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Stand der Technik:
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Die Erfindung betrifft einen Handarbeitsplatz für einen Werker zur Bearbeitung und/oder Prüfung eines Werkstückes, mit einer Arbeitsfläche zur Ausführung von Bearbeitungs- und/oder Prüfschritten durch den Werker, mit einer Materialflussvorrichtung zur Bereitstellung des Werkstückes und/oder von Zuführteilen an die Arbeitsfläche und/oder zum Abtransport des Werkstückes von der Arbeitsfläche.
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Handarbeitsplätze werden heute bevorzugt bei hoher Variantenvielfalt eingesetzt, wenn wandlungsfähige automatische Fertigungslinien wirtschaftlich nachteilig sind. Gegenüber einer vollautomatischen Fertigungsstation hat der Handarbeitsplatz meist niedrige Anschaffungskosten, da nur einfache handbediente Werkzeuge benötigt werden und komplexe Arbeitsinhalte vom Menschen ausgeführt werden. Die proportionalen Kosten eines Handarbeitsplatzes sind aufgrund der Lohnkosten meist höher. Der Mensch fertigt die Varianten entweder in variantenreinen Losen oder im chaotischen Mix. Dabei werden die Zuführteile für mehrere Varianten meist gleichzeitig in einem Sortimentenbehälter am Arbeitsplatz vorgehalten.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 011 412 A1 , die wohl den nächstkommenden Stand der Technik bildet, offenbart einen Handarbeitsplatz mit einem Werkzeugsystem, das ein handgeführtes Werkzeug zum Bearbeiten eines Werkstückes aufweist. Ferner weist der Handarbeitsplatz eine Werkerführungsvorrichtung auf, die wenigstens eine Beleuchtungsvorrichtung umfasst, die dafür ausgebildet ist, einen Leuchtfleck auf einem zu bearbeitenden Werkstück zu erzeugen und die Position des Leuchtfleckes einzustellen. Die Werkerführungsvorrichtung ist dazu ausgebildet, auf dem zu bearbeitenden Werkstück eine Montagestelle durch den Leuchtfleck anzuzeigen.
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Offenbarung der Erfindung:
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Handarbeitsplatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Betreiben des Handarbeitsplatzes mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Im Rahmen der Erfindung wird ein Handarbeitsplatz für einen Werker zur Bearbeitung und/oder zur Prüfung eines Werkstückes vorgeschlagen. Der Handarbeitsplatz kann auch als Handarbeitsanordnung bezeichnet werden. Der Handarbeitsplatz ist insbesondere für den Einsatz in der industriellen Produktion von Werkstücken vorgesehen, an der ein Mensch, auch als Werker bezeichnet, unter Beteiligung von Maschinen die Montage, Bearbeitung oder Prüfung eines Werkstückes durchführt. Der Handarbeitsplatz ist vorzugsweise in einer Fabrik und/oder in einer Industriehalle angeordnet. Die Werkstücke, welche in dem Handarbeitsplatz bearbeitet und/oder geprüft werden, sind insbesondere Gegenstände mit einem Durchmesser kleiner als 30 cm und zum Beispiel elektronische, mechanische, elektromechanische oder pneumatische Bauteile.
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Der Handarbeitsplatz umfasst eine Arbeitsfläche, auf welcher Bearbeitungs- und/oder von Prüfschritte durch den Werker ausführbar sind. Die Arbeitsfläche des Handarbeitsplatzes ist insbesondere auf einem Grundgestell angeordnet und bildet zum Beispiel einen Tisch. Die Arbeitsfläche ist beispielsweise eine fest installierte Tischplatte oder ein beweglicher Werkstückträger, auf dem das Werkstück aufgebaut ist und transportierbar ist. Insbesondere ist die Arbeitsfläche aus einem korrosionsbeständigen und/oder leicht zu reinigenden Material, wie beispielsweise einer Metallplatte oder einer Kunststoffplatte. Vorzugsweise ist die Arbeitsfläche so in dem Handarbeitsplatz zu angeordnet, dass ein Werker stehend oder sitzend vorgegebene Arbeitsschritte ausführen kann. Die Arbeitsplatzhöhe, also der Abstand der Arbeitsfläche von dem Boden, ist vorzugsweise größer als 72 Zentimeter, insbesondere größer als 80 Zentimeter und im Speziellen größer als 90 Zentimeter. Ferner ist die Arbeitsplatzhöhe geringer als 1,4 Meter, insbesondere geringer als 1,3 Meter und im Speziellen geringer als 1,2 Meter.
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Der Handarbeitsplatz umfasst eine Materialflussvorrichtung zur Bereitstellung des Werkstückes und/oder von Zuführteilen an die Arbeitsfläche und/oder zum Abtransport des Werkstückes von der Arbeitsfläche. Zuführteile sind beispielsweise Teile und Verbrauchsmaterialien, die ein Werker zur Bearbeitung und/oder Prüfung des Werkstückes benötigt. Insbesondere ist die Materialflussvorrichtung ausgebildet, Werkstücke und/oder Zuführteile aus einem Vorrat an die Arbeitsfläche zu transportieren. Der Vorrat ist beispielsweise ein Vorratslager, welches als ein Lagerraum ausgebildet sein kann. Ferner ist die Materialflussvorrichtung ausgebildet, die von dem Werker bearbeiteten und/oder geprüften Werkstücke zu einer weiteren Bearbeitungsstation und/oder zu einem weiteren Handarbeitsplatz zu transferieren. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist die Materialflussvorrichtung ausgebildet, Gebinde mit einer Vielzahl von Kleinteilen und/oder Werkstücken an die Arbeitsfläche zu transportieren, wenn beispielsweise der Inhalt eines solchen Gebindes auf der Arbeitsfläche verbraucht war. Die Materialflussvorrichtung kann auch dazu dienen, dass Verbrauchsstoffe zur Herstellung und/oder zur Bearbeitung des Werkstückes an der Arbeitsfläche nachgefüllt werden, wie zum Beispiel Klebstoffe, Schmierstoffe, Schrauben und elektronische Kleinbauteile.
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Die Materialflussvorrichtung umfasst mindestens ein bewegbares Roboterfahrzeug, wobei das Roboterfahrzug insbesondere in zwei Dimensionen wegungebunden und/oder ohne mechanische und/oder elektromagnetische Führung bewegbar ist. Das Roboterfahrzeug ist vorzugsweise ausgebildet, Gegenstände, wie zum Beispiel Werkstücke und/oder Zuführteile, mit einem Gewicht von höchstens 30 Kilogramm und im Speziellen von höchstens 10 Kilogramm zu transportieren. Die Roboterfahrzeuge weisen insbesondere ein Eigengewicht von weniger als 10 Kilogramm auf und im Speziellen ein Gewicht von weniger als 2 Kilogramm auf. Die Roboterfahrzeuge sind vorzugsweise autonom innerhalb des Handarbeitsplatzes und/oder der Arbeitsfläche navigierbar und bilden beispielsweise einen Transportdienst. Insbesondere umfasst der Handarbeitsplatz eine Mehrzahl von Roboterfahrzeugen. Das Roboterfahrzeug ist vorzugsweise ausgebildet, ein Werkstück auf die Arbeitsfläche zu transportieren und/oder ein durch den Werker bearbeitetes Werkstück von der Arbeitsfläche abzutransportieren. Insbesondere legt das Roboterfahrzeug ein Werkstück in einem Übergabenest auf der Arbeitsfläche ab, oder holt es nach der Bearbeitung durch den Werker aus dem Übergabenest ab. Zusätzlich kann das Roboterfahrzeug zu einer dynamischen Werkstückübergabe ausgebildet sein, wobei das Roboterfahrzeug ein Werkstück und/oder ein Zuführteil ohne Zwischenablage an den Werker übergibt. Insbesondere hält das Roboterfahrzeug das Werkstück und/oder das Zuführteil so lange fest, bis der Werker das Teil gegriffen hat. Umgekehrt kann das Roboterfahrzeug ausgebildet sein, ein Werkstück von dem Werker, welches dieser in seiner Hand hält, zu übernehmen. Optional umfasst das Roboterfahrzeug dazu Sensoren zur Bestimmung der Handposition des Werkers, sodass das Roboterfahrzeug dynamisch nachgeführt werden kann.
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Es ist eine Überlegung der Erfindung, durch die enge Zusammenarbeit des Werkers mit der Materialflussvorrichtung Arbeitsabläufe zu beschleunigen, insbesondere durch eine Parallelisierung von Arbeitsgängen, wobei der Werker von einfachen und monotonen Tätigkeiten entlastet wird und sich so stärker auf anspruchsvolle Arbeitsschritte konzentrieren kann. Die bisherige gleichzeitige Bevorratung von Teilen und Werkzeugen für mehrere Varianten von Werkstücken forderten zusätzlichen Raum am Handarbeitsplatz. Dadurch erhöhten sich Greifwege zu Lasten einer Bearbeitungszeit und damit der Produktivität des Werkers. Ab einer gewissen Variantenzahl ist die Bevorratung aller Teile am Handarbeitsplatz des Werkers nicht mehr sinnvoll machbar. Die großen Bestände führten auch zu Nachteilen aufgrund erhöhter Kapitalbindung und Alterung der Teile am Handarbeitsplatz, welche insbesondere eine Reduzierung der Qualität wie beispielsweise durch die Bildung von Rost mit sich brachten. Eine Überlegung der Erfindung ist es, nur die Teile für eine aktuelle Variante am Handarbeitsplatz vorzuhalten, sodass eine versehentliche Verwechslung und dadurch verursachte Fehlmontage ausgeschlossen ist sowie die Kapitalbindung durch Bevorratung von Teilen am Handarbeitsplatz reduziert wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Handarbeitsplatz eine Straßenanordnung. Die Straßenanordnung ist insbesondere an die Arbeitsfläche angebunden. Das mindestens eine Roboterfahrzeug ist auf der Straßenanordnung bewegbar und insbesondere wegungebunden bewegbar. Die Straßenanordnung ist vorzugsweise so breit, dass zwei Roboterfahrzeuge ohne sich gegenseitig zu behindern auf der Straßenanordnung bewegbar sind, insbesondere weist die Straßenanordnung mindestens die doppelte Breite des Roboterfahrzeuges auf. Die Straßenanordnung verbindet insbesondere unterschiedliche Punkte des Handarbeitsplatzes. Diese Punkte können innerhalb oder außerhalb des Handarbeitsplatzes liegen. Beispielsweise verbindet die Straßenanordnung einen ersten Handarbeitsplatz mit einem zweiten Handarbeitsplatz und/oder einer Produktionsanlage, einer Zuführanlage oder einem Warenlager.
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Die Straßenanordnung ist vorzugsweise als eine ebene Fläche oberhalb des Hallenbodens ausgebildet. Die Straßenanordnung umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von Straßenelementen, wobei die Straßenelemente verbindbar sind und zusammen die Straße bilden. Die Straßenanordnung kann auf Ständern angebracht sein oder mit Befestigungselementen am Handarbeitsplatz befestigt sein. Die Straßenelemente umfassen vorzugsweise Geraden, Krümmungen, Kurven, Abzweigungen, Kreuzungen, Wendestellen, Kreisverkehre, Abhänge, Steigungen, Brücken, Tunnel sowie Flächenelemente, wie beispielsweise Parkflächen für Roboterfahrzeuge. Insbesondere umfasst die Straßenanordnung Straßenelemente, welche als aktive Straßenelemente ausgebildet sind, wie beispielsweise Klappbrücken, Lifte, Wendeteller und/oder Transporter/Fähren. Dieser Ausgestaltung der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass eine Straßenanordnung bestehend aus modularen Straßenelementen eine schnelle Rekonfigurierbarkeit eines Handarbeitsplatzes und dessen Anbindung an Lager und Prozesspunkten ermöglichen.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Straßenanordnung so an der Arbeitsfläche angeordnet, dass ein Roboterfahrzeug von der Straßenanordnung auf die Arbeitsfläche und umgekehrt bewegbar und/oder fahrbar ist. Insbesondere ist die Straßenanordnung so an der Arbeitsfläche angeordnet, dass ein Roboterfahrzeug ein Werkstück und/oder ein Zuführteil auf der Arbeitsfläche ablegen kann. Ein Roboterfahrzeug, welches Transportdienste auf der Straßenanordnung des Handarbeitsplatzes übernimmt, kann vorzugsweise auch Transport- und/oder Handhabungsdienste und/oder Prüfdienste auf der Arbeitsfläche übernehmen. Vorzugsweise ist die Straßenanordnung mit der Arbeitsfläche form- und/oder kraftschlüssig verbunden. In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung umfasst die Straßenanordnung eine Straßenschnittstelle und die Arbeitsfläche eine Gegenstraßenschnittstelle, wobei die Straßenanordnung über die Straßenschnittstelle und die Arbeitsflächenstraßenschnittstelle an die Arbeitsfläche reversibel koppelbar ist.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Arbeitsfläche und/oder die Straßenanordnung optische Markierungen umfassen/umfasst, wobei das mindestens eine Roboterfahrzeug eine optische Sensoreinheit zum Erfassen der optischen Markierungen als Markierungsdaten aufweist. Die optische Sensoreinheit ist ausgebildet, die Lage und/oder die Position des Roboterfahrzeugs auf der Straßenanordnung und/oder relativ zu der Arbeitsfläche auf Basis der Markierungsdaten zu bestimmen. Die Markierungen sind auf der Arbeitsfläche und/oder auf der Straßenanordnung abschnittsweise angeordnet, alternativ und/oder ergänzend sind die optischen Markierungen über die gesamte Arbeitsfläche und/oder über die gesamte Straßenanordnung angeordnet. Die optischen Markierungen bilden beispielsweise einen Punkt- und/oder DOT-Code, wobei der Punkt- und/oder DOT-Code die Position, an welcher sich der Code innerhalb der Arbeitsfläche oder innerhalb der Straßenanordnung befindet, codiert. Die optische Sensoreinheit ist vorzugsweise als eine optische Kamera ausgebildet, wobei die optische Kamera beispielsweise Bilder im sichtbaren Bereich des Lichtes, dem ultravioletten Bereich des Lichtes und/oder dem infraroten Bereich des Lichtes aufnimmt. Beispielsweise ist die als Kamera ausgebildete optische Sensoreinheit ausgebildet, das von den optischen Markierungen aufgenommene Bild als Markierungsdaten bereitzustellen. Die optische Sensoreinheit ist beispielsweise ausgebildet, diese Markierungsdaten zu decodieren und die Lage des Roboterfahrzeugs relativ zur Arbeitsfläche und/oder der Straßenanordnung in bis zu sechs Freiheitsgraden zu bestimmen. Ferner ist es möglich, dass das Roboterfahrzeug einen Inertialsensor zum Bereitstellen von Inertialsensordaten umfasst, wobei das Roboterfahrzeug auf Basis der Inertialsensordaten in Bereichen der Fahrbahn und/oder der Arbeitsfläche ohne optische Markierungen navigierbar ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Handhabungsmittel zur Handhabung und/oder zur Bearbeitung des Werkstückes. Insbesondere ist das Handhabungsmittel als ein Greifer ausgebildet, wobei mit dem Greifer ein Werkstück und/oder ein Zuführteil greifbar ist. Der Greifer umfasst beispielsweise einen Sensor zum sicheren Greifen des Werkstückes und/oder des Zuführteiles. Insbesondere ist es möglich, dass das Handhabungsmittel als ein Mittel zur Bearbeitung des Werkstückes und/oder eines Zuführteiles ausgebildet ist und beispielsweise einen Bohrer, eine Lötanlage oder eine Schneidevorrichtung umfasst. Vorzugsweise ist das Handhabungsmittel ausgebildet, ein Werkstück und/oder ein Zuführteil umzuorientieren.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Prüfmittel zur Prüfung des Werkstückes. Das Roboterfahrzeug mit dem Prüfmittel ist vorzugsweise ausgebildet, Montageschritte bei einer Bearbeitung des Werkstückes zu überprüfen, wie beispielsweise die Überprüfung von verdeckt montierten Bauteilen während diese noch freiliegen. Beispielsweise umfasst das Prüfmittel eine Bildaufnahmevorrichtung und eine Bildverarbeitungsanlage, wobei die Bildverarbeitungsanlage die Anwesenheit eines Bauteiles im Werkstück unmittelbar nach der Montage des Bauteiles durch den Werker optisch prüft. Ferner kann das Roboterfahrzeug mit dem Prüfmittel ausgebildet sein, erst nach erfolgreicher Prüfung des Werkstückes das bearbeitete Werkstück zu einem nächsten Handarbeitsplatz oder Ablageplatz zu bringen. Der Ausgestaltung der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass eine sofortige Prüfung vor dem Abtransport durch das Roboterfahrzeug eines Werkstückes, die Produktionsfehler und daraus resultierenden Mehrkosten, beispielsweise durch Verschrottung und/oder Nacharbeit, reduzierbar sind.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Assistenzmodul zum Steuern des Roboterfahrzeuges als ein dem Werker assistierendes Roboterfahrzeug. Insbesondere ist das Assistenzmodul ausgebildet, das Roboterfahrzeug so anzusteuern, dass das Roboterfahrzeug einen Werker durch Assistenzfunktionen bei seinen Tätigkeiten am Handarbeitsplatz unterstützt. Beispielsweise umfassen die Assistenzfunktionen eine Spann- und/oder Haltefunktion zum Halten eines Werkstückes, beispielsweise während ein Werker das Werkstück bearbeitet. Ferner können die Assistenzfunktionen Funktionen umfassen, welche Teilprozesse zur Herstellung des Werkstückes dem Werker abnimmt. Beispielsweise umfasst das Roboterfahrzeug mit dem Assistenzmodul eine Dosiervorrichtung für Schmierfett und ist ausgebildet, den Werker dadurch zu unterstützen, dass es Fettpunkte in ein Getriebe platziert, nachdem der Werker die Zahnräder in das Getriebegehäuse eingelegt hat. Vorzugsweise ist das Roboterfahrzeug zur engen Interaktion von Werker und Roboterfahrzeug ausgebildet und umfasst eine Sensorik zur sicheren Interaktion mit dem Werker. In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung steuert das Assistenzmodul das Roboterfahrzeug zur Durchführung von Nachbearbeitungsprozessen. Beispielsweise ist der Nachbearbeitungsprozess eine Reinigungsfunktion, wobei hierbei beispielsweise das Roboterfahrzeug ein Staubsaugerelement umfasst.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Roboterfahrzeug als ein Werkzeugroboterfahrzeug zur Bereitstellung von Werkzeugen und/oder von Prüfmitteln an den Werker ausgebildet. Insbesondere ist das Werkzeugroboterfahrzeug ausgebildet, spezifische Werkzeuge für die jeweilige aktuelle Produktvariante dem Werker bereitzustellen. Ferner ist das Werkzeugroboterfahrzeug ausgebildet, dem Werker das für den jeweiligen durchzuführenden Produktionsschritt nötige Werkzeug bereitzustellen und/oder das Werkzeug nach durchgeführtem Bearbeitungsschritt durch den Werker abzutransportieren. Der Ausgestaltung der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass der Werker somit nur das richtige Werkzeug für die jeweilige zu produzierende Produktvariante und/oder den jeweils durchzuführenden Herstellungsschritt auf der Arbeitsfläche hat. Ferner wird der Handarbeitsplatz dadurch schlanker, da weniger Platz zur Unterbringung des Werkzeugsortiments auf der Arbeitsfläche benötigt wird. Beispiele für Werkzeuge, welche ein Werkzeugroboterfahrzeug dem Werker bereitstellt, sind ein Schrauberbit, ein Schraubenschlüssel und/oder ein Schraubenzieher.
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Besonders bevorzugt ist, dass die Arbeitsfläche des Handarbeitsplatzes verschiebbare Übergabenester aufweist, wobei das Roboterfahrzeug ausgebildet ist, das Werkstück, ein Zuführteil und/oder ein Werkzeug an das Übergabenest zu übergeben und/oder davon abzutransportieren. Die Übergabenester sind insbesondere innerhalb der Arbeitsfläche verschiebbar. Das Roboterfahrzeug ist vorzugsweise ausgebildet, die Position und/oder die Lage des Übergabenestes innerhalb der Arbeitsfläche selbstständig zu bestimmen. Beispielsweise umfasst das Übergabenest dazu eine Nestmarkierung, welche durch das Roboterfahrzeug erkennbar sind und das Roboterfahrzeug auf Basis der Nestmarkierung die veränderte Übergabenestposition erkennen kann. Insbesondere kann ein Roboterfahrzeug des Handarbeitsplatzes ausgebildet sein, eine Erkundung der Arbeitsfläche durchzuführen und dabei die Positionen der Übergabenester zu bestimmen. Die Übergabenester sind insbesondere so ausgestaltet, dass der Werker ein Werkstück, Zuführteile und/oder Werkzeuge aus dem Übergabenest entnehmen kann und/oder diese dort ablegen kann. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass frei verschiebbare Übergabenester auf der Arbeitsfläche dem Werker eine ergonomisch optimale Anpassung seines Handarbeitsplatzes ermöglicht.
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In einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Roboterfahrzeug ein Identifikationsmodul zum Erkennen des Werkstückes. Das Identifikationsmodul ist ausgebildet, zu einem erkannten Werkstück dem Roboterfahrzeug und/oder dem Werker einen Prozessplan und/oder Fertigungsplan bereitzustellen. Beispielsweise wird hierzu ein Werkstück von einem Datensatz begleitet, der stets aktuelle Informationen über seine Identität, den geplanten Prozessablauf sowie den aktuellen Bearbeitungszustand enthält. Insbesondere ist hierzu auf dem Werkstück eine Codierung direkt angebracht oder das Werkstück wird von einem Datenträger begleitet. Das Roboterfahrzeug mit dem Identifikationsmodul ist vorzugsweise ausgebildet, ein Werkstück auf Basis von Sensoren, wobei das Roboterfahrzeug die Sensoren umfasst, zu identifizieren und beispielsweise ihren nächsten Schritt werkstückspezifisch durchzuführen. Insbesondere ist das Identifikationsmodul ausgebildet, den Prozessplan und/oder den Fertigungsplan dem Werker an dem Anzeigesystem bereitzustellen, wobei sich der Werker anhand des am Anzeigesystem angezeigten Prozessplans und/oder Fertigungsplans über die nächsten durchzuführenden Arbeitsschritte informieren kann. Die Sensoren zum Identifizieren der Werkstücke sind beispielsweise als ein Bildverarbeitungssystem und/oder als ein Codelesegerät ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist es, dass der Handarbeitsplatz eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen der durch den Werker auszuführenden Arbeitsschritte umfasst. Das Anzeigesystem ist beispielsweise als ein Monitor ausgebildet, wobei der Monitor ein Bedienfeld und/oder Bedienelemente umfassen kann. Das Anzeigesystem ist ferner ausgebildet, dem Werker die zu fertigende Variante des Werkstückes, die auszuführenden Arbeitsschritte und gegebenenfalls weitere Informationen anzuzeigen. Insbesondere kann die Anzeige ausgebildet sein, Prüfschritte dem Werker anzuzeigen. Vorzugsweise ist die Anzeigeeinheit ausgebildet, dass der Werker über die Bedienelemente und/oder das Bedienfeld mit den Roboterfahrzeugen kommunizieren kann und beispielsweise die Roboterfahrzeuge ansteuern kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Handarbeitsplatz mindestens zwei Roboterfahrzeuge, wobei die Roboterfahrzeuge zur Interaktion untereinander ausgebildet sind. Insbesondere sind die mindestens zwei miteinander interagierenden Roboterfahrzeuge ausgebildet, auch mit dem Werker zu kollaborieren. Vorzugsweise sind die interagierenden Roboterfahrzeuge ausgebildet, gemeinsam komplexere Arbeitsschritte durchzuführen und/oder gemeinsame Handhabungen auszuführen, wie beispielsweise das Bewegen schwererer Werkstücke und/oder Zuführteile, welche für ein Roboterfahrzeug zu schwer wären. Alternativ und/oder ergänzend zu zwei interagierenden Roboterfahrzeugen, welche schwere Werkstücke transportieren können, kann der Handhabungsarbeitsplatz größere Roboterfahrzeuge umfassen, welche Bauteile größer als 10 Kilogramm transportieren können, wobei das größere Roboterfahrzeug Umfeldsensoren umfasst, die Menschen und Objekte im Umfeld des größeren Roboterfahrzeugs detektieren und das größere Roboterfahrzeug dadurch bediensicher im Handarbeitsplatz betrieben werden kann. Die mindestens zwei interagierenden Roboterfahrzeuge sind insbesondere ausgebildet, dynamische Teileübergabe zwischen den Roboterfahrzeugen zu ermöglichen, das heißt beispielsweise, dass das erste Roboterfahrzeug ein Werkstück und/oder ein Zuführteil so lange hält, bis das andere interagierende Roboterfahrzeug dieses Teil übernimmt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Handarbeitsplatzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Roboterfahrzeug das Werkstück und/oder ein Zuführteil an die Arbeitsfläche bereitstellt und/oder das Werkstück von der Arbeitsfläche abtransportiert. Vorzugsweise bewegt sich das Roboterfahrzeug auf der Straßenanordnung und/oder auf der Arbeitsfläche. Insbesondere holt ein Roboterfahrzeug mit einem Greifer das Werkstück von einer vorausgehenden Prozessstation und/oder einem vorausgehenden Handarbeitsplatz und bringt das Werkstück zum Handarbeitsplatz. Beispielsweise bringt das Roboterfahrzeug ein Werkstück von einem Lagerort zum Handarbeitsplatz beziehungsweise zur Arbeitsfläche. Hier übernimmt der Werker das Werkstück und bearbeitet es und legt es beispielsweise in einem Übergabenest ab. Das Roboterfahrzeug nimmt das von dem Werker bearbeitete Werkstück und bringt es zu einer nächsten Station. Insbesondere legt das Roboterfahrzeug das Werkstück direkt an der Position ab, an welcher der Werker die Bearbeitung eines Werkstückes beginnt. Ferner kann ein Roboterfahrzeug ein Zuführteil beispielsweise aus einem Vorrat holen und/oder das Zuführteil auf der Arbeitsfläche ablegen. Insbesondere palettiert das Roboterfahrzeug durch den Werker bearbeitete Werkstücke auf einer Palette, bevor beispielsweise ein weiteres Roboterfahrzeug die Palette mit den bearbeiteten Werkstücken zu einer nächsten Station transportiert.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Roboterfahrzeug das Werkstück nach der Bearbeitung durch den Werker überprüft. Das Prüfen durch das Roboterfahrzeug ist beispielsweise als eine optische Prüfung, eine mechanische Prüfung und/oder als eine elektrische Prüfung ausgestaltet. Insbesondere dokumentiert das Roboterfahrzeug die Prüfergebnisse der Prüfung. Beispielsweise speichert dazu das Roboterfahrzeug die Prüfergebnisse auf einem Speichermedium. Vorzugsweise überprüft das Roboterfahrzeug während der Montage durch den Werker die Montageschritte des Werkers. Beispielsweise überprüft das Roboterfahrzeug nach jedem Montageschritt das Werkstück, sodass beispielsweise verdeckt montierte Bauteile, die nach der Endmontage nicht mehr sichtbar wären, als Fehlerquelle ausschließbar sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Verfahren zum Betreiben des Handarbeitsplatzes dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Roboterfahrzeug Verbrauchsstoffe auf der Arbeitsfläche nachfüllt. Beispielsweise müssen einige Werkzeuge und Maschinen am Handarbeitsplatz regelmäßig mit Verbrauchsstoffen befüllt werden. Das Roboterfahrzeug ist vorzugsweise ausgebildet, diese Verbrauchsstoffe bereitzustellen. Die Befüllung von Maschinen erfolgt vorzugsweise ebenso durch ein Roboterfahrzeug. Als Verbrauchsstoffe werden beispielsweise elektrische Kleinbauteile und/oder Dichtringe verstanden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung sowie den beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen Handarbeitsplatz mit Straßenanordnung in einer Ansicht von oben;
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2 den Handarbeitsplatz aus 1 in einer Ansicht von vorne;
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3 den Handarbeitsplatz aus 1 in einer Seitenansicht;
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4 eine Detailansicht der Arbeitsfläche und Straßenanordnung mit optischen Markierungen.
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1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Handarbeitsplatzes 1. Der Handarbeitsplatz 1 ist ausgebildet, dass ein Werker 2 ein Werkstück 3 bearbeiten und/oder prüfen kann. Der Werker 2 kann an dem Handarbeitsplatz 1 stehend oder sitzend das Werkstück 3 bearbeiten oder prüfen, wobei die Arbeitshöhe des Handarbeitsplatzes 1 verstellbar ist.
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Der Handarbeitsplatz 1 umfasst eine Arbeitsfläche 4, wobei die Arbeitsfläche 4 hier als eine rechteckige Tischplatte ausgeführt ist. Die Arbeitsfläche 4 ist insbesondere auf einem Gestell 5 (2) angeordnet. Die Arbeitsfläche 4 ist aus einem schmutzabweisenden und korrosionsbeständigen Material gefertigt, sodass auf der Arbeitsfläche 4 auch mit Lösungsmitteln, sauren und/oder basischen Substanzen umgegangen werden kann. Auf der Arbeitsfläche 4 befinden sich zur Bearbeitung das Werkstück 3, Zuführteile 6, Werkzeuge 7 und/oder Prüfmittel.
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Auf der Arbeitsfläche 4 sind Übergabenester 8 angeordnet, wobei die Übergabenester 8 durch den Werker 2 frei verschiebbar innerhalb der Arbeitsfläche 4 sind. Der Werker 2 kann aus den Übergabenestern 8 ein zu bearbeitendes Werkstück, zu verbauende Zuführteile 6 und/oder zu nutzende Werkzeuge 7 und/oder Prüfmittel entnehmen. Insbesondere sind die Übergabenester 8 durch den Werker 2 so in der Arbeitsfläche 4 anordenbar, dass für den Werker 2 ein besonders günstiges ergonomisches Arbeiten ermöglicht wird.
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An die Arbeitsfläche 2 ist eine Straßenanordnung 9 angebunden. Insbesondere befinden sich die Straßenanordnung 9 und die Arbeitsfläche 4 in einer gemeinsamen Ebene. Die Fahrbahnanordnung 9 ist als eine zweispurige Fahrbahn ausgebildet. Alternativ und/oder ergänzend ist die Fahrbahnanordnung 9 als eine einspurige oder mehrspurige Fahrbahn ausgebildet. Auf der Fahrbahnanordnung 9 sind Roboterfahrzeuge 10 frei bewegbar. Insbesondere ist die Hauptbewegungsrichtung der Roboterfahrzeuge 10 auf der Straßenanordnung 9 entlang einer Längsachse der Straßenanordnung 9. Die Breite der Straßenanordnung 9 ist so gewählt, dass ein Roboterfahrzeug 10 frei beweglich entlang der Längsachse ist. Die Straßenanordnung 9 ist so an die Arbeitsfläche 4 angebunden, dass ein Roboterfahrzeug 10 jederzeit von der Straßenanordnung 9 auf die Arbeitsfläche 4 und/oder umgekehrt wechseln kann. Insbesondere ist die Straßenanordnung 9 ausgebildet, unterschiedliche Handarbeitsplätze 1 und/oder wichtige logistische Punkte mit einem Handarbeitsplatz 1 zu verbinden. Beispielsweise verbindet dazu die Straßenanordnung 9 das Lager einer Fertigung mit einem Handarbeitsplatz 1.
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Die Roboterfahrzeuge 10 sind ausgebildet, dem Werker 2 Werkstücke 3, Zuführteile 6 und/oder Werkzeuge 7 bereitzustellen. Dazu fährt beispielsweise ein Roboterfahrzeug 10 in das Lager, greift das benötigte Werkstück 3, Zuführteil 6 und/oder Werkzeug 7 und bringt es auf der Straßenanordnung 9 zu der Arbeitsfläche 4 und damit zu dem Werker 2. Das Roboterfahrzeug 10 fährt dazu von dem Lager über die Straßenanordnung 9 auf die Arbeitsfläche 4 und übergibt das Werkstück 3, das Zuführteil 6 und/oder das Werkzeug 7 an das Übergabenest 8. Hierzu sind drei Fahrwege eines Roboterfahrzeuges eingezeichnet, der Werkstückfahrweg W, der Zulieferteil eins Fahrweg Z1 und der Zulieferteil zwei Fahrweg Z2. Der Werker 2 nimmt sich das Werkstück 3, das Zulieferteil eins, das Zulieferteil zwei und bearbeitet und/oder prüft es in einem oder mehreren Bearbeitungs- und/oder Prüfschritten. Nach erfolgter Bearbeitung und/oder Prüfung des Werkstückes 3 legt der Werker 2 das Werkstück 3 in das Übergabenest 8, wobei sich ein Roboterfahrzeug 10 das bearbeitete Werkstück 3 aus dem Übergabenest 8 nimmt und auf einem Werkstückabtransportweg W´ abtransportiert.
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2 zeigt eine Seitenansicht des Handarbeitsplatzes 1 aus 1. Auf der Straßenanordnung 9 und der Arbeitsfläche 4 sind Roboterfahrzeuge 10 frei beweglich. Die Roboterfahrzeuge 10 weisen Handhabungsmittel 11 auf, wobei die Handhabungsmittel 11 hier als Greifer ausgebildet sind. Die Roboterfahrzeuge 10 nehmen ein Werkstück 3 und/oder Zuführteil 6 von einem Lager, transportieren dieses entlang der Straßenanordnung 9 auf die Arbeitsfläche 4 und legen das Werkstück 3 und/oder das Zuführteil 6 beziehungsweise ein Werkzeug 7 in den Übergabenestern 8 ab. Ein Werker 2 nimmt die Zuführteile 7 und/oder das Werkstück 3 aus den Übergabenestern 8 und bearbeitet dieses mit einem Werkszeug 7, welches beispielsweise als eine Bohrstation oder als eine Prüfstation ausgebildet ist.
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Die Arbeitsfläche 4 ist auf einem Grundgestell 5 angeordnet, wobei die Arbeitshöhe HA der Arbeitsfläche so eingestellt ist, dass Arbeitsfläche 4 und Straßenanordnung 9 in einer Ebene liegen. Alternativ kann die Straßenanordnung 9 in einer versetzten Ebene, insbesondere einer niedrigeren Ebene, zur Arbeitsfläche 4 liegen, so dass das Roboterfahrzeug 10 ein Werkstück 3, ein Zulieferteil 6 oder ein Werkzeug 7 bei Annäherung an die Arbeitsfläche 4 auf der Arbeitsfläche 4 ablegen kann.
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Der Handarbeitsplatz 1 umfasst ferner eine Anzeigeeinheit 12 mit einem Bedienfeld, wobei die Anzeigeeinheit 12 so angeordnet ist, dass der Werker 2 bei der Nutzung des Handarbeitsplatzes 1 die Anzeigeeinheit 12 im Sichtfeld hat. Die Anzeigeeinheit 12 ist ausgebildet, dem Werker 2 die durchzuführenden Prozess- und/oder Prüfschritte anzuzeigen. Die Anzeigeeinheit 12 umfasst eine Funkschnittstelle 13, wobei die Funkschnittstelle 13 ausgebildet ist, mit den Roboterfahrzeugen 10, welche insbesondere auch eine Funkschnittstelle 13 aufweisen, zu kommunizieren. Ein Roboterfahrzeug 10 kann der Anzeigeeinheit 12 beispielsweise mitteilen, welches Werkstück 3 an das Übergabenest 8 übergeben wurde und welche Arbeits- beziehungsweise Prüfschritte der Werker 2 durchzuführen hat. Über das Bedienfeld der Anzeigeeinheit 12 kann der Werker 2 beispielsweise einen ausgeführten und/oder abgeschlossenen Prozess einem Roboterfahrzeug 10 mitteilen, sodass ein Roboterfahrzeug 10 das bearbeitete Werkstück 3 aus einem Prozessnest 8 abholt und weiter transportiert.
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Der Handarbeitsplatz 1 umfasst eine zentrale Steuerung 14, wobei die zentrale Steuerung 14 eine Funkschnittstelle 13 aufweist. Die zentrale Steuerung 14 ist beispielsweise als eine Rechnereinheit ausgebildet und kann den Gesamtablauf und/oder die Roboterfahrzeuge 10 steuern. Insbesondere ist die zentrale Steuereinheit 14 ausgebildet, die Logistik, den Verkehrsfluss der Roboterfahrzeuge 10, die Prozesse und/oder die Anzeigeeinheit 12 zu steuern. Die zentrale Steuereinheit 14 mit der Funkschnittstelle 13 ist insbesondere ausgebildet, mit den Roboterfahrzeugen 10 und der Anzeigeeinheit 12 zu kommunizieren.
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3 zeigt eine Seitenansicht des Handarbeitsplatzes 1 aus 1 und die Anbringung der Straßenanordnung 9 an die Arbeitsfläche 4. Die Straßenanordnung 9 ist dabei direkt an die Arbeitsfläche 4 in einer Ebene angrenzend angeordnet. Die Straßenanordnung 9 ist mit einem Befestigungselement 15 an dem Gestell 5 des Handarbeitsplatzes 1 angebracht. Insbesondere ist das Befestigungselement 5 als ein Winkelblech, als ein Schwerlastwinkel oder eine Stegkonsole ausgebildet. Alternativ zu dieser Ausgestaltung kann die Straßenanordnung 9 auch auf einem eigenen Stativ und/oder auf Ständern direkt auf den Boden angeordnet sein.
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4 zeigt eine Detailansicht der Arbeitsfläche 4 und Straßenanordnung 9 mit optischen Markierungen 16. Die optischen Markierungen 16 umfassen Informationen zu ihrer Position innerhalb des Handarbeitsplatzes 1. Besonders bevorzugt ist die Ausgestaltung, bei der die optischen Markierungen 16 als ein Dot-Code ausgebildet sind. Das Roboterfahrzeug 10 umfasst eine optische Sensoreinheit 17, welche ausgebildet ist, die optischen Markierungen 16 als Markierungsdaten zu erfassen. Die optische Sensoreinheit 17 umfasst eine Aufnahmerichtung 18, wobei die Aufnahmerichtung 18 auf den Boden der Fabrikhalle und/oder Straßenanordnung 9 und damit auf die optischen Markierungen 16 gerichtet ist. Insbesondere steht die Aufnahmerichtung 18 senkrecht auf der Fahrbahnanordnung 9.
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Das Roboterfahrzeug 10 umfasst optional einen Inertialsensor 19, der ausgebildet ist, eine Bewegung des Roboterfahrzeugs 10 in bis zu sechs Dimensionen zu detektieren. Der Inertialsensor 19 ist ausgebildet, dem Roboterfahrzeug 10 Ersatzpositionsdaten bereitzustellen, für den Fall, dass die optische Sensoreinheit 17 keine validen Informationen aus den optischen Markierungen 16 gewinnen kann. Das Roboterfahrzeug 10 umfasst eine Auswerteeinheit 20, die ausgebildet ist, auf Basis der Markierungsdaten die Position und/oder die Lage des Roboterfahrzeugs 10 in bis zu sechs Dimensionen zu bestimmen. Ferner ist die Auswerteeinheit 20 ausgestaltet, die Ersatzpositionsdaten des Inertialsensors 19 zur Position und/oder Lage zur verwenden, für den Fall von verdeckten optischen Markierungen 17 oder für den Fall, dass in dem jeweiligen Abschnitt der Arbeitsfläche 4 und/oder Straßenanordnung 9 keine optischen Markierungen 17 angeordnet sind.
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Das Roboterfahrzeug 10 umfasst eine Radkinematik, welche das Roboterfahrzeug 10 über die Straßenanordnung 9 und/oder Arbeitsfläche des Handarbeitsplatzes 1 bewegbar macht. Statt Rädern können die Roboterfahrzeuge 10 als Radkinematik ebenso Kugeln oder Gleitelemente umfassen. Bei der Verwendung von radgebundenen Radkinematiken können ferner odometrische Sensoren eingebaut sein. In einer Weiterentwicklung der Erfindung können statt Rad- oder Kugelfortbewegungen auch Schreitkinematiken eines Roboterfahrzeuges 10 eingesetzt werden.
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Das Roboterfahrzeug 10 umfasst ein Handhabungsmittel 11, wobei das Handhabungsmittel 11 ausgebildet ist, das Werkstück 3 aufzunehmen, umzusetzen oder umzuorientieren. Alternativ und/oder ergänzend kann das Handhabungsmittel 11 auch ausgebildet sein, das Werkstück 3 zu bearbeiten wie beispielsweise zu bohren, zu feilen oder zu prüfen. Das Handhabungsmittel 11 ist auf einem Verbindungselement 21 des Roboterfahrzeuges 10 angeordnet. Das Verbindungselement 21 ist insbesondere drehbar um 360 Grad und höhenverstellbar, sodass jede beliebige Position innerhalb der Arbeitsfläche 4 und/oder des Handarbeitsplatzes 1 von dem Handhabungsmittel 1 zum Ablegen und/oder Aufnehmen des Werkstückes 3 erreichbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012011412 A1 [0003]
