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Die Erfindung betrifft eine Produktionsstation für eine Mensch-Roboter-Kooperation.
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Insbesondere im Rohbau von Kraftfahrzeugen wird eine Vielzahl von Kleinteilen, zum Beispiel in Form von Schäumlingen oder dergleichen, in große Bauteile, zum Beispiel Seitenwände und dergleichen, montiert. Das dabei auftretende große Teilespektrum lässt sich bei automatisierter Montage üblicherweise nur mit aufwendigen Greifern oder Greiferwechselsystemen realisieren, die eine sehr hohe Komplexität mit sich bringen.
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Es ist zwar an sich bekannt, im Zuge von Mensch-Roboter-Kooperationen sensitive Leichtbauroboter einzusetzen, jedoch sind die teilweise im Rohbau zu handhabenden großen Bauteile üblicherweise zu schwer für derartige Roboter, die im Zuge von Mensch-Roboter-Kooperationen betrieben werden dürfen, so dass zur Handhabung derartiger großer Bauteile auf konventionelle Roboter zurückgegriffen wird. Daher werden Montageumfänge im Rohbau üblicherweise ausschließlich durch Menschen ausgeführt. Werker werden in dem Fall dann beispielsweise durch ein Tor von dem betreffenden Bauteil getrennt, bis der herkömmliche Roboter dieses abgelegt hat. Der betreffende Werker kann daher nur in einem verringerten Anteil der Taktzeit am Bauteil arbeiten, da das Einlegen und Entnehmen des Bauteils aus Sicherheitsgründen bei geschlossenem Tor erfolgen muss.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Produktionsstation für eine Mensch-Roboter-Kooperation bereitzustellen, mittels welcher eine Verringerung der Taktzeit ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch eine Produktionsstation mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Produktionsstation für eine Mensch-Roboter-Kooperation umfasst eine die Produktionsstation umgebende Schutzvorrichtung, die eine zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung bewegbare Zugangseinrichtung umfasst, mittels welcher ein Zugang zu einem Arbeitsraum der Produktionsstation verschließbar ist. Des Weiteren umfasst die Produktionsstation einen ersten, im Arbeitsraum angeordneten Roboter, welcher bei einem Kontakt mit einem Objekt, insbesondere mit einem Menschen, einen vorgegebenen Grenzwert für eine Kontaktkraft nicht überschreitet. Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Produktionsstation einen zweiten, innerhalb der Produktionsstation angeordneten und in den Arbeitsraum bewegbaren Roboter, welcher dazu ausgelegt ist, größere Lasten als der erste Roboter zu handhaben.
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Erfindungswesentlich ist also die Integration eines Mensch-Roboter-kooperationsfähigen Roboters in Form des ersten Roboters, bei dem es sich beispielsweise um einen Leichtbauroboter handeln kann. Der erste Roboter kann unabhängig davon, ob der Zugang zum Arbeitsraum verschlossen oder geöffnet ist, Tätigkeiten durchführen. Bei diesen Tätigkeiten kann es sich beispielsweise um die Vereinzelung von Teilen, um Montageumfänge, um Teilebereitstellungen für einen Mitarbeiter und dergleichen handeln. Der betreffende Mitarbeiter tritt erst in den Arbeitsraum ein, wenn eine Bereitstellung eines entsprechend durch den zweiten Roboter gehandhabten Bauteils abgeschlossen ist, indem dieses Bauteil im Arbeitsraum abgelegt worden ist. Der Mensch kann sodann noch offene Tätigkeiten ausführen. Die Verteilung der Tätigkeiten zwischen dem ersten Roboter und dem betreffenden Mitarbeiter kann dabei je nach Fähigkeiten des Mitarbeiters und des ersten Roboters und je nach Beurteilung des technischen Aufwands vorgenommen werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Produktionsstation ist es also möglich, die Taktzeit erheblich zu reduzieren, da einzelne Tätigkeiten des betreffenden Mitarbeiters durch den Mensch-Roboter-kooperationsfähigen ersten Roboter ausgeführt werden können. Insbesondere kann der erste Roboter einen Mitarbeiter bei ergonomisch ungünstigen Tätigkeiten entlasten und auch als eine Art dritte Hand bei Montagetätigkeiten unterstützen. Während der Mitarbeiter nicht innerhalb des Arbeitsraums ist, kann der erste Roboter verschiedenste Tätigkeiten ausführen, in Folge dessen die Taktzeit erheblich reduziert werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Roboters bei geöffneter Stellung der Zugangseinrichtung auf einen vorgegebenen Wert begrenzbar ist. Mit anderen Worten ist es also möglich, dass der erste Roboter bei geschlossener Stellung der Zugangseinrichtung mit maximaler Geschwindigkeit arbeiten kann, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit des Roboters bei geöffneter Stellung der Zugangseinrichtung reduziert werden kann, um sicherstellen zu können, dass bei eventuellen Kollisionen mit einem Mitarbeiter der vorgegebene Grenzwert für eine Kontaktkraft auf jeden Fall nicht überschritten wird. Dadurch kann eine besonders sichere und reibungslose Mensch-Roboter-Kooperation ermöglicht werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zugangseinrichtung erst in die geöffnete Stellung bewegbar ist, wenn der zweite Roboter aus dem Arbeitsraum bewegt worden ist. Ein Mitarbeiter erhält also erst Zugang zu dem Arbeitsraum, wenn der zweite Roboter aus dem Arbeitsraum wegbewegt worden ist. Dadurch kann die Sicherheit bei der Mensch-Roboter-Kooperation nochmals gesteigert werden, da Kollisionen zwischen dem zweiten Roboter und einem sich in dem Arbeitsraum befindlichen Menschen ausgeschlossen werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zweite Roboter erst in den Arbeitsraum bewegbar ist, wenn die Zugangseinrichtung in die geschlossene Stellung bewegt worden ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch überwacht werden, ob sich ein Mitarbeiter noch in dem Arbeitsraum befindet oder nicht. Nur in letzterem Fall kann es vorgesehen sein, dass der zweite Roboter überhaupt erst in den Arbeitsraum bewegbar ist. Durch beide Maßnahmen ist es möglich, die Sicherheit bei der Mensch-Roboter-Kooperation erheblich zu steigern, da dadurch ausgeschlossen werden kann, dass es zu Kollisionen zwischen dem zweiten Roboter und einem sich in dem Arbeitsraum aufhaltenden Mitarbeiter kommen kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schutzvorrichtung einen Zaun umfasst, welcher die Produktionsstation bis auf den Zugang zum Arbeitsraum umgibt. Vorzugsweise ist die Zugangseinrichtung dabei ein Rolltor, mittels welchem der Zugang zum Arbeitsraum verschließbar ist. Die gesamte Produktionsstation und damit auch der Arbeitsraum, in welchem der erste Roboter angeordnet ist, können also mittels der Schutzvorrichtung auf einfache und zuverlässige Weise abgesichert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Draufsicht auf eine Produktionsstation für eine Mensch-Roboter-Kooperation, wobei die Produktionsstation zwei Roboter aufweist und von einem Zaun umgeben ist.
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Eine insgesamt mit 10 bezeichnete Produktionsstation für eine Mensch-Roboter-Kooperation ist in einer schematischen Draufsicht in der einzigen Figur gezeigt. Die Produktionsstation 10 ist dabei von einem Zaun 12 umgeben, welcher die Produktionsstation 10 bis auf einen Zugang 14 zu einem Arbeitsraum 16 umgibt. Darüber hinaus ist eine Zugangseinrichtung 18 in Form eines Rolltors vorgesehen, mittels welchem der Zugang 14 zum Arbeitsraum 16 verschließbar ist. Das Rolltor 18 kann also je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden, um den Zugang 14 zum Arbeitsraum 16 freizugeben oder abzusperren. Die als Rolltor ausgebildete Zugangseinrichtung 18 und der Zaun 12 bilden gemeinsam eine nicht näher bezeichnete Schutzvorrichtung der Produktionsstation 10.
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Im Arbeitsraum 16 ist ein erster Roboter 20 angeordnet, welcher bei einem Kontakt mit einem Objekt, insbesondere mit einem Menschen 22, einen vorgegebenen Grenzwert für eine Kontaktkraft nicht überschreitet. Bei dem ersten Roboter 20 kann es sich beispielsweise um einen sensitiven Leichtbauroboter handeln.
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Die Produktionsstation 10 umfasst des Weiteren einen zweiten Roboter 24, welcher in den Arbeitsraum 16 bewegbar und aus diesem heraus bewegbar ist. Bei dem zweiten Roboter 24 kann es sich um einen herkömmlichen Industrieroboter handeln, welcher dazu ausgelegt ist, größere Lasten als der erste Roboter 20 zu handhaben.
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Durch die Integration des ersten Roboters 20 in die Produktionsstation 10 kann die Taktzeit der Produktionsstation 10 signifikant verbessert werden. Denn der erste Roboter 20 kann unabhängig davon, ob das Rolltor 18 geschlossen oder geöffnet ist, verschiedenste Arbeiten durchführen. Der erste Roboter 20 kann also eine Vielzahl von Tätigkeiten, wie zum Beispiel die Vereinzelung von kleinen Bauteilen 26, die Montage der kleinen Bauteile 26 an einem größeren Bauteil 28, die Teilebereitstellung für den Menschen 22 und dergleichen ausführen.
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Die Produktionsstation 10 kann insbesondere im Rohbau eingesetzt werden, bei welchem eine Vielzahl der Kleinteile 26 an große Bauteile 26 montiert werden. Zunächst wird der zweite Roboter 24 bei geschlossenem Rolltor 18 in den gemeinsamen Arbeitsraum 16 bewegt und legt dort das große Bauteil 28 ab. Davor oder währenddessen kann der erste Roboter 20 beispielsweise verschiedenste Vorbereitungen treffen, Material vereinzeln und dabei mit seiner maximalen Geschwindigkeit arbeiten.
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Der Mensch 22 befindet sich währenddessen aufgrund des geschlossenen Rolltors 18 außerhalb der Produktionsstation 10 und somit auch außerhalb des Arbeitsraums 16. Nachdem der zweite Roboter 24 das große Bauteil 28 bereitgestellt hat, kann dieser aus dem gemeinsamen Arbeitsraum 16 verfahren werden. Der erste Roboter 20 kann währenddessen gewisse Montagetätigkeiten mit maximaler Bewegungsgeschwindigkeit ausführen, während sich der Mensch 22 noch weiterhin außerhalb des Arbeitsraums 16 befindet.
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Sobald der zweite Roboter 24 aus dem Arbeitsraum 16 wegbewegt worden ist, kann das Rolltor 18 geöffnet werden, so dass der Mensch 22 sich in den Arbeitsraum 16 bewegen kann. Vorzugsweise wird die Bewegungsgeschwindigkeit des ersten Roboters 20 bei geöffneter Stellung des Rolltors 18 auf einen vorgegebenen Wert begrenzt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die maximal auftretenden Kontaktkräfte zwischen dem ersten Roboter 20 und dem Menschen 22 einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten.
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Der Mensch 22 und der erste Roboter 20 können sodann gemeinsam Montagetätigkeiten ausführen. Beispielsweise kann der erste Roboter 20 den Menschen 22 von ergonomisch ungünstigen Tätigkeiten entlasten und auch beispielsweise als eine Art dritte Hand für Montagetätigkeiten dienen.
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Sobald die Mensch-Roboter-Kooperation abgeschlossen ist, begibt sich der Mensch 22 wieder an eine Stelle außerhalb der Produktionsstation 10 und verlässt somit also auch den Arbeitsraum 16. Anschließend wird das Rolltor 18 geschlossen, so dass sichergestellt werden kann, dass der Mensch 22 die Produktionsstation 10 und insbesondere auch den Arbeitsraum 16 nicht betreten kann. Danach wird der zweite Roboter 24 wieder in den Bereich des Arbeitsraums 16 verfahren, so dass der Roboter 24 das fertig montierte Bauteil 28 aus dem Arbeitsraum 16 entnehmen kann.
