DE102004064236B3

DE102004064236B3 - Roboter

Info

Publication number: DE102004064236B3
Application number: DE102004064236.2A
Authority: DE
Inventors: Arnulf Krogedal; Gisle Bryne
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2024-07-13

Abstract

Roboter (3) umfassend eine stationäre Basis (5), ein von der Basis (5) getragenes Gestell (6), das drehbar nur um eine erste Achse angeordnet ist, einen von dem Gestell (6) getragenen gekröpften ersten Arm (7), der drehbar nur um eine zweite Achse angeordnet ist, wobei die erste Achse des Roboters (3) in einer Ebene angeordnet ist, die sich in einem Winkel bis zu 30 Grad in Bezug auf die Horizontale befindet, wobei die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist,
wobei die Basis (5) zur Montage an einer vertikalen Wand ausgestaltet ist, so dass die erste Achse parallel zu der Wand verläuft,
wobei das Gestell (6) in Bezug auf die Basis (5) nur an einer einzigen Seite angeordnet ist und wobei auch der erste Arm (7) in Bezug auf das Gestell (6) nur an einer einzigen Seite angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter, insbesondere einen Farbauftragsroboter und eine Roboterinstallation mit mindestens einem solchen Roboter. Genauer betrifft die Erfindung einen solchen Roboter, der eine Farbauftragskabine mit Wänden einschließt, die das Objekt, auf das Farbe aufgetragen werden soll, von der Umgebung isolieren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Roboterinstallation, die mindestens zwei Industrieroboter umfasst, wobei jeder zumindest vier Achsen für servogesteuerte Bewegungen umfasst. Ein Industrieroboter umfasst in diesem Kontext einen Manipulator mit elektrischen Motoren und ein Steuermittel, enthaltend Strom- bzw. Energiemittel zum Antreiben des Motors, und Computermittel, die durch Befehle von einem Computerprogramm zum Erfassen und Steuern der Manipulatorbewegungen angeordnet werden.
Hintergrund der Erfindung
Das Auftragen von Farbe auf Fahrzeugkörper in einem industriellen Maßstab findet normalerweise in einer Farbauftragskabine statt, durch die die Fahrzeugkörper in einer Reihenfolge auf einer Fördereinrichtung bewegt werden. Zum Auftragen von Farbe auf Fahrzeugkörper in solchen Kabinen zum Beispiel wird ein einfacher Typ von harten Automatisierungslösungen wie sich hin- und her bewegenden Vorrichtungen (reciprocators) oder dergleichen verwendet. Vorrichtungen dieser .Art können einen ausreichenden Bereich von hm und her Bewegung in der vertikalen Richtung aufweisen, weisen aber begrenzte Bereiche der Bewegung in der transversalen Richtung der Farbauftragskabine, und praktisch keine Möglichkeit auf, dem Objekt, auf welches Farbe aufgetragen werden soll, in der Richtung der Bewegung der Fördereinrichtung durch die Kabine zu folgen. Mehrere solcher sich hin- und her bewegenden Vorrichtungen mit überlappenden Arbeitsbereichen entlang der Erstreckung der Richtung der Kabine müssen dann verwendet werden, um eine brauchbare Geschwindigkeit der Fördereinrichtung und Farbabdeckung aufrecht zu erhalten. Eine typische Darstellung von Maschinen des Stands der Technik von diesem Typ ist in 1 und 2 gezeigt.
Um eine optimale und gleichmäßige Farbschicht und eine optimale Qualität des Farbauftrags zu erhalten, muss die Farbe in einer gesteuerten Weise von dem Farbauftragswerkzeug senkrecht auf die zu bedeckende Oberfläche gesprüht werden. Das Bewegungsmuster des Farbauftrags Werkzeugs muss dann entsprechend in Bezug auf die gekrümmten Oberflächen und Kanten des Fahrzeugkörpers programmiert werden. Dies kann nur mittels einer flexiblen Lösung einschließlich mehrerer Industrieroboter erreicht werden. Der Roboter kann das Farbauftrags Werkzeug leicht an das optimale Pfadmuster für die verschiedenen Fahrzeugmodelle anpassen, die in der gleichen Fertigungsstraße hergestellt/lackiert werden. Eine solche Roboterlösung muss dann in der Farbauftragskabine selbst angeordnet werden, was beträchtlich breitere Kabinen erfordert als in einer optimalen Fertigungsstraße benötigt würden. Eine typische Ansicht einer Farbauftragskabine des Stands der ist in 3 gezeigt. Eine andere Farbauftragsvorrichtung dieser Art ist aus US 4,714,044 bekannt.
Aus US 4,630,567 ist ein Farbsprühsystem einschließlich einer Farbauftragskabine vorbekannt. Das System umfasst zwei Farbauftragsroboter, die auf Schienen entlang eines Fahrzeugkörpers in der Richtung der Förderbewegung eines Fahrzeugstroms bewegbar sind. Das bekannte System offenbart eine Kabine mit einer Wand, welche den eingeschlossenen Farbauftragsbereich definiert, und mindestens einem Farbauftragsroboter, der in diesem Farbauftragsbereich angeordnet ist. Der Farbauftragsroboter ist beweglich auf einem Spurmittel außerhalb des Farbauftragsbereichs gelagert. Spurmittel umfassend Schienen sind jedoch kostspielig und in der Funktion sehr empfindlich gegenüber Schmutz und Partikeln auf den Schienen. Daher ist es schwierig, die Roboterposition auf den Schienen zu verfolgen.
Die JP 2003-144990 A offenbart einen Farbauftragsroboter, der auf dem Boden einer Fertigungsstraße angebracht ist. Die JP H1-194959 A offenbart ferner die Anbringung eines Farbauftragsroboters an einer Wand.
Dennoch verwenden alle die bekannten Farbauftragssysteme mehrere Manipulatoren auf jeder Seite des Fahrzeugkörpers, um den gesamten Bereich abzudecken, auf den Farbe aufgetragen werden soll. Je mehr Manipulatoren in der Farbauftragskabine zum Auftragen von Farbe auf das Objekt erforderlich sind, desto höher sind die Investitionskosten. Eine große Anzahl von Manipulatoren, die gesteuert werden müssen, um gleichzeitig Farbe auf das Objekt aufzutragen, führt normalerweise zu einer sehr komplexen Softwareprogrammierung.
Ein allgemein bekannter aufrecht angebrachter Industrieroboter weist ein Gestell auf, der drehbar um eine vertikale Achse angeordnet ist. Das Gestell trägt einen unteren Arm, der drehbar um einer horizontale Achse angeordnet ist, und der untere Arm trägt einen oberen Arm, der ebenso um eine horizontale Achse drehbar angeordnet ist. Um die volle Betriebsfähigkeit des Roboters zu erreichen, benötigt der Roboter für das Manövrieren des unteren Arms einen Freiraum zwischen dem Roboter und der Rückwand. Andererseits muss die Farbauftragskabine so klein wie möglich sein. Daher besteht eine Interessenkollision. Der Roboter benötigt mehr Raum und die Kabine muss in ihrem Volumen beschränkt sein. Ein Weg, um diese Situation zu handhaben ist es, mehrere Roboter anzuordnen, die mit überlappenden Betriebsbereichen angeordnet sind und so arbeiten, dass der untere Arm niemals zurückschwenkt. Daher gibt es in solchen Systemen keinen Bedarf an einem Manövrierraum hinter dem Roboter. Diese Anordnung beeinträchtigt natürlich die Leistung des Roboters. Der Roboter kann dann nur kurze Farbauftragszüge machen. Eine erhöhte Anzahl von Farbauftragszügen verlangt nach einer erhöhten Anzahl von zeitaufwendigen Neuausrichtungsvorgängen und führt zu einer starken Verschwendung von Farbe.
Demzufolge besteht seit langem ein Bedarf in der Industrie zur Fahrzeugherstellung, die Raumanforderungen für eine Farbauftragskabine zu verringern und dennoch die Betriebskapazität der Farbauftragsroboter zu erhöhen, um das Produktionsvolumen aufrecht zu erhalten oder sogar zu erhöhen. Eine Farbauftragskabine ist in diesem Kontext eine abgedichtete Umgebung umfassend einen Boden, eine Decke und Wände, die Öffnungen zur Aufnahme eines Fahrzeugkörpers aufweisen, der auf einer Fördereinrichtung bewegt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Roboter mit höherer Produktionskapazität bereitzustellen. Ein Farbauftragsroboter, auf den Ausführungsformen dieser Erfindung gerichtet sind, ist ein stationär angebrachter Industrieroboter mit einem Farbauftrags Werkzeug so wie einem Farbsprühmittel (Sprühpistole), das an seinem Endeffektor befestigt ist. Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Farbauftragssystem bereitzustellen, das eine höhere Betriebseffizienz und eine geringere Verschwendung von Farbe bietet.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung erreicht gemäß den Merkmalen in Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Beispielsweise kann ein Farbauftragssystem zwei Farbauftragsroboter umfassen, von denen jeder an einer Wand angebracht ist, und wobei die erste Achse horizontal angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann der Roboter alle Punkte erreichen, die zumindest die Hälfte eines Objekts abdecken, auf das Farbe aufgetragen werden soll, ohne irgendeine Notwendigkeit für einen Manövrierraum hinter dem Roboter. Daher umfasst ein Farbauftragsroboter gemäß der Erfindung eine stationäre Basis, die an einer Wand angebracht ist, ein Gestell tragend, das drehbar um eine erste Achse angeordnet ist, wobei das Gestell einen ersten Arm trägt, der drehbar um eine zweite Achse angeordnet ist, wobei der erste Arm einen zweiten Arm trägt, der drehbar um eine dritte Achse angeordnet ist, und der zweite Arm einen vierten, einen fünften und einen sechsten Armteil zum Ausrichten der daran befestigten Sprühpistole trägt. Gemäß der Erfindung ist die erste Achse in einer horizontalen Ebene angeordnet. Die zweite und die dritte Achse sind bevorzugt parallel und senkrecht zu der ersten Achse angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Achse entlang der Richtung der Fördereinrichtung ausgerichtet, welche die Objekte bewegt, auf die Farbe aufgetragen werden soll.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Roboter eine hohle Struktur. Die Struktur enthält mehrere hohle Hohlräume zum Umschließen der elektrischen Motoren und Strom- und Signalkabel, die verwendet werden, um den Roboter anzutreiben, und für die Steuerung von Prozessausrüstungen. Jeder solche Hohlraum enthält ein schützendes Gas vom Typ Inertgas, Stickstoff, saubere Luft oder irgendein anderes nicht-entflammbares Gas oder eine Mischung solcher Gase unter Überdruck, um die umgebenden gefährlichen Gase am Eindringen in den Hohlraum zu hindern, und daran, durch Funken von den Motoren entzündet zu werden.
Normalerweise ist jeder der zwei Roboter in der Kabine angeordnet, um auf die Hälfte eines Objekts Farbe aufzutragen. Dies bedeutet, dass die zwei Arme jedes Roboters zusammen alle Stellungen von jeder Hälfte des Objekts erreichen müssen. Daher muss die minimale Länge des ersten und des zweiten Arms zusammen länger sein als die Hälfte der Länge des Objekts. Da der erste und der zweite Arm sich aufeinander falten können müssen, sind sie in einer bevorzugten Ausführungsform in ihrer Länge gleich. Daher muss bei dieser Konfiguration die Länge von jedem Arm gleich einem oder länger als ein Viertel der Länge des Objekts sein, auf das Farbe aufgetragen werden soll. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform umfasst der zweite Arm eine gebogene Struktur für eine bessere Reichweitenleistung.
Da die zwei Farbauftragsroboter angeordnet sind, um jede Hälfte des Objekts abzudecken, besteht keine Notwendigkeit für einen dritten Farbauftragsroboter. Jedoch muss in Situationen, in denen die Produktionskapazität erhöht werden muss oder wenn das Objekt, auf das Farbe aufgetragen werden soll, sehr groß ist, ein dritter Farbauftragsroboter installiert werden. Ein solcher dritter Roboter kann in einer Wandposition befestigt werden, die höher ist als der erste und der zweite Farbauftragsroboter. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Roboteranordnung ein Steuermittel, das den Farbauftragsroboter ermöglicht, einem Objekt, auf das Farbe aufgetragen werden soll, zu folgen, unter kontinuierlicher Bewegung durch die Kabine.
Figurenliste
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen besser ersichtlich, in denen:

1 ein Farbauftragsmanipulator des Stands der Technik mit zwei stationären Gestellen ist, die einen flexiblen horizontalen Träger mit Sprühpistolen tragen;
2 ein einseitiger Farbauftragsmanipulator des Stands der Technik mit einem beweglichen Arm ist, der eine Sprühpistole trägt;
3 ein Farbauftragsmanipulator des Stands der Technik mit vier stationär aufrecht angebrachten Industrierobotern mit Sprühpistolen ist;
4 eine dreidimensionale Ansicht eines
Farbauftragssystems mit zwei stationären, an der Wand angebrachten erfindungsgemäßen Industrierobotern mit Sprühpistolen in einer Farbauftragskabine ist;
5 eine zweite dreidimensionale Ansicht eines Farbauftragssystems von oben ist, wobei die Reichweite jedes Roboters angegeben ist;
6 eine dritte dreidimensionale Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Farbauftragssystems mit zwei stationären erfindungsgemäßen Industrierobotern mit Sprühpistolen ist, die auf der gleichen Wand in einer Farbauftragskabine angebracht sind; und
7 eine zweite Ansicht der Ausführungsform des Farbauftragssystems gemäß 6 ist;
8 eine zweite Ansicht der Ausführungsform des Farbauftragssystems gemäß 6 ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Gemäß 4 umfasst ein Farbauftragssystem eine Farbauftragskabine 1, in der ein Objekt angeordnet ist, ein Fahrzeugkörper 2, auf das Farbe aufgetragen werden soll. Die Kabine umfasst ebenso einen ersten Farbauftragsroboter 3 und einen zweiten Farbauftragsroboter 3. Jeder der Farbauftragsroboter umfasst eine Basis 5, die an der Wand der Kabine angebracht ist. Die Basis umfasst eine Cantilever-Konstruktion und trägt ein Gestell 6, das drehbar um eine erste Achse angeordnet ist, welche in der gezeigten Ausführungsform in der Richtung der Länge der Kabine ausgerichtet ist. Das Gestell trägt einen ersten Arm 7, der drehbar um eine zweite Achse angeordnet ist, welche in der gezeigten Ausführungsform senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist. Das Gestell trägt einen zweiten Arm 8, der drehbar um eine dritte Achse angeordnet ist, welche in der gezeigten Ausführungsform parallel zu der zweiten Achse angeordnet ist. Der zweite Arm trägt einen Endeffektor umfassend eine Armteilanordnung 9 mit drei Bewegungsfreiheitsgraden. Schließlich trägt der Endeffektor ein Farbauftragswerkzeug 10 in der Form einer oder mehrer Sprühpistolen/Applikatoren.
Das Farbauftragssystem ist in 5 in einer anderen Ansicht dargestellt, wobei gleiche Teile die gleichen Ziffern aufweisen wie in 4. Während die Farbauftragsroboter in 4 in einer Ausgangsstellung gehalten werden, um volle Zugänglichkeit zu der Kabine zu ergeben, sind die Roboter in 5 in einer Betriebsstellung gezeigt. Aus der Figur ist die Flexibilität der möglichen Bewegung der zwei Farbauftragsroboter klar zu ersehen.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6 und 7 gezeigt, wobei 6 eine dreidimensionale Seitenansicht der Farbauftragskabine zeigt, und 7 eine dreidimensionale Endansicht der Farbauftragskabine zeigt. In dieser Ausführungsform sind die zwei Farbauftragsroboter auf der gleichen Basis 5 angebracht, die an der Wand befestigt ist. Wieder haben die zwei Roboter die gleiche Konfiguration wie in der vorherigen Ausführungsform in 4 und 5. Daher weist jeder Farbauftragsroboter ein Gestell 6 auf, das von der Basis 5 getragen wird und drehbar um eine erste Achse angeordnet ist. Das Gestell trägt einen ersten Arm 7, der drehbar um eine zweite Achse angeordnet ist, welche in dieser Ausführungsform als zu der ersten Achse senkrecht ausgerichtet gezeigt ist. Der erste Arm trägt einen zweiten Arm 8, der drehbar um eine dritte Achse angeordnet ist, welche in dieser Ausführungsform als zu der zweiten Achse parallel ausgerichtet gezeigt ist. Der zweite Arm trägt einen Endeffektor umfassend eine Armteilanordnung 9 mit drei Bewegungsfreiheitsgraden. Schließlich trägt der Endeffektor ein Farbauftragswerkzeug 10 in der Form einer Sprühpistole.
Die Erfindung muss nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt sein. Daher soll in dem erfindungsgemäßen Konzept verstanden werden, dass ein dritter Farbauftragsroboter der gleichen Art in der Kabine installiert werden könnte, um die Produktionskapazität zu erhöhen oder für das Auftragen von Farbe auf sehr große Objekte. Es ist ebenfalls innerhalb des erfindungsgemäßen Konzepts, ein Steuermittel zum Steuern der zwei Roboter bei deren Farbauftragsbetrieb einzuschließen.
In 4 ist der Roboterarm 7, der um die zweite Achse rotiert, als ein gerader Arm dargestellt. In 5 und 6 ist gezeigt, dass der Roboterarm 7, der um die zweite Achse rotiert, gekröpft ist. Es kann aus 6 ersehen werden, dass es durch das Anordnen des zweiten und des dritten Achsenarms in einer gekröpften Form für den zweiten Arm 8 möglich ist, in Bezug auf den ersten Arm 7 volle 360° um die dritte Achse zu rotieren.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der die Basis 5 von einem oder mehreren der Roboter konstruiert oder so angebracht sein kann, dass die erste Achse in 4 in einem anderen, nicht senkrechten Winkel in Bezug auf die Wand und/oder den Boden angeordnet werden kann, um eine optimale Zugänglichkeit zu beiden Seiten und Oberteilen des Fahrzeugkörpers zu erhalten. Zum Beispiel kann die Basis 5 so angebracht werden, dass sich die erste Achse in einer Kombination von 30 Grad Winkel in Bezug auf die Horizontale und 10 Grad in Bezug auf die Vertikale befindet, das heißt in Bezug auf beide Wände, ebenso wie anderen Kombinationen, um eine optimale Pfadbewegung der Sprühpistole in Richtung des Objekts/Fahrzeugkörpers zu erhalten.
8 zeigt zwei Roboter 3, die direkt an entgegengesetzten Wänden der Kabine angebracht sind. Jeder Roboter ist angebracht, wobei die Achse 1, A1, in einer horizontalen Ebene liegt, jedoch kann die Basis 5 so angebracht sein, dass die erste Achse nicht parallel zu der Richtung der Fördereinrichtung Hc und/oder nicht senkrecht zu der Wand ist. Die Arme des Roboters auf der entfernten Wand sind als in jeder von zwei vergleichsweise extremen Positionen angeordnet gezeigt, zum hohen oder niedrigen Sprühen entlang der Seite des Objekts, und die Arme des Roboters auf der näheren Wand sind als in jeder von zwei Positionen angeordnet gezeigt, zum Sprühen der oberen, Vorderseite des Objekts, oder unteren, Rückseite des Objekts.
Wie vorhergehend beschrieben ist die Basis 5 an der Wand der Kabine angebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Roboterbasis so konstruiert, dass das Innere der Basis für Wartung und Kontrollzwecke von außerhalb der Farbauftragskabine zugänglich ist. Ein Zugang durch die Wand der Farbauftragskabine stellt sozusagen einen Zugang zu beispielsweise Steuer- und Diagnosefunktionen in der Basis 5 des Roboters bereit, ebenso wie beispielsweise zu einigen mechanischen, elektrischen und elektronischen Komponenten des Roboters. Ein Zugang von außerhalb der Kabine über eine geeignete Luke, Abdeckung oder ein Fenster bringt gewaltige Vorteile mit sich, da für typische Diagnose- und/oder Wartungsvorgänge ein Betreten der Farbauftragskabine durch einen Techniker nicht länger erforderlich ist. Daher können einige Diagnose-, Kontroll- und/oder Wartungsvorgänge für einen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, während die Kabine noch in Betrieb ist, Vorgänge, die normalerweise unmöglich auszuführen sind oder die auszuführen zu gefährlich ist.

Claims

Roboter (3) umfassend eine stationäre Basis (5), ein von der Basis (5) getragenes Gestell (6), das drehbar nur um eine erste Achse angeordnet ist, einen von dem Gestell (6) getragenen gekröpften ersten Arm (7), der drehbar nur um eine zweite Achse angeordnet ist, wobei die erste Achse des Roboters (3) in einer Ebene angeordnet ist, die sich in einem Winkel bis zu 30 Grad in Bezug auf die Horizontale befindet, wobei die zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist, wobei die Basis (5) zur Montage an einer vertikalen Wand ausgestaltet ist, so dass die erste Achse parallel zu der Wand verläuft, wobei das Gestell (6) in Bezug auf die Basis (5) nur an einer einzigen Seite angeordnet ist und wobei auch der erste Arm (7) in Bezug auf das Gestell (6) nur an einer einzigen Seite angeordnet ist.
Roboter nach Anspruch 1, umfassend einen von dem ersten Arm (7) getragenen zweiten Arm (8), der drehbar um eine dritte Achse angeordnet ist, und ein viertes, ein fünftes und ein sechstes Armteil umfasst, die von dem zweiten Arm getragen werden.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (3) in einer Farbauftragskabine (1) vorgesehen ist, die von Wänden umgeben wird.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die stationäre Basis (5) direkt an einer Wand angebracht ist.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am sechsten Armteil ein Farbauftragswerkzeug (10) befestigt ist.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ebene, in der die erste Achse des Roboters angeordnet ist, eine horizontale Ebene ist.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei von der Basis ein zweites Gestell (6) getragen wird.
Roboter nach Anspruch 7, wobei das zweite Gestell drehbar um die erste Achse angeordnet ist und einen weiteren ersten Arm (7) trägt, der drehbar um eine weitere zweite Achse angeordnet ist, und die weitere zweite Achse senkrecht zu der ersten Achse angeordnet ist und diese schneidet.
Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (3) ein Farbauftragsroboter ist.
Roboterinstallation umfassend mehrere Roboter mit mindestens einem Roboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Roboterinstallation umfassend mehrere Roboter (3) nach einem der Ansprüche 1-9.