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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Industrieroboter, eine Zusatzvorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogramm nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Industrierobotern in Fertigungslinien, wie in der Automobilindustrie sind hinreichend bekannt. Diese Industrieroboter übernehmen automatisch Arbeitsschritte, die der Mensch in der Vergangenheit manuell ausgeführt hat. Bestimmte Bewegungsabläufe eines insgesamt um mehrere Achsen schwenkbaren Roboterarmes werden einprogrammiert. Üblicherweise berücksichtigen diese Programme Abläufe die Störungsfrei ablaufen. Es sind aber auch Fehlerfälle denkbar, die mögliche Kollisionen mit Transporteinrichtungen in der Fertigungslinie zur Folge haben können. Es sind bereits Lösungen bekannt, die diese Störungen berücksichtigen.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 102 33 084 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt, das lehrt wie eine Produktionslinie auch bei Problemen und Stauungen weiterbetrieben werden kann. Hierbei handelt es sich um eine Lackier- und Montagestraße für Kraftfahrzeuge. Zu lackierende Teile werden mit Lackiertraversen befördert. Der Lackstraße sowie der Montagestraße ist eine nach dem Prinzip eines Drehkreuzes ausgebildete Dreh- und Hubeinrichtung zugeordnet. Eine Hubeinheit weist eine hydraulische Handpumpe für den Notbetrieb auf. An Tragarmen ist eine manuelle Notbetätigung über eine Handkurbel vorgesehen. Eingesetzt werden sechsachsige Industrieroboter. Verwendet wird außerdem ein Kraftsensor, der einen Prozess abbricht, um Beschädigungen zu vermeiden. Zudem ist eine „Notstrategie” ausführbar, bei der manuell zu betätigende Bearbeitungsstellen zugeordnet werden können.
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Die
DE 10 2006 055 849 A1 beschreibt, wie bei Störungsfällen die Abschaltung beispielsweise eines Industrieroboters vorzunehmen ist. Durch dieses Verfahren sollen Kollisionen, die eine Gefahr für Menschen oder Materialien nach sich ziehen können, erkannt und sicher unterbrochen werden. Wenn sich eine Person im Bereich des Transportweges des Roboters befindet, ist nämlich eine hohe Gefahr gegeben. Zur Gefahrenbeseitigung soll der Bewegungsablauf des Roboters als auch des transportierten Materials stetig überwacht werden und so eine Kollision erkannt werden.
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In der
DE 10 2004 027 944 A1 wird vorgeschlagen, in den Bewegungsablauf automatische Verriegelungen einzuführen, die Kollisionen ausschließen. Eine Notstrategie für den Fall, dass beispielsweise ein Industrieroboter aufgrund einer Störung nicht mehr aus einem Kollisionsbereich herausgefahren werden kann, ist nicht vorgesehen. Dieses Verfahren soll mindestens zwei Mehrachs-Industrieroboter gegen Kollisionen schützen, wobei Bewegungen eines Roboters automatisch auf mögliche Kollisionen mit einem anderen Roboter geprüft werden.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, so dass beim Auftreten einer Störung ein Verfahren des Industrieroboters in eine sichere Position gewährleistet wird, wobei zusätzlich eine mit dem Industrieroboter in Zusammenhang stehende Fertigungslinie störungsfrei weiterlaufen kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, beim Auftreten einer Störung den Industrieroboter, der an einer Fertigungslinie angeordnet ist, um seine erste Achse aus dem Bewegungsfeld aller Transporteinrichtungen herauszudrehen. Ein Drehlager wird so gedreht, dass der Industrieroboter in eine kollisionssichere und den störungsfreien Weiterbetrieb der Fertigungslinie sicherstellende Position verfahren wird.
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Durch die Erfindung ist eine Kollision vermeidbar, die zu erheblichen Störungen im Produktionsprozess führen kann. Eine Kollision ist im Gegensatz zum Stand der Technik auch dann vermeidbar, wenn der Roboterarm sich in einem möglichen Kollisionsbereich bereits bewegen würde.
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Grundsätzlich kann ein Verdrehen des Roboterarms durch vorhandene Roboterantriebe und vorhandene Sensoren erreicht werden, so dass eine auf reine Software basierende Lösung grundsätzlich möglich wäre.
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Bevorzugterweise sieht die Erfindung jedoch eine Zusatzvorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch vor, die zusätzliche Antriebe und/oder Sensoren und/oder andere Mittel umfassen kann.
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Daher wird auch ein Computerprogramm nach der Erfindung geschaffen, bei dem praktisch ein Notprogramm beispielsweise ein Notantrieb einkuppelt, so dass dann über ein entsprechendes Steuerprogramm das Drehlager so gedreht wird und/oder eine Bewegung so eingeleitet wird, wodurch der Industrieroboter in die kollisionssichere Position verfahren wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die erste Achse eine horizontale oder eine vertikale Drehachse ist, um die der gesamte Industrieroboter drehbar ist, insbesondere dann, wenn ein Teil eines Drehlagers der Drehachse mit dem Industrieroboter und der weitere Teil des Drehlagers mit einem Boden, einer Decke oder einer Seitenwand einer Werkshalle direkt oder indirekt über eine Halterung verbunden ist. An der Halterung können Komponenten einer Zusatzeinrichtung in einfacher Weise befestigt werden, die für das erforderliche Drehmoment sorgen können.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Störungserfassungseinrichtung Mittel zur Erfassung eines Stromausfalls, eines Ausfall einer Robotersteuerung, eines Ausfalls einer pneumatischen oder hydraulischen Kraftversorgung und/oder eines Sensorausfalls umfasst. Ohne eine solche Erfassung kann der Roboterarm in einem Kollisionsbereich einer Transporteinrichtung bei Störung stehen bleiben, was zur Kollision mit der Transporteinrichtung führen kann. Daher ist es zweckmäßig, wenn die Störungserfassungseinrichtung ein Notbetriebsignal ausgibt, wenn eine sensorisch erfasste bevorstehende Kollision signalisiert wird.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Störungserfassungseinrichtung ein Notbetriebsignal ausgeben, wenn ein Betriebsparameter, wie eine definierte Kraft oder ein definiertes Drehmoment, überschritten wird.
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Die Erfindung lässt sich mit einem geringen konstruktiven Aufwand auch in geringen Stückzahlen umsetzen und auch nachrüsten, wenn an einem Ende einer Antriebswelle eines Drehlagers der ersten Achse eine Kupplung angeordnet ist, über die ein Notantrieb der Notbetriebvorrichtung einkuppelbar ist. Die Kupplung hat den Vorteil, dass im störungsfreien Betrieb eine Entkopplung des Roboters mit der Notbetriebvorrichtung möglich ist.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebswelle des Drehlagers mit einer Hauptwelle eines Elektromotors verbindbar bzw. kuppelbar. So kann die Notbetriebvorrichtung über eine gesonderte Energieversorgung betrieben werden, wobei das erfindungsgemäße Verschenken des Roboterarmes auch dann möglich ist, wenn die Versorgungsspannung des Roboters ausfällt. Zweckmäßigerweise erfolgt dann die Energieversorgung über einen Notstrom-Akkumulator oder eine Notstrombatterie.
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Alternativ zum Elektromotor kann aber auch ein Hydraulik- oder Pneumatikantrieb eingesetzt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Industrieroboters ist vorgesehen, dass die Notbetriebvorrichtung als Zusatzvorrichtung bzw. als Zusatzmodul ausgeführt ist. Dadurch ist eine Nachrüstung bei vorhandenen Fertigungslinien möglich.
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Eine Kraftübertragung zwischen Zusatzmodul und Roboter lässt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, dass die Notbetriebvorrichtung eine Kupplung umfasst, die durch eine Hubeinheit betätigbar ausgeführt ist. Die Hubeinheit kann beispielsweise elektromagnetisch, elektromotorisch oder pneumatisch betätigt werden.
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Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
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Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung und Vorteile derselben beschrieben sind. Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 eine erste Darstellung eines Industrieroboters von einer Seite aus gesehen,
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2 eine erste Darstellung des Industrieroboters von hinten aus gesehen,
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3 eine perspektivische Darstellung des Industrieroboters, und
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4 eine Prinzipdarstellung eines Notbetrieb-Konzeptes.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Mehrachs-Industrieroboter bzw. einen sechsachsigen Industrieroboter 100. Dieser ist an einer Transporteinrichtungen umfassenden Fertigungslinie angeordnet. Die Transporteinrichtung, die nicht gezeigt sind, können Lackiertraversen oder andere Haltevorrichtungen sein. Der Roboter 100 ist mit einem Roboterarm 10 und mehreren Drehachsen 11 bis 16 versehen, wobei der Roboter 100 eine mit einer Störungserfassungseinrichtung verbindbar ausgeführt ist.
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Die Störungserfassungseinrichtung kann ein oder mehrere Bewegungssensoren, mindestens ein Kraftsensor oder andere Sensoren umfassen. Eine Verarbeitungseinheit verarbeitet die Sensordaten und prognostiziert eine mögliche Kollision.
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Der Roboter 100 umfasst einen Montagefuß 17, an dem der Arm 10 zur Durchführung der Bewegung angebracht ist. Am Roboterarm 10 kann eine Roboterhand angebracht sein. Bewegungsabläufe des Roboterarmes 10 werden durch eine Steuerung des Roboters 100 ausgeführt.
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Der Industrieroboter 100 kann bei Lackier- oder Montagearbeiten von Karosserieteilen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, die zum Beispiel sogenannte Lackiertraversen in einer Lackierstraße umfassen. Die Karosserieteile werden mit den Lackiertraversen befördert. Auch andere Industrieroboter in der Automobilindustrie bzw. Montagestraßen sind denkbar.
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Der Roboter umfasst eine mit der Störungserfassungseinrichtung verbindbare Notbetriebvorrichtung 26, die bei einer Störung den Roboterarm 10 so aus einem Bewegungsfeld alter Transporteinrichtungen um wenigstens die erste Achse 11 herausdreht, dass eine Kollision vermieden wird. Die erste Achse 11 ist einem Montagefuß 17 zugeordnet. Als erste Achse kann aber auch alternativ eine andere Achse bezeichnet werden, beispielsweise die Achse 12. Vorzugsweise ist aber die erste Achse eine horizontale oder eine vertikale Drehachse, um die der gesamte Industrieroboter drehbar ist.
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Wie 1 veranschaulicht, ist der Roboter 100 mit dem Montagefuß 17 verbunden. Der Montagefuß 17 ist mit dem Boden über ein Drehlager verbunden. Ein Teil eines Drehlagers der Drehachse 11 ist mit dem Industrieroboter 100 und der weitere Teil des Drehlagers ist mit einem Boden verbunden. Der weitere Teil des Drehlagers kann aber auch mit einer Decke oder einer Seitenwand einer Werkshalle direkt oder indirekt über eine Halterung verbunden sein.
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Die Störungserfassungseinrichtung umfasst Sensoren mit dem ein Ausfall festgestellt werden kann. Es sind daher Mittel zur Erfassung eines Stromausfalls, eines Ausfall einer Robotersteuerung, eines Ausfalls einer pneumatischen oder hydraulischen Kraftversorgung und/oder eines Sensorausfalls vorhanden.
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4 zeigt das Prinzip des Kollisionsschutzes. Sensoren liefern Daten zu einer Verarbeitungseinheit 21, die eine mögliche bevorstehende Kollision feststellen kann. Diese Einheit 21 kann ein Notbetrieb-Signal liefern, das dafür sorgt, dass der Roboterarm 10 aus dem Gefahrenbereich gedreht wird. Daher gibt die Störungserfassungseinrichtung ein Notbetriebsignal aus, wenn eine sensorisch erfasste bevorstehende Kollision signalisiert wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Störungserfassungseinrichtung ein Notbetriebsignal ausgeben, wenn ein Betriebsparameter überschritten wird. Der Betriebsparameter kann ein beliebiger Parameter sein. Insbesondere ist der Betriebsparameter eine definierte Kraft oder ein definiertes Drehmoment.
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Der Roboter 100 besitzt eine interne Steuerung, die Antriebe des Roboters steuert, um eine Bewegung beispielsweise um die Achse 11 auszuführen. Im Grunde ließe sich durch Änderung des Computerprogramms des Roboters ein Notbetrieb der beschriebenen Art ohne zusätzliche Antriebe ausführen.
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Dieses Beispiel sieht jedoch eine Lösung vor, bei der an einem Ende einer Antriebswelle des Drehlagers der ersten Achse 11 eine Kupplung 23 angeordnet ist. Über die Kupplung 23 ist ein Notantrieb der Notbetriebvorrichtung einkuppelbar. Das Einkuppeln erfolgt über eine Hubeinheit 24.
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Die Antriebswelle ist mit einer Hauptwelle eines Elektromotors 25 kuppelbar. Alternativ kann anstelle des Motors ein Hydraulik- oder Pneumatikantrieb eingesetzt werden.
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Der Elektromotor wird über eine gesonderte Energiequelle, wie einen Notstrom-Akkumulator oder eine Notstrombatterie versorgt, so dass auch bei Ausfall der Roboter-Versorgungsspannung ein Kollisionsschutz gegeben ist.
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Bei dieser Notbetriebvorrichtung 26 handelt es sich um eine Zusatzvorrichtung. Diese ist in dem Roboter 100 integrierbar wie die 1 bis 3 zeigen und umfasst die wesentlichen Komponenten, und zwar die Kupplung 23, den Motor 25 und die Hubeinheit 24.
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Die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt, so kann im Falle eines Notbetriebs bzw. Verschwenken des Roboterarmes nach dem Vorbild der
DE 102 33 084 A1 eine „Notstrategie” ausgeführt werden, bei der manuell zu betätigende Bearbeitungsstellen zugeordnet werden, so dass die Fertigung nicht unterbrochen wird.
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Um eine bevorstehende Kollision zu prognostizieren, kann auch die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung des Roboterarmes und/oder der Transporteinrichtung ermittelt werden.
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Zwar wird in erster Linie eine Kollision mit den Transporteinrichtungen vermieden, ein Schutz vor Personenkollision ist grundsätzlich auch möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Roboterarm
- 11–16
- Drehachsen
- 17
- Montagefuß
- 18–20
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- 21
- Verarbeitungseinheit
- 22
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- 23
- Kupplung
- 24
- Hubeinheit
- 25
- Elektromotor
- 26
- Notbetriebvorrichtung
- 100
- Roboter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10233084 A1 [0003, 0041]
- DE 102006055849 A1 [0004]
- DE 102004027944 A1 [0005]
