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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorkommissionierung von Verbauteilen bei der Kraftfahrzeugmontage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Für die Kraftfahrzeugmontage werden an eine Kommissionierstation Verbauteile in wechselbaren Behältern sortenrein angeliefert. In einem Vorkommissionierungsprozess werden solche Verbauteile je nach Verbauauftrag aus den Behältern entnommen und in einer vorgegebenen Verbaureihenfolge und auf einem Kommissionierwagen bereitgestellt, welcher dann zur Fahrzeugmontageanlage gebracht wird.
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Von den Fahrzeugherstellern werden bekanntlich eine große Anzahl von Fahrzeugtypen und Ausstattungsvarianten hergestellt mit einer entsprechend großen Anzahl unterschiedlicher Verbauteile, welche in bei einer Vorkommissionierung ihre entsprechende Verbaureihenfolge gebracht werden müssen. Durch die Häufigkeit von Umbauten und Teilwechseln ist eine an sich bekannte Vollautomatisierung durch stationäre Roboter zu aufwändig und wird deshalb nicht durchgeführt, so dass solche Vorkommissionierungen manuell ausgeführt werden.
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Die manuelle Vorkommissionierung von schweren Verbauteilen, die schwerer als ca. 5 kg sind, ist arbeitsschutzrechtlich kritisch. Es handelt sich dabei um einen unergonomischen sogenannten „roten” Arbeitsplatz für den pro Schicht mehrere Mitarbeiter wechselweise eingesetzt werden, um die Arbeitsschutzanforderungen einhalten zu können.
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Aus
EP 1 529 606 A1 ist ein stationärer Mehrachs-Industrieroboter mit einer Greifeinrichtung bekannt, welche insbesondere zum gleichzeitigen Ergreifen mehrerer gleicher Objekte aus einem Behälter ausgelegt ist. Bei der eingangs beschriebenen Vorkommissionierung ist jedoch gerade eine Vereinzelung von Verbauteilen und eine Anordnung in einer vorgegebenen Verbaureihenfolge wesentlich, so dass dazu dieser Industrieroboter nicht geeignet ist.
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Weiter ist aus
EP 0 911 867 A2 eine Fertigungseinrichtung mit einem linear verfahrbaren Roboter bekannt, mit dem für eine Zwischenablage ein Magazin mitbewegbar ist. Für die komplizierten Bewegungsabläufe und Randbedingungen bei einer Vorkommissionierung ist diese Fertigungseinrichtung nicht geeignet.
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Zudem ist aus
DE 10 2006 034 044 A1 ein Verfahren zum Erfassen einer Gießkurve für eine Robotersteuerung bekannt, welche einen Gießlöffel führt. Mit einem Fernbediengerät wird ein manuelles Abgießen einer Schmelze aus dem Gießlöffel durchgeführt, wobei der zeitliche Verlauf der Roboterbewegung und die Abgussgewichte erfasst und gespeichert sowie für weitere Verwendungen bereitgestellt werden. Für die Datenerfassung und zur Steuerungszwecken wird eine Sensorik eingesetzt. Ein Einsatz für eine Vorkommissionierung ist nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Eingangs beschriebene Vorkommissionierung, insbesondere von schweren Verbauteilen vorzuschlagen, mit dem eine flexible Vorkommissionierung in Verbindung mit einer körperlichen Entlastung der Kommissionierwerker möglich ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, dazu eine geeignete Vorrichtung vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Vorkommissionierung teilautomatisiert erfolgt, dergestalt, dass die Behälterentnahme und Anordnung der Verbauteile auf dem Kommissionierwagen entsprechend einem Verbauauftrag durch einen mobilen spurungebundenen Roboter erfolgt. Gerade bei schweren Verbauteilen, wie beispielsweise bei Gelenkwellen braucht ein Kommissionierwerker diese nicht mehr kraftaufwändig selbst von Hand zu transportieren, da diese Tätigkeiten vom mobilen Roboter durchgeführt werden. Andere sensorisch anspruchsvolle Tätigkeiten, welche für eine Automatisierung zu kompliziert und damit nicht geeignet sind und zudem nur wenig Kraftaufwand erfordern, wie beispielsweise das Entfernen von Grobverpackungen, der Behälteraustausch und der Kommissionierwagentransport, werden dagegen weiter von einem Kommisionierwerker ausgeführt. Der Arbeitsplatz ist damit für den Kommissionierwerker ergonomisch völlig unbedenklich. Der Roboter kann sich selbstständig je nach Verbauauftrag in der Kommissionierstation bewegen und die Verbauteile auftragsgemäß in Verbaureihenfolge bringen. Gerade für schwere Bauteile, welche für einen Menschen nur kraftaufwändig zu kommissionieren sind, stellt eine solche spurungebundene, flexible Vereinzelung einen besonderen Vorteil dar. Kommissionierwerker und Roboter können dabei gemeinsam den gleichen Arbeitsraum in der Kommissionierstation benutzen.
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Vorteilhaft können dem mobilen Roboter Kommissionieraufträge drahtlos durch Anbindung an einen externen Produktionssystemrechner übermittelt werden und solche Aufträge werden dann selbstständig vom Roboter abgearbeitet. Die Entgegennahme und Umsetzung von Kommissionieraufträgen durch einen Werker kann damit entfallen. Dieser Werker kann eingespart werden und für einen verbleibenden Werker wird anstelle des unergonomischen „roten” Arbeitsplatzes ein ergonomischer „grüner” Arbeitsplatz bereitgestellt.
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Der Roboter soll zweckmäßig aus einer mobilen Plattform und einem darauf angebrachten Manipulator mit einer Greifereinheit zur Entnahme bestehen. Weiter können vorteilhaft mehrere entnommene Verbauteile in einem Puffer mitfahrenden zwischengelagert werden und anschließend gemeinsam zum Kommissionierwagen gebracht werden, wodurch vorteilhaft Fahrwege eingespart werden können.
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Der Roboter ist vorteilhaft mit einer Sensorik und nachgeordneter Auswerteeinrichtung ausgerüstet, welcher die Art eines Verbauteils und/oder die Anzahl von Verbauteilen in einem Behälter oder im Puffer erkennt. Insbesondere sind dazu Kameras mit nachgeschalteter Bildverarbeitung geeignet.
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Da sich im Roboterfahrbereich der Roboter ohne Spurbindung zusammen mit einem Kommissioniermitarbeiter bewegen soll wird zudem die vorstehende Sensorik gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Sensorik in einer Sicherheitseinrichtung zur einer Kollisionsvermeidung verwenden. Dazu soll der Roboter bei einem in Fahrtrichtung ermittelten Hindernis anhalten oder ausweichen. Für einen möglichst flexiblen Einsatz des Roboters für unterschiedliche Verbauteile, beispielsweise für Gelenkwellen und Lenkräder können unterschiedliche Greifereinheiten zur Verfügung gestellt und verwendet werden. Die sollen selbsttätig bei Bedarf in einer mitfahrenden Greiferwechselstation gewechselt werden.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens soll der Roboter so ausgerüstet werden, dass er mit einem Werker akustisch und/oder optisch kommunizieren kann, insbesondere wenn er aktuell oder in Kürze einen erhaltenen Auftrag selbsttätig nicht ausführen kann, beispielsweise bei einem anstehenden Behälterwechsel oder einem Kommissionierwagentransport.
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Die Aufgabe der Erfindung wird hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung eines der vorstehenden Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst, wobei in einer Kommissionierstation ein Fahrbereich eines mittels eines Steuerungsrechners spurungebunden fahrbaren Roboters vorgegeben ist und in diesem Fahrbereich wechselbare Verbauteilbehälter und Kommissionierwagen aufgestellt sind. Der Roboter ist dabei modular aufgebaut mit einer mobilen Plattform und einem darauf angeordneten Manipulator.
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Konkret ist dabei an oder in der mobilen Plattform eine Batterie, insbesondere eine Gabelstaplerbatterie zur Stromversorgung des Roboters sowie eine Sensorik, insbesondere für eine Fahrsteuerung als Laserscanner und/oder mit Kameras angeordnet. Weiter ist auf der Plattform ein Puffer für eine Zwischenablage von Verbauteilen und/oder eine Greiferwechselstation für unterschiedliche Greifereinheiten angebracht.
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Der Manipulator ist vorteilhaft als mehrachsiger Robotergreifarm mit einem elektrischen Backengreifer und einer zugeordneten Greiferbildverarbeitung ausgeführt. In einer Weiterbildung der Vorrichtung kann zudem eine Joysticksteuerung vorgesehen sein mit einem zweckmäßig ortsfest angeordneten Joystick, mit dem ein Werker den Roboter unabhängig oder überlagert zur selbstständigen Robotersteuerung bedienen kann, so dass auch ein Eingriff eines Werkers in die sonst selbstständige Roboterarbeit möglich ist.
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Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf eine Kommissionierstation nach dem Stand der Technik,
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2 eine Draufsicht auf eine Kommissionierstation entsprechend 1 gemäß der Erfindung,
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3 eine perspektivische Darstellung eines spurungebundenen Roboters,
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4 eine Darstellung des modularen Aufbaus des Roboters, und
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5 ein Ablaufdiagramm für den erfindungsgemäßen teilautomatisierten Kommissionierprozess mit der mobilen Robotik.
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In 1 ist die bisherige Vorkommissionierung von relativ schweren Gelenkwellen in einer Kommissionierstation KS dargestellt. Um einen Arbeitsbereich eines Kommissioniermitarbeiters KM sind Gelenkwellenbehälter GWB mit Gelenkwellen GW, Wertstoffbehälter WB beispielsweise für abgenommene Verpackungen, Kommissionierwagen KW sowie Auftragsdrucker AD aufgestellt. Wie die Vielzahl der eingezeichneten Pfeile zeigt, hat der Kommissioniermitarbeiter KM bisher entsprechend der erhaltenen Aufträge die schweren Gelenkwellen GW nach Bedarf und Anforderung aus dem Gelenkwellenbehältern GWB entnommen, zum Kommissionierwagen KW getragen und dort in der angegebenen Verbaureihenfolge angeordnet. Zudem hat er das Behältermanagement gegebenenfalls zusammen mit einem Transportwagenfahrer TF durchgeführt. Die Kommissioniertätigkeit ist hier ersichtlich mit schwerer körperlicher Arbeit für den Kommissioniermitarbeiter KM verbunden. Nach geeigneter Bestückung des Kommissionierwagens KW wird dieser vom Transportfahrer TF zum Verbauort in der Montageanlage MA transportiert.
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Erfindungsgemäß werden dagegen entsprechend 2 alle bisherigen körperlich anstrengenden Tätigkeiten des Kommissioniermitarbeiters KM durch einen mobilen Roboter MR ausgeführt. Der mobile Roboter MR entnimmt die Gelenkwellen GW aus dem Gelenkwellenbehältern GWB gemäß einem übermittelten Auftrag und bringt diese, gegebenenfalls zwischengelagert auf einem mitfahrenden Puffer, zum Kommissionierwagen KW, wo er die Gelenkwellen GW nach vorgegebener Verbaufolge anordnet. Ein detaillierter Ablauf der Steuerung und Tätigkeit des mobilen Roboters MR ist im Ablaufdiagramm nach 5 angegeben.
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Durch den Einsatz des mobilen Roboters MR kann ersichtlich der Kommissioniermitarbeiter KM nach dem Stand der Technik eingespart werden. Das Behältermanagement, insbesondere den Wechsel von leeren zu vollen Gelenkwellenbehältern GWB, die Entfernung der Grobverpackung und Verbringung des Verpackungsmaterials zum Wertstoffbehälter WB, etc. kann mit den strichliert eingezeichneten Wegen zusammen mit dem Transport des Kommissionierwagens vom Transportfahrer TF durchgeführt werden. Der Transportfahrer TF und der mobile Roboter MR bewegen sich dabei zum Teil zeitgleich im gleichen Arbeitsraum, wobei Kollisionen durch eine Sensorik und Sicherheitseinrichtungen am mobilen Roboter MR verhindert werden und dieser bei Bedarf auch mit dem Transportfahrer TF akustisch und/oder optisch kommunizieren kann.
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In 3 ist der mobile Roboter MR dargestellt mit einer mobilen Plattform 1 und einem darauf angeordneten Manipulator 2. Die mobile Plattform 1 ist als fahrbarer Kasten ausgeführt, in dem eine Gabelstaplerbatterie zur Stromversorgung untergebracht ist. Zudem ist an der mobilen Plattform 1 eine Sensorik 3, beispielsweise Laserscanner und/oder Kameras angeordnet für eine Fahrsteuerung und eine Kollisionssicherheitseinrichtung.
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Weiter ist auf der mobilen Plattform 1 eine Pufferablage 4 zur Ablage von vier Gelenkwellen GW angebracht, sowie eine (nicht näher dargestellte) Greiferwechselstation 5 für den selbsttätigen Wechsel unterschiedlicher Greifereinheiten. Der Manipulator 2 ist als mehrachsiger Robotergreiferarm 6 ausgeführt mit einem endseitig angebrachten Backengreifer 7 welcher für das Ergreifen von Gelenkwellen GW ausgebildet ist. Am Backengreifer 7 ist zudem eine Sensorik mit Bildverarbeitung zur Erkennung der jeweils zur ergreifenden Gelenkwellen GW angeordnet.
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In 4 ist schematisch der modulare Aufbau des mobilen Kommissioniersystems gezeigt:
Von einem externen Produktionssystem-Rechner, welcher für die gesamte Montagelogistik eines Fahrzeugs zuständig ist wird an den Steuerungsrechner des mobilen Roboters MR ein Kommissionierauftrag erteilt. Dieser Auftrag wird vom Steuerungsrechner in einen Fahrbefehl für die mobile Plattform 1 umgesetzt, wobei die Leistungselekronik für die Plattform und der Antrieb für die Plattform angesteuert werden.
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Zudem wird der Auftrag vom Steuerungsrechner parallel in eine Ansteuerung der Leistungselektronik des Manipulators und den Antrieb des Manipulators umgesetzt und entsprechend die Leistungselektronik des Greifers und der Greiferantrieb angesteuert. Zudem kommuniziert der Steuerungsrechner mit der umfangreichen Sensorik des mobilen Roboters MR, wobei hier beispielhaft Sonare, Kameras und eine Bildverarbeitung für das Greifsystem angegeben sind.
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Weiter kommuniziert eine Sicherheitselektronik sowohl mit der Sensorik als auch mit dem Steuerungsrechner, welche bei der Gefahr von Kollisionen oder bei kritischen Gegebenheiten in den Antrieb der einzelnen Module selbsttätig oder über einen Notaustaster eingreift.
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In 5 ist in einem Ablaufdiagramm die Abarbeitung eines Auftrags für den mobilen Roboter MR gezeigt. Insbesondere ist aus dem Ablaufdiagramm auch zu entnehmen, dass der mobile Roboter MR auch selbsttätig die Anzahl von Gelenkwellen in den Behältern erfasst und einem Kommissioniermitarbeiter Mitteilungen macht und Anweisungen erteilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1529606 A1 [0005]
- EP 0911867 A2 [0006]
- DE 102006034044 A1 [0007]
