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Allgemeiner Stand der Technik
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lehrvorrichtung für einen Roboter.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein Roboter wird gesteuert, um sich entlang einer vorausgehend erstellten Bahn zu bewegen. Die Bahn des Roboters kann basierend auf einer Lehrposition und einer Geschwindigkeit erstellt werden, die durch einen Bediener ausgelegt werden. Die Lehrposition kann durch die Bedienung eines Bedieners über ein Bedienfeld festgelegt werden. Der Bediener bedient das Lehr-Bedienfeld, um beispielsweise den Roboter an eine gewünschte Position und Stellung zu setzen. Der Bediener kann, als einen Lehrpunkt, die Position des Spitzenpunkts eines Werkzeugs zu diesem Zeitpunkt im Roboter in einer Steuervorrichtung speichern. Der Bediener kann ebenfalls die Stellung des Roboters in der Steuervorrichtung speichern. Des Weiteren kann die Steuervorrichtung den Roboter so ansteuern, dass der Roboter die Lehrpunkte durchläuft oder die nähere Umgebung der Lehrpunkte durchläuft. Die Position und die Stellung des Roboters werden basierend auf der Lehrposition bestimmt, und es ist folglich bevorzugt, dem Roboter die Lehrposition genau zu lehren.
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Die ungeprüfte
Japanische Patentanmeldung Nr. 2002-160183A offenbart einen Roboter, der in einem Substratbearbeitungssystem verwendet wird. Diese Anmeldung offenbart einen Lehrvorgang zum indirekten Identifizieren der Position eines Roboters durch Positionieren eines Positionseinstellstifts an einer vorbestimmten Bohrung.
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Wenn einem Roboter eine Lehrposition gelehrt wird, ist es in einigen Fällen schwierig, den Roboter manuell an eine gewünschte Lehrposition zu bewegen. Es gibt beispielsweise einen Vorgang zum Lehren einer Lehrposition in einem Vorgang zum Befestigen eines Werkstücks an einem vorbestimmten Bauteil. Wenn bei diesem Vorgang ein Bediener den Abschnitt, an dem das Werkstück befestigt wird, bestätigen kann, ist es einfach, die Lehrposition für den Roboter zu lehren. In einigen Fällen befindet sich jedoch der Abschnitt, an dem das Werkstück befestigt ist, an einer zurückgezogenen Position eines ausgesparten Teils oder befindet sich im Innern einer Bohrung. Wenn in einem solchen Fall das Werkstück in den ausgesparten Teil oder die Bohrung eingeführt wird, können sowohl das Werkstück als auch die Befestigungsposition nicht eingesehen werden und es ist schwierig, den Roboter manuell an eine gewünschte Lehrposition zu bewegen.
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Bei dem Lehrverfahren in der ungeprüften
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2002-160183A wird ein Positionseinstellstift in eine vorbestimmte Referenzbohrung eingesetzt, um die Position eines Roboters zu bestimmen. Somit hängt die Genauigkeit der Lehrposition von der Genauigkeit der relativen Position des Positionseinstellstifts zur Referenzbohrung ab. Ein enges Einpassen des Positionseinstellstifts in die Referenzbohrung verbessert die Genauigkeit der Lehrposition, erhöht jedoch die Schwierigkeit des Einpassens des Positionseinstellstifts in die Referenzbohrung. Folglich erfordert ein Lehrvorgang eine lange Zeitdauer. Im Gegensatz dazu reduziert ein loses Einpassen des Positionseinstellstifts in die Referenzbohrung die Genauigkeit der Lehrposition.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Eine Lehrvorrichtung für einen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt eine Position und eine Stellung eines am Roboter befestigten Endeffektors in Bezug auf ein vorbestimmtes Objekt und speichert als eine Lehrposition eine Position und eine Stellung des Roboters entsprechend der Position und der Stellung des Endeffektors. Die Lehrvorrichtung für einen Roboter umfasst eine Roboter-Steuervorrichtung zum Steuern des Roboters und einen Kraftsensor, der zwischen einem Arm des Roboters und dem Endeffektor angeordnet ist und der eine auf den Endeffektor ausgeübte Kraft und die Richtung der Kraft detektiert. Die Lehrvorrichtung für einen Roboter umfasst ein Führungsteil, das an einem Bauteil von dem Endeffektor und dem Gegenstand befestigt ist. Das andere Bauteil von dem Endeffektor und dem Objekt umfasst einen ausgesparten Teil mit einer Querschnittsform, die einer Form eines Endteils des Führungsteils entspricht und größer als eine Querschnittsform des Endteils des Führungsteils ist. Das Führungsteil weist eine im Endteil ausgebildete Zielfläche auf. Der ausgesparte Teil weist eine Referenzfläche auf, mit der die Zielfläche des Führungsteils in Flächenkontakt gebracht wird, um die Position und die Stellung des Roboters zu bestimmen. Der Kraftsensor detektiert eine Richtung einer auf den Endeffektor ausgeübten Kraft, wenn die Zielfläche des Führungsteils mit der Referenzfläche des ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebracht wird. Die Roboter-Steuervorrichtung führt eine Steuerung aus, um die Zielfläche des Führungsteils basierend auf der Richtung der auf den Endeffektor ausgeübten Kraft in Flächenkontakt mit der Referenzfläche des ausgesparten Teils zu bringen, um die Position und die Stellung des Roboters einzustellen und die Lehrposition des Roboters in Bezug auf das Objekt zu bestimmen.
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In der Erfindung wird bevorzugt, dass das Führungsteil so ausgebildet ist, des es von dem einen Bauteil ablösbar ist.
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In der Erfindung wird bevorzugt, dass ein Lehr-Bedienfeld, das mit dem Robotersteuerung verbunden ist und über das der Roboter manuell bedient wird, vorgesehen ist. Es wird bevorzugt, dass die Roboter-Steuervorrichtung eine Steuerung ausführt, um den Roboter zu stoppen, wenn eine auf den Endeffektor ausgeübte Kraft einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, während ein Bediener einen manuellen Arbeitsvorgang zum Einsetzen des Endteils des Führungsteils in den ausgesparten Teil ausführt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 ist eine schematische Ansicht eines Robotersystems in einer Ausführungsform.
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Die 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Endeffektors, eines Roboters und einer Gießform in einer Ausführungsform.
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Die 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endeffektors und eines Führungselements in einer Ausführungsform.
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Die 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gießform-Trägerteils und einer Gießform in einer Ausführungsform.
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Die 5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Öffnung und eines ausgesparten Teils, die in einer Gießform ausgebildet sind.
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Die 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Endteils eines Führungselements in einer Ausführungsform.
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Die 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Endeffektors und einer Gießform, wenn ein Führungselement in ein ausgespartes Teil der Gießform eingeführt wird.
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Die 8 ist ein Blockdiagramm eines Robotersystems in einer Ausführungsform.
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Die 9 ist eine erste vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand einer Endfläche eines in einer Oberflächen-Anpasssteuerung mit der Bodenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Die 10 ist eine zweite vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand einer Endfläche eines in der Oberflächen-Anpasssteuerung mit der Bodenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Die 11 ist eine erste vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand einer Seitenfläche eines in der Oberflächen-Anpasssteuerung mit einer Seitenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Die 12 ist eine zweite vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand einer Seitenfläche eines in der Oberflächen-Anpasssteuerung mit einer Seitenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Die 13 ist eine dritte vergrößerte Schnittansicht, die den Zustand einer Seitenfläche eines in der Oberflächen-Anpasssteuerung mit einer Seitenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Die 14 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die den Zustand einer Seitenfläche eines in einer weiteren Oberflächen-Anpasssteuerung mit einer Seitenfläche eines ausgesparten Teils in Flächenkontakt gebrachten Führungselements darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Eine Lehrvorrichtung für einen Roboter in einer Ausführungsform wird mit Bezug auf die 1 bis 14 beschrieben. Die Lehrvorrichtung für einen Roboter gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Position und die Stellung eines an einem Roboter befestigten Endeffektors in Bezug auf ein vorbestimmtes Objekt. Des Weiteren speichert die Lehrvorrichtung für einen Roboter die Position und die Stellung des Roboters als eine Lehrposition, die der Position und der Stellung des positionierten Endeffektors entspricht.
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Die 1 ist eine schematische Ansicht eines Robotersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Robotersystem wird mit einem Roboter 1 zum Anordnen eines Endeffektors 4 an einer vorbestimmten Position und Stellung und mit einer Steuervorrichtung 2 als eine Roboter-Steuervorrichtung zum Steuern des Roboters bereitgestellt. Der Roboter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Knickarm-Roboter, der einen Arm 11 und mehrere Gelenkteile 14 umfasst. Der Knickarmroboter kann die Position und die Stellung eines Handgelenkteils des Arms 11 frei ändern. Der Roboter 1 kann ein durch den Endeffektor 4 gegriffenes Werkstück in einer gewünschten Position und Stellung anordnen.
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Der Roboter 1 ist mit einem Kraftsensor 12 versehen. Der Kraftsensor 12 ist zwischen dem Arm 11 und dem Endeffektor 4 vorgesehen. Der Kraftsensor 12 detektiert eine auf den Endeffektor 4 ausgeübte Kraft. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein 6-achsiger Kraftsensor 12 eingesetzt, der Kräfte in Richtungen von 3 orthogonalen Achsen und Kräfte (Momente) um die 3 orthogonalen Achsen detektieren kann. Der 6-achsige Kraftsensor 12 kann beispielsweise Kräfte in Richtungen von 3 orthogonalen Achsen (X, Y, Z) in dem an der Spitze des Arms 11 bereitgestellten Handgelenksteil und Momente (Mx, Mz, My) um die Achsen detektieren. Beispiele des Kraftsensors 12 umfassen beliebige Kraftsensoren, wie einen Dehnungssensor umfassende Sensoren, oder einen Kapazitätssensor.
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Das Robotersystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit ein Lehr-Bedienfeld 3 zum manuellen Bedienen des Roboters 1 bereitgestellt. Das Lehr-Bedienfeld 3 ist mit der Steuervorrichtung 2 verbunden. Ein Bediener kann den Roboter 1 durch Bedienen des Lehr-Bedienfelds 3 manuell ansteuern.
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Die 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Roboters, eines Endeffektors und einer Gießform. In der vorliegenden Ausführungsform ordnet der Roboter 1 ein Werkstück an einer vorbestimmten Position eines vorbestimmten Objekts an. Das Objekt in der vorliegenden Ausführungsform ist eine Gießform 5 zum Ausführen von Umspritzgießen. Beim Umspritzgießen wird ein vorbestimmtes Bauteil im Innern einer Gießform 5 angeordnet. Anschließend wird ein Gießharz ins Innere der Gießform 5 eingeführt, um einen an dem vorbestimmten Bauteil befestigten Gießharzabschnitt auszubilden. Der Gießharzabschnitt weist eine Form entsprechend der Form eines Raums im Innern der Gießform 5 definierten Raums auf. Das Werkstück in der vorliegenden Ausführungsform ist aus Metall hergestellt. Ein Hohlraum ist im Innern der Gießform 5 ausgebildet. Des Weiteren ist ein Halterungsteil, an dem ein Werkstück 9 angeordnet ist, im Innern der Gießform 5 ausgebildet.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 wird die Gießform 5 durch ein Gießform-Trägerteil 6 getragen. Das Gießform-Trägerteil 6 wird durch einen Arbeitstisch 7 getragen. Beispiele des Arbeitstischs 7 umfassen beliebige Tische, an denen das Gießform-Trägerteil 6 befestigt wird. Alternativ kann der Arbeitstisch 7 beispielsweise eine Fördereinrichtung sein, die das Gießform-Trägerteil 6 befördern kann. In einer Vorarbeit wird das Gießform-Trägerteil 6, an dem die Gießform 5 befestigt ist, an einer vorbestimmten Position des Arbeitstisches 7 angeordnet. Genauer gesagt wird ein Objekt an einer vorbestimmten Position angeordnet. In diesem Zustand wird der Arbeitsvorgang, in welchem dem Roboter 1 eine Lehrposition gelehrt wird, ausgeführt.
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Die 3 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endeffektors in der vorliegenden Ausführungsform. Der Endeffektor 4 in der vorliegenden Ausführungsform wird mit einem Basiselement 41 bereitgestellt, das an dem Kraftsensor 12 befestigt ist. Ein Führungszylinder 42 zum Bewegen des Werkstücks 9 in Bezug auf das Basiselement 41 ist an dem Basiselement 41 befestigt. Ein Kupplungselement 45 ist an einer Zylinderwelle des Führungszylinders 42 befestigt. Der Endeffektor 4 umfasst Spannbacken 44 zum Greifen oder Freigeben des Werkstücks 9. Das Werkstück 9 wird durch ein Paar von Spannzangen 44 gegriffen. Der Endeffektor 4 umfasst einen Spannzangen-Antriebszylinder 43 zum Antreiben der Spannzangen 44. Der Spannzangen-Antriebszylinder 43 ist an dem Kupplungselement 45 befestigt.
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Der Führungszylinder 42 wird so angetrieben, dass er das Kupplungselement 45 und den Spannzangen-Antriebszylinder 43 zusammen in die durch einen Pfeil 101 angezeigte Richtung bewegt. Wie durch den Pfeil 102 angezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform das Werkstück 9 in die zu einer größten Oberfläche, die die größte Fläche in dem Basiselement 41 aufweist, senkrechten Richtung bewegt. Der Spannzangen-Antriebszylinder 43 wird so angetrieben, dass er das Paar von Spannzangen 44, wie durch einen Pfeil 108 angezeigt, öffnet oder schließt.
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Die Lehrvorrichtung für einen Roboter in der vorliegenden Ausführungsform wird mit einem Führungselement 8 bereitgestellt, das als ein an dem Endeffektor 4 befestigtes Führungsteil dient. Das Führungselement 8 hat eine Funktion zum Einstellen der Position und der Stellung des Endeffektors 4. Das Führungselement 8 der vorliegenden Ausführungsform ist wie eine Stange geformt. Das Führungselement 8 ist so ausgebildet, dass es einen viereckigen Querschnittaufweist. Das Führungselement 8 weist ein Gewindeteil 82 auf. Der Gewindeteil 82 durchdringt das Basiselement 41. Eine Mutter 83 ist an dem Gewindeteil 82 so befestigt, dass sie das Führungselement 8 an dem Basiselement 41 befestigt.
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Das Führungselement 8 in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass es ablösbar ist. Das Entfernen der Mutter 83 ermöglicht, dass das Führungselement 8 von dem Basiselement 41 entnommen werden kann. Als eine Struktur zum Anbringen des Führungselements 8 an dem Endeffektor 4 kann eine beliebige Befestigungsstruktur eingesetzt werden. Zum Beispiel kann das Führungselement 8 an dem Basiselement 41 durch eine Schraube befestigt werden.
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Die 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Gießform und eines Gießform-Trägerteils in der vorliegenden Ausführungsform. Die Gießform 5 in der vorliegenden Ausführungsform weist eine mit dem inneren Hohlraum kommunizierende Öffnung 52 auf. Das Werkstück 9 wird in die Gießform 5 durch die Öffnung 52 eingeführt. Des Weiteren weist die Gießform 5 einen ausgesparten Teil 53 auf, in den ein Endteil des Führungselements 8 eingeführt wird.
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Die 5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Öffnung und eines ausgesparten Teils einer Gießform. Ein Halterungsteil 54, an dem das Werkstück 9 montiert ist, ist im Innenraum der Gießform 5 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform führt der Roboter 1 einen Arbeitsvorgang zum Anordnen des Werkstücks 9 an dem Halterungsteil 54 aus. Der ausgesparte Teil 53 ist in der Oberfläche der Gießform 5 ausgebildet, die dem Führungselement 8 gegenüberliegt. Der ausgesparte Teil 53 in der vorliegenden Ausführungsform ist so ausgebildet, dass er einen viereckigen Querschnitt aufweist. Der ausgesparte Teil 53 weist mehrere Referenzflächen auf. Jede Referenzfläche der vorliegenden Ausführungsform ist wie eine ebene Oberfläche ausgebildet. Der ausgesparte Teil 53 weist eine erste Referenzfläche 53a, eine zweite Referenzfläche 53b und eine dritte Referenzfläche 53c auf. Die erste Referenzfläche 53a ist die Bodenfläche des ausgesparten Teils 53. Die zweite Referenzfläche 53b und die dritte Referenzfläche 53c sind Seitenflächen des ausgesparten Teils 53.
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Die 6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endteils eines Führungselements in der vorliegenden Ausführungsform. Das Führungselement 8 ist wie ein viereckiges Prisma geformt. Das Führungselement 8 weist mehrere Zielflächen auf. Eine Endseite des Führungselements 8 entspricht einer ersten Zielfläche 8a. Zwei Seitenflächen des Führungselements 8 entsprechen einer zweiten Zielfläche 8b und einer dritten Zielfläche 8c. Jede Zielfläche der vorliegenden Ausführungsform ist wie eine ebene Fläche geformt.
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Der ausgesparte Teil 53 weist einen Querschnitt auf, der größer als derjenige eines Endteils des Führungselements 8 ist. Genauer gesagt, wenn ein Endteil des Führungselements 8 in den ausgesparten Teil 53 eingeführt wird, dann wird ein Freiraum zwischen einer Seitenfläche des ausgesparten Teils 53 und einer Seitenfläche eines Endteils des Führungselements 8 definiert. Der ausgesparte Teil 53 ist so ausgebildet, dass wenn ein Endteil des Führungselements 8 in den ausgesparten Teil 53 eingeführt wird, das Führungselement 8 sich im Innern des ausgesparten Teils 53 bewegen kann.
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Die 7 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Endeffektors und einer Gießform, wenn ein Führungselement in einen ausgesparten Teil eingeführt wird. Das Führungselement 8 und der ausgesparte Teil 53 sind so ausgebildet, dass wenn die mehreren Zielflächen des Führungselements 8 in Flächenkontakt mit den mehreren Referenzflächen des ausgesparten Teils 53 gebracht werden, der Endeffektor 4 eine gewünschte Position und Stellung in Bezug auf die Gießform 5 aufweist. Somit wird der Endeffektor 4 so positioniert, dass die Zielflächen des Führungselements 8 mit den entsprechenden Referenzflächen des ausgesparten Teils 53 in Flächenkontakt gebracht werden. In dieser Position und Stellung des Endeffektors 4 kann das Werkstück 9 an einer gewünschten Position des Halterungsteils 54 durch Einführen des Werkstücks 9 in die Gießform 5 unter Verwendung des Führungszylinders 42 angeordnet werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Zielfläche 8a des Führungselements 8 mit der ersten Referenzfläche 53a des ausgesparten Teils 53 in Flächenkontakt gebracht. Die zweite Zielfläche 8b des Führungselements 8 wird mit der zweiten Referenzfläche 53b des ausgesparten Teils 53 in Flächenkontakt gebracht. Ferner wird die dritte Zielfläche 8c des Führungselements 8 mit der dritten Referenzfläche 53c des ausgesparten Teils 53 in Flächenkontakt gebracht. Die Steuervorrichtung 2 speichert die Position und die Stellung des Roboters 1 als eine Lehrposition, wenn jede Zielfläche mit der entsprechenden Referenzfläche in Flächenkontakt gebracht worden ist.
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Die 8 ist ein Blockdiagramm eines Robotersystems in der vorliegenden Ausführungsform. Die Steuervorrichtung 2 umfasst einen Arithmetik-Prozessor, der beispielsweise eine Zentraleinheit (CPU), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) aufweist, die miteinander über eine Busleitung verbunden sind. Die Steuervorrichtung 2 weist eine Speichereinheit 24 auf, um beispielsweise eine Lehrposition oder ein Betriebsprogramm zu speichern. Die Signale von Kräften und deren Richtungen, die durch den Kraftsensor 12 detektiert werden, werden an die Steuervorrichtung 2 übermittelt.
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Der Roboter 1 umfasst eine Armantriebsvorrichtung 13, die in den Gelenkteilen 14 angeordnete Antriebsmotoren aufweist. Die Armantriebsvorrichtung 13 wird angesteuert, um den Arm 11 über die Gelenkteile 14 in einem gewünschten Winkel zu biegen. Der Endeffektor 4 umfasst eine Endeffektor-Antriebsvorrichtung 48, die den Führungszylinder 42 und den Spannzangenzylinder 43 aufweist.
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Die Armantriebsvorrichtung 13 und die Endeffektor-Antriebsvorrichtung 48 werden durch die Steuervorrichtung 2 gesteuert. Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Bewegungssteuerungseinheit 21 zum Steuern der Bewegung des Roboters 1. Wenn der Roboter 1 manuell bedient wird, bedient ein Bediener das Lehr-Bedienfeld 3. Die Bewegungssteuerungseinheit 21 übermittelt einen Bewegungsbefehl zum Antreiben des Roboters 1 an die Armantriebsvorrichtung 13. Die Armantriebsvorrichtung 13 steuert die Armantriebsmotoren usw. basierend auf dem Bewegungsbefehl an. Die Armantriebsmotoren werden angesteuert, um den Kippwinkel an den Gelenkteilen 14 des Arms 11 oder die Richtung des Arms 11 einzustellen. Genauer gesagt werden die Position und die Stellung des Roboters 1 eingestellt.
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Des Weiteren übermittelt die Bewegungssteuerungseinheit 21 einen Bewegungsbefehl an die Endeffektor-Antriebsvorrichtung 48. Die Endeffektor-Antriebsvorrichtung 48 bewegt den Führungszylinder 42 und den Spannzangen-Antriebszylinder 43 basierend auf dem Bewegungsbefehl. Folglich wird eine Zylinderstange des Führungszylinders 42 bewegt, oder die Spannzangen 44 werden geöffnet oder geschlossen.
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Mit Bezug auf die 7 und 8 bedient zu Beginn der Bediener das Lehr-Bedienfeld 3, um den Roboter 1 manuell anzusteuern. Wie durch einen Pfeil 109 angezeigt wird ferner ein Endteil des Führungselements 8 in den ausgesparten Teil 53 der Gießform 5 eingeführt. Diesbezüglich ist die Querschnittsform des ausgesparten Teils 53 größer als die Querschnittsform des Endteils des Führungselements 8 und somit kann der der Bediener den Endteil des Führungselements 8 mit Leichtigkeit innerhalb des ausgesparten Teils 53 der Gießform 5 anordnen.
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Die 9 ist eine schematische Schnittansicht, die den Zustand eines Endteils eines in einen ausgesparten Teil eingeführten Führungselements darstellt. Das Führungselement 8 wird manuell durch einen Bediener bedient und entsprechend ist dessen Erstreckungsrichtung nicht immer senkrecht zur ersten Referenzfläche 53a des ausgesparten Teils 53. Genauer gesagt ist die erste Zielfläche 8a nicht immer parallel zur ersten Referenzfläche 53a.
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Mit Bezug auf die 8 weist die Bewegungssteuerungseinheit 21 in der vorliegenden Ausführungsform eine Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 auf. Die Oberflächen Anpasssteuerungseinheit 22 weist eine Funktion zum automatischen Einstellen der Position und der Stellung des Roboters 1 auf, so dass die Zielflächen und Referenzflächen in Oberflächenkontakt miteinander sind. Die Oberflächen-Anpasssteuerung wird durch das vorausgehend in der Speichereinheit 24 gespeicherte Betriebsprogramm ausgeführt.
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Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 bringt die Zielflächen des Führungselements 8 in Kontakt mit den Referenzoberflächen des ausgesparten Teils 53. Diesbezüglich ist das Führungselement 8 in einigen Fällen in Linienkontakt oder Punktkontakt mit dem ausgesparten Teil 53. Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 detektiert eine Größe der Kraft und eine Richtung der Kraft, wenn das Führungselement 8 in Kontakt mit dem ausgesparten Teil 53 gebracht wird. In der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 ein Drehmoment, das als Kraft in geraden Richtungen dient, oder eine Kraft in der Drehrichtung. Des Weiteren stellt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 die Position und die Stellung des Roboters 1 basierend auf den auf den Endeffektor 4 ausgeübten Kräften und deren Richtungen so ein, dass die Zielflächen in Flächenkontakt mit den Referenzflächen gebracht werden. Hierbei bedeutet der Oberflächenkontakt, dass zwei vorbestimmte Oberflächen einander so kontaktieren, dass der Kontaktteil durch eine Oberfläche gebildet wird.
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In einem in 9 gezeigten Beispiel bewegt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 das Führungselement 8 wie durch einen Pfeil 104 angezeigt. Die erste Zielfläche 8a wird mit der ersten Zielfläche 53a in Kontakt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt stellt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 die Position und die Stellung des Roboters 1 basierend auf von dem Kraftsensor 12 ausgegebenen Signalen aus, sodass die erste Zielfläche 8a in Flächenkontakt mit der ersten Referenzfläche 53a gebracht wird.
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Die 10 ist eine schematische Schnittansicht, die den Zustand darstellt, nachdem eine erste Zielfläche und eine erste Referenzfläche durch eine Oberflächen-Anpasssteuerung aneinander angepasst werden. Die erste Zielfläche 8a des Führungselements 8 ist in Oberflächenkontakt mit der ersten Referenzfläche 53a des ausgesparten Teils 53. Die Gesamtheit der ersten Zielfläche 8a ist in engem Kontakt mit der ersten Referenzfläche 53a.
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Die 11 ist eine Teilschnittansicht, die den Zustand darstellt, in dem eine erste Zielfläche eines Führungselements mit einer ersten Referenzfläche eines ausgesparten Teils in Oberflächenkontakt ist. Die 11 ist ein Schaubild des ausgesparten Teils 53 in einer Draufsicht. Selbst wenn die erste Zielfläche 8a mit der ersten Referenzfläche 53a in Flächenkontakt ist, ist ersichtlich, dass die Querschnittsform des Führungselements 8 in Bezug auf die Form des ausgesparten Teils 53 in einigen Fällen geneigt ist. In einem in 11 gezeigten Beispiel ist die zweite Zielfläche 8b des Führungselements 8 in Bezug auf die zweite Referenzfläche 53b des ausgesparten Teils 53 nicht parallel sondern geneigt dazu.
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Anschließend steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 der Bewegungssteuerungseinheit 21 die Oberflächenausrichtung zwischen der zweiten Zielfläche 8b und der zweiten Referenzfläche 53b. Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 steuert den Roboter 1 so, dass sich das Führungselement 8 wie durch einen Pfeil 105 angezeigt bewegt. Des Weiteren führt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 eine Oberflächen-Anpasssteuerung so aus, dass die zweite Zielfläche 8b mit der zweiten Referenzfläche 53b in Flächenkontakt gebracht wird. Diesbezüglich steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 den Roboter 1 so, dass der Flächenkontakt zwischen der ersten Zielfläche 8a und der ersten Referenzfläche 53a aufrechterhalten wird.
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Die 12 ist eine Teilschnittansicht, die den Zustand darstellt, in dem eine zweite Zielfläche durch eine Oberflächen-Anpasssteuerung mit einer zweiten Referenzfläche in Flächenkontakt gebracht wird. Die zweite Zielfläche 8b ist in engem Kontakt mit der zweiten Referenzfläche 53b. Anschließend steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 die Oberflächenausrichtung zwischen der dritten Zielfläche 8c und der dritten Referenzfläche 53c. Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 steuert den Roboter 1 so, dass sich das Führungselement 8 zur dritten Referenzfläche 53c hin bewegt, wie durch einen Pfeil 106 angezeigt. Des Weiteren wird eine Oberflächen-Anpasssteuerung so ausgeführt, dass die dritte Zielfläche 8c mit der dritten Referenzfläche 53c in Flächenkontakt gebracht wird. Diesbezüglich steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 den Roboter 1 so, dass der Flächenkontakt zwischen der ersten Zielfläche 8a und der ersten Referenzfläche 53a aufrechterhalten wird. Des Weiteren steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 den Roboter 1 so, dass der Flächenkontakt zwischen der zweiten Zielfläche 8b und der zweiten Referenzfläche 53b aufrechterhalten wird.
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Die 13 ist eine Teilschnittansicht, die den Zustand darstellt, in dem alle Oberflächen-Anpasssteuerungen abgeschlossen sind. Alle Zielflächen sind in Flächenkontakt mit den entsprechenden Referenzflächen. Somit kann der Endeffektor 4 in Bezug auf die Gießform 5 positioniert werden. Des Weiteren bewirkt die Steuervorrichtung 2, dass die Speichereinheit 24 die Position und die Stellung des Roboters 1 als eine Lehrposition in dem Zustand speichert, in dem die Position des Endeffektors 4 bestimmt wird. Mit Bezug auf die 5 und 7 wird, wenn der Positioniervorgang abgeschlossen ist, der Führungszylinder 42 angetrieben, um das Werkstück 9 in die Gießform 5 zu bewegen, wie durch den Pfeil 103 angezeigt, sodass das Werkstück 9 an einer gewünschten Position des Halterungteils 54 der Gießform 5 angeordnet werden kann.
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Wie oben beschrieben führt die Lehrvorrichtung für einen Roboter in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerung aus, um, basierend auf der Richtung einer auf den Endeffektor ausgeübten Kraft, die Zielfläche des Führungselements mit der Referenzfläche des ausgesparten Teils in Flächenkontakt zu bringen. Um eine Oberflächen-Anpasssteuerung auszuführen, kann ein Bewegungsprogramm für Oberflächenanpassung vorausgehend erstellt und in einer Speichereinheit gespeichert werden. Die Oberflächen-Anpasssteuerung wird automatisch basierend auf dem in der Speichereinheit gespeicherten Bewegungsprogramm ausgeführt. Des Weiteren können die eingestellte Position und die Stellung eines Roboters als eine Lehrposition gespeichert werden.
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In der Lehrvorrichtung für einen Roboter gemäß der vorliegenden Erfindung ordnet zunächst ein Bediener manuell ein Endteil des Führungselements 8 im Innern des ausgesparten Teils 53 der Gießform 5 an. Der ausgesparte Teil 53 der Gießform 5 weist eine Querschnittsform auf, die größer als diejenige eines Endes des Führungselements 8 ist. Somit kann ein Bediener ein Endteil des Führungselements 8 mühelos in den ausgesparten Teil 53 einführen. Anschließend steuert die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 automatisch die Position und die Stellung des Roboters 1. Somit kann der Bediener mühelos und genau eine Lehrposition lehren. Des Weiteren kann ein Bediener mühelos eine Lehrposition selbst dann einstellen, wenn es schwierig ist, ein Werkstück zu sehen, weil ein Befestigungsteil für das Werkstück im Innern eines ausgesparten Teils oder einer Öffnung angeordnet ist.
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In einem aktuellen Arbeitsvorgang zum Anordnen eines Werkstücks bestimmt die Steuervorrichtung 2 die Position und die Stellung des Roboters 1 basierend auf einer vorbestimmten Lehrposition. Des Weiteren wird der Führungszylinder 42 angetrieben, um das Werkstück 9 an dem Halterungsteil 54 im Innern der Gießform 5 zu befestigen. Das Führungselement 8 in der vorliegenden Ausführungsform ist ablösbar ausgebildet. Dieser Aufbau ermöglicht, dass das Führungselement 8 abgelöst werden kann, wenn der Roboter basierend auf der Lehrposition angetrieben wird, um das Werkstück 9 an der gewünschten Position anzuordnen. Das Führungselement 8 kann daran gehindert werden, mit anderen Objekten störend in Kontakt zu kommen.
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Bei einem aktuellen Arbeitsvorgang wird nach dem Befestigen des Werkstücks 9 an dem Halterungsteil 54 der Spannzangenzylinder 43 so angetrieben, dass das Werkstück 9 freigegeben wird. Danach bewirkt der Führungszylinder 42, dass der Spannzangen-Antriebszylinder 43 und die Spannzangen 44 in eine zurückgezogene Position zurückkehren. Des Weiteren kann der Endeffektor 4 von der Gießform 5 wegbewegt werden.
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Mit Bezug auf die 8 bewirkt die Steuervorrichtung 2 bei Empfangen einer Lehrposition, dass die Speichereinheit 24 die Lehrposition speichert. Dann werden die Position und die Stellung des Roboters 1 basierend auf der in der Speichereinheit 24 gespeicherten Lehrposition gesteuert. Somit ist in einem gewöhnlichen Arbeitsvorgang ein Führungsteil nicht notwendig. Wenn der Roboter 1 angetrieben wird, kann jedoch abhängig von der Wiederholgenauigkeit des Roboters 1 ein unbeabsichtigter Fehler in einer Position auftreten, in der das Werkstück 9 angeordnet ist. Wenn das Werkstück 9 in Bezug auf das Halterungsteil 54 der Gießform 5 genau positioniert ist, kann daher die Oberflächen-Anpasssteuerung jedes Mal ausgeführt werden, wenn das Werkstück 9 angeordnet wird.
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In einem solchen Fall bewirkt die Steuervorrichtung 2, dass ein Endteil des Führungselements 8 in den ausgesparten Teils 53 eingeführt wird, und sie führt nach dem Einführen basierend auf einem vorbestimmten Bewegungsprogramm eine Oberflächen-Anpasssteuerung durch. Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 steuert die Position und die Stellung des Roboters 1 so, dass mehrere Zielflächen in Flächenkontakt mit mehreren Referenzflächen gebracht werden. Danach steuert die Bewegungssteuerungseinheit 21 die Endeffektor-Antriebsvorrichtung 48 an, um das Werkstück 9 zu dem Halterungsteil 54 zu bewegen.
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Unterdessen steuert in der vorliegenden Ausführungsform der Bediener den Roboter 1 manuell an, um einen Arbeitsvorgang zum Einführen eines Endteils des Führungselements 8 in den ausgesparten Teil 53 auszuführen. Während diesem Arbeitsvorgang kommt das Führungselement 8 oder der Endeffektor 4 in einigen Fällen mit anderen Objekten in störenden Kontakt.
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Die Bewegungssteuerungseinheit 21 in der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Stopp-Steuerungseinheit 23. Die Stopp-Steuerungseinheit 23 detektiert während eines Arbeitsvorgangs, in dem ein Bediener ein Endteil des Führungselements 8 in den ausgesparten Teil 53 einführt, eine auf den Endeffektor 4 ausgeübte Kraft am Kraftsensor 12. Wenn des Weiteren die auf den Endeffektor 4 ausgeübte Kraft einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, wird eine Steuerung zum Stoppen des Roboters 1 ausgeführt. Diese Steuerung verhindert, dass während des manuellen Arbeitsvorgangs ein Werkstück beschädigt wird oder dass ein Endeffektor zerstört wird. Beim Stoppen des Roboters kann die Stopp-Steuerungseinheit 23 beispielsweise eine Steuerung zum Anzeigen eines Alarms auf einem Anzeigeteil der Steuervorrichtung 2 ausführen.
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Die 14 ist eine Teilschnittansicht eines ausgesparten Teils und eines Führungselements, die eine weitere Oberflächen-Anpasssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform erklärt. In der Ausführungsform führt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 separat die jeweiligen Steuerungen aus, um jede Zielfläche mit der entsprechenden der Referenzflächen in Flächenkontakt zu bringen. Der Betriebsablauf ist jedoch nicht auf diese Betriebsweise beschränkt. Die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 kann eine Steuerung ausführen, um mehrere Zielflächen mit mehreren Referenzflächen gleichzeitig in Oberflächenkontakt zu bringen.
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In einem Beispiel der in 14 gezeigten Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 bewegt die Oberflächen-Anpasssteuerung das Führungselement 8, wie durch einen Pfeil 107 angedeutet, nachdem ein Oberflächen-Anpassvorgang der ersten Zielfläche 8a ausgeführt wird. Des Weiteren führt die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 gleichzeitig eine Oberflächen-Anpasssteuerung der zweiten Zielfläche 8b und eine Oberflächensteuerung der dritten Zielfläche 8c aus. Alternativ kann die Oberflächen-Anpasssteuerungseinheit 22 gleichzeitig die Oberflächen-Anpassvorgänge der ersten Zielfläche 8a, der zweiten Zielfläche 8b und der dritten Zielfläche 8c ausführen. Wenn mehrere Zielflachen mit mehreren Referenzflächen in Flächenkontakt gebracht werden, können somit beliebige Oberflächen-Anpassvorgänge in einer beliebigen Reihenfolge der Vorgänge ausgeführt werden.
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Des Weiteren ist in der vorliegenden Ausführungsform das Führungsteil an dem Endeffektor befestigt, und der ausgesparte Teil ist in der Gießform als das Objekt ausgebildet. Die Betriebsweise ist jedoch nicht auf diese Betriebsweise beschränkt. Ein Führungsteil kann an dem Objekt befestigt sein und ein ausgesparter Teil kann in einem Endeffektor ausgebildet sein. Genauer gesagt ist nur erforderlich, dass das Führungsteil an einem Teil von dem Endeffektor und dem Gegenstand befestigt ist und der ausgesparte Teil in dem anderen von dem Endeffektor und dem Gegenstand ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist die Querschnittsform des ausgesparten Teils und des Führungsteils nicht auf eine viereckige Form beschränkt und kann eine beliebige Form aufweisen, in der die Position und die Stellung durch eine Oberflächen-Anpasssteuerung bestimmt werden kann. Beispiele der Querschnittsform des ausgesparten Teils und des Führungsteils umfassen eine beliebige polygonale Form oder eine beliebige Form, die durch Ausschneiden eines Teils eines Kreises erhalten wird. Die Querschnittsform des ausgesparten Teils und das Führungsteil können eine gekrümmte Linie umfassen. Des Weiteren ist das Führungsteil in der vorliegenden Erfindung als eine Stange ausgebildet. Das Führungsteil ist jedoch nicht auf diese Betriebsweise beschränkt. Jede Form, mit der eine Flächenanpassung in Bezug auf den ausgesparten Teil ausgeführt werden kann, kann eingesetzt werden.
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Der Endeffektor in der vorliegenden Erfindung wird mit einem Führungszylinder zum Bewegen eines Werkstücks bereitgestellt. Dieser Aufbau kann verhindern, dass ein Werkstück in Kontakt mit einer Gießform kommt, während ein Roboter angerieben wird, um eine Zielfläche eines Führungselements in Flächenkontakt mit einer Referenzfläche eines ausgesparten Teils zu bringen. Der Endeffektor ist nicht auf diese Betriebsweise beschränkt und kann ohne einen Mechanismus zum Bewegen eines Werkstücks bereitgestellt werden.
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In der vorliegenden Ausführungsform wurde als ein Beispiel ein Knickarm-Roboter beschrieben. Der Roboter ist jedoch nicht auf diese Betriebsweise beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf eine Robotersteuerungsvorrichtung angewendet werden, um einem beliebigen Roboter eine Lehrposition zu lehren.
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Die vorliegende Erfindung kann eine Lehrvorrichtung für einen Roboter bereitstellen, das mit Leichtigkeit und genau eine Lehrposition lehrt.
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Die Ausführungsformen können in geeigneter Weise kombiniert werden. In den Zeichnungen werden die gleichen oder entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es wird angemerkt, dass die Ausführungsformen Beispiele sind und die Erfindung nicht einschränken. Des Weiteren umfassen die Ausführungsformen Modifikationen von in den Ansprüchen beschriebenen Aspekten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2002-160183 A [0003, 0005]
