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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fertigungssystem und Verfahren zum Betreiben eines Fertigungssystems.
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In einer Serien- oder Fließfertigung werden üblicherweise Objekte oder Werkstücke, wie beispielsweise Fahrzeugkarosserien, sukzessive durch einzelne Bearbeitungsstationen transportiert. Die Objekte werden dabei häufig einzeln, meistens kontinuierlich, von einem Arbeitssystem zum nächsten gefördert. So werden insbesondere beim Fahrzeugbau Fahrzeugkarosserien durch eine Vielzahl von Bearbeitungsstationen transportiert, in denen verschiedene Prozesse, wie beispielsweise Schweißprozesse, durchgeführt werden. Unter dem Begriff der Fließfertigung bzw. Fließfertigung fällt im Sinne der vorliegenden Erfindung auch die sogenannte Taktfertigung.
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Häufig sollen Werkstücke oder Objekte im Fließbetrieb, also während des Transports, bearbeitet werden. Wenn das zu bearbeitende Objekt entlang eines feststehenden Gelenkarmroboters bewegt wird, kann dieses Objekt im Fließbetrieb nur kurz durch den Gelenkarmroboter bearbeitet werden, da der Gelenkarmroboter üblicherweise einen begrenzten Arbeitsraum hat und das zu bearbeitende Objekt folglich nur kurz in dessen Reichweite bleibt. Beim Fahrzeugbau werden die Fahrzeugkarosserien häufig in Hängevorrichtungen, sogenannten C-Gehängen, hängend oder auf Aufnahmen, sogenannten Skids, durch die Fertigung oder Montage gefördert.
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Aus einem weiteren betriebsinternen Verfahren ist bekannt, einen Gelenkarmroboter mittels einer Linearachse entlang der Fließfertigung mitzufahren. Jedoch ist ein solches Mitfahren durch eine Linearachse sehr aufwendig zu regeln, und ferner auch störanfällig. Außerdem wird eine zusätzliche externe Energiequelle, wie beispielsweise ein Elektromotor, benötigt, um den Gelenkarmroboter im Fließbetrieb mit dem zu bearbeitenden Objekt mitzubewegen.
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Es ist bekannt mittels Sensorik, wie etwa mittels mechanischen Sensoren, Ultraschallsensoren oder optischen Sensoren, ein sogenanntes Tracking des Objekts durchzuführen. Dieses ist jedoch störungsanfällig, da beispielsweise die Ultraschallsensoren oder optischen Sensoren durch äußere Einflüsse gestört werden können (wie etwa durch Schwingungen oder Helligkeitswerte).
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Aspekte der Erfindung
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Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes mechanisches System zum Bearbeiten eines Objekts während dessen Transports bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bewegung eines Gelenkarmroboters im Fließbetrieb zu ermöglichen, welche möglichst positioniert gegenüber dem Objekt bzw. Werkstück ist.
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Diese und weitere Aufgaben, welche beim Lesen der folgenden Beschreibung ersichtlich werden, werden mit einem Fertigungs-System nach Anspruch 1 und einem Verfahren zum Betreiben eines Fertigungssystems nach Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fertigungssystem zur automatischen Bearbeitung wenigstens eines Objekts während eines Transports des Objekts, insbesondere in einer Fließfertigung, mittels zumindest einer aufgewiesenen ersten Transportvorrichtung. Weiterhin ist wenigstens einen mehrachsigen Gelenkarmroboter aufgewiesen. Ebenso ist eine zweite Transportvorrichtung, welche als umlaufend Hängebahn, bevorzugt Schienenhängebahn, ausgebildet ist aufgewiesen, wobei die zweite Transportvorrichtung wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung zum Aufnehmen und Transportieren von dem wenigstens einen mehrachsigen Gelenkarmroboter aufweist. Des Weiteren weist das Fertigungssystem eine lösbare Kopplungsvorrichtung zum Koppeln bzw. Befestigen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung an der ersten Transportvorrichtung, wobei die Gelenkarmroboterhängevorrichtung einer Bewegung der ersten Transportvorrichtung folgt, wenn die Gelenkarmroboterhängevorrichtung (21) und die erste Transportvorrichtung (10) mittels der lösbaren Kopplungsvorrichtung gekoppelt und/oder befestigt sind, auf.
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Hierbei ist unter „während eines Transports des Objekts“ jegliche (Relativ-)Bewegung des Objekts gegenüber dem Untergrund bzw. Hintergrund zu verstehen, insbesondere eine Bewegung des Objekts gegenüber dem Untergrund auf dem das Objekt bzw. eine Halte-/Transportvorrichtung oder die erste Transportvorrichtung des Objekts angeordnet ist. Somit soll vorzugsweise ein Fertigungssystem bereitgestellt werden, mit welchem das Objekt bearbeitbar ist, während dieses, beispielsweise in der Fließfertigung, transportiert bzw. gefördert wird.
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Durch das Koppeln und/oder Befestigen wird ein ortsfester Bezug des Objekts zum Gelenkarmroboter geschaffen. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch eine Synchronisation der Gelenkarmroboterbewegung (zumindest der Basis des Gelenkarmroboters) und des Objekts geschaffen wird. Vorteilhaft werden somit Geschwindigkeitsschwankungen ausgeglichen und auch im Falle eines Notaus erfolgt ein Brems- und Beschleunigungsvorgang synchronisiert.
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Insbesondere vorzugsweise eignet sich das Fertigungssystem für den Fahrzeugbau. Der Fachmann versteht dabei, dass das Fertigungssystem der vorliegenden Erfindung entsprechend dem jeweiligen Einsatz unterschiedliche Arbeitsstationen umfassen kann.
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Die erste Transportvorrichtung transportiert das wenigstens eine Objekt vorzugsweise entlang einer ersten Transportrichtung bzw. eines ersten Transportwegs des Fertigungssystems. Die erste Transportrichtung ist bevorzugt im Wesentlichen parallel, bevorzugt parallel zu einer Transport-/Förderrichtung des vorzugsweise zu bearbeitenden Objekts, bevorzugt im Wesentlichen parallel, bevorzugt parallel zu einer Fließrichtung der Fließfertigung. Der Fachmann versteht dabei, dass üblicherweise ein Objekt oder Werkstück mittels der ersten Transportvorrichtung durch verschiedene Arbeitsstationen einer Fließfertigung transportiert werden kann. So kann, beispielsweise im Fahrzeugbau, die Transportvorrichtung ein C-Gehänge zum Halten und Transportieren des Objekts, bspw. einer Fahrzeugkarosserie, umfassen. Im Wesentlichen parallel soll bedeuten, dass eine geringfügige Abweichung einer vollständigen Parallelität vorliegen kann. Diese Abweichung liegt im Bereich von 0°-10°, bevorzugt 0°-5°, besonders bevorzugt ist diese kleiner als 2°.
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Die zweite Transportvorrichtung, welche als umlaufende Hängebahn ausgebildet ist, transportiert die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung entlang einer zweiten Transportrichtung bzw. eines zweiten Transportweges. Dabei bildet die erste Transportvorrichtung bzw. Hängebahn bevorzugt einen im Wesentlichen geschlossenen, bevorzugt geschlossenen Umlauf, wobei vorteilhafterweise ein Einschleusen und Ausschleusen durch entsprechende Mittel, bevorzugt Weichen ermöglicht ist. Demnach können die von der zweiten Transportvorrichtung transportierten Gelenkarmroboterhängevorrichtung in einem Kreislauf transportiert werden und somit bildet die zweite Transportvorrichtung bevorzugt einen Kreislauf aus. Bevorzugt können die Gelenkarmroboterhängevorrichtung in den Kreislauf eingeschleust oder aus diesem ausgeschleust werden. Bevorzugt ist hierzu wenigstens eine entsprechende Übergangsbereich, insbesondere in der Ausgestaltung einer Weiche, vorgesehen. Durch die Ausbildung als im Wesentlichen geschlossene umlaufende bzw. umlaufende Hängebahn müssen die Gelenkarmroboter nicht in oder durch einen Bearbeitungsbereich rücktransportiert werden, sondern können außerhalb rücktransportiert werden und weiterhin vorteilhaft entsteht hierdurch ein Kreislauf, sodass die Nutzung der Gelenkarmroboter optimiert ist.
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Bevorzugt ist die Gelenkarmroboterhängevorrichtung als C-Gehänge ausgebildet. Die Gelenkarmroboterhängevorrichtung nimmt den wenigstens einen Gelenkarmroboter bevorzugt mechanisch auf, stellt diesen somit bereit und ermöglicht dessen Transport entlang der zweiten Transportrichtung bzw. des zweiten Transportweges. Der wenigstens eine Gelenkarmroboter ist bevorzugt fest mit der Gelenkarmroboterhängevorrichtung verbunden, bevorzugt verschraubt und/oder verklemmt. Die Gelenkarmroboterhängevorrichtung kann bevorzugt auch als aktuierte Hebevorrichtung, Seilzug und/oder Balancer ausgestaltet sein, die weiterhin mit dem C-Gehänge kombiniert werden können. Somit kann die Gelenkarmroboterhängevorrichtung auch ein aktuiertes C-Gehänge ausgestaltet sein. Insbesondere kann die Gelenkarmroboterhängevorrichtung hierzu wenigstens ein Gelenk oder wenigstens eine Kinematik aufweisen, die bevorzugt über Elektromotoren bewegbar und/oder akutierbar ist. Auch ist denkbar, dass die Gelenkarmroboterhängevorrichtung selbst als ein Gelenkarmroboter (oder in entsprechender Art ausgestaltet ist) und dieser nimmt wiederum den wenigstens einen Gelenkarmroboter auf. Hierdurch kann eine zusätzliche Bewegung für den wenigstens einen Gelenkarmroboter ermöglicht werden.
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Ferner umfasst das Fertigungssystem eine lösbare Kopplungsvorrichtung zm Koppeln bzw. Befestigen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung an der ersten Transportvorrichtung. Bevorzugt wird somit die Gelenkarmroboterhängevorrichtung über die lösbare Kopplungsvorrichtung mit der ersten Transportvorrichtung gekoppelt und/oder verbunden, sodass die Gelenkarmroboterhängevorrichtung der Bewegung der ersten Transportvorrichtung folgt, wenn diese gekoppelt, verbunden oder befestigt sind. Bevorzugt versteht man unter Koppeln, dass wenigstens eine Relativbewegung (bspw. translatorisch oder rotatorisch) synchronisiert bzw. identisch wird oder ist. Befestigung bedeutet, dass keine unterschiedliche translatorische und/oder rotatorische Relativbewegung ermöglicht ist. Vorteilhaft kann hierdurch eine Pendelbewegung der Hängevorrichtungen ausgeglichen werden bzw. erfolgt ein synchronisiertes Pendeln zwischen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung und der ersten Transportvorrichtung.
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Besonders bevorzugt stellt die lösbare Kopplungsvorrichtung eine mittelbare oder unmittelbare Befestigung, insbesondere Arretierung bzw. Koppelung der Gelenkarmroboterhängevorrichtung an der ersten Transportvorrichtung her, sodass in diesem Zustand die Gelenkarmroboterhängevorrichtung der ersten Transportrichtung des wenigstens einen Objekts folgt. Eine mittelbare Befestigung/Arretierung liegt vor, wenn die Arretierungsvorrichtung nicht direkt an der Fördervorrichtung gekoppelt/angreift/befestigt ist, sondern über weitere Elemente eine Befestigung herstellbar ist, beispielsweise könnte die Arretierungsvorrichtung am zu bearbeitenden Objekt selbst arretierbar/befestigbar sein. Auch ist denkbar, dass die Kopplung bzw. Befestigung mechanisch, elektrisch, magnetisch oder elektromagnetisch erfolgt und/oder erzeugt wird.
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Bevorzugt ist jedoch die Arretierungsvorrichtung unmittelbar an der Fördervorrichtung bzw. einem Element der Fördervorrichtung befestigt/arretiert. Somit kann die Gelenkarmroboterhängevorrichtung durch einen simplen mechanischen Kraftschluss mit dem transportierten, zu bearbeitenden Objekt zusammen bewegt werden, wobei sich der wenigstens eine Gelenkarmroboter auf/an der Gelenkarmroboterhängevorrichtung und das wenigstens eine Objekt vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit in dieselbe Richtung bewegen. Hierdurch kann vorteilhaft ein Antrieb der Gelenkarmroboterhängevorrichtung oder der ersten Transportvorrichtung deaktiviert werden, da die jeweils andere Vorrichtung den Transport übernehmen bzw. die andere Vorrichtung mitbewegen/-ziehen/-schieben kann.
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Somit wird ermöglicht, dass der mehrachsige Gelenkarmroboter durch die Transportvorrichtung parallel zu einer Fließrichtung der Fließfertigung bzw. der ersten Transportrichtung mitbewegt wird bzw. dass der Gelenkarmroboter parallel zum zu bearbeitenden Objekt mitbewegt wird/mitbewegbar ist, wobei insbesondere die Bewegungsrichtung des Gelenkarmroboters, hervorgerufen durch die Gelenkarmroboterhängevorrichtung, parallel zur Transport-/Förderrichtung des zu bearbeitenden Objekts bzw. dessen Fördervorrichtung ist, wenn die Gelenkarmroboterhängevorrichtung an die erste Transportvorrichtung mittels der Kopplungsvorrichtung mittelbar oder unmittelbar gekoppelt bzw. befestigt ist.
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Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Fertigungssystem eine Steuereinheit auf, welche unter anderem oder nur eingerichtet ist, den Gelenkarmroboter zu steuern. Weiter vorzugsweise kann die Kopplungsvorrichtung selbsttätig eine Befestigung/Kopplung/Arretierung bewirken, durch bevorzugt entsprechende Motoren oder anderweitige Mechanismen. Hierbei kann die Kopplungsvorrichtung eine eigene Steuerung aufweisen, oder über die Steuereinheit des Fertigungssystems ansteuerbar sein.
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Vorzugsweise umfasst die lösbare Kopplungsvorrichtung einen Riegel. Dieser Riegel erlaubt dabei vorzugsweise einen Kraftschluss zwischen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung und einem Element der Fließfertigung, welches sich mit der Fließfertigung mitbewegt, also beispielsweise mittels einer Fördervorrichtung der Fließfertigung mitbewegt wird. Dieses Element kann ein Teil der ersten Transportvorrichtung sein, oder auch ein Teil des zu bearbeitenden Objekts. Somit kann der Gelenkarmroboter durch einen simplen mechanischen Kraftschluss mit dem transportierten, zu bearbeitenden wenigstens einen Objekt zusammen bewegt werden, wobei sich der Gelenkarmroboter und das Objekt vorzugsweise mit der gleichen Geschwindigkeit in dieselbe Richtung bewegen.
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Vorzugsweise ist die erste Transportvorrichtung als Skid-Transportvorrichtung oder (alternativ) als Hängebahn, insbesondere als Schienenhängebahn, ausgebildet. Bevorzugt weist die erste Transporteinrichtung bewegte Auflagen oder Transportrahmen (Skids) zum Transport des wenigstens einen Objekts auf. Besonders bevorzugt weist die erste Transportvorrichtung wenigstens eine Linearachse, einen Gurtförderer und/oder Kettenförderer als insbesondere kontinuierliche Förderbahnen auf.
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Weiter vorzugsweise ist die zweite Transportvorrichtung derart ausgebildet und/oder eingerichtet, dass die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung in die erste Transportrichtung oder den ersten Transportweg der ersten Transportvorrichtung des wenigstens einen Objekts einschwenkbar ist. Bevorzugt wird somit in einem bestimmten Bereich oder über eine bestimmte Länge die Gelenkarmroboterhängevorrichtung über oder in den ersten Transportweg bzw. die erste Transportrichtung eingeschwenkt. Weiterhin bevorzugt wird somit nach dem bestimmten Bereich oder der bestimmten Länge die Gelenkarmroboterhängevorrichtung wieder aus dem ersten Transportweg bzw. der ersten Transportrichtung ausgeschwenkt.
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Weiterhin bevorzugt ist die erste Transportvorrichtung als Skid- Transportvorrichtung, aufweisend eine Lineartransportvorrichtung, ausgebildet und die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung wenigstens teilweise über das transportierten Objekte schwenkbar.
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Bei einem Einschwenken über den ersten Transportweg bzw. die erste Transportrichtung befindet sich bevorzugt die erste Transportvorrichtung unterhalb der zweiten Transportvorrichtung, insbesondere ist die erste Transportvorrichtung am Boden einer Halle und/oder Anlage angeordnet und die zweite Transportvorrichtung an einer Decke einer Halle und/oder Anlage oder aber die zweite Transportvorrichtungen weist Stützen und/oder Pfeiler auf, sodass die zweite Transportvorrichtung über der ersten Transportvorrichtung anordenbar ist. Hierdurch wird bevorzugt eine Parallelität der ersten und zweiten Transportrichtung in dem wenigstens einen bestimmten Bereich erzeugt. Unter einem teilweisen schwenken über das wenigstens eine Objekt ist bevorzugt zu verstehen, dass die Gelenkarmroboterhängevorrichtung in der Richtung der Erdanziehung wenigstens teilweise über dem Objekt angeordnet ist. Ein Versatz in positiver oder negativer Transportrichtung ist möglich, sodass sich die Gelenkarmroboterhängevorrichtung zwar über dem Objekt befinden, aber dennoch in Transportrichtung hinter bzw. vor dem Objekt versetzt angeordnet ist.
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Bevorzugt ist die erste Transportvorrichtung als Hängebahn mit Objekthängevorrichtungen zum Aufnehmen und Transportieren der Objekte ausgebildet und die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung wird zwischen die Objekthängevorrichtungen geschwenkt. Hierbei sind mehrere Objekthängevorrichtungen vorgesehen, welche jeweils wenigstens ein Objekt aufnehmen. Somit liegen zwei Hängebahnen vor, die jeweilige Hängevorrichtungen zum Transport des Gelenkarmroboters bzw. der Objekte aufweisen.
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Besonders bevorzugt weisen die erste Transportvorrichtung und die zweite Transportvorrichtung bereichsweise einen gleichen Schienenabschnitt auf und die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung oder ein der Gelenkarmroboterhängevorrichtungen ist zwischen jede vierte, bevorzugt jede zweite, besonders bevorzugt jede Objekthängevorrichtung einschwenkbar. Hierdurch kann Schienenabschnitt eingespart und eine einfachere Synchronisation und örtliche Nähe der zwischen dem wenigstens einen Gelenkarmroboter und dem wenigstens einen Objekt geschaffen werden.
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Bevorzugt weist die erste Transportvorrichtung ebenso, eine erste Schiene auf an welcher die Objekthängevorrichtung bewegt wird. Weiterhin bevorzugt weist die zweite Transportvorrichtung eine zweite Schiene auf, an welcher die Gelenkarmroboterhängevorrichtung bewegt wird. Des Weiteren bevorzugt liegt ein Übergangsbereich vor, welcher bevorzugt in der Art einer Weiche, besonders bevorzugt als Weiche, ausgebildet ist, durch welchen die Objekthängevorrichtungen und die Gelenkarmroboterhängevorrichtung auf den gleichen Schienenabschnitt transportiert werden, sodass diese auf diesem Schienenabschnitt hintereinander bewegt/transportiert werden und das einschwenken ermöglicht wird. Wenigstens ein weiterer Übergangsbereich, welcher bevorzugt wiederum in der Art einer Weiche, besonders bevorzugt als Weiche, ausgebildet ist, ist aufgewiesen, an welchem bzw. an welcher der bereichsweise gemeinsam genutzte Schienenabschnitt endet und die Gelenkarmroboterhängevorrichtung aus den Objekthängevorrichtungen ausgeschwenkt wird.
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Vorzugsweise ist somit ein gemeinsam genutzter Schienenabschnitt sowie wenigstens eine Weiche, besonders bevorzugt zwei Weichen, aufgewiesen, die die erste Transportvorrichtung mit der zweiten Transportvorrichtung verbindet oder koppelt. In diesem Schienenabschnitt erfolgt bevorzugt die Kopplung bzw. das Befestigen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung mit der ersten Transportvorrichtung durch die Kopplungsvorrichtung. Bevorzugt erfolgt die Kopplung kurz nach der ersten Weiche und kurz vor der zweiten Weiche findet eine Entkopplung statt.
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Bevorzugt findet die Bearbeitung des Objekts durch den wenigstens einen Gelenkarmroboter statt bzw. wird durchgeführt/ausgeführt, wenn die lösbare Kopplungsvorrichtung gekoppelt bzw. befestigt ist.
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Weiterhin vorzugsweise weist die Gelenkarmroboterhängevorrichtung eine Bewegungsvorrichtung auf, wodurch der mehrachsige Gelenkarmroboter in oder aus einen Arbeitsbereich, bevorzugt herunter- oder heraufschwenkbar ist.
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Weiterhin vorzugsweise nimmt die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung eine Vielzahl von mehrachsigen Gelenkarmrobotern auf und transportiert diese.
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Ebenso vorzugsweise sind mehrere Gelenkarmroboterhängevorrichtungen sowie mehrere Objekthängevorrichtungen aufgewiesen. Bevorzugt wird im gleichen Schienenabschnitt zwischen jede Objekthängevorrichtungen wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtungen eingeschwenkt oder zwischen diesen platziert und transportiert.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fertigungssystems umfassend die folgenden Schritte:
- Transportieren wenigstens eines Objekts mittels zumindest einer ersten Transportvorrichtung;
- Transportieren wenigstens eines mehrachsigen Gelenkarmroboters mittels einer zweiten Transportvorrichtung, welche als umlaufende Hängebahn ausgebildet ist und wobei die zweite Transportvorrichtung wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung aufweist, welche den wenigstens einen mehrachsigen Gelenkarmroboter während des Transports aufnimmt;
- Koppeln der Gelenkarmroboterhängevorrichtung und der ersten Transportvorrichtung mittels einer lösbaren Kopplungsvorrichtung, sodass die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung einer Bewegung der ersten Transportvorrichtung folgt, wenn die lösbare Kopplungsvorrichtung gekoppelt ist;
- Bearbeiten des Objekts durch den Gelenkarmroboter, wenn die lösbare Kopplungsvorrichtung gekoppelt ist.
- Vorzugsweise umfasst das Bearbeiten des Objekts bzw. Werkstücks ein Schrauben, Schweißen, Nieten, Kleben und/oder ein Stopfen setzen
- Der Fachmann versteht, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise dem Fertigungssystem entsprechen kann, und die in dem Kontext beschriebenen Merkmale und Vorteile auch für das erfindungsgemäße Verfahren gelten.
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Der Gelenkarmroboter weist mehrere, bevorzugt drei oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Glieder auf. Die Glieder sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen miteinander verbunden. Bevorzugt weist der Gelenkarmroboter ein mit dem Untergrund verbundenes Basisglied und ein Endglied sowie mehrere Zwischenglieder auf. Die Zwischenglieder sind vorteilhaft mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen ausgebildet. Die Zahl der Zwischenglieder kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Glieder können eine gerade oder abgewinkelte Form haben. Der Gelenkarmroboter kann stehend oder alternativ hängend angeordnet sein.
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Besonders bevorzugt weist der Gelenkarmroboter oder Knickarmroboter sieben angetriebene Achsen bzw. Bewegungsachsen auf. Die Achsen sind mit einer Robotersteuerung oder der Steuereinheit verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Das abtriebsseitige Endglied des Gelenkarmroboter ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist ein um eine Drehachse drehbares Abtriebselement, z.B. einen Abtriebsflansch, für die Montage eines Endeffektors, Werkzeugs oder einer Wechselkupplung auf. Die Drehachse bildet vorteilhaft die letzte Roboterachse.
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Die Roboterachsen weisen jeweils ein Achslager, z.B. Drehlager bzw. ein Gelenk, und einen hier zugeordneten und integrierten steuerbaren, ggf. regelbaren Achsantrieb, z.B. Drehantrieb, auf. Außerdem können die Roboterachsen eine steuer- oder schaltbare Bremse und die ggf. redundante Sensorik haben. Die Sensorik kann integriert sein und kann z.B. einen oder mehrere Sensoren an einer oder mehreren Roboterachsen aufweisen. Diese Sensoren können gleiche oder unterschiedliche Funktionen haben. Sie können insbesondere zum Erfassen von äußeren einwirkenden Belastungen, insbesondere von Momenten und/oder Kräften ausgebildet sein. Als Sensoren kommen bevorzugt Kraft-Momenten-Sensoren zum Einsatz, und insbesondere Sensoren, die auf Dehnungsmessstreifen basieren, die an zumindest einem Gelenk und/oder zumindest einer Achse des mehrachsigen Gelenkarmroboters bereitgestellt sind. Sie können ferner Drehbewegungen und ggf. Drehpositionen detektieren. Weiterhin vorteilhaft kann eine solche mit der Robotersteuerung oder Steuereinheit verbundene Sensorik am Gelenkarmroboter extern angebaut sein, z.B. am Abtriebselement oder am Werkzeug. Der Gelenkarmroboter ist bevorzugt somit „sensibel“, da jeder Kontakt des Gelenkarmroboters mit seiner Umgebung erkannt werden kann, und hierauf entsprechend reagiert werden kann. Somit eignet er sich vorteilhaft für den Einsatz in MRK-Umgebungen (Mensch-Roboter-Kooperation-Umgebung).
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Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement des Endglieds sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.
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Der Gelenkarmroboter kann für eine MRK-Tauglichkeit eine oder mehrere nachgiebige Achsen bzw. nachgiebige Achsantriebe mit einer Nachgiebigkeitsregelung haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann eine reine Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positions- und einer Kraftregelung sein. Eine solche nachgiebige Achse vermeidet Unfälle mit Personen und Crashs mit Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall unvorhergesehener Kollisionen. Sie kann andererseits in verschiedener Hinsicht für den Arbeitsprozess vorteilhaft genutzt werden.
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Der Gelenkarmroboter ist programmierbar, wobei die Robotersteuerung oder Steuereinheit eine Recheneinheit, einen oder mehrere Speicher für Daten oder Programme sowie Eingabe- und Ausgabeeinheiten aufweist. Der Endeffektor oder das Werkzeug kann mit der Robotersteuerung, der Steuereinheit oder einer anderen gemeinsamen Steuerung verbunden und kann z.B. als gesteuerte Achse in der Robotersteuerung oder Steuereinheit implementiert sein. Die Robotersteuerung kann prozessrelevante Daten, z.B. Sensordaten, speichern und für eine Qualitätskontrolle und -sicherung protokollieren.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere könne die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden. Die MRK-Tauglichkeit kann auf andere Weise hergestellt werden, z.B. durch ein optisches Überwachungssystem, welches die Werkerbewegungen und evtl. Gefahrensituationen detektiert und der Gelenkarmroboter entsprechend angesteuert wird.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsformen werden anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei sind gleiche Elemente mit gleichen Referenzzeichen versehen. Es zeigt:
- 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fertigungssystems;
- 2 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fertigungssystems;
- 3 eine schematische Seitenansicht des Fertigungssystems und;
- 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von mehreren Gelenkarmrobotern.
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In 1 ist in einer schematischen Draufsicht das erfindungsgemäße Fertigungssystem mit der ersten Transportvorrichtung 10 und der zweiten Transportvorrichtung 20 zu sehen. Die erst Transportvorrichtung weist hierbei Skids 11a auf, welche die Objekte 30 aufnehmen. Jedes Skid 11a hat jeweils ein Objekt 30 aufgenommen und transportiert dieses entlang der ersten Transportrichtung 15 bzw. entlang des ersten Transportweges 15. Mit dem Bezugszeichen 25 ist die zweite Transportrichtung bzw. der zweite Transportweg versehen, entlang welchem die wenigstens eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 transportiert wird bzw. vorliegend entlang welche die Gelenkarmroboterhängevorrichtungen 21 transportiert werden. Die Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 hat hierbei jeweils einen mehrachsigen Gelenkarmroboter 22 aufgenommen und transportiert diesen. Vorliegend verlaufen der erste und zweite Transportweg, wenigstens wenn die Gelenkarmroboterhängevorrichtung (21) und die erste Transportvorrichtung (10) mittels der Kopplungsvorrichtung gekoppelt bzw. befestigt sind, parallel zueinander und bevorzugt mit einem seitlichen Versatz. Dieser Versatz wurde zur besseren Darstellung gewählt, vorzugsweise verlaufen die Transportwege übereinander und weisen somit keinen Versatz zueinander auf und sind somit bevorzugt parallel und lotrecht zueinander ausgerichtet, wenigstens solange die Kopplungsvorrichtung gekoppelt bzw. befestigt ist.
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Des Weiteren ist der zweite Transportweg 25 als umlaufende Kreisbahn und somit die zweite Transportrichtung 20 als umlaufende Hängebahn ausgestaltet. I
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Im unteren Bereich der 2 ist die Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 mit der ersten Transportvorrichtung 10, insbesondere dem Skid 11a, gekoppelt und führt seine Montage- oder Bearbeitungsaufgaben am Objekt 30 durch oder aus.
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2 zeigt eine weitere schematische Draufsicht das erfindungsgemäße Fertigungssystem, wobei wiederum Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 mit den Gelenkarmrobotern 22 versehen sind und dies entlang der zweiten Transportrichtung 25 bzw. des zweiten Transportweges 25 transportieren. Jedoch ist im Gegensatz zu 1 ein gemeinsam genutzter (gleicher) Schienenabschnitt 15 vorhanden, der durch zwei Weichen 28a, 28b eingegrenzt ist, sowie Objekthängevorrichtungen 11b anstelle der Skids 11a. Durch die Weichen 28a, 28b werden die Gelenkarmroboterhängevorrichtungen 21 sowie die Objekthängevorrichtung 11b auf den gleichen Schienenabschnitt 15 transportiert und hintereinander oder nacheinander gereiht oder wieder auf die alleine genutzten Schienen abtransportiert.
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Vorliegend ist zwischen jeder Objekthängevorrichtung 11b eine Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 vorgesehen, die jeweils einen bearbeitenden Gelenkarmroboter 22 aufgenommen hat und transportiert. Es wäre ebenso denkbar zwei Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 zwischen die Objekthängevorrichtung 11b zu schleusen bzw. einzuschwenken, sodass eine bessere Bearbeitung der Objekte 30 erfolgen kann, indem diese von vorne und von hinten (basierend auf der Transportrichtung im gleichen Schienenabschnitt) bearbeitet werden können.
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In 3 ist eine schematische Seitenansicht des Fertigungssystems zu sehen. Hierbei ist wiederum der gemeinsam von beiden Hängevorrichtungen 11b, 21 genutzte gleiche Schienenabschnitt 15 zu sehen, an dem die beiden Hängevorrichtungen 11b, 21 transportiert werden zu entnehmen. Die Objekthängevorrichtung 11b ist dabei an zwei Seiten des Objekts angeordnet, um diese ausreichend zu stützen. Hier sind aber dem Fachmann die verschiedenen Ausführungen von Hängebahnen, mit entsprechenden Gehängen bzw. Hängevorrichtungen bekannt. Die Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 ist wiederum über die Kopplungsvorrichtung 23 mit der Objekthängevorrichtung 11b gekoppelt bzw. an dieser befestigt. Des Weiteren wird der Gelenkarmroboter 22 auf einer Aufnahme 21b, die an einem Arm der Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 angeordnet ist, transportiert. Der Arm der Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 weist hierbei ein Gelenk 21a auf, welches eine Verstellung der Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 und oder Aufnahme 21b gegenüber der Objekthängevorrichtung 11b ermöglicht. Bevorzugt ist diese Verstellung nach der Kopplung nicht mehr möglich, da eine feste Verbindung zwischen der Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21, insbesondere der Aufnahme 21b, und der Objekthängevorrichtung 11b hergestellt wurde. Hierdurch wird auch eine genaue Positionierung einer Roboterbasis des Gelenkarmroboters zur Objekthängevorrichtung 11b ermöglicht.
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Mit dem Bezugszeichen 24 ist die Bewegungsvorrichtung versehen, die mit dem Gelenk 21a zusammenfällt. Die Bewegungsvorrichtung ist hierbei bspw. als Motor ausgebildet, der das Gelenk bewegen kann, sodass die Verstellung der Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 ermöglicht wird.
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Des Weiteren ist rechts des Objekts 30 eine weitere Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 angeordnet, die ebenso über eine entsprechende Kopplungsvorrichtung 23 mit der Objekthängevorrichtung 11b verbunden ist und einen Gelenkarmroboter 22 aufweist, der das Objekt 30 während des Transports entlang des gleichen Schienenabschnitts 15 bearbeitet. Hierbei kann eine Bearbeitung der beiden Gelenkarmroboter gleichzeitig und/oder nacheinander erfolgen. Insbesondere sind hierdurch Reichweitenprobleme behoben.
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In 4 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung von mehreren Gelenkarmrobotern 22 an einer Gelenkarmroboterhängevorrichtung 21 zu sehen, die von mehreren Seiten das Objekt 30 bearbeiten können. Diese Anordnung kann wiederum ebenso mehrfach, insbesondere vor und nach dem Objekt 30, angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste Transportvorrichtung
- 11a
- Skid
- 11b
- Objekthängevorrichtung
- 15
- gleicher Schienenabschnitt
- 20
- zweite Transportvorrichtung
- 21
- Gelenkarmroboterhängevorrichtung
- 21a
- Gelenk
- 21b
- Aufnahme
- 22
- Gelenkarmroboter
- 23
- Kopplungsvorrichtung
- 24
- Bewegungsvorrichtung
- 30
- Objekt
