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Die Erfindung betrifft eine Roboteranordnung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine derartige Roboteranordnung ist bereits aus der
DE 10 2012 015 143 A1 bekannt. Hierbei ist ein Roboter über dessen Basis mittels einer Befestigungseinrichtung an einer Trägerstation relativ zur Trägerstation bewegbar befestigt. Der in einem Arbeitsbereich angeordnete Roboter ist über Linearantriebe relativ zur Trägerstation bewegbar. Hierdurch kann ein besonders großer Arbeitsbereich des Roboters gegenüber bekannten Industrierobotern, welche ortsfest an ihrem Arbeitsbereich verankert sind, geschaffen werden.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2012 010 664 A1 eine Produktionsanlage mit einer Mehrzahl von Arbeitsstationen zur Durchführung wenigstens eines jeweiligen Arbeitsschritts bekannt. Mittels eines der Produktionsanlage zugeordneten Steuerungssystems sind jeweilige auf Haltevorrichtungen montierte Roboter den jeweiligen Arbeitsstationen zuweisbar und mitsamt den Haltevorrichtungen manuell transportiertbar.
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Über dies ist aus der
DE 10 2016 002 781 A1 eine Arbeitsstation zum Durchführen wenigstens eines Arbeitsvorgangs mit wenigstens einem Roboter bekannt. Der Roboter weist eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen und relativ zueinander bewegbaren Roboterachsen auf und ist an einer Arbeitsplatte befestigbar. Die Arbeitsplatte ist Bestandteil eines Wagens der Bodenkontaktelemente aufweist, über welche der Wagen entlang eines Bodens bewegbar ist, wodurch der an der Arbeitsplatte befestigte Roboter ebenfalls entlang des Bodens bewegbar ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Roboteranordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein Roboter besonders vorteilhaft relativ zu einer den Roboter aufnehmenden Trägerstation bewegbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Roboteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.
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Zur Schaffung einer Roboteranordnung der eingangs genannten Art, bei welcher ein Roboter besonders vorteilhaft relativ zu einer den Roboter aufnehmenden Trägerstation bewegbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Befestigungseinrichtung wenigstens zwei relativ zueinander um eine Schwenkachse verschwenkbare Befestigungselemente aufweist, wobei durch Verschwenken der Befestigungselemente relativ zueinander die Basis relativ zu der Trägerstation in einer Ebene bewegbar ist. Mit anderen Worten ist der Roboter über seine Basis an der Befestigungseinrichtung angeordnet und die Befestigungseinrichtung ist an der Trägerstation angeordnet. Hierbei kann die Basis des Roboters starr oder bewegbar beziehungsweise drehbar an der Befestigungseinrichtung angeordnet sein, und die Befestigungseinrichtung kann starr oder bewegbar beziehungsweise drehbar an der Trägerstation angeordnet sein. Der Roboter weist insbesondere eine Mehrzahl von jeweils zueinander um jeweilige Roboterachsen drehbare Roboterelemente auf, welche Bewegungsfreiheitsgrade des Roboters ermöglichen. Die beschriebene Roboteranordnung weist sowohl die dem Roboter zugeordneten Bewegungsfreiheitsgrade auf als auch zusätzliche Drehfreiheitsgrade der die verschwenkbaren Befestigungselemente aufweisenden Befestigungseinrichtung. Hierdurch weist die Roboteranordnung besonders viele Freidrehachsen auf. Mittels der Roboteranordnung ist darüber hinaus eine Feinzentrierung des Roboters relativ zur Trägerstation erreichbar. Die Roboteranordnung kann zum Einsatz von als Kleinrobotern ausgebildeten Robotern in einer Mensch-Roboter-Kooperation insbesondere in einer Kraftfahrzeugfertigung eingesetzt werden, wobei Abstände der Basis des Roboters zu einem Kraftfahrzeug in der Kraftfahrzeugproduktion kleiner als 500 Millimeter sein können. Die Befestigungselemente der Befestigungseinrichtung sind parallel zu der Ebene, in welcher die Basis relativ zu der Trägerstation bewegbar ist, um die Schwenkachse verschwenkbar. Hierbei verläuft die Schwenkachse senkrecht zu der Ebene. Die Ebene kann parallel zu einem Untergrund verlaufen, auf welchem die Trägerstation angeordnet ist. Insbesondere ist die Ebene horizontal ausgerichtet. Die Schwenkachse ist insbesondere exzentrisch an den Befestigungselementen angeordnet. Hierbei können die Befestigungselemente länglich ausgebildet sein. Die Schwenkachse kann jeweils außerhalb eines Befestigungsbereichs der Befestigungselemente liegen. In den jeweiligen Befestigungsbereichen sind die Befestigungselemente mit der Trägerstation beziehungsweise der Basis verbunden, insbesondere entlang einer Erstreckungsrichtung der Schwenkachse überdeckend angeordnet. Die exzentrische Anordnung der Schwenkachse ermöglicht einen besonders großen Bewegungsradius der Basis des Roboters relativ zu der Trägerstation in der Ebene. Somit kann die Trägerstation außerhalb eines Mindestabstands von 500 Millimetern zu einem mittels des Roboters zu bearbeitenden Werkstücks angeordnet sein und der Roboter mittels der Befestigungseinrichtung derart nah an das Werkstück heran bewegt werden, dass das Werkstück mittels des Roboters bearbeitet werden kann. Mittels der Befestigungseinrichtung kann der Roboter bei Bedarf aus dem Mindestabstand um das Werkstück heraus bewegt werden, um den Mindestabstand um das Werkstück herum von dem Roboter frei zu halten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Ansicht einer Kraftfahrzeugproduktionshalle, wobei ein Kraftfahrzeug mittels eines Roboters einer Roboteranordnung bearbeitet wird;
- 2 eine schematische Perspektivansicht der Roboteranordnung, bei welcher der Roboter über dessen Basis mittels einer Befestigungseinrichtung an einer Trägerstation relativ zur Trägerstation bewegbar befestigt ist;
- 3 eine schematische Draufsicht der Roboteranordnung, wobei der Roboter mittels der Befestigungseinrichtung innerhalb und außerhalb eines definierten Mindestabstands zum Kraftfahrzeug anordenbar ist;
- 4 eine schematische Schnittansicht der Befestigungseinrichtung mit vier Befestigungselementen, wobei jeweils zwei Befestigungselemente relativ zueinander um eine jeweilige Schwenkachse verschwenkbar sind, wobei durch Verschwenken der Befestigungselemente relativ zueinander die Basis des Roboters relativ zu der Trägerstation in einer Ebene bewegbar ist; und
- 5 eine schematische Schnittansicht einer Rasteinrichtung, mittels welcher zwei relativ zueinander um eine Schwenkachse verschwenkbare Befestigungselemente relativ zueinander arretierbar sind.
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In 1 ist eine Kraftfahrzeugproduktionshalle dargestellt, in welcher ein Kraftfahrzeug 10 hergestellt werden kann. Das Kraftfahrzeug 10 ist mittels eines Roboters 12 einer Roboteranordnung 14 bearbeitbar. In der dargestellten Kraftfahrzeugproduktionshalle kann das Kraftfahrzeug 10 in einer Mensch-Roboter-Kooperation bearbeitet werden, wobei das Kraftfahrzeug 10 sowohl von dem Roboter 12 als auch von einem Menschen 16 bearbeitbar ist. Um eine Verletzung des Menschen 16 zu vermeiden, ist der Roboter 12 im Falle einer Kollision mit dem Menschen 16 außerhalb eines definierten Mindestabstands 18 von vorliegend 500 Millimetern relativ zum Kraftfahrzeug 10 anzuordnen.
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Um eine Anordnung des Roboters 12 innerhalb des Mindestabstands 18 zum Kraftfahrzeug 10 während des Bearbeitens des Kraftfahrzeugs 10 zu ermöglichen und eine Anordnung des Roboters 12 außerhalb des Mindestabstands 18 zum Kraftfahrzeug 10 zu ermöglichen, ist der Roboter 12 über dessen Basis 20 mittels einer Befestigungseinrichtung 22 an einer Trägerstation 24 relativ zur Trägerstation 24 bewegbar befestigt. Mittels der Trägerstation 24 kann der Roboter 12 mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus kann die Trägerstation 24 eine nicht dargestellte Recheneinrichtung aufweisen, mittels welcher der Roboter 12 steuerbar ist. Überdies kann die Trägerstation 24 Mittel zum Bewegen der Roboteranordnung 14 aufweisen, wobei die Roboteranordnung 14 über die Mittel zum Bewegen relativ zu dem Kraftfahrzeug 10 und/oder relativ zu einem Untergrund, auf welchem die Roboteranordnung 14 angeordnet ist, bewegt werden.
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Der Roboter 12 kann eine nicht dargestellte Erfassungseinrichtung umfassen, mittels welcher eine Relativposition des Roboters 12 zu einem Referenzgegenstand, vorliegend dem Kraftfahrzeug 10, ermittelbar ist. Die Basis 20 des Roboters 12 ist mittels der Befestigungseinrichtung 22 in Abhängigkeit von der ermittelten Relativposition bewegbar, sodass der Roboter 12 in Abhängigkeit von der ermittelten Relativposition relativ zur Trägerstation 24 bewegt wird. Hierdurch kann der Roboter 12 bei Bewegen des Kraftfahrzeugs 10 mit dem Kraftfahrzeug 10 mitbewegt werden.
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Um eine Relativbewegung der Basis 20 zu der Trägerstation 24 in einer Ebene zu ermöglichen, umfasst die Befestigungseinrichtung 22 vorliegend vier relativ zueinander um jeweilige Schwenkachsen 26 verschwenkbare Befestigungselemente 28. Durch Verschwenken der Befestigungselemente 28 relativ zueinander ist die Basis 20 relativ zu der Trägerstation 24 in der Ebene verschwenkbar und bewegbar. In den 2 und 3 ist die den Roboter 12, die Befestigungseinrichtung 22 sowie die Trägerstation 24 umfassende Roboteranordnung 14 in einer schematischen Perspektivansicht sowie in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Hierbei kann erkannt werden, dass die Trägerstation 24 dauerhaft außerhalb des Mindestabstands 18 zum Kraftfahrzeug 10 angeordnet ist, wobei der Roboter 12 mittels der Befestigungseinrichtung 22 relativ zu der Trägerstation 24 in der Ebene bewegt werden kann. Dabei ist mittels der Befestigungseinrichtung 22 zumindest die Basis 20 des Roboters 12, insbesondere der gesamte Roboter 12, innerhalb und außerhalb des Mindestabstands 18 zum Kraftfahrzeug 10 anordenbar. Das Verschwenken der Befestigungselemente 28 erfolgt durch Drehen der jeweiligen Befestigungselemente 28 um die parallel und beabstandet voneinander anordenbaren Schwenkachsen 26. Hierbei sind die Befestigungselemente 28 vorliegend länglich ausgebildet und die den jeweiligen Befestigungselementen 28 zuordenbaren Schwenkachsen 26 exzentrisch zu den Befestigungselementen 28 angeordnet.
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In 4 ist die Roboteranordnung 14 bereichsweise in einer Schnittansicht dargestellt. Hierbei kann erkannt werden, dass die Schwenkachsen 26 zueinander versetzt anordenbar sind. Während des Bearbeitens des Kraftfahrzeugs 10 mittels des Roboters 12 sind die Befestigungselemente 28 derart relativ zueinander verschwenkt, dass die Schwenkachsen 26 versetzt zueinander und beabstandet voneinander angeordnet sind, und die Basis 20 des Roboters 14 innerhalb des Mindestabstands 18 zum Kraftfahrzeug 10 angeordnet ist.
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Des Weiteren kann in 4 erkannt werden, dass die Befestigungseinrichtung 22 eine Höhenverstelleinrichtung 30 umfasst, mittels welcher die Befestigungselemente 28 relativ zu der Trägerstation 24 höhenverstellbar sind. Durch ein Verstellen der Befestigungselemente 28 relativ zu der Trägerstation 24 hinsichtlich ihrer Höhe, ist die Basis 20 des Roboters 12 relativ zu der Trägerstation 24 in ihrer Höhe einstellbar. In 4 kann des Weiteren erkannt werden, dass die Befestigungselemente 28 relativ zueinander über jeweilige, wenigstens eine Kugel 32 und eine Tellerfeder 34 aufweisende Rasteinrichtungen 36 arretierbar sind. Eine der Rasteinrichtungen 36 ist in 5 in einer vergrößerten Schnittansicht schematisch dargestellt.
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Eine Relativbewegung der Befestigungselemente 28 zueinander kann mittels wenigstens einer jeweiligen Elektromagnetbremse 38 eingestellt werden. Mittels der Elektromagnetbremsen 38 können jeweilige Relativbewegungen zwischen den Befestigungselementen 28 unterbunden oder freigegeben werden. Zum jeweiligen Arretieren der Befestigungselemente 28 relativ zueinander, kann mittels einer jeweiligen Tellerfeder 34 eine Kugel 32 in eine Kerbe eines der miteinander zu arretierenden Befestigungselemente 28 gedrückt werden, wobei die Tellerfeder 34 sich an dem jeweiligen anderen Befestigungselement 28 abstützt. Hierdurch kann eine kraftschlüssige Verrastung zwischen den über die jeweilige Rasteinrichtung 36 miteinander arretierten Befestigungselementen 28 geschaffen werden.
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Bei der Roboteranordnung 14 handelt es sich um eine über die Befestigungseinrichtung 22 frei rotierbare Vorrichtung für eine Mensch-Roboter-Kooperation. Im Falle einer Kollision zwischen dem Menschen 16 und dem Roboter 12 ist der Mensch 16 in der Lage sich selbst zu befreien, indem dieser den Roboter 12 sowie die Befestigungseinrichtung 22 von sich weg drückt. Die Befestigungseinrichtung 22 ist ohne Sicherheitselektronik einsetzbar. Nach einer Kollision zwischen dem Menschen 16 und dem Roboter 12 kann der Roboter 12 besonders einfach und mit besonders hoher Präzision in seine Ausgangsposition zurückpositioniert werden, in dem die Befestigungseinrichtung 22 derart weggedrückt wird, dass jeweilige die Kugel 32 und die Tellerfeder 34 umfassende Kugelbolzen zwischen den Befestigungselementen 28 in die jeweiligen Kerben greifen. Es kann somit eine Selbstbefreiung einer Klemmsituation des Menschen 16 beim Einsatz von kleinen Robotern, vorliegend des Roboters 12, in der Mensch-Maschine-Kooperation für Abstände eines Roboterfußes, vorliegend der Basis 20, zum Kraftfahrzeug 10 von kleiner als 500 Millimetern umgesetzt werden. Mittels der Roboteranordnung 14 können Quetschabstände von kleiner als 500 Millimeter für Menschen 16 in deren Beckenbereich zwischen dem Roboter 12 und kontinuierlich bewegbaren Kraftfahrzeugen 10 auf Montagebändern unterschritten werden. Darüber hinaus ist eine Feinpositionierung von Freidrehachsen mittels der Befestigungseinrichtung 22 mittels der Rasteinrichtungen 36 möglich. Durch elektromagnetische Klemmung mittels der Elektromagnetbremsen 38 ist ein schwingungsarmes Arretieren der Befestigungselemente 28 möglich.
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Bei der Befestigungseinrichtung 22 handelt es sich um eine Freidrehvorrichtung mit Gelenken, die das Verschwenken der Befestigungselemente 28 relativ zueinander um die jeweiligen Schwenkachsen 26 ermöglichen. Mittels dieser Freidrehvorrichtung ist der Roboter 12 komplett aus dem Gefahrenbereich des Mindestabstands 18 relativ zu dem Kraftfahrzeug 10 herausschwenkbar. Dieses Verschwenken des Roboters 12 ist durch eine mechanische Auslösebewegung auslösbar und bedarf daher keiner sicheren Steuerungstechnik. Ein mittels der Rasteinrichtungen 36 umsetzbarer spielfreier Kugelsitz gewährleistet eine spielfreiere Positioniermöglichkeit der Befestigungseinrichtung 22 ohne nennenswerte maßliche Fehler. Die elektromagnetische Klemmringe umfassenden Elektromagnetbremsen 38 ermöglichen eine schwingungsarme Fixierung der Befestigungselemente 28 relativ zueinander.
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Mittels der Roboteranordnung 14 ist vorteilhafterweise eine Unterschreitung von Quetschabständen bis auf wenige Millimeter Abstand zwischen dem Roboter 12 und dem Kraftfahrzeug 10 beim Bearbeiten des Kraftfahrzeugs 10 möglich. Hierbei handelt es sich um eine rein mechanische Lösung ohne Sicherheitselektronik. Über dies ist eine hohe Präzision in der Repositionierung der Freidrehachsen der Befestigungseinrichtung 22 möglich. Jeweilige einzustellende Entfernungen zwischen der Basis 20 und der Trägerstation 24 sind über eine jeweilige geometrische Ausgestaltung sowie eine Anzahl an Befestigungselementen 28 und/oder einer Anordnung der Schwenkachsen 26 einstellbar.
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Die Roboteranordnung 14 kann insbesondere für ein Spaltmessen am Kraftfahrzeug 10 eingesetzte werden. Für das Spaltmessen mit mobilen Einheiten, vorliegend der Roboteranordnung 14, wird zur Absicherung einer Quetschgefahr in einem Mensch-Roboter-Kollaborationsbetrieb zwischen dem Roboter 12 und dem Kraftfahrzeug 10 eine Schutzeinrichtung für Quetschabstände von weniger als 500 Millimetern benötigt.
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Die Roboteranordnung 14 beinhaltet eine Höhenverstellbarkeit des Roboters 12 relativ zu der Trägerstation 24. Eine Bodenabsteckung eines Fahrwagens der Trägerstation 24 ist optional vorzusehen.
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Bei einer Anwendung der Roboteranordnung 14 im Kraftfahrzeugherstellungsprozess können eine speicherprogrammiere Steuerung einer Produktionshalle und/oder eine Fördertechnik ein Signal geben, dass eine Karosse des Kraftfahrzeugs 10 vermessen werden kann. Anschließend kann der Roboter 12 ausgehend von seiner als Homeposition bezeichenbaren Ausgangsstellung relativ zur Trägerstation 24 bewegt werden und ein Referenzierungsprogramm ausführen. Der Roboter 12 erkennt durch eine Referenzierung an einem Spalt zwischen einer Tür und einem Kotflügel des Kraftfahrzeugs 10 eine X- und Y-Position und zwischen einer Motorhaube und dem Kotflügel eine Z-Position des Roboters 12 relativ zu dem Kraftfahrzeug 10. Mit diesen gewonnenen die Positionen charakterisierenden Daten kann die Basis 20 des Roboters 12 relativ zur Trägerstation 24 verschoben werden, wobei das Verschieben des Roboters 12 relativ zur Trägerstation 24 eine Verschiebung der Karosse des Kraftfahrzeugs 10 auf einer dem Kraftfahrzeug 10 zugeordneten Linie ausgleicht und so eine messorttreue Spalt- und Übergangsmessung ermöglicht wird. Bei der Spalt- und Übergangsmessung fährt der Roboter 12 einprogrammierte Messpunkte an und misst Spalten und Übergänge. Ist der Messvorgang beendet, fährt der Roboter 12 zurück in seine Homeposition und erfasste Messdaten werden auf einem Messrechner verarbeitet. Die Messdaten können sowohl an einem Monitor des Messrechners als auch an einem Tablet-Computer visualisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012015143 A1 [0002]
- DE 102012010664 A1 [0003]
- DE 102016002781 A1 [0004]
