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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Manipulieren eines Objekts mittels eines Roboters nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Manipulieren eines Objekts nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.
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In der automatisierten Fertigung finden zunehmend sogenannte Leichtbauroboter Anwendung, die sich durch hohe Flexibilität, integrierte Kraft- und Momentensensorik und eine geringe eigene Trägheit auszeichnen. Diese Vorteile werden mit einer relativ geringen Nutzlast von meist um die 20 kg erkauft.
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Bei vielen Montageaufgaben ist es dabei notwendig, dass der Roboter das zu bearbeitende Bauteil, gegebenenfalls gemeinsam mit entsprechenden Werkzeugen, selbst hält und gleichzeitig noch Prozesskräfte auf das Bauteil aufbringen muss. Hierunter fallen beispielsweise Kräfte die zum Spreizen von Sicherungsringen, zum Einpressen von Bauteilen oder dergleichen aufgebracht werden müssen. Aufgrund der geringen Nutzlast solcher Leichtbauroboter kann es vorkommen, dass die Summe aus Gewichts- und Prozesskräften die Tragfähigkeit des Roboters überschreitet.
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Derartige Montageaufgaben können bislang daher nicht allein mittels eines Leichtbauroboters durchgeführt werden. Eine bekannte Lösung ist es, lediglich die Kraft zur Bauteilhandhabung, nicht jedoch die eigentliche Prozesskraft mittels des Roboters aufzubringen. Das Bauteil wird also vom Roboter aufgenommen, in einer Maschine zum Aufbringen der Prozesskräfte abgelegt und nach erfolgtem Bearbeitungsprozess wieder aufgenommen.
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Die zusätzlichen Schritte des Ablegens und Wiederaufnehmens des Bauteils verlängern dabei den Verfahrensablauf und verringern somit die Taktrate bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozesskosten.
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Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6 bereitzustellen, welche eine schnelle und einfache Bearbeitung von Bauteilen in Arbeitsschritten ermöglichen, in welchen die Summe aus Gewichtskraft der Bauteile und aufzubringender Prozesskräfte die Tragfähigkeit eines verwendeten Leichtbauroboters übersteigt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
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Bei einem derartigen Verfahren zum Manipulieren eines Objekts mittels eines Roboters wird das Objekt durch den Roboter gehalten und zur Manipulation des Objekts eine Kraft auf das Objekt aufgebracht. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Manipulationskraft durch einen externen Aktor auf den Roboter ausgeübt und über den Roboter auf das Objekt übertragen wird.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren muss das Objekt somit nicht separat abgelegt und wieder aufgenommen werden, sondern kann vielmehr während der gesamten Kraftausübung durch den externen Aktor vom Roboter gehalten bleiben. Der Roboter vermittelt währenddessen passiv die extern ausgeübte Kraft. Durch die Einsparung von Verfahrensschritten gegenüber dem Stand der Technik wird die Taktzeit eines solchen Verfahrens verkürzt und damit die Herstellungskosten gesenkt.
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Vorteilhafterweise wird während des Aufbringens der Kraft durch den externen Aktor der Roboter zumindest in Wirkrichtung der aufgebrachten Kraft nachgiebig geregelt. Unter nachgiebiger Regelung ist hierbei zu verstehen, dass der Roboter passiv der extern aufgebrachten Kraft folgt und dieser nicht entgegenwirkt. Ein derartiges Regelverfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 058 607 A1 bekannt und kann vorteilhaft Anwendung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden.
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Als externer Aktor wird zweckmäßigerweise ein linear wirkender Aktor, insbesondere ein Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, elektrischer Linearantrieb oder dergleichen verwendet. Derartige Aktoren sind besonders kostengünstig und wartungsarm, so dass für eine Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens keine hohen Investitionskosten notwendig sind. Durch die bevorzugt einachsige Wirkungsweise dieser Aktoren ist eine besonders einfache Robotersteuerung während der externen Kraftübertragung möglich.
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Das Verfahren kann vielfältig Anwendung finden. Beispielsweise kann das Objekt ein Sicherungsring und die aufgebrachte Kraft eine Aufspreizkraft zum Aufspreizen des Sicherungsrings sein. Auch zum Einpressen von Kolben mit Kolbendichtringen in komplementäre Aufnahmeöffnungen von weiteren Bauteilen kann das Verfahren Anwendung finden. Selbstverständlich beschränkt sich der Anwendungsbereich nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Manipulieren eines Objekts, mit einem Roboter zum Halten und Manipulieren des Objekts. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein externer Aktor zum Aufbringen einer Manipulationskraft auf den Roboter Bestandteil der Vorrichtung ist. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, kann mittels einer derartigen Vorrichtung auf das Ablegen und Wiederaufnehmen des zu bearbeitenden Objekts während der externen Kraftaufbringung verzichtet werden, so dass eine besonders schnelle und damit kostengünstige Verfahrensdurchführung ermöglicht wird.
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Vorzugsweise ist der externe Aktor ein linear wirkender Aktor, insbesondere ein Hydraulikzylinder, Pneumatikzylinder, elektrischer Linearantrieb oder dergleichen, da derartige Aktoren besonders kostengünstig und wartungsarm sind und gleichzeitig aufgrund der einachsigen Wirkungsweise eine besonders einfache Robotersteuerung während der Aktion der Aktoren ermöglicht wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit den Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1a und b einen Kolben mit Kolbenring für ein Automatikgetriebe und die zugehörige Aufnahme;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einpressen des Kolbens gemäß 1;
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3 einen Sicherungsring; und
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4–8 einzelne Arbeitsschritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufnehmen, Vereinzeln und Aufspreizen eines Sicherungsrings gemäß 3.
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Bei der Montage von Automatikgetrieben müssen die Kolben 10, die einen Kolbendichtring 12 tragen, in eine komplementäre Aufnahme 14 eingepresst werden. Bei der Verwendung eines Leichtbauroboters 16, der nur eine beschränkte Tragkraft aufweist, kann die Summe aus der Haltekraft für den Kolben 10 und der notwendigen Einpresskraft die Belastungsgrenzen des Roboters 16 überschreiten.
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Um dennoch eine einfache, schnelle und prozesssichere Montage zu ermöglichen, kann eine Vorrichtung 18, wie in 2 dargestellt, Anwendung finden. Bei der Montage des Kolbens 10 wird dieser mit einem Manipulator 20 des Roboters 16 ergriffen und mittels des Roboters 16 zur Vorrichtung 18 geführt. In einem Halteteil 22 der Vorrichtung 18 ist die Aufnahme 14 für den Kolben 10 bereits gehalten. Der Roboter 16 führt den Kolben 10 nun an seine Endmontageposition, bringt jedoch nicht selbst die notwendige Einpresskraft auf. Diese wird vielmehr durch einen Pneumatikzylinder 24 bereitgestellt, der in axialer Richtung bezüglich des Kolbens 10 auf den Manipulator 20 des Roboters 16 presst und so den Kolben 10 in die Aufnahme 14 einsetzt. Um dies zu ermöglichen, wird der Roboter 16 während des Einpressens in Richtung der Einpresskraft ”weich” geschaltet, er setzt also dem Pneumatikzylinder 24 keine Gegenkraft entgegen, sondern überträgt die ausgeübte Kraft rein passiv auf den Kolben 10.
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Auf diese Weise können Montagekräfte aufgebracht werden, die die Leistungsfähigkeit des Roboters 16 übersteigen, ohne dass das zu montierende Bauteil 10 abgesetzt werden muss.
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Ein weiteres Beispiel ist in den 3–8 gezeigt. Bei der Montage von Sicherungsringen 26 müssen diese, wie in 3 gezeigt, nach der Aufnahme durch den Roboter 16 in Richtung der Pfeile 28 aufgespreizt werden. Auch hier kann bei der Verwendung von Leichtbaurobotern 16 die notwendige Aufspreizkraft die Leistungsfähigkeit des Roboters 16 übersteigen. Um dennoch eine Montage des Sicherungsringes 26 ohne Absetzen zu ermöglichen, wird, wie in 4 gezeigt, der Sicherungsring 26 zunächst mit dem Manipulator 20 des Roboters 16 aus einer Vorratsaufnahme 30 vereinzelt und aufgenommen. Auch hier ist wieder eine Vorrichtung 18 zum Aufbringen externer Prozesskräfte vorgesehen.
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Wie 5 zeigt, fährt der Roboter 16 zunächst mit seinem Manipulator 20, der den Sicherungsring 26 trägt, in den Bereich eines Hydraulikzylinders 24 ein. Eine dem Hydraulikzylinder 24 gegenüberliegende Aufnahme 32 stellt entsprechende Formanlageflächen zur Verfügung, die bei Ausüben einer Druckkraft den Sicherungsring 26 aufspreizen können. Eine Aufnahmeplatte 32 am Hydraulikzylinder 24 kommt dabei in Anlage an den Manipulator 20.
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Im nächsten Verfahrensschritt wird, wie in 6 dargestellt, durch den Hydraulikzylinder 24 über die Anlageplatte 32 eine Kraft auf den Manipulator 20 des Roboters 16 ausgeübt, welche den Manipulator 20 zusammen mit dem Sicherungsring 26 in die Formaufnahme 32 einführt, so dass ohne eigene Kraftaufwendung des Roboters 16 der Sicherungsring 26 aufgespreizt wird. Auch hier wird der Roboter 16 wieder in Bewegungsrichtung des Hydraulikzylinders 24 „weich” geschaltet, so dass er passiv den von dem Hydraulikzylinder 24 ausgeübten Kräften folgt.
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Wie 7 zeigt, fährt der kraftverstärkende Hydraulikzylinder 24 im nächsten Schritt wieder nach oben, wobei auch hier der Roboter 16 der Bewegung passiv folgt. Der Manipulator 20 wird zusammen mit dem Sicherungsring 26, der nun aufgespreizt ist, wieder aus der Formaufnahme 32 entnommen, so dass, wie in 8 gezeigt, in der Folge die Montage des Sicherungsrings 26 durchgeführt werden kann.
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Insgesamt wird so ein Verfahren geschaffen, bei welchem hohe Prozesskräfte auch mit Leichtbaurobotern niedriger Tragkraft aufgebracht werden können, ohne dass ein Absetzen des Bauteils notwendig ist. Auf diese Weise können Verfahrensschritte eingespart werden und die Prozesssicherheit erhöht werden, da durch den dauernd bestehenden Kontakt zwischen dem Manipulator 20 des Roboters 16 und dem manipulierten Objekt 10, 26 die Relativlage der beiden Teile ständig erhalten bleibt, so dass geringe Toleranzen gewährleistet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058607 A1 [0010]
