DE102005039817A1 - Schreitanordnung eines Fertigungsroboters - Google Patents

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DE102005039817A1
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Gerhard Holtmeier
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
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Abstract

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf einen Fertigungsroboter (2) mit einer werkzeugtragenden Plattform (4) mit ersten, ortsfest und zweiten, beweglich an der Plattform (4) angebrachten Saugnäpfen (6, 8) zur Befestigung der Plattform (4) an einem Werkstück (18). DOLLAR A Um einen Fertigungsroboter zu schaffen, der schnell beweglich auch auf unebenen Oberflächen von Werkstücken einsetzbar ist, wird vorgeschlagen, daß der Fertigungsroboter (2) zumindest zwei zweite, jeweils über einen gesteuert beweglichen Gelenkarm (10) mit der Plattform (4) verbundene Saugnäpfe (8) aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Fertigungsroboter mit einer werkzeugtragenden Plattform mit ersten, ortsfest und zweiten, beweglich an der Plattform angebrachten Saugnäpfen zur Befestigung der Plattform an einem Werkstück.
  • Ein gattungsgemäßer Fertigungsroboter ist aus der Schrift US 5,468,099 bekannt. Auf der dort offenbarten Plattform ist als Bearbeitungswerkzeug ein Bohrer angebracht, der in der Lage ist, positionsgenaue Löcher in die unter dem Fertigungsroboter liegenden Werkstücke einzubringen. Bei einem Bearbeitungsvorgang – im Ausführungsbeispiel Bohren – wird die Plattform durch Saugnäpfe, die ortsfest an der Unterseite der Plattform befestigt sind, auf dem darunter liegenden Werkstück gehalten.
  • Um sich nach einem abgeschlossenen Bearbeitungsvorgang in eine neue Position bewegen zu können, in der das Bearbeitungswerkzeug den nächsten Bearbeitungsvorgang durchführen kann, verfügt die Plattform über einen Bewegungsmechanismus. Die Fähigkeit, sich von einem Punkt A zu einem anderen Punkt B zu bewegen, resultiert daraus, daß die Plattform auf Schienen in einer linearen Bewegung verschieblich in einem Rahmen angeordnet ist. Dadurch, daß der Rahmen selbst in einem Ring gehalten ist, gegenüber dem der Rahmen mit einer Rotationsbewegung mittels eines Motors in jede Richtung drehbar ist, kann die Bewegungsrichtung der linearen Verlagerung der Plattform durch eine passende Einstellung des Rahmens innerhalb des Ringes präzise in jede beliebige Richtung eingestellt werden.
  • Damit die Plattform mit den auf der Unterseite angeordneten Saugnäpfen problemlos und präzise über das Werkstück bewegt werden kann, befinden sich am Ring ausfahrbare Saugnäpfe, die während einer linearen Bewegung der Plattform den Ring, den Rahmen und die Plattform auf dem Werkstück abstützen. Ist die lineare Bewegung der Plattform beendet, werden die ringseitigen Saugnäpfe eingefahren, und die der Plattform ortsfest zugeordneten Saugnäpfe können sich wieder auf der Oberfläche des Werkstückes festsaugen. Die ringseitigen Saugnäpfe sind über die Drehbarkeit des Ringes gegenüber dem Rahmen beweglich an der Plattform angebracht.
  • Der Nachteil des vorbekannten Schreitsystems ist darin zu sehen, daß nur Bewegungen mit geringen Geschwindigkeiten möglich sind. Wurde die Plattform für eine Bewegung von einem Plattformende zum nächsten Plattformende bewegt, und soll die Bewegung des Fertigungsroboters in die eingeschlagene Richtung fortgesetzt werden, so muß die Plattform vor einer weiteren Bewegung zunächst wieder auf die gegenüberliegende Seite der Schienen zurückgeführt werden, um die Bewegung fortsetzen zu können. Da die Abmessungen des Fertigungsroboters möglichst kompakt gehalten werden sollten, sind jeweils nur kurze Hubwege möglich. Durch die bei längeren Wegstrecken häufig erforderliche Rückstellung der Plattform entstehen lange Wartezeiten, in denen der Fertigungsroboter nicht arbeiten kann. Durch die geringe Bewegungsgeschwindigkeit des vorbekannten Fertigungsroboters wird also dessen Effizienz nachteilig beeinflußt.
  • Ein weiteres Problem der vorbekannten Bewegungstechnik ist darin zu sehen, daß die Kombination aus einer waagerechten Quer- und einer Drehbewegung nur auf annähernd planen Oberflächen von Werkstücken verwendbar ist. Soll der vorbekannte Fertigungsroboter auf unebenen Oberflächen von Werkstücken eingesetzt werden, entsteht das Risiko, daß dieser abrutscht oder über die Saugnäpfe nicht mehr in einer eindeutigen Position positionierbar ist. Damit ist der vorbekannte Fertigungsroboter auf unebenen Werkstückoberflächen nicht einsetzbar.
  • Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Fertigungsroboter zu schaffen, der schnell beweglich auch auf unebenen Oberflächen von Werkstücken einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird für einen gattungsgemäßen Fertigungsroboter gelöst, indem der Fertigungsroboter zumindest zwei zweite, jeweils über einen gesteuert beweglichen Gelenkarm mit der Plattform verbundene Saugnäpfe aufweist.
  • Durch zumindest zwei Saugnäpfe, die über jeweils einen gesteuert beweglichen Gelenkarm mit der Plattform verbunden sind, ist es möglich, den Fertigungsroboter mit einer größeren Geschwindigkeit zu bewegen. Insbesondere können die gesteuert beweglichen Gelenkarme leichter an eine unebene Oberflächenkontur des Werkstückes, auf dem der Fertigungsroboter bewegt wird, angepaßt werden.
  • Ein Gelenkarm kann Reichweiten zwischen 100 und 1000 mm haben. Dabei können die Gelenkarme sehr leicht gebaut werden, so daß bei einer Bewegung des Gelenkarmes nur sehr geringe Massen beschleunigt und abgebremst werden müssen. Demgemäß können die entsprechenden Antriebs- und Bremskomponenten vergleichsweise klein ausgelegt werden. Trotz der größeren Beweglichkeit des erfindungsgemäß ausgestatteten Fertigungsroboters steigt dessen Baugewicht kaum an.
  • Für die Herstellung der Gelenkarme können bewährte und funktionssichere Bauteile verwendet werden, deren Kosten sich in vertretbaren Grenzen halten. Die Steuerung der beweglichen Gelenkarme kann durch eine Elektronik erfolgen, die die erforderlichen Meß-, Steuerungs- bzw. Regelungsvorgänge mittels einer geeigneten Software ausführt.
  • In der Erfindung werden ausdrücklich Saugnäpfe als Elemente zur Befestigung des Fertigungsroboters auf dem Werkstück angesprochen, an Stelle von Saugnäpfen können natürlich auch andere funktionsadäquate Befestigungselemente eingesetzt werden, wie beispielsweise schaltbare Elektromagneten, über die ein Fertigungsroboter auf magnetischen Werkstücken in einer Position befestigbar ist.
  • Weitere Details der Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung, den Zeichnungen sowie den Merkmalen der Unteransprüche entnehmen.
  • Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1: einen Fertigungsroboter aus einer Ansicht von oben und
  • 2: eine Querschnittsansicht auf einen Fertigungsroboter von der Seite.
  • In 1 ist schematisch ein Fertigungsroboter 2 gezeigt, der über eine Plattform 4 verfügt. Die Plattform 4 muß nicht notwendigerweise eben ausgeführt sein, sondern kann eine beliebige geometrische Gestaltung aufweisen. Mit dem Begriff der Plattform 4 ist der Raumkörper gemeint, auf dem ein Bearbeitungswerkzeug 22 angeordnet ist, oder die Plattform 4 besteht im Extremfall ausschließlich aus dem Bear beitungswerkzeug 22.
  • Auf der dem Werkstück 18 zugewandten Unterseite des Fertigungsroboters 2 befinden sich eine Anzahl ortsfest angebrachter Saugnäpfe 6, mit denen die Plattform 4 am Werkstück 18 befestigt werden kann. Neben den ersten, ortsfest an der Plattform 4 angebrachten Saugnäpfen 6 sind am Fertigungsroboter 2 auch jeweils über einen gesteuert beweglichen Gelenkarm 10 mit der Plattform 4 verbundene Saugnäpfe 8 angebracht. Werden die Saugnäpfe 8 nicht über ein Vakuum in einer Position am Werkstück 18 festgehalten, können die Saugnäpfe 8 mit ihrem jeweils zugeordneten gesteuert beweglichen Gelenkarm 10 in eine andere Position verbracht werden. Dabei ist es sinnvoll, die Bewegungen mehrerer Gelenkarme 10 in geeigneter Weise aufeinander abzustimmen.
  • Zur Befestigung der Plattform auf dem Werkstück 18 werden die Saugnäpfe 6, 8 auf dessen Oberfläche aufgesetzt. Die flexibel ausgebildeten Kontaktflächen der Saugnäpfe 6, 8 dichten den Hohlraum zwischen der Innenoberfläche der Saugnäpfe 6, 8 und der Oberfläche des Werkstückes 18 so ab, daß im Bereich der Kontaktfläche keine Luft von außen in den Hohlraum nachströmen kann. Durch ein Absaugen der im Hohlraum befindlichen Luft entsteht in dem Hohlraum ein Vakuum, durch das die Saugnäpfe 6, 8 und die an den Saugnäpfen 6, 8 hängende Plattform 4 fest auf dem Werkstück 18 gehalten werden.
  • Die durch die Saugnäpfe 6, 8 erzeugte Haltekraft muß so hoch sein, daß der Fertigungsroboter mit seinem gesamten Gewicht und der Kraft, die aus einem Bearbeitungsvorgang des Bearbeitungswerkzeuges 22 entsteht, fest in der eingenommenen Bearbeitungsposition haften bleibt. Wird vom Fertigungsroboter 2 keine Bearbeitung des Werkstücks 18 vorgenommen, kann auch eine niedrigere Haltekraft ausreichen, um den Fertigungsroboter 2 in seiner eingenommenen Position zu halten. Die von den Saugnäpfen 6, 8 zu erzeugende Haltekraft kann sich auch durch den Umstand ändern, ob der Fertigungsroboter 2 auf einem Werkstück 18 aufliegt oder an oder unter einem Werkstück 18 hängt. Je nach erforderlicher Haltekraft kann die in den Saugnäpfen 6, 8 erzeugte Saugkraft variiert werden, oder es wird eine der jeweils erforderlichen Haltekraft entsprechende Anzahl von Saugnäpfen 6, 8 aktiviert.
  • In einem Ruhemodus können die ersten, ortsfesten Saugnäpfe 6 und die zweiten, beweglich an der Plattform 4 angebrachten Saugnäpfe 8 gleichzeitig oder alternativ aktivierbar sein. Während eines Bearbeitungsvorgangs des Bearbeitungswerkzeugs 22 können die ersten, ortsfesten und die zweiten, beweglich an der Plattform 4 angebrachten Saufnäpfe 6, 8 gleichzeitig oder alternativ aktivierbar sein. Während einer Bewegung des Fertigungsroboters 2 wird vorgeschlagen, nur die zweiten, beweglich an der Plattform 4 angebrachten Saugnäpfe 8 zu aktivieren, da die Bewegung durch aktivierte Saugnäpfe 6 gestört werden könnte.
  • Ein Fertigungsroboter 2 sollte mindestens zwei jeweils durch einen Gelenkarm 10 mit der Plattform 4 verbundene Saugnäpfe 8 aufweisen. Ein Gelenkarm 10 kann eine Bewegung unter Last und eine unbelastete Bewegung ausführen. Bei einer Bewegung des Gelenkarms 10 unter Last wird mit der Bewegung des Gelenkarms 10 gleichzeitig vom Gelenkarm 10 auch der Fertigungsroboter 2 mit bewegt. Bei einer unbelasteten Bewegung verbleibt der Fertigungsroboter 2 selbst fest in einer Position oder wird von anderen Saugnäpfen 8 gehalten, während der unbelastete Gelenkarm 10 zusammen- oder auseinanderbewegt wird. Während einer Bewegung eines Gelenkarms 10 unter Last sollte zumindest der zugehörige Saugnapf 8 aktiviert sein.
  • Während der Bewegung des Gelenkarms 10 unter Last ist es möglich, daß zumindest ein einem anderen Gelenkarm 10 zugeordneter Saugnapf 8 nicht aktiviert ist, damit dieser eine unbelastete Bewegung ausführen kann. Durch eine Hin- und Herschaltung zwischen belasteten und unbelasteten Gelenkarmen 10 kann eine zumin dest annähernd kontinuierliche Bewegung in eine Richtung erzeugt werden, ohne daß es zu Wartezeiten wegen der erforderlichen Rückführung von Gelenkarmen 10 kommt. Eine Geschwindigkeitssteigerung entsteht insbesondere auch, wenn mehrere Gelenkarme 10 gleichzeitig beweglich sind. Eine gleichzeitige Bewegung, gleichgültig ob bei einem oder mehreren Gelenkarmen 10 aktiv oder passiv, ist auch vorteilhaft, um nicht die Bewegung eines Gelenkarms 10 durch die Starre eines anderen Gelenkarms 10 zu behindern. Vorteilhaft ist es, wenn die gleichzeitigen Bewegungen von Gelenkarmen 10 gesteuert aufeinander abgestimmt sind.
  • Im Ausführungsbeispiel verfügt der Fertigungsroboter 2 über drei Gelenkarme 10, es können jedoch auch noch mehr vorgesehen sein, insbesondere, um eine schnelle Fortbewegung im vorstehend beschriebenen Sinne zu erzielen oder um für einen schwereren Fertigungsroboter 2 über die Vielzahl von aktivierbaren Saugnäpfen 8 hohe Haltekräfte bereitstellen zu können. Die Gelenkarme 10 sind in zumindest annähernd gleichmäßigen Abständen um den Umfang der Plattform 4 herum verteilt angeordnet, woraus sich annähernd gleichmäßige Betriebslasten und Betriebszeiten für die Gelenkarme 10 und die Saugnäpfe 8 ergeben.
  • Die in 1 dargestellten Gelenkarme 10 verfügen jeweils über zwei über eine rotatorisch bewegliche Achse miteinander verbundene Armabschnitte 12. Um eine hohe Beweglichkeit zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn die Gelenkarme 10 zudem über zumindest zwei weitere rotatorisch oder linear bewegliche Verbindungselemente 14 verfügen, von denen zumindest eines eine Bewegung des Gelenkarms 10 im wesentlichen längs der Hochachse 16 der Plattform 4 erlaubt oder eine Drehachse 24 aufweist, die im wesentlichen quer zur Hochachse 16 der Plattform 4 angeordnet ist. Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann ein Gelenkarm 10 auch mehr als zwei Armabschnitte aufweisen. Durch die Aufteilung eines Gelenkarmes 10 in mehrere Armabschnitte 12 steigt dessen Beweglichkeit, und durch die Addition von gleichzeitigen Bewegungen mehrerer Aktoren, von denen jeder jeweils einen Arm abschnitt 12 bewegt, steigt die potentielle Bewegungsgeschwindigkeit eines Gelenkarmes 10. Mit mehreren Armabschnitten 12 und Verbindungselementen 14 steigt auch die Beweglichkeit eines Gelenkarms 10, der je nach Ausgestaltung auch über 5 oder mehr Freiheitsgrade verfügen kann.
  • Die in einem Fertigungsroboter 2 eingesetzten Gelenkarme 10 müssen nicht identisch ausgeführt sein, sondern können auch in ihrer Bauweise voneinander abweichen. Insbesondere durch Verbindungselemente 14, von denen zumindest eines eine Bewegung des Gelenkarms 10 im wesentlichen längs der Hochachse 16 erlaubt oder eine Drehachse 24, die im wesentlichen quer zur Hochachse 16 der Plattform 4 angeordnet ist, ist es möglich, Höhendifferenzen in der Oberfläche des Werkstückes 18 auszugleichen. Auch kann vorgesehen sein, daß ein oder mehrere Gelenkarme 10 über zumindest ein einem menschlichen Ellenbogen funktionsähnliches Pendelgelenk verfügen, um eine Anpassung der räumlichen Lage des Fertigungsroboters 2 entlang der Hochachse 16 bewirken zu können.
  • Durch eine entsprechende Einstellung der jeweiligen Gelenkarme 10 ist es möglich, den Fertigungsroboter 2 auf einer sphärisch gekrümmten Werkstück-Oberfläche wie beispielsweise einem Flugzeugrumpf auf einem Arbeitspunkt 20 zu positionieren. Von einem Arbeitspunkt 20 kann sich der Fertigungsroboter 2 selbständig zu einem zweiten neuen Arbeitspunkt 20 bewegen, ohne dabei über die sphärisch gekrümmte Oberfläche abzurutschen, weil die Saugnäpfe 6, 8 keinen Halt bekommen, oder die Orientierung zu verlieren.
  • Bei den Bearbeitungsvorgängen, die von dem Fertigungsroboter 2 vorgenommen werden sollen, ist es wichtig, daß das Bearbeitungswerkzeug 22 möglichst präzise über einem Arbeitspunkt 20 an dem zu bearbeitenden Werkstück 18 positioniert ist. Mit dem Begriff des Arbeitspunktes 20 ist ein Punkt auf dem Werkstück 18 gemeint, an dem ein Bearbeitungswerkzeug 22, das auf der Plattform 4 befestigt ist, angrei fen und eine Bearbeitung vornehmen soll. Wie bereits ausgeführt, kann es sich bei den vorzunehmenden Bearbeitungsvorgängen beispielsweise um einen Bohrvorgang handeln, es können jedoch auch andere Bearbeitungen wie Einsenkungen, Schweiß- und/oder Klebepunkte setzen, Niete oder Fügeverbindungen in das Werkstück einbringen und dergleichen vorgenommen werden. Um den jeweiligen Bearbeitungsvorgang qualitativ zufriedenstellend auszuführen, muß das Bearbeitungswerkzeug 22 eine bestimmte relative Lage zum Arbeitspunkt 20 einnehmen.
  • Da ein Bearbeitungswerkzeug 22 sehr häufig in einer senkrechten Richtung auf dem Arbeitspunkt 20 zu arbeitet, ist es erforderlich, die Plattform 4 bzw. das auf der Plattform 4 angeordnete Bearbeitungswerkzeug 22 über einem Arbeitspunkt 20 mittels der Bewegung der Gelenkarme 10 möglichst senkrecht zu positionieren. Dies erfolgt durch eine entsprechende Einstellung der Gelenkarme 10. Mit dem Merkmal "senkrecht über dem Arbeitspunkt 20 positioniert" ist gemeint, daß die Wirkrichtung des für einen Bearbeitungsvorgang erforderlichen Bearbeitungswerkzeuges 22 annähernd senkrecht auf die Mittelebene des an den Arbeitspunkt 20 unmittelbar angrenzenden Materials des Werkstücks 18 ausgerichtet ist.
  • Je nachdem, ob auf der Plattform 4 mehrere Bearbeitungswerkzeuge 22 angeordnet sind, kann es für eine Plattform 4 auch mehrere Wirkrichtungen von Bearbeitungswerkzeugen 22 geben. In diesem Fall ist es möglich, über die Gelenkarme 10 die jeweils erforderliche räumliche Lage des Fertigungsroboters 2 für eine jeweilige annähernd senkrechte Wirkrichtung einzustellen.
  • Um die Bewegungsabläufe der Gelenkarme 10 eines Fertigungsroboters 2 miteinander zu koordinieren, wird vorgeschlagen, eine Elektronik mit einer geeigneter Software zu verwenden. Es wird vorgeschlagen, daß die Software zur Bewegung eines Gelenkarms 10 die Soll-Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters 2 ermittelt, aus der Soll-Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters 2 zumindest eine Soll- Bewegung eines einzelnen Gelenkarms 10 ableitet, die Soll-Bewegung des Gelenkarms 10 in für die Ausführung der Soll-Bewegung des Gelenkarms 10 geeignete Stellgrößen der jeweiligen Drehachsen 24 und/oder Verbindungselemente 14 zerlegt und die Stellgrößen an die den Drehachsen 24 und/oder Verbindungselementen 14 zugeordneten Aktoren übermittelt. Als Aktoren kommen geeignete elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angetriebene Kleinmotoren in Betracht, die ihrerseits mit entsprechender Regelungselektronik ausgestattet sein können, um möglichst präzise Bewegungen vornehmen und einstellen zu können. Durch die Zerlegung der gewünschten Bewegung des Fertigungsroboters 2 in einzelne Bewegungen von einzelnen Gelenkarmen 10 und entsprechenden Bewegungen der Armabschnitte 12 eines Gelenkarms 10 ist die Bewegung des Fertigungsroboters 2 gut steuerbar.
  • Abweichend vom vorgeschlagenen Steuerungskonzept, das von einer Zerlegung der Gesamtbewegung in einzelne Bewegungen der Gelenkarme 10 ausgeht, können für die Bewegung jedoch auch Fuzzy-Logic-Regelungen oder andere Regelstrategien verwendet werden. So können auch bestimmte gespeicherte Standardbewegungen der Gelenkarme 10 von der Software gesteuert ablaufen, die von einzelnen gezielten Korrekturbewegungen einzelner oder mehrerer Gelenkarme 10 unterbrochen oder ergänzt werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Software bei der Ermittlung der Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters 2 als eine Zielgröße eine zumindest annähernd senkrechte Positionierung der Hochachse 16 der Plattform 4 und/oder eines auf der Plattform 4 angeordneten Bearbeitungswerkzeugs 22 über einem Arbeitspunkt 20 berücksichtigt.
  • Weiter ist es vorteilhaft, wenn von der Software bei der Ermittlung der Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters 2 sensor- und/oder speichergestützte Daten der Oberflächengeometrie des zu bearbeitenden Werkstücks 18 verfügbar sind. Dabei können eine Vielzahl geeigneter Sensoren wie beispielsweise optische, akustische, magnetische, gyroskopische Sensoren und dergleichen zum Einsatz gelangen. Insbesondere wird vorgeschlagen, einen Normality-Sensor zu verwenden, mit dem die vertikale Ausrichtung des Bearbeitungswerkzeuges 22 im Verhältnis zum Arbeitspunkt 20 möglich ist. Durch den Normality-Sensor ist es möglich, die Bohr- oder Nietachse senkrecht zur Bauteil-Oberfläche auszurichten.
  • Die Sensoren, die Daten über die Oberflächengeometrie des zu bearbeitenden Werkstücks 18 bereitstellen, können auf dem Fertigungsroboter 2 selbst angeordnet sein, es ist jedoch auch möglich, die Daten von einer von der aktuellen Position des Fertigungsroboters 2 abseits stehenden Position aus zu ermitteln. So können die Oberflächen des Werkstückes 18 beispielsweise mittels eines neben dem Werkstück stehenden Laser-Sensors abgetastet werden, der die Abtastreflexe in ausgewerteter oder nicht ausgewerteter Form an die Steuerungssoftware des Fertigungsroboters 2 übermittelt. Die Oberflächengeometrien des zu bearbeitenden Werkstückes können jedoch auch direkt im Fertigungsroboter 2 gespeichert sein oder die Software des Fertigungsroboters 2 greift für Steuerungs- und Navigationszwecke auf remote-vorgehaltene Datensätze über die Oberflächengeometrie des zu bearbeitenden Werkstücks 18 zurück.
  • Bei der Navigation des Fertigungsroboters 2 an einem abzuarbeitenden Bearbeitungspfad entlang kann die Software aktuelle Positionsdaten von Sensoren verarbeiten, die am Fertigungsroboter 2 angebracht sind. So kann anhand von Kanten des Werkstücks 18, gebohrten Löchern, lokalen Bauteilgeometrien oder ähnlichem ausgehend eine Koppelnavigation realisiert werden, indem aus den einzelnen erfolgten Bewegungen der Gelenkarme 10 rückermittelten tatsächlichen Bewegungen die Ist-Position des Fertigungsroboters 2 feststellbar ist und eine weitere, noch zu erfolgende Bewegung und dessen Bewegungsvektor jeweils seriell aus der jeweils mittels der Koppelnavigation errechneten Ist-Position abgeleitet wird. Die aktuelle Position des Fertigungsroboters 2 kann auch anhand von Positionsdaten ermittelbar sein, die sich aus Referenzwerten zu Referenz-Sensoren, die sich außerhalb des Fertigungsroboters 2 befinden, ergeben.
  • Für eine betriebssichere Funktion des Fertigungsroboters 2 ist es vorteilhaft, wenn die Saugwirkung der Saugnäpfe 6, 8 einzeln oder vollständig von der Software sensorüberwacht ist. Um Betriebsstörungen oder Fehlfunktionen zu vermeiden, wird weiter vorgeschlagen, daß die Software nach Ausführung einer Bewegung eines Gelenkarmes 10 anhand von Sensordaten die ausgeführte Bewegung mit der Soll-Bewegung des Gelenkarms 10 vergleicht und bei einer festgestellten Abweichung in einen Korrekturmodus schaltet.
  • Der Korrekturmodus kann vorsehen, daß der Fertigungsroboter 2 nur eine Störung meldet und den Betrieb einstellt, der Korrekturmodus kann jedoch auch vorsehen, in ein Prüfprogramm zu schalten, in dem die Funktion der einzelnen Aktoren überprüft wird. Des weiteren kann es vorgesehen sein, den Vektor einer Korrekturbewegung zu ermitteln, durch den die Abweichung der ausgeführten Bewegung von der Soll-Bewegung wieder ausgeglichen wird. Die ausgewählte Korrekturart kann beispielsweise davon abhängen, in welcher Größenordnung sich der zu korrigierende Fehler bewegt.
  • Neben der Überwachung der Bewegung eines einzelnen Gelenkarmes 10 kann ergänzend oder alternativ vorgesehen sein, daß die Software nach Ausführung einer Bewegung eines Gelenkarmes 10 anhand von Sensordaten die eingenommene räumliche Lage des Gelenkarms 10 und/oder des Fertigungsroboters 2 ermittelt, mit einem Wert für eine Soll-Lage vergleicht und bei einer festgestellten Abweichung in einen Korrekturmodus schaltet. Der Korrekturmodus kann die vorstehend beispielhaft aufgeführten Funktionsmodi aufweisen.
  • Für den Betrieb des Fertigungsroboters 2 ist es vorteilhaft, wenn die Software den Wert für die Soll-Lage aus der räumlichen Lage des Fertigungsroboters 2 in Relation zur räumlichen Lage des Arbeitspunktes 20 ermittelt. Durch eine solche Steuerung wird sichergestellt, daß die Positionierung des Fertigungsroboters 2 immer mit der Priorität erfolgt, das Bearbeitungswerkzeug 22 möglichst optimal in Relation zu einem Arbeitspunkt 20 zu positionieren.
  • Bei der Positionierung des Fertigungsroboters 2 muß von der Software berücksichtigt werden, daß sich durch die Vakuumbildung in den Hohlräumen der Saugnäpfe auch jeweils die räumliche Lage des Fertigungsroboters 2 verändern kann. Um eine Feinjustierung einer räumlichen Lage der Plattform 4 vorzunehmen, ist es möglich, die Korrektur über eine Veränderung der Saugkraft in einem oder mehreren Saugnäpfen 6, 8 vorzunehmen.
  • Um das Gewicht des Fertigungsroboters 2 möglichst niedrig zu halten, kann auch vorgesehen sein, daß am Fertigungsroboter 2 ein Bearbeitungswerkzeug 22 befestigt ist, das über eine Versorgungsleitung mit einer vom Fertigungsroboter 2 getrennten Versorgungseinheit verbunden ist. In der Versorgungseinheit können Aggregate für die Erzeugung von Druckluft, Unterdruck für die Herstellung des Vakuums in den Saugfüßen, Vorratsmagazine für Niete, Hydraulik- oder Pneumatikpumpen für den Betrieb des Bearbeitungswerkzeuges 22 oder für die Bewegung der Gelenkarme 10 vorhanden sein. Außerdem kann die Versorgungseinheit mit Sensoren zur Abtastung der Oberfläche des Werkstückes 18, mit Steuerungselektronik zur Steuerung des Fertigungsroboters 2, mit Datenspeichern für Steuerung und Kontrolle des Fertigungsroboters 2 und dergleichen versehen sein. Durch die Verlagerung der entsprechenden Komponenten auf die Versorgungseinheit wird der Fertigungsroboter 2 entsprechend entlastet, und die für die Bewegung des Fertigungsroboters 2 erforderlichen Organe können entsprechend kleiner dimensioniert werden.
  • Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient nur der exemplarischen Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann vom Fachmann in einer ihm für seinen Anwendungszweck geeigneten Weise abgewandelt werden.

Claims (20)

  1. Fertigungsroboter (2) mit einer werkzeugtragenden Plattform (4) mit ersten, ortsfest und zweiten, beweglich an der Plattform (4) angebrachten Saugnäpfen (6, 8) zur Befestigung der Plattform (4) an einem Werkstück (18), dadurch gekennzeichnet, daß der Fertigungsroboter (2) zumindest zwei zweite, jeweils über einen gesteuert beweglichen Gelenkarm (10) mit der Plattform (4) verbundene Saugnäpfe (8) aufweist.
  2. Fertigungsroboter (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkarme (10) zumindest zwei über eine rotatorisch bewegliche Achse miteinander verbundene Armabschnitte (12) aufweisen und über zumindest zwei weitere rotatorisch oder linear bewegliche Verbindungselemente (14) verfügen, von denen zumindest eines eine Bewegung des Gelenkarms (10) im wesentlichen längs der Hochachse (16) der Plattform (4) erlaubt oder eine Drehachse (24) aufweist, die im wesentlichen quer zur Hochachse (16) der Plattform (4) angeordnet ist.
  3. Fertigungsroboter (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf der Plattform (4) angeordnetes Bearbeitungswerkzeug (22) über einem Arbeitspunkt (20) mittels der Bewegung der Gelenkarme (10) senkrecht positionierbar ist.
  4. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung eines Gelenkarms (10) von einer Software steuerbar ist, die die Soll-Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters (2) ermittelt, aus der Soll-Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters (2) zumindest eine Soll-Bewegung eines einzelnen Gelenkarms (10) ableitet, die Soll-Bewegung des Gelenkarms (10) in für die Ausführung der Soll-Bewegung des Gelenkarms (10) geeignete Stellgrößen der jeweiligen Drehachsen (24) und/oder Verbindungselemente (14) zerlegt und die Stellgrößen an die den Drehachsen (24) und/oder Verbindungselementen (14) zugeordneten Aktoren übermittelt.
  5. Fertigungsroboter (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Software bei der Ermittlung der Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters (2) als eine Zielgröße eine zumindest annähernd senkrechte Positionierung der Hochachse (16) der Plattform (4) und/oder eines auf der Plattform (4) angeordneten Bearbeitungswerkzeugs (22) über einem Arbeitspunkt (20) berücksichtigt.
  6. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der Software bei der Ermittlung der Bewegungsrichtung des Fertigungsroboters (2) sensor- und/oder speichergestützte Daten der Oberflächengeometrie des zu bearbeitenden Werkstücks (18) verfügbar sind.
  7. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von der Software aktuelle Positionsdaten von Sensoren verarbeitbar sind, die am Fertigungsroboter (2) angebracht sind.
  8. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugwirkung der Saugnäpfe (6, 8) von der Software sensorüberwacht ist.
  9. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Software nach Ausführung einer Bewegung eines Gelenkarmes (10) anhand von Sensordaten die ausgeführte Bewegung mit der Soll-Bewegung des Gelenkarms (10) vergleicht und bei einer festgestellten Abweichung in einen Korrekturmodus schaltet.
  10. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Software nach Ausführung einer Bewegung eines Gelenkarmes (10) anhand von Sensordaten die eingenommene räumliche Lage des Gelenkarms (10) und/oder des Fertigungsroboters (2) ermittelt, mit einem Wert für eine Soll-Lage vergleicht und bei einer festgestellten Abweichung in einen Korrekturmodus schaltet.
  11. Fertigungsroboter (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Software den Wert für die Soll-Lage aus der räumlichen Lage des Fertigungsroboters (2) in Relation zur räumlichen Lage des Arbeitspunktes (20) ermittelt.
  12. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektur der räumlichen Lage der Plattform (4) über eine Veränderung der Saugkraft in einem oder mehreren Saugnäpfen (6, 8) durchführbar ist.
  13. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Fertigungsroboter (2) ein Bearbeitungswerkzeug (22) befestigt ist, das über eine Versorgungsleitung mit einer Versorgungseinheit verbunden ist.
  14. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gelenkarme (10) gleichzeitig bewegbar sind.
  15. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – in einem Ruhemodus die ersten, ortsfest und zweiten, beweglich an der Plattform (4) angebrachten Saugnäpfe (6, 8) gleichzeitig oder alternativ, – für einen Arbeitsvorgang des Bearbeitungswerkzeugs (22) die ersten, ortsfest und zweiten, beweglich an der Plattform (4) angebrachten Saugnäpfe (6, 8) gleichzeitig oder alternativ, und – für eine Bewegung nur die zweiten, beweglich an der Plattform (4) angebrachten Saugnäpfe (8) aktivierbar sind.
  16. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fertigungsroboter (2) über 3 oder 4 Gelenkarme (10) verfügt.
  17. Fertigungsroboter (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein unbelasteter Gelenkarm (10) beweglich ist, während zumindest ein einem anderen belasteten Gelenkarm (10) zugeordneter Saugnapf (8) aktiviert ist.
  18. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkarme (10) in zumindest annähernd gleichmäßigen Abständen um den Umfang der Plattform (4) herum verteilt angeordnet sind.
  19. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Gelenkarm (10) über zumindest 5 Freiheitsgrade verfügt.
  20. Fertigungsroboter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Gelenkarme (10) über zumindest ein Pendelgelenk verfügt.
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