
15.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述辅助机器人(20)具有换刀单元(70)，其用于输送、夹紧和/或引出所述加工单元的加工总成和/或加工刀具。
16.根据上述权利要求中任一项所述的加工机器，其中所述前进机构(22)选自滚子、轮、履带、腿、螺旋桨及其组合。
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