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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Roboters zwecks Überprüfung seiner Arbeitsumgebung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Mit dem Gegenstand der
DE 36 44 017 A1 ist ein System zur Überprüfung der Genauigkeit programmierter Bewegungen eines Roboters beschrieben, bei welchen eine räumlich feste Matrix von auf Bewegungsbahnen des Roboterwerkzeugs liegenden Kontrollpunkten durch sich kreuzende Strahlen gebildet wird und mit Hilfe entsprechender Sensorsignale das Eintreffen des Werkzeugs an den einzelnen Kontrollpunkten und die Robotergeschwindigkeiten durch Geschwindigkeitsaufnehmer festgestellt und durch Aufzeichnen des Verlaufs der Sensorausgangs- und der Geschwindigkeitssignale ein zeitliches Protokoll erstellt wird.
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Durch Vergleich dieser Ist-Protokolle mit einem nach der ursprünglichen Einstellung des Roboters aufgenommenen authentischen Soll-Protokolls lassen sich Abweichungen der tatsächlichen Werkzeugbewegungen von der programmierten Werkzeugbewegung feststellen.
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Nachteil dieses Verfahrens ist, dass das Zusammenwirken des Roboters mit seinen Werkzeugen überprüft wird, dass aber daraus nicht zu entnehmen ist, dass der Roboter seine eigene Arbeitsumgebung und die in der Arbeitsumgebung vorhandenen Teilnehmer überprüft, mit denen er interagiert.
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Mit dem Gegenstand der
DE 10 2013 109 823 A1 ist ein weiteres System zur Überwachung und Analyse von im Zusammenhang mit Robotern stehenden Informationen und deren Darstellung auf einem Smart-Gerät bekannt geworden.
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Das Roboterüberwachungssystem umfasst mindestens einen Roboter im lokalen Informationsaustausch mit mindestens einer Robotersteuerung. Die Robotersteuerung besitzt lokale Verarbeitungsleistung zum Überwachen, Einholen und Analysieren von Daten, die auf dem mindestens einen Roboter bezogen sind. Die Ergebnisse einer Datenanalyse werden zu einer Mitteilungsdatei formatiert, die an ein Speichersystem übertragen wird. Die Mitteilungsdatei kann dann durch ein Smart-Gerät mit einer darauf laufenden Software zum Anzeigen der Ergebnisse der Datenanalyse abgerufen werden.
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Auch hier besteht der Nachteil, dass die Interaktion des Roboters mit der ihm zugeordneten Arbeitsumgebung nicht überprüft wird, sondern lediglich die Robotersteuerung selbst.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Roboters nach dem Gegenstand der
DE 10 2013 109 823 A1 so weiterzubilden, dass der Roboter die Teilnehmer seiner Arbeitsumgebung überprüfen kann.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
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Ein Roboter, im Sinne der vorliegenden Erfindung, entspricht einem Knickarmroboter, wie er beispielhaft in der gattungsbildenden
DE 10 2013 109 823 A1 beschrieben ist.
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Aus dem Blickwinkel eines Herstellers von Robotern der eingangs genannten Art besteht das Problem, dass ein solcher Roboter stets in einer ihm zugeordneten Arbeitsumgebung mit anderen Teilnehmern agieren soll.
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Eine solche Arbeitsumgebung mit einem Teilnehmer ist z. B. eine Spritzgussmaschine, aus welcher der Roboter die gespritzten Rohlinge herausnehmen soll, auf ein Sortierband überbringen und beispielsweise etikettieren oder weiterverarbeiten soll.
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Ausgehend von dieser Problemstellung hat der Hersteller eines solchen Robotersystems, das in einer bestimmten Arbeitsumgebung mit anderen Teilnehmern agieren soll, das Problem, dass das Steuerungsprogramm des Roboters sowie alle Funktionen des Roboters in Verbindung mit den Teilnehmern seiner Arbeitsumgebung vorgegeben werden müssen.
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So ist es bisher erforderlich gewesen, wenn beispielsweise ein Roboter mit den in seiner Arbeitsumgebung angeordneten Maschinen an einem weit entfernten Ort eingesetzt werden musste, dass alle Geräte, Systeme und Steuerungen samt dem Roboter selbst an den entfernten Ort verbracht werden müssten und im Zuge einer relativ komplizierten Montageanleitung aufgebaut und eingerichtet werden müssten. Dazu bedurfte es eines vom Roboterhersteller entsandten Maschineneinrichters, der die gesamte Anlage zusammen baut, einrichtet, überprüft und in Gang setzt.
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Nachteil des bisher bekannten Verfahrens ist also, dass nicht nur der Roboter selbst mit seinen Einzelteilen an den Ort des Einsatzes verbracht werden muss, sondern darüber hinaus noch alle Geräte und Systeme, mit denen der Roboter interagieren soll.
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Dies erforderte einen hohen Transportaufwand, einen hohen Steuerungsaufwand und den Einsatz von Monteuren, die über viele tausend Kilometer an einem entfernten Ort die komplette Arbeitsumgebung des Roboters mit dem Roboter selbst zusammenbauen mussten.
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Hier setzt die Erfindung ein, die erfindungsgemäß vorsieht, dass nun nicht mehr eine Arbeitsumgebung eines Roboters dadurch hergestellt wird, dass sämtliche Teile an den Ort des Einsatzes verbracht werden, sondern es wird sozusagen nur noch eine Bauanleitung an den Ort der Montage verbracht, und der lokale Einrichter der Anlage erhält aus dieser Bauanleitung nur die Anweisung, bestimmte Elemente des Roboters, wie z. B. ein Sortierband, eine Waage, eine Fertigungsmaschine, eine Auswurfkiste und dergleichen selbst zu beschaffen. Es kann sich dabei um Standardmaschinen handeln, die am Ort der Montage leicht zu beschaffen sind.
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Es kommt also nicht mehr auf die Versendung von Maschinenteilen über große Entfernungen an, sondern der Errichter der Anlage erhält nur einen Bauplan mit der Anweisung, bestimmte Maschinen selbst zu beschaffen und an den Ort des Einsatzes des Roboters zu verbringen.
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Damit kann der Transport wesentlich vereinfacht werden, denn es wird keine Hardware mehr verschickt, sondern lediglich ein Bauplan mit einer Anweisung, bestimmte Maschinen eines bestimmten Standards mit bestimmten elektrischen Steuerungen und Regelungsvorrichtungen zu beschaffen und am Einsatzort aufzustellen. Im Ergebnis werden deshalb vom Roboter-Hersteller nur ein Bauplan und eine Aufbauanleitung verschickt, weil die Verschickung von aufwendigen und speziell angepassten Maschinenteilen entfallen kann. Darüber wird vom Roboter-Hersteller dem lokalen Maschinen-Einrichter lediglich der Zugang zu einer aus dem Internet ladbaren APP (application program) ermöglicht, welche das Steuerungsprogramm des Roboters und das Prüfprogramm zur Überprüfung der Teilnehmer seiner Arbeitsumgebung nach erfolgter Installation enthält. Der Maschineneinrichter zahlt dann lediglich eine Lizenz an den Roboterhersteller als Entgelt für die Benutzung der APP, des Steuerungs- und Prüfungsprogramms.
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Die Erfindung bezieht sich darauf, dass aufgrund dieser Einsparmaßnahme, nämlich der Vermeidung der Versendung von Geräteteilen über weite Entfernungen, nunmehr vorgesehen ist, dass der Roboter nach der bauplanmäßigen Einrichtung seiner Arbeitsumgebung in der Lage ist, die Vollständigkeit, die Funktion und den Ablauf der Geräteteilnehmer in seiner Arbeitsumgebung selbst zu überprüfen.
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Der Roboter ist somit erfindungsgemäß nicht nur eine ausführende Maschine, die bestimmte Arbeitsvorgänge ausführt, sondern ist gleichzeitig auch ein Prüfroboter, der vor erstmaliger Inbetriebnahme alle Geräte seiner Arbeitsumgebung darauf hin überprüft, ob alle Geräte an einem bestimmten geometrischen Ort in der Arbeitsumgebung vorhanden sind (Anwesenheits- und Ortsprüfung) und ferner, ob sich diese Geräte aufgrund ihrer elektrischen Identifikation und digitalen Arbeitsprogramme als tauglich für die Arbeitsumgebung des Roboters identifizieren können (Eignungsprüfung). Er überprüft ferner, ob die Gesamtheit aller Geräte mit den den Geräten zugeordneten Identifizierungscodes und mit den dazugehörenden Steuerungsprogrammen geeignet sind, mit der Robotersteuerung zusammenzuarbeiten (Kompatibilitätsprüfung).
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Der Roboter nach der Erfindung ist sozusagen eine Überprüfungsinstanz und hat eine Kontrollfunktion, indem er selbsttätig die Geräte seiner Arbeitsumgebung überprüft und einrichtet.
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Hierzu sind die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgesehen.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.
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Die Erfindung ist nicht auf eine funkgesteuerte Abfrage der räumlich in der Arbeitsumgebung des Roboters verteilt angeordneten Teilnehmer beschränkt.
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Statt einer funkgesteuerten Abfrage aller Teilnehmer kann auch eine leitungsgebundene Abfrage erfolgen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Roboter als mehrachsiger Knickarm-Roboter ausgebildet.
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Nach einem Vorrichtungsmerkmal hat der Roboter nicht nur ein Werkzeug, mit dem er an sich bekannter Weise seine Arbeiten gemäß einem Steuerungsprogramm ausführt, sondern er verwendet auch noch zusätzlich einen Prüfkopf, der ihn in die Lage versetzt, alle Teilnehmer seiner Roboterumgebung abzufragen und zu überprüfen.
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Unter dieser Abfrage wird sowohl die räumliche Anordnung der Teilnehmer und deren Zuordnung zum Roboter abgefragt (Anwsenheits- und Ortsprüfung) als auch deren Steuerungsprogramme (Eignungsprüfung), deren ID-Code und sonstige Merkmale, die notwendig sind, um alle Teilnehmer in der Roboter-Arbeitsumgebung zu integrieren (Kompatibilitätsprüfung).
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Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
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Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
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Es zeigen:
- 1: schematisiert dargestellt das Beispiel einer Roboterumgebung mit zwei verschiedenen Robotern
- 2: schematisiert die Darstellung der Abfrage eines Roboters bezüglich der räumlich verteilt angeordneten Teilnehmer
- 3: ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren
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In 1 ist die typische Arbeitsumgebung von zwei verschiedenen Robotern 1, 10 dargestellt, wobei jeder der dargestellten Roboter als Knickarm-Roboter ausgebildet ist.
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Im linken Beispiel der 1 ist der Roboter 1 auf einen Ständer 2 angeordnet, und sein Roboterarm 3 ist an seinem freien Ende mit einem geeigneten Werkzeug ausgerüstet, welches in einer Auswerferzelle 5 der Spritzgussmaschine 4 die dort hergestellten Rohlinge entnimmt, überprüft und beispielsweise auf eine Messvorrichtung 7 überträgt.
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Die Messvorrichtung 7 hat eine Identitätskennzeichnung 15 und ist im Arbeitsbereich des Roboterarmes 3 angeordnet, was bedeutet, dass der Roboterarm 3 diese Messvorrichtung 7 erreichen kann und kontaktgebunden abfragen kann. Anstatt einer kontaktgebundenen Abfrage kann auch eine funkgestützte Abfrage erfolgen, wobei der abzufragende Teilnehmer auch außerhalb der Reichweite des Roboterarms 3 liegen kann.
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Ferner sind in der Roboterumgebung 6 (=Reichweite) des Roboterarms 3 noch weitere Teilnehmer angeordnet, wie z. B. ein Lagermagazin 8 und ein Sortiertablett 9.
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Alle genannten Teilnehmer sind mit einer eigenen Identitätskennzeichnung 15 und einem zugeordneten Maschinenprogramm (BIOS) ausgerüstet, wozu auch ein Transportband 11 gehört.
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Erfindungsgemäß soll nun die Einrichtung dieser Teilnehmer 7, 8, 9, 11 in der Roboterumgebung 6 dadurch erfolgen, dass ein erster Prüflauf stattfindet und am freien Ende des Roboterarmes 3 ein geeigneter Prüfkopf 17 angeordnet ist, der in der Lage ist, aufgrund eines eigenständigen Steuerungsprogramms des Roboters 1 nunmehr an sämtliche Teilnehmer 7, 8, 9, 11 herangefahren zu werden und dort die Identitätskennzeichnungen 15 und ein möglicherweise dort ebenfalls gespeichertes Steuerungsprogramm abzufragen und gegebenenfalls in die Robotersteuerung einzulesen.
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Es wird nun aus den eingelesenen Daten ein Einrichtungsprogramm geschaffen, das Auskunft darüber gibt, ob alle Teilnehmer 5, 7, 8, 9, 11 an der richtigen geometrischen Stelle in der Roboterumgebung 6 angeordnet sind. Kommt es zu Abweichungen in der räumlichen Anordnung, erfolgt eine Fehlermeldung und der jeweilige Teilnehmer 5, 7,8, 9, 11 muss in seiner geometrischen Lage in Beziehung zum Roboterarm 3 verändert werden.
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Ferner fragt der Roboterarm 3 die Teilnehmer 5, 7, 8, 9, 11 bezüglich ihrer individuell gespeicherten Steuerungsprogramme ab, um festzustellen, ob sie für die Zusammenarbeit mit dem Roboter-Steuerungsprogramm geeignet sind oder nicht.
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Es wird neben der ID die Kompatibilität mit dem Robotersteuerungsprogramm abgefragt, um sicherzustellen, ob das im jeweiligen Teilnehmer abgespeicherte Arbeits- und Verfahrensprogramm mit dem Steuerungsprogramm des Roboter 1 kompatibel ist und er mit allen Teilnehmern interagieren kann.
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In 1 ist auf der rechten Seite noch eine weitere Arbeitsumgebung mit einem Roboter 10 dargestellt, der beispielsweise mit einer Fertigungsmaschine 12 arbeitet. Die weiteren Teilnehmer seiner Arbeitsumgebung 6 sind beispielsweise das Transportband 13 und eine Auswurfkiste 14. Ebenso kann er das Vorhandensein und die ID einer Schutzwand 16 überprüfen.
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Auch hier ist jedem Teilnehmer 13, 14, 16 seiner Roboterumgebung 6 eine ID 15 zugeordnet und gegebenenfalls kann der Roboterarm 3 mit dem daran angeordneten Prüfkopf 17 nicht nur die ID auslesen, sondern jeweils auch das dem Teilnehmer zugeordnete Steuerungsprogramm und anderer Verfahrensparameter, die dann in die Robotersteuerung eingelesen werden, um dem Roboter eine Interaktion aller Teilnehmer 12, 13, 14, 16 mit seiner Arbeitsumgebung zu ermöglichen.
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Wichtig bei der 1 ist demnach, dass die Teilnehmer des Roboters 1 nicht mehr über große Entfernungen vom Roboterhersteller an den Ort der Montage verbracht werden müssen, sondern dass der Einrichter selbst, der den Roboter 10 in seiner Arbeitsumgebung 6 einsetzen will, nunmehr selbständig die genannten Teilnehmer 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 16 beschaffen kann und der Roboter 1, 10 einen Einrichtungslauf dergestalt durchführt, dass er alle Teilnehmer 4, 5, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 16 seiner Arbeitsumgebung abfragt, die Steuerungsdaten einliest und überprüft, ob sie geometrisch an der richtigen Stelle angeordnet sind und für die Zusammenarbeit mit dem Robotersteuerungsprogramm geeignet sind.
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So zeigt die 2 beispielhaft den Prüflauf, wo erkennbar ist, dass der Roboterarm - in seiner Ausbildung als Knickarm 18 - in den Pfeilrichtungen 20 bewegbar ist und am freien Ende ein Prüfkopf 17 angeordnet ist, der nun bei einem Prüflauf des Roboters 1, 10 in den Pfeilrichtungen 20, 21 in der Lage ist, sämtliche Identitätskennzeichnungen 15 aller Teilnehmer 19a, b, c, d abzufragen und deren Steuerungsprogramme in sein eigenes Steuerungsprogramm einzulesen. Die Abfrage kann - wie oben stehend dargelegt kontaktgebunden oder kontaktlos erfolgen.
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Es erfolgt dann eine Kompatibilitätsprüfung dergestalt, dass im Robotersteuerungsprogramm überprüft wird, ob der jeweilige Teilnehmer 19 am richtigen geometrischen Ort angeordnet ist und ob sein Steuerungsprogramm in der Lage ist, mit dem Steuerungsprogramm des Roboters zusammenzuarbeiten und zu interagieren.
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Hier zeigt die 3 einen beispielhaften Ablauf eines Prüfprogramms, wo bei Position 29 zunächst der Prüflauf beginnt und der Roboter 1, 10 eingeschaltet wird. Der Prüfkopf wird initialisiert und bei Position 22 wird eine Prüffahrt durchgeführt, wie dies anhand der 2 beschrieben wurde.
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Es wird beispielhaft bei Position 25a geprüft, ob der Teilnehmer 19a geometrisch an seinem richtigen Ort montiert wurde und ob seine Prüfroutine bei Position 23 geeignet ist, mit dem Steuerungsprogramm des Roboters 1, 10 zusammenzuarbeiten.
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Bei Position 24 wird eine Entscheidung über die Kompatibilität und die richtige Montage des Teilnehmers 19a getroffen.
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Sind alle Anforderungen erfüllt, kommt es bei Position 25b zur Überprüfung des Teilnehmers 19b mit den gleichen Schritten.
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Auf diese Weise werden alle Teilnehmer 19a, b, c, d geprüft, und bei Position 26 erfolgt dann eine Feststellung, ob alle Teilnehmer für die Interaktion mit dem Roboter und seiner Steuerung geeignet und vorgesehen sind.
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Erst wenn bei Position 27 ein Gutbefund vorhanden ist, wird bei Position 28 der Arbeitsbeginn des Roboters 1, 10 eingeleitet und dieser kann nunmehr steuerungsfrei mit den Teilnehmern seiner Arbeitsumgebung interagieren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboter
- 2
- Ständer
- 3
- Roboterarm
- 4
- Spritzgießmaschine
- 5
- Auswerferzelle
- 6
- Roboterumgebung
- 7
- Messvorrichtung
- 8
- Lagermagazin
- 9
- Sortiertablett
- 10
- Roboter
- 11
- Transportband
- 12
- Fertigungsmaschine
- 13
- Transportband
- 14
- Auswurfkiste
- 15
- Identitätskennzeichnung
- 16
- Schutzwand
- 17
- Prüfkopf
- 18
- Knickarm
- 19
- Teilnehmer a, b, c, d
- 20
- Pfeilrichtung
- 21
- Pfeilrichtung
- 22
- Position
- 23
- Position
- 24
- Position
- 25
- Position
- 26
- Position
- 27
- Position
- 28
- Position
- 29
- Position
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3644017 A1 [0002]
- DE 102013109823 A1 [0005, 0008, 0010]
