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Die Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem zum Greifen eines Werkstücks mittels wenigstens zweier Roboter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Soll ein Werkstück mittels mehrerer Roboter manipuliert werden, beispielsweise von zwei Robotern kooperativ ergriffen werden, so müssen die Steuerungen der jeweiligen Roboter exakt aufeinander abgestimmt werden. Üblicherweise muss dazu eine aufwändige steuerungstechnische Synchronisierung der Bewegungen der beiden Roboter erfolgen. Ein Verfahren zum Verbinden von mindestens zwei Werkstücken, bei welchen zwei Roboter auf die beschriebene Art kooperieren, ist beispielsweise aus der
DE 10 2004 021 389 A1 bekannt.
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Aufgrund des hohen Steuerungsaufwands zur Synchronisation der beiden Roboter sind solche Verfahren kostenaufwändig in der Durchführung. Insbesondere bei der Anpassung des Verfahrens an neue Werkstücke kommt es hierbei zu Problemen, da die Steuerung oft in weiten Teilen neu geschrieben werden muss. Bekannte Verfahren sind zudem anfällig gegenüber Toleranzschwankungen in den bearbeiteten Werkstücken. Da die Steuerung der Roboter sehr exakt festgelegt ist, ist bei teils abweichenden Bauteilmaßen oft kein zuverlässiges Manipulieren bzw. Ergreifen des Werkstückes mehr möglich.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugsystem nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches ein steuerungstechnisch einfaches Greifen von Werkstücken mittels wenigstens zweier Roboter ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Werkzeugsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem solchen Werkzeugsystem zum Greifen eines Werkstücks mittels wenigstens zweier Roboter ist jedem der Roboter ein Greifwerkzeug zugeordnet. Dieses umfasst wenigstens ein Stützelement zum Abstützen des Werkstücks und ist mit einem Basisbereich in einer Werkzeugaufnahme des zugeordneten Roboters aufnehmbar. Beim Greifen des Werkstücks wird dieses also zwischen den Stützelementen der wenigstens zwei Werkstücke kraftschlüssig gehalten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das wenigstens eine Stützelement über ein Toleranzausgleichselement mit dem Basisbereich verbunden ist. Durch dieses Toleranzausgleichselement kann die Steuerung der Roboter weniger präzise formuliert werden, da geringfügige Positionierungsabweichungen der Roboter relativ zum Werkstück durch das Toleranzausgleichselement ausgeglichen werden können. Dies gilt nicht nur im Moment des Ergreifens des Werkstückes, sondern auch bei Bewegungen, die das Werkstück durch kooperative Positionsänderungen beider Roboter durchführt. Durch das Toleranzausgleichselement wird bei derartigen Bewegungen vermieden, dass aufgrund von ungenauen Steuerungsangabe übermäßige Kräfte auf das Werkstück ausgeübt werden oder das Werkstück aufgrund zu wenig festen Greifens fallen gelassen wird. Das erfindungsgemäße Werkzeugsystem ermöglicht zudem das Greifen von Werkstücken mit relativ hohen Maßtoleranzen. Größenabweichungen des Werkstückes können auf einfache Weise durch das Toleranzausgleichselement ausgeglichen werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Toleranzausgleichselement als Pneumatikzylinder ausgebildet. Dieser ist fertigungstechnisch besonders einfach in das Werkzeug zu integrieren. Gleichzeitig kann problemlos die Härte des Toleranzausgleichselements eingestellt werden und damit eine Anpassung an die beim Ergreifen des Werkstückes gewünschten Kräfte bzw. auch die Dämpfung bei Bewegungen des Toleranzausgleichselements eingestellt werden.
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Das wenigstens eine Stützelement des Werkzeugs ist vorzugsweise gegenüber dem Basisbereich verschiebbar und/oder verschwenkbar. Damit kann das Werkzeug auf einfachste Weise an unterschiedliche Geometrien zu ergreifender Werkstücke angepasst werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jedem Stützelement wenigstens eine Positionsmessvorrichtung zum Bestimmen einer Relativposition zwischen Stützelement und Basisbereich zugeordnet. Hierdurch kann durch die Robotersteuerung zu jedem Zeitpunkt bestimmt werden, wie hoch die Qualität des Griffs der beiden Roboter am Werkstück ist. Erreicht beispielsweise die Relativposition zwischen Stützelement und Basisbereich einen Grenzwert, der einem vollständig ausgefahrenen Toleranzausgleichselement entspricht, kann die Robotersteuerung feststellen, dass stärkere Anpresskräfte notwendig sind. Ebenso kann festgestellt werden, wenn das Toleranzausgleichselement bzw. der Pneumatikzylinder voll komprimiert ist. Hier besteht dann die Gefahr, dass bei einer Krafterhöhung übermäßige Kräfte auf das Werkstück aufgeübt werden, die vom Toleranzausgleichselement nicht mehr kompensiert werden können. In diesem Fall kann eine Kraftlimitierung durchgeführt werden. Durch die Kombination der gemessenen Kombinationen der beiden Positionsmessvorrichtungen kann zudem die exakte Position des Werkstückes im Raum bestimmt werden und gegebenenfalls die Steuerung der Roboter angepasst werden, um das Werkstück an eine gewünschte Position zu bewegen.
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Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht des Greifwerkzeugs für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht des Greifwerkzeugs gemäß 1;
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3 eine Ausschnittsvergrößerung des Übergangs zwischen einem Stützelement und einem Basisbereich des Greifwerkzeugs gemäß 1;
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4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugsystems mit zwei Greifwerkzeugen beim Greifen eines Bauteils; und
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5 das Werkzeugsystem gemäß 4 beim Greifen eines weiteren Bauteils.
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Ein Werkzeugsystem zum Ergreifen eines Werkstückes mittels wenigstens zweier Roboter umfasst Greifwerkzeuge 10 mit einem Basisbereich 12 und Halteelementen 14. Wird ein Bauteil von zwei Robotern mit jeweils einem solchem Greifwerkzeug 10 ergriffen, so wird das Bauteil kooperativ zwischen den Endplatten 16 der Halteelemente 14 der beteiligten Werkzeuge 10 gehalten.
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Am Basisbereich 12 ist ein Adapter 18 vorgesehen, mittels welchem das Werkzeug 10 in einer Werkzeugaufnahme eines Roboters aufgenommen werden kann. Die Endplatten 16 sind in Längsrichtung der Halteelemente 14 nicht ortsfest, sondern mittels eines Pneumatikzylinders 20 bewegbar. Der Pneumatikzylinder 20 ist dabei lediglich passiv und dient dem Toleranzausgleich. Hierdurch ist das kooperative Ergreifen von Werkstücken mittels zweier Roboter möglich, ohne dass eine besonders präzise Robotersteuerung geschaffen werden muss. Um die genaue Position des Pneumatikzylinders 20 feststellen zu können, ist jedem Halteelement 14 ein Wegmesssystem 22 zugeordnet. Aus den Messdaten aller Wegmesssysteme 22, die an beim Greifen eines Werkstückes beteiligten Werkzeugen 10 montiert sind, kann die genaue Relativlage eines gegriffenen Werkstückes zum jeweiligen Werkzeug 10 und damit zum Tool Centre Point der beteiligten Roboter bestimmt werden.
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3 zeigt im Detail, wie die Lage der Halteelemente 14 am Basisbereich 12 eines Werkstückes 10 angepasst werden kann. Hierdurch ist das Ergreifen unterschiedlicher geformter Werkstücke möglich. Die Stützelemente 14 sind über im Wesentlichen kreisrunde Endplatten 24 am Basisbereich 12 abgestützt. Die Endplatten 24 weisen Durchgangsöffnungen 26 auf, die mit korrespondierenden Durchgangsöffnungen 28 im Basisbereich 12 in Überdeckung gebracht werden können. Ist das Stützelement 14 entsprechend positioniert, so kann die Endplatte 24 gegenüber dem Basisbereich 12 durch Einstecken von Bolzen 30 in die Durchgangsöffnungen 26, 28 fixiert werden. Insgesamt ist so eine Translation der Halteelemente 14 entlang des Pfeils 32 und eine Einstellung der Rotationslage entlang des Pfeils 34 möglich.
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4 und 5 zeigen ein Werkzeugsystem mit zwei Robotern 36, die jeweils ein Werkzeug 10 tragen, beim Ergreifen zweier unterschiedlicher geformter Bauteile 38. Die Werkzeuge 10 sind mit ihren Adapterelementen 18 in Werkzeugaufnahmen 40 der Roboter 36 aufgenommen. Die Werkstücke 38 sind zwischen den Endplatten 16 der insgesamt vier Halteelemente 14 gehalten. Die Pneumatikzylinder 20 gleichen dabei aufgrund ungenauer Positionierungen auftretende Toleranzen aus, so dass die Werkstücke 38 zuverlässig gehalten werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004021389 A1 [0002]
