DE102013020581A1

DE102013020581A1 - Robotergreifer, Robotergreifersystem und Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers

Info

Publication number: DE102013020581A1
Application number: DE102013020581.6A
Authority: DE
Inventors: Rainer Stadler
Original assignee: EBZ Systec GmbH
Current assignee: EBZ Systec GmbH
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2033-12-14
Also published as: DE102013020581B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer (1) für einen Roboter (201), insbesondere zum Greifen unterschiedlicher Karosserieteile (301), sowie ein Robotergreifersystem (601), welches einen Roboter (201) und einen Robotergreifer (1) umfasst und ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer nach Anspruch 1, ein Robotergreifersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11 und ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers nach Anspruch 12.
In der Automobilindustrie werden zum Transport von Blechteilen robotergeführte Greifer verwendet, welche nachfolgend auch als Robotergreifer bezeichnet werden. Da Karosserieteile in ihrer Form stark variieren, werden hierfür in der Regel bauteilspezifische Robotergreifer verwendet. Je nach Fertigungsprozess kann ein Roboter mit einem Greifer verschiedne Karosserieteile transportieren. Hierfür sind teilweise sehr komplexe Robotergreifer erforderlich. Zur Handhabung weiterer Karosserieteile sind weitere Robotergreifer erforderlich, die einzelnen Robotergreifer müssen über Wechselbahnhöfe getauscht werden. Dadurch ergeben sich selbst für das Handling von ähnlichen Bauteilen hohe Kosten. Weiterhin sind für sogenannte Entnahmegreifer oft zusätzliche Zwischenablagen erforderlich, da die Karosseriebauteile aus einer Zuführeinheit nicht immer exakt gegriffen und direkt in eine Bearbeitungsstation eingelegt werden können. Funktion der Zwischenablage ist es, die „ungenau” aus der Zuführeinheit entnommen Bauteile zu zentrieren, damit diese nach dem Ablegen mit dem selben Entnahmegreifer genau aufgenommen werden können und dann lagerichtig in die Bearbeitungsstation abgelegt werden können. Die Verwendung einer Zwischenablage benötigt ebenfalls zusätzliche Zeit, in welcher keine Wertschöpfung erfolgt. Folglich kann somit ein Roboter bei derartigen Zuführoperationen in einem zur Verfügung stehenden Zeitraum nur wenige Arbeitsinhalte abdecken und es entstehen weitere Kosten für zusätzliche Roboter, Greifer, Wechselbahnhöfe und Zwischenablagen.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Robotergreifer bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers bzw. ein Robotergreifersystem vorzuschlagen, welcher bzw. welches sich an die zu handhabenden Karosserieteile anpasst, so dass nur bei stark voneinander abweichenden Karosserieteilen weitere Robotergreifer erforderlich sind. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung auf den Einsatz von Zwischenablagen zum Neugreifen von Karosserieteilen zu verzichten sowie die Betriebssicherheit zu erhöhen und den Investitionsaufwand und Zeitaufwand zu minimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 11 bzw. 12 gelöst. In den jeweiligen Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen angegeben.
Der erfindungsgemäße Robotergreifer ermöglicht ein hochgradig flexibles Greifen von Karosserieteilen.
Das Erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers mit einem Roboter ermöglicht die Handhabung unterschiedlichster Karosserieteile und ein zeitsparendes Handling.
Durch die Zusammenfassung eines erfindungsgemäßen Robotergreifers und eines den Robotergreifer tragenden bzw. führenden Roboters ergibt sich ein erfindungsgemäßes Robotergreifersystem, welches durch die Verbindung des Robotergreifers mit dem Roboter dahingehend zu einer Ersparnis von Zeit und Betriebsmitteln führt, dass der Robotergreifer dem Roboter ein „ungenaues” Greifen ermöglicht, wobei diese Ungenauigkeit beim Überführen des Werkstücks unter Verwendung des Kamerasystems des Robotergreifes vom Roboter korrigiert werden kann.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Karosserieteil ein Bauteil verstanden, welches zur Herstellung eines Fahrzeugsrahmens oder einer Fahrzeugaußenhaut Verwendung findet. Insbesondere wird unter einem Karosserieteil im Sinne der Erfindung jedes flächige Bauteil verstanden, welches aus einer Richtung durch wenigstens einen Einzelgreifer gegriffen werden kann.
Unter einem Robotergreifer wird im Sinne der Erfindung ein Greifer verstanden, welcher von einem Roboter und insbesondere von einem Mehrachsroboter geführt wird und so bei einer Führung durch einen Mehrachsroboter im Raum beliebige Stellungen in beliebiger Orientierung annehmen kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen beschreiben.
Hierbei zeigt bzw. zeigen:
1 bis 6 einen erfindungsgemäßen Robotergreifer, einen Arm eines Roboters und ein erstes Karosserieteil schematisch in unterschiedlichen Stellungen,
7 eine schematische Darstellung einer konkreten Ausführungsform eines Einzelgreifers des in den 1 bis 6 gezeigten Robotergreifers und
8 eine Darstellung des in den 1 bis 6 gezeigten Robotergreifers zusammen mit einem zweiten Karosserieteil.
In der 1 sind in schematischer Ansicht ein Robotergreifer 1, ein Arm 202 eines Roboters 201 und ein erstes Karosserieteil 301 bzw. eine Robotergreifersystem 601, welches einen Robotergeifer 1 und einen Roboter 201 umfasst, dargestellt. Die 2 bis 6 zeigen den Robotergreifer 1 und den Roboter 201 bzw. das erste Karosserieteil 301 in weiteren Stellungen. Der Robotergreifer 1 ist zum Greifen unterschiedlicher Karosserieteile ausgebildet. Entsprechend ist der Robotergreifer 1 in der 8 auch zusammen mit einem zweiten Karosserieteil 304 gezeigt (siehe 8), welches sich von dem in den 1 bis 6 gezeigten ersten Karosserieteil 301 in seiner Formgebung unterscheidet.
Der Robotergreifer 1 umfasst einen Flansch 2, ein Gestell 3 und vier Einzelgreifer 4, 5, 6 und 7. Mit seinem Flansch 2 ist der Robotergreifer 1 an einen Arm 202 des Roboters 201 angeflanscht. Hierzu weist der Arm 202 einen Gegenflansch 203 auf, in welchem der Robotergreifer 1 mit seinem Flansch 2 lösbar, aber formschlüssig und drehfest aufgenommen ist, so dass im Betrieb eine starre Verbindung zwischen dem Arm 202 und dem Gestell 3 besteht und das Gestell 3 von dem Arm 202 spielfreigeführt werden kann. Jeder Einzelgreifer 4, 5, 6 bzw. 7 des Robotergreifers 1 umfasst einen Greifkopf 8, 9, 10 bzw. 11 und einen Greifkopfträger 12, 13, 14 bzw. 15. Jeder der vier Greifkopfträger 12, 13, 14 und 15 ist mit dem Gestell 3 verbunden. Hierbei ist die Verbindung bzw. die Integration jedes Einzelgreifes bzw. jedes Greifkopfträgers insbesondere derart ausgeführt, dass diese, abweichend von der Darstellung der 1, jeweils einen tragenden Bestandteil des Gestells bilden. Dies ermöglicht eine leichte Ausführung des Gestells, so dass auf Grund der geringeren Trägheit höhere Verfahrgeschwindigkeiten möglich sind.
Nachfolgend wird der Einzelgreifer 7 exemplarisch für alle vier Einzelgreifer 4 bis 7 beschrieben. Der Greifkopfträger 15 des Einzelgreifers 7 umfasst ein Antriebsmittel 16. Hierbei ist der Greifkopf 11 von dem Greifkopfträger 15 durch das Antriebsmittel 16 derart im Raum bewegbar, dass der Greifkopf 11 gegenüber dem Gestell 3 zwischen einer ersten, vollständig ausgefahrenen Fahrstellung F11a, in welcher dieser in den 1 und 2 gezeigt ist, in eine zweite, vollständig eingefahrene Fahrstellung F11b, in welcher dieser in der 3 gezeigt ist, verfahrbar ist. In den 4 bis 6 steht der Greifkopf 11 in einer dritten, teilweise eingefahrenen Stellung F11c gezeigt. Selbstverständlich kann der Greifkopf 11 von dem Antriebsmittel 16, welches als pneumatisch betätigter Zylinder 17 ausgebildet ist, in weitere Fahrstellungen verfahren werden, welche zwischen der ersten Fahrstellung F11a und der zweiten Fahrstellung F11b liegen.
Weitere Einzelheiten des Einzelgreifers 7 werden anhand der 7 erläutert, in welcher der in den 1 bis 6 nur vereinfacht dargestellte Einzelgreifer 7 mit weiteren Details gezeigt ist. In der 7 ist der Einzelgreifer 7 jedoch ebenfalls schematisch dargestellt. Das Gestell 3 umfasst eine Bohrung 3a, in welcher das als lineares Antriebsmittel in der Bauart eines pneumatischen Zylinders 17 ausgeführte Antriebsmittel 16 mit seinem Zylindergehäuse 17a klemmende gehalten ist. Über ein nicht dargestelltes Spannmittel ist das Zylindergehäuse 17a von dem Gestell 3 lösbar und gegenüber diesem in eine Pfeilrichtung y oder y' verschiebbar, so dass ein Einbauort des Zylinders 17 in dem Gestell 3 bezüglich seiner y-Position anpassbar ist. Der Zylinder 17 umfasst eine Kolbenstange 17b mit einem daran angeordneten Kolben 17c. Durch eine Beaufschlagung von Druckluftleitungen D1 und D2 arbeitet der Zylinder 17 wie ein doppelt wirkender Zylinder. Der an einem unteren Ende der Kolbenstange 17b angeordnete Greifkopf 11 kann somit gesteuerte bzw. geregelt von einer Elektronik 18 (siehe 1) des Robotergreifers 1 aktiv in die Pfeilrichtung y oder in die Pfeilrichtung y' verfahren werden. Alternativ ist auch ein Steuerung bzw. Regelung des Zylinders 17 über eine Elektronik 204 (siehe 1) des Roboters 201 vorgesehen. Der Greifkopfträger 15, welcher den Zylinder 17 umfasst, umfasst auch ein schaltbares Fixiermittel 19, welches in dem Zylindergehäuse 17a verbaut ist. Hierbei ist die Kolbenstange 17b durch das Fixiermittel 19 in einer Grundstellung des Fixiermittels 19 in jeder Fahrstellung derart blockierbar, dass der Greifkopf 11 seine Fahrstellung auch unter von außen einwirkenden Kräften beibehält. Das Fixiermittel 19 ist als pneumatisch betätigbares Fixiermittel ausgeführt. Ohne Beaufschlagung des Fixiermittels 19 mit Druckluft über eine Druckluftleitung D3 hält das Fixiermittel 19 die Kolbenstange 17b klemmend an dem Zylindergehäuse 17a und damit an dem Gestellt 3 fest. Durch eine Beaufschlagung der Druckluftleitung D3 wird diese Klemmung für den Zeitraum aufgehoben, in welchem ein ausreichender Druck anliegt. Hierdurch ist die Kolbenstange 17b nur verfahrbar, solange die Elektronik 18 ein Signal zum Lösen des Fixiermittels 19 gibt. Somit ist auch bei einem Ausfall der Energieversorgung sicher gestellt, dass die Kolbenstange 17b des Zylinders 17 in ihrer eingenommenen Fahrstellung verbleibt und nicht von dem Karosserieteil 301 nach unten gezogen wird. Hierbei ist das Karosserieteil 301 abweichend von der Darstellung der 1 bis 6 als leicht gewelltes Karosserieteil dargestellt. Weiterhin umfasst der Greifkopfträger 15 ein Gelenkmittel 20. Dieses Gelenkmittel 20 ist an dem unteren Ende der Kolbenstange 17b zwischen dem Antriebsmittel 16 und dem Greifkopf 11 angeordnet. Durch das Gelenkmittel 20 ist der Greifkopf 11, welcher einen Sauger 21 umfasst, gegenüber dem Gestell 3 kippbeweglich bzw. schwenkbeweglich gelagert, so dass dieser um einen Gelenkpunkt G20 im Raum pendeln kann. An dem Gelenkmittel 20, welches als Kugelgelenk 22 ausgebildet ist, sind an einer in einer Kugelaufnahme 22a gelagerten Gelenkkugel 22b vier Nasen 22c, 22d angeordnet, von denen in der Darstellung der 7 nur zwei sichtbar sind. Diese Nasen 22c, 22d haben die Funktion von Anschlägen und sind so angeordnet, dass diese beim Hochfahren der Kolbenstange 17b in die Pfeilrichtung y an einer Stirnfläche 23 des Zylindergehäuses 17a anschlagen und hierbei den Greifkopf 11 gegenüber dem Zylinder 17 derart ausrichten, dass eine Kontaktfläche 11a des Greifkopfs 11 senkrecht zu einer Verfahrachse L17 des Zylinders 17 gestellt wird. Diese Bauteile bilden zusammen ein Rückstellmittel 26. Durch das Rückstellmittel 26 können die Sauger 21 bei einem Wechsel von dem ersten Karosserieteil 301 auf ein abweichend geformtes Karosserieteil automatisch in eine Grundausrichtung gestellt werden, so dass diesen beim Anfahren des weiteren Karosserieteils das Einnehmen einer neuen Kippposition erleichtert ist. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen, das Gelenkmittel ähnlich einem Kardangelenk auszubilden. Die Kolbenstange 17b ist als hohle Kolbenstange ausgeführt und mit einem oberen Ende an eine Saugleitung D4 angeschlossen, wobei ein durch die hohle Kolbenstange gebildetes Saugrohr 24 in der Gelenkkugel 22b mündet, wobei die Gelenkkugel 22b eine an das Saugrohr 24 anschließende Durchgangsbohrung 22e aufweist, welche in einen Innenraum 21a des Saugers 21 mündet. Hierdurch lässt sich in dem Innenraum 21a des Saugers 21, wenn dieser auf dem Karosserieteil 301 liegt, ein Unterdruck erzeugen und das Karosserieteil 301 wird hierdurch an dem Einzelgreifer 7 gehalten. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen, eine Saugleitung direkt an den Sauger zu führen und den Zylinder mit einer massiven Kolbenstange auszubilden.
Die 1 bis 6 zeigen, wie oben bereits erwähnt, eine Bewegungsabfolge, welche nachfolgend in ihren einzelnen Schritten beschrieben wird. In der 1 ist der Robotergreifer 1 in einer Ausgangsstellung S1 gezeigt, in welcher alle Greifköpfe 8 bis 11 in der maximal ausgefahrenen Fahrstellung F11a stehen. Der Robotergreifer 1 steht in der Ausgangsstellung S1 über einer schematisch angedeuteten Zuführeinrichtung 401, in welcher das Karosserieteil 301 bereit liegt. Zum Greifen des ersten Karosserieteils 301 durch den Robotergreifer 301 wird nun der Robotergreifer 1 aus der Stellung S1 über eine Stellung S2 (siehe 2) in y'-Richtung nach unten zu dem ersten Karosserieteil 301 gefahren. Bereits in der Stellung S1 oder beim verfahren in die Stellung S2 oder in der Stellung S2 werden die Greifköpfe 8 bis 11 in die Fahrstellung F11b zurückgefahren, in welcher diese maximal an das Gestell 3 angenähert sind. Hierzu werden die Fixiermittel 19 geöffnet.
Die Stellung S3, in der dann alle Greifköpfe eingefahren sind, ist in der 3 gezeigt. Das Annähern der Greifköpfe 8 bis 11 an das Gestell 3 erfolgt nun aus der Stellung S3 heraus bei still stehendem Roboter 201 durch ein Ausfahren der Greifköpfe 8 bis 11. Dies erfolgt unter Überwachung der Strömung in den Druckluftleitungen D1 und D2, so dass die Einfahrbewegung über nicht dargestellte Sensoren, welche an die Elektronik 18 angeschlossen sind, überwacht wird und/oder durch ein Kamerasystem 25 des Robotergreifers 1, welches an dem Gestell 3 angeordnet ist. Abhängig von den für den Anfahrvorgang vorgesehenen Parametern, welche sich insbesondere auch an den unterschiedlichen Karosserieteilen orientieren, welche von dem Robotergreifer 1 gegriffen werden sollen, wird der Anfahrvorgang im vorliegenden Beispiel in der in der 4 gezeigten Fahrstellung F11c der Greifköpfe 8 bis 11 gestoppt, welche auch als Stellung S4 des Robotergreifers bezeichnet ist. Beim Anfahren legt sich z. B. der Greifkopf 10 an einen Oberflächenabschnitt 302 einer Oberfläche 303 des Karosserieteils 301 flächig an und richtet sich hierbei auf eine Orientierung des Oberflächenabschnitts 302 aus. Das Anhalten des Anfahrvorgangs bedeutet dann auch, dass dann die Fixiermittel 19 druckfrei geschaltet werden und somit die Kolbenstangen 17b in der Fahrstellung F11c geklemmt sind. Weiterhin wird das Karosserieteil 301 in der Stellung S4 bzw. der Fahrstellung F11c von den Greifköpfen 8 bis 11 angesaugt.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsvariante ist es auch vorgesehen, die Gelenkmittel unter Verwendung von Arretierungsmitteln, welche vorzugsweise vergleichbar zu den Fixiermitteln arbeiten, zu arretieren, so dass die Greiferköpfe oder wenigstens einer der Geiferköpfe starr an den Kolbenstangen gehalten sind. Durch das Arretieren wenigstens eines Gelenkmittels wird ein Verbund zwischen dem Robotergreifer und dem Karosserieteil zusätzlich versteift, so dass das Karosserieteil jegliche Relativbeweglichkeit gegenüber dem Robotergreifer verliert. Eine Verwendung von Arretierungsmitteln ist insbesondere bei Robotergreifern vorgesehen, welche ein oder zwei Einzelgreifer umfassen oder bei welchen die Einzelgreifer nur in einer Reihe angeordnet sind.
Aus der in der 4 gezeigten Stellung S4 hebt der Robotergreifer 1 nun das Karosserieteil 301 aus der Zuführeinrichtung 401 in die Pfeilrichtung y nach oben heraus, wobei sämtliche bisher beschriebenen Verfahrbewegungen des Robotergreifers 1 von dem Roboter 201 ausgeführt werden. Nach dem Herausheben wird der Robotergreifer 1 zusammen mit dem angesaugten Karosserieteil 301 entsprechend den Gegebenheiten auf einem räumlichen Verfahrweg verfahren.
Auf dem Verfahrweg erfolgt eine optische Ermittlung einer relativen IST-Raumlage des Karosserieteils 301 zu einem Koordinatensystem des Robotergreifers 1 und/oder zu einem Koordinatensystem des Roboters 201 unter Verwendung des Kamerasystems 25. Hierauf erfolgt in der Elektronik 18 des Robotergeifers 1 und/oder in einer Elektronik 204 (siehe 1) des Roboters 201 ein Vergleich der relativen IST-Raumlage des Karosserieteils 301 mit einer durch eine Einlegeposition vorgegebenen relativen SOLL-Raumlage des Karosserieteils 301 und bei Abweichen der IST-Raumlage von der SOLL-Raumlage eine Errechnung eines Korrekturvektors. Sofern sich beim Vergleich ein Korrekturvektor ergibt, wird dieser in den noch auszuführenden Verfahrweg eingerechnet.
Ein Ende des Verfahrwegs ist in der in der 5 gezeigten Stellung S5 erreicht, in welcher das Karosserieteil 301 in eine Bearbeitungsstation 501 in SOLL-Raumlage abgelegt wird. Aus der 5, in welcher die Markierungen der Stellung S4 zum Vergleich in die Bearbeitungsstation verschoben wurden, ist erkennbar wie der Korrekturvektor dazu geführt hat, dass der Robotergeifer 1 mit dem Karosserieteil 301 um eine in die Zeichnungsebene hinein laufende Achse von dem Roboter 201 gekippt wurde, damit das Karosserieteil 301 lagerichtig in die Bearbeitungsstation 501 abgelegt wird und eine bei der Aufnahme des Karosserieteils 301 aus der Zuführeinrichtung 401 entstandene Fehlausrichtung des Karosserieteils 301 ausgeglichen wird. Zum Ablagen des Karosserieteils 301 werden die Saugleitungen D4 der Einzelgreifer 4 bis 7 kurz mit Druckluft beaufschlagt. Hierdurch kann der Robotergreifer 1 von dem Roboter 201 mit hoher Beschleunigung zurückgefahren werden, ohne dass eine Gefahr besteht, dass das erste Karosserieteil 301 noch anhaftet.
In der 6 ist gezeigt, wie der Robotergreifer 1 wieder in seiner Stellung S1 über der Zuführeinrichtung 401 steht. Nachdem in der Zuführeinrichtung mit dem Karosserieteil 301a ein Karosserieteil bereit liegt, welches dem ersten Karosserieteil 301 gleicht, behalten die Greifköpfe 8 bis 11 ihre auf das erste Karosserieteil 301 angepasste Fahrstellung F11c bei, so dass die Greifköpfe 8 bis 11 schon auf das Karoserieteil 301a voreingestellt sind. Lediglich der dritte Greifkopf 10 muss sich beim Anfahren neu einpendeln, da der in den 1 bis 6 beschrieben Robotergreifer 1 keine Arretiereinrichtung umfasst, welche den Greifkopf 10 in seiner zum Transport eingenommenen Ausrichtung arretiert. In den 4 bis 6 ist weiterhin eine Blickkegel des Kamerasystems 25 angedeutet, welcher zeigt, dass das Kamerasystem die Greifköpfe 8 bis 11 und das Karosserieteil 301 überblickt.
Zur weiteren Erläuterung ist in der 8 der Robotergreifer 1 analog zu der in der 4 gezeigten Stellung S4 in einer Stellung S4' gezeigt, in welcher dessen Einzelgreifer 4 bis 7 mit ihren Greifköpfen 8 bis 11 auf ein zweites Karosserieteil 304 angepasst sind, welches eine von dem ersten Karosserieteil 301 abweichende Formgebung aufweist. Insbesondere an der Stellung der Kolbenstangen 17b und der Einzelgreifer 8 bis 11 ist im Vergleich zu der 4 erkennbar wie sich der Robotergeifer 1 aus einer der 3 entsprechenden Stellung, in welcher die Greifköpfe 8 bis 11 vollständig zurück gefahren sind, durch unterschiedliche Fahrwege der einzelnen Greifköpfe 8 bis 11 auf das zweite Karosserieteil 304 angepasst hat.
Grundsätzlich besteht der Robotergreifer aus den Komponenten Zylinder mit Klemmpatrone für die Kolbenstange, Aufnahmemittel bzw. Einzelgreifer für das Karosserieteil. Als Einzelgreifer können Sauger oder schaltbare Magnetgreifer oder flexibel Spannmittel Verwendung finden. Die Einzelgreifer sind über ein Gelenk so an Zylindern befestigt, dass diese in alle Richtungen frei auslenkbar sind. Weiterhin umfasst der Robotergreifer einen als Gestell ausgeführten Aufbaurahmen der die Zylinder, welche die Aufnahmemittel tragen, miteinander verbindet. Der Robotergreifer umfasst auch ein Kamerasystem, welches die Lage im Greifmittel erfasst. Das Kamerasystem erkennt hierbei über 2D oder 3D-Merkmale die Lage, welche das Karosserieteils relativ zum dem Robotergreifer einnimmt. Der Robotergreifer ist an einen Roboter oder ein Handlinggerät angebunden, durch welchen bzw. welches das Karosserieteil an dem Robotergreifer von einer Zuführeinheit in eine Bearbeitungsstation transportiert wird. Der Ablauf für die Entnahme aus der Zuführeinheit läuft wie folgt ab. Ein Karosserieteil liegt in der Zuführeinheit bereit. Der Roboter fährt mit dem Robotergreifer in eine Vorposition zur Entnahme des Karosserieteils. Die Information, welches Karosserieteil in der Zuführeinheit liegt, erhält die Elektronik des Roboters und/oder die Elektronik des Robotergreifers direkt von der Anlagensteuerung alternativ wird das Karosserieteil von dem an dem Karosserieteil installierten Kamerasystem erkannt. Nun werden die Klemmungen für die Kolbenstange gelöst und die Zylinder fahren mit ihren als Greifköpfe ausgebildeten Aufnahmemittel auf das Karosserieteil. Hierbei werden die Aufnahmemittel durch die jeweilige Form des Karosserieteils ausgelenkt bzw. ausgerichtet. Die Zylinderbewegung stoppt durch den Gegendruck das Karosserieteil erzeugt. Hierbei erfolgt die Regelung der Zylinder durch Druckschalter und/oder Zeitglieder und/oder vergleichbare Steuerungsmittel. Die Einstellwerte des Robotergreifers orientieren sich hierbei an dem erforderlichen Hub und liegen im Sekundenbereich oder darunter. Nach dem die Elektronik den Stillstand der Zylinder erkannt hat, wird die Kolbenstangenklemmung aktiviert und der Robotergreifer ist auf das jeweilige Karosserieteil eingestellt. Die Kolbenstangenklemmung ist im drucklosen Zustand aktiviert und wird durch Druckbeaufschlagen freigeschaltet. Hierdurch wird z. B. bei einem Druckluftausfall sichergestellt, dass die Einstellung des Robotergreifers nicht verloren gehen. Anschließend werden nun die Aufnahmemittel aktiviert z. B. durch Saugen oder durch Spannung anlegen oder durch Spanner schließen und das Karosserieteil wird aus der Zuführeinheit entnommen. Da das Karosserieteil an dem Robotergeifer nicht zwangsläufig exakt positioniert ist, wird die Lage des Karosserieteils im Robotergreifer während des Transportes von der Entnahmestelle zur Bearbeitungsstation ermittelt. Ein weiterer Vorteil dieser Ausrichtung auf dem Transportweg ist, dass im Greifer keine Zentrierstifte mehr erforderlich sind. Dies vereinfacht die Greiferkonstruktion und macht den Greifer leichter. Ergebnis dieser Berechnung der Lage ist ein Korrekturvektor für die von dem Roboter auszuführende Bewegungsbahn, wobei der Roboter das Karosserieteil nach Übernahme des Korrekturvektors in exakter Position in die Bearbeitungsstation einlegt. Nach erfolgtem Ablegen wird der beschriebene Zyklus erneut durchlaufen. Sofern nochmals gleiche Teile entnommen werden, ist keine weitere Einstellung des Robotergreifers erforderlich. Sofern ein in seiner Form vom vorhergehend transportierten Karosserieteil abweichendes Karosserieteil entnommen werden soll, erfolgt eine Einstellung auf das weitere Karosserieteil wie dies oben beschrieben wurde. Vorzugsweise kommuniziert das Kamerasysteme direkt mit dem Roboter, so dass für das Kamerasystem keine eigene Steuerung benötigt wird. Derartige Kamerasysteme werden auch als Smartkameras bezeichnet. Sofern das Karosserieteil durch seine komplexe Formgebung einen höheren Aufwand für die Erkennung erfordert, ist es vorgesehen komplexe Visionssysteme zu verwenden, welche eine eigene Elektronik umfassen. Eine große Gefahr bei Transport von Karosserieteilen mit einem Robotergreifer stellt ein unkontrollierter Energieausfall dar. Je nach eingesetztem Aufnahmemittel sind zur Vermeidung von Unfällen und Störungen unterschiedliche Maßnahmen vorgesehen. Es ist vorgesehen die Sauggreifer mit zwei separaten Vakuumkreisen ausgestattet, welche auch über einen gewissen Zeitraum den erforderlichen Unterdruck sicher aufrechterhalten können. Weiterhin ist der Einsatz gefederter, von der Form des Karosserieteils unabhängiger, Spannmittel vorgesehen, welche währende des Transportes geschlossen sind und erst kurz vor dem Einlegen in die Bearbeitungsstation geöffnet werden. Diese drücken das Karosserieteil zusätzlich gegen den Greifer.
Weiterhin ist es auch vorgesehen, schaltbare Permanentmagnet-Greifer zu verwenden, welche insbesondere mit ähnlichen mechanischen Mittel gesichert sind. Auch ist der Einsatz konventioneller Spannmittel vorgesehen, welche selbstverriegelnd ausgeführt sind und somit keine weitere Sicherung erforderlich machen.
Die Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der Schutzrechtsansprüche.
Bezugszeichenliste

1: Robotergreifer
2: Flansch von 1
3: Gestell von 1
3a: Bohrung 3a
4–7: Einzelgreifer von 1
8–11: Greifkopf von 1
11a: Kontaktfläche von 11
12–15: Greifkopfträger von 1
16: Antriebsmittel
17: Zylinder
17a: Zylindergehäuse
17b: Kolbenstange
17c: Kolben
18: Elektronik von 1
19: Fixiermittel
20: Gelenkmittel
21: Sauger
21a: Innenraum von 21
22: Kugelgelenk
22a: Kugelaufnahme
22b: Gelenkkugel
22c, 22d: Nase an 22b
22e: Durchgangsbohrung in 22b
23: Stirnfläche
24: Saugrohr
25: Kamerasystem
26: Rückstellmittel
201: Roboter
202: Arm von 201
203: Gegenflansch an 202
204: Elektronik von 201
301: erstes Karosserieteil
301a: weiteres, erstes Karosserieteil
302: Oberflächenabschnitt von 301
303: Oberfläche von 301
401: Zuführeinrichtung
501: Bearbeitungsstation
601: Robotergreifersystem
BK: Blickkegel
D1–D3: Druckluftleitung
D4: Saugleitung
F11a: erste Fahrstellung von 11
F11b: zweite Fahrstellung von 11
F11c: dritte Fahrstellung von 11
G20: Gelenkpunkt von 20
L17: Verfahrachse von 17
S1: Ausgangsstellung von 1
S2–S6: Stellung von 1
S5': Stellung von 1
y, y': Pfeilrichtung

Claims

Robotergreifer (1) für einen Roboter (201), insbesondere zum Greifen unterschiedlicher Karosserieteile (301, 301a, 302) – wobei der Robotergreifer (1) einen Flansch (2), ein Gestell (3) und wenigstens einen Einzelgreifer (4–7) umfasst, – wobei der Robotergreifer (1) mit seinem Flansch (2) an einen Arm (202) des Roboters (201) anflanschbar ist, – wobei jeder Einzelgreifer (4–7) wenigstens einen Greifkopf (8–11) und einen Greifkopfträger (12–15) umfasst, – wobei der Greifkopfträger (12–15) mit dem Gestell (3) verbunden ist und ein Antriebsmittel (16) umfasst, – wobei der Greifkopf (8–11) von dem Greifkopfträger (12–15) im Raum durch das Antriebsmittel (16) derart bewegbar ist, dass der Greifkopf (8–11) gegenüber dem Gestell (3) aus einer ersten Fahrstellung (F11a) in eine Vielzahl weiterer Fahrstellungen (F11b, F11c) verfahbar ist, – wobei der Greifkopfträger (12–15) ein schaltbares Fixiermittel (19) umfasst und wobei das Antriebsmittel (16) durch das Fixiermittel (19) in jeder Fahrstellung (F11a, F11b, F11c) des Greifkopfs (8–11) blockierbar ist, derart dass der Greifkopf (8–11) eine eingenommene Fahrstellung (F11a, F11b, F11c) auch unter von außen einwirkenden Kräften beibehält, – wobei wenigstens einer der Greifkopfträger (12–15) zusätzlich zu dem Antriebsmittel (16) ein Gelenkmittel (20) umfasst und – wobei das Gelenkmittel (20) zwischen dem Greifkopf (8–11) und dem Antriebsmittel (16) oder zwischen dem Antriebsmittel (16) und dem Gestell (3) derart angeordnet ist, dass der Greifkopf (8–11) durch das Gelenkmittel (20) derart kippbeweglich gegenüber dem Gestell (3) ist, dass sich der Greifkopf (8–11) beim Zustellen auf einen Oberflächenabschnitt (302) einer Oberfläche (303) des zu greifenden Karosserieteils (301), mit seiner Kontaktfläche (11a) in einer Kippstellung parallel an den Oberflächenabschnitt (302) anlegt.
Robotergreifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkmittel (20) jeweils ein schaltbares Arretierungsmittel umfassen, wobei das jeweilige Gelenkmittel (20) durch das jeweilige Arretierungsmittel derart blockiert wird, dass der Greifkopf (8–11) in der Kippstellung, welche dieser in Anlage an den Oberflächenabschnitt (302) des Karosserieteils (301) eingenommen hat, blockiert wird.
Robotergreifer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einzelgreifer (4–7) ein Rückstellmittel (26) umfasst, wobei das Rückstellmittel (26) den Greifkopf (8–11) derart betätigt, dass der Greifkopf (8–11) in wenigstens einer seiner Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) in eine vorbestimmte Kippstellung geschwenkt wird, wobei diese Fahrstellung insbesondere bei einem linear verfahrbaren Greifkopf (8–11) insbesondere diejenigen Fahrstellung ist, in welcher der Greifkopf (8–11) maximal an das Gestell (3) angenähert ist.
Robotergreifer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass der Robotergreifer (1) eine Elektronik (18) umfasst, wobei die Elektronik (18) die Antriebsmittel (16) und die Fixiermittel (19) steuert bzw. regelt und wobei die Elektronik (18) insbesondere auch das bzw. die Arretierungsmittel steuert bzw. regelt, und/oder – dass der Robotergeifer (1) ein Kamerasystem (25) umfasst, welches insbesondere mit dem Gestell (3) verbunden ist und insbesondere einen Blickkegel (BK) aufweist, welcher die Greifköpfe (8–11) in ihren Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) derart erfasst, dass auch ein bereitliegendes Karosserieteil (301, 301a, 304), an welches sich der Robotergeifer (1) mit seinen Greifköpfen (8–11) angenähert hat, erfasst wird, und/oder – dass die Elektronik (18) mit einer Elektronik (204) des Roboters (201) derart verbindbar ist, dass von der Elektronik (204) des Roboters (201) erzeugte Steuer- und Regelbefehle über die Elektronik (18) des Robotergreifes (1) an die Antriebsmittel (16), die Fixiermittel (19) und insbesondere auch das bzw. die Arretierungsmittel weitergeleitet werden, und/oder – dass das Kamerasystem (25) mit einer Elektronik (204) des Roboters (201) derart verbindbar ist, dass von der Elektronik (204) des Roboters (201) erzeugte Steuer- und Regelbefehle über die Elektronik (18) des Robotergreifes (1) an das Kamerasystem (25) weitergeleitet werden und/oder Bilddaten des Kamerasystems (25) direkt an die Elektronik (204) des Roboters (201) weitergeleitet werden.
Robotergreifer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, – dass die Antriebsmittel (16) als Linearantriebe, insbesondere Zylinder (17) ausgebildet sind, welche eine verfahrbare Kolbenstange (17b) umfassen, – dass der Greifkopf (8–11) als Aufnahmemittel ausgebildet ist und insbesondere einen Sauggreifer oder einen schaltbaren Magnetgreifer oder einen flexiblen Spanngreifer umfasst, – dass das Gelenkmittel (20) insbesondere ein Kugelgelenk (22) oder ein flexibles Gelenk umfasst, – dass das Gelenkmittel (20) entweder zwischen der Kolbenstange (17b) und dem Greifkopf (8–11) oder zwischen dem Gestell (3) und dem Antriebsmittel (16) angeordnet ist.
Robotergreifer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifkopfträger (12–15) jeweils lineare Antriebsmittel (16, 17) umfassen, wobei die Greifkopfträger (12–15) in Bezug auf Verfahrachsen (L17) ihrer linearen Antriebsmittel (16, 17) derart an dem Gestell (3) angeordnet sind, dass wenigstens zwei Verfahrachsen eine Ausrichtung aufweisen, welche von einer parallelen Ausrichtung abweicht.
Robotergreifer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft wenigstes eines der Greifköpfe (8–11) des Robotergreifers (1) von einer Energiezufuhr unabhängig ist, derart, dass das Karosserieteil (301, 301a, 304) auch bei einem Ausfall der Energieversorgung des Robotergreifers (1) sicher gehalten ist.
Robotergreifer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, – dass der Greifkopf (8–11) eine insbesondere durch eine Bewegungsmechanik aktivierbare und deaktivierbare und/oder insbesondere elektrisch deaktivierbare Spanneinrichtung oder eine insbesondere pneumatisch umfasst, – wobei die Spanneinrichtung des Greifkopfs (8–11) – insbesondere einen Spanngreifer umfasst, dessen Haltekraft durch eine Hebelmechanik erzeugt wird, und/oder – insbesondere einen Magnetgreifer umfasst, dessen Haltekraft durch einen Dauermagnet erzeugt wird, und/oder – insbesondere einen Sauggreifer umfasst, dessen Haltekraft durch einen ein Saugkissen verformenden Hebelmechanismus erzeugt wird.
Robotergreifer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung eine insbesondere von der Elektronik (18) des Robotergreifers (1) und/oder der Elektronik (204) des Roboters (201) steuerbare mechanische Betätigungseinrichtung umfasst, durch deren Bewegungsablauf die Spanneinrichtung dauerhaft aktivierbar und dauerhaft deaktivierbar ist.
Robotergreifer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft wenigstes eines der Fixiermittel (19) des Robotergreifers (1) von einer Energiezufuhr unabhängig ist, derart, dass die eingenommene Fahrstellung des Antriebsmittels (16) auch bei einem Ausfall der Energieversorgung des Robotergreifers (1) sicher gehalten ist.
Robotergreifersystem (601) umfassend einen Robotergreifer (1) und einen Roboter (201), dadurch gekennzeichnet, dass der Robotergreifer (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder zum Betrieb eines Robotergreifersystems nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten Schritte: – Greifen eines ersten Karosserieteils (301) mit dem durch einen Roboter (201) geführten Robotergreifer (1) an mehreren Aufnahmepunkten, – Fixieren der Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) der Einzelgreifer (4–7) und insbesondere Arretieren von Kippstellungen der Einzelgreifer (4–7), – Anheben des Karosserieteils (301), – optische Ermittlung einer relativen IST-Raumlage des Karosserieteils (301) zu einem Koordinatensystem des Robotergreifers (1) und/oder zu einem Koordinatensystem des Roboters (201) unter Verwendung eines Kamerasystems (25), – Vergleich der relativen IST-Raumlage des Karosserieteils (301) mit einer durch eine Einlegeposition vorgegebenen relativen SOLL-Raumlage des Karosserieteils (301) und bei Abweichen der IST-Raumlage von der SOLL-Raumlage Errechnung eines Korrekturvektors, – Einrechnung des Korrekturvektors in einen weiteren durch den Roboter (201) mit dem Robotergreifer (1) und Karosseriebauteil (301) auszuführenden Verfahrweg, – Einlegen des Karosserieteils (301) in eine Bearbeitungsstation (501) in SOLL-Raumlage.
Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die nachfolgend genannten weiteren Schritte: – Loslassen des Karosserieteils (301) in der Bearbeitungsstation (501) unter Beibehaltung der Fixierung der Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) der Einzelgreifer (4–7) und insbesondere unter Beibehaltung der Arretierung der Klemmstellungen der Einzelgreifer (4–7), – Rückfahren in eine Bereitschaftsstellung (S1) zum Greifen eines zweiten Karosserieteils (301a, 304), – wobei in Abhängigkeit von einem zweiten Karosserieteil (301a, 304) – entweder, sofern das zweite Karosserieteil (301a) das gleiche ist wie das erste Karosserieteil (301), ein Greifen des zweiten Karosserieteils (301a) unter Beibehaltung der Fixierung der Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) der Einzelgreifer (4–7) und insbesondere unter Beibehaltung der Arretierung der Klemmstellungen der Einzelgreifer (4–7) erfolgt – oder, sofern das zweite Karosserieteil (304) von dem ersten Karosserieteil (301) abweicht, eine Aufhebung der Fixierung der Fahrstellungen (F11a, F11b, F11c) der Einzelgreifer (4–7) und insbesondere eine Aufhebung der Arretierung der Klemmstellungen der Einzelgreifer (4–7), ein Zurückfahren der Einzelgreifer (4–7) in die Fahrstellung (F11b) und dann ein Anfahren der Einzelgreifer (4–7) an das zweite Karosserieteil (304) und ein Greifen des zweiten Karosserieteils (304) erfolgt, – und dann wieder ein Anheben des Karosserieteils (301a, 304) wie in Anspruch 12 beschrieben erfolgt.
Verfahren zum Betrieb eines Robotergreifers nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet: – dass vor dem Greifen des ersten Karosserieteils (301) mit dem durch einen Roboter (201) geführten Robotergreifer (1) die Fixiermittel (19) gelöst und die Greifköpfe (8–11) auf einen minimalen Abstand zu dem Gestell (3) eingefahren werden, – dass zum Greifen des ersten Karosserieteils (301) die Greifköpfe (8–11) gegen das erste Karosserieteil (301) angefahren werden bis durch Erfassung einer zunehmenden Gegenkraft und/oder Erfassung gewünschter Stellungen der Einzelgreifer (8–11) durch das Kamerasystem (25) der Anfahrvorgang beendet wird, die Antriebsmittel (16) durch die Fixiermittel (19) fixiert werden, insbesondere die Gelenkmittel (20) durch die Arretierungsmittel arretiert werden und die Greifköpfe (8–11) aktiviert werden, – dass vor, während oder nach dem Greifen des ersten Karosserieteils (301) mit dem durch den Roboter (201) geführten Robotergreifer (1) insbesondere das erste Karosserieteil (301) von dem Kamerasystem (25) erkannt wird oder insbesondere von einer Anlagensteuerung Informationen zu dem ersten Karosserieteil (301) an eine Elektronik (18) des Robotergreifers (1) und/oder an eine Elektronik (204) des Roboters (201) übermittelt werden.