DE102018132990A1

DE102018132990A1 - Mobile Roboterplattform

Info

Publication number: DE102018132990A1
Application number: DE102018132990.3A
Authority: DE
Inventors: Norbert Tabeling; Volker Neemann
Original assignee: Broetje Automation GmbH
Current assignee: Broetje Automation GmbH
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020126129A1; US20220016755A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist und die Höhenverstelleinheit (5) in mindestens einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform (1) schwenkfest zur Plattform (4) angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R, R, R) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Roboteranordnung, insbesondere mobile Roboterplattform, zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils mit einer mobilen Roboterplattform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.
Der Einsatz von mobilen Roboterplattformen zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen ist bereits bekannt. Bei diesen wird in der Regel ein Roboter auf einer Plattform angeordnet. Die Plattform kann dann zu verschiedenen Bearbeitungsstationen verfahren werden und der Roboter an diesen ein Flugzeugstrukturbauteil abschnittsweise bearbeiten. Einige mobile Roboterplattformen weisen auch eine Höhenverstelleinheit auf, mit welcher der Roboter zur Vergrößerung seines Arbeitsbereichs in der Höhe verstellt werden kann.
Bei Flugzeugstrukturbauteilen handelt es sich in der Regel um große, häufig flächige Bauteile. Dies können Stringer, Rumpfsegmente und/oder Flügelsegmente sein. Zudem haben die Endeffektoren zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen teilweise ein hohes Gewicht und/oder es treten bei der Bearbeitung hohe Bearbeitungskräfte auf. Dies wirkt sich umso stärker aus, je größer die Reichweite des Roboters und damit auch sein Arbeitsbereich ist. Große Arbeitsbereiche sind bei der Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen jedoch von entscheidender Bedeutung für die Produktivität der Anlage, weil durch diese ein häufiges Verfahren der mobilen Roboterplattform vermieden werden kann.
Bekannt geworden ist beispielsweise eine mobile Roboterplattform, welche eine Höhenverstelleinheit aufweist, auf der ein besonders steifer Knickarmroboter angeordnet ist. Dieser Knickarmroboter ist aus der DE 10 2016 118 785 A1 bekannt. Nachteilig an dieser mobilen Roboterplattform ist, dass dessen Bewegungsraum und Arbeitsbereich konstruktionsbedingt eingeschränkt ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte mobile Roboterplattform derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sie einen möglichst großen Arbeitsbereich abdeckt und dabei auch ein hohes Gewicht aufweisende Endeffektoren und/oder hohe Prozesskräfte aufnehmen kann.
Das obige Problem wird bei einer mobilen Roboterplattform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Durch das Vorsehen der Höhenverstelleinheit und die höhenverstellbare Anordnung des Roboters an derselben sowie die spezielle Ausgestaltung der Roboterkinematik wird eine mobile Roboterplattform geschaffen, welche nicht nur einen großen Arbeitsbereich bereitstellt, sondern auch ein hohes Gewicht aufweisende Endeffektoren tragen kann und/oder hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen kann.
In einer Weiterbildung gemäß Anspruch 2 sind die Rotationsachsen des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks quer, im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet. Hierdurch wird ein Roboter nach Art eines Scara-Roboters geschaffen, durch welchen die Verstellantriebe durch hohe Lasten und/oder Bearbeitungskräfte möglichst wenig belastet werden.
Die Höhenverstellung ist hier plattformseitig realisiert. Gemäß einer Weiterbildung ist die Höhenverstelleinheit linear verstellbar, wie dies im Anspruch 3 beschrieben ist. Hierdurch kann der Werkstückwechsel (Wechsel des Flugzeugstrukturbauteils) durch Anheben des gesamten Roboters vereinfacht werden.
Die Ansprüche 4 und 5 betreffen eine bevorzugte Parkstellung bzw. Verfahrstellung sowie Bearbeitungsstellungen des Roboters.
In den Ansprüchen 6 bis 10 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Endeffektors beschrieben, welche flugzeugstrukturbauteilabhängig Vorteile bei der Bearbeitung bieten.
Die Ansprüche 11 bis 13 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Plattform und der Anspruch 14 das Referenzieren zwischen der mobilen Roboterplattform und dem zu bearbeitenden Flugzeugstrukturbauteil.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird das obige Problem bei einer Roboteranordnung, insbesondere mobilen Roboterplattform, zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 15 gelöst. Hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen darf auf die Ausführungen zur mobilen Roboterplattform verwiesen werden. Alle diesbezüglichen Ausführungen gelten auch für die Roboteranordnung, auch wenn diese nicht eine mobile Roboterplattform ist.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 16, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird das obige Problem bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 16 gelöst. Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist in Anspruch 17 beschrieben. Hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen darf auf die vorschlagsgemäße mobile Roboterplattform sowie die vorschlagsgemäße Roboteranordnung verwiesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 a) eine dreidimensionale Darstellung der vorschlagsgemäßen mobilen Roboterplattform, b) das Kinematikschema der mobilen Roboterplattform aus 1a),
2 eine Aufsicht von oben entlang der Schwerkraftrichtung auf die mobile Roboterplattform gemäß 1b mit dem Roboter in zwei verschiedenen Stellungen,
3 in einer Aufsicht von oben entlang der Schwerkraftrichtung die mobile Roboterplattform aus der 2 vor dem Verfahren von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation zum Bearbeiten ein und desselben Flugzeugstrukturbauteils,
4 a) ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen mobilen Roboterplattform und b) noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der mobilen Roboterplattform, jeweils als Kinematikschema.

Die 1a) zeigt eine vorschlagsgemäße Roboteranordnung in Form einer mobilen Roboterplattform 1 zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils 2. Sie weist einen Roboter 3, eine entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einen Boden B verfahrbare Plattform 4 und eine auf der Plattform 4 angeordnete Höhenverstelleinheit 5 zur Höhenverstellung des Roboters 3 auf. Die vorschlagsgemäße Roboteranordnung kann eine solche Plattform 4 aufweisen, grundsätzlich kann die Höhenverstelleinheit 5 jedoch beispielsweise auch auf dem Boden B angeordnet sein. Nachfolgend wird auch die Roboteranordnung in Zusammenhang mit der mobilen Roboterplattform 1 beschrieben. Sämtliche Ausführungen zur mobilen Roboterplattform 1 sollen jedoch auch für die Roboteranordnung gelten, auch wenn diese keine verfahrbare Plattform aufweist.
Unter einer mobilen Roboterplattform 1 wird eine Roboterplattform 1 verstanden, welche zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen zu verschiedenen Bearbeitungsstationen verbracht werden kann. Entsprechend ist sie entlang einer und/oder mehrerer horizontaler Verfahrrichtungen auf einem Boden B verfahrbar. Dieses vorzugsweise freie Verfahren erfolgt hier ohne mechanische Führungsmittel, wie beispielsweise Schienen.
Unter der Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils 2 wird hier ein Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 im engeren Sinne und/oder ein Herstellen des Flugzeugstrukturbauteils 2 verstanden. Insbesondere kann das Bearbeiten ein mechanisches Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Bearbeiten ein Nieten und/oder Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2.
Wie der 1a) weiter entnommen werden kann, ist der Roboter 3 an der Höhenverstelleinheit 5 höhenverstellbar angeordnet. Die Höhenverstelleinheit 5 kann dabei mindestens in einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform 1 schwenkfest zu der Plattform 4 angeordnet sein. Unter einem Bearbeitungsmodus wird hier ein Zustand der mobilen Roboterplattform 1 verstanden, in welchem die mobile Roboterplattform ein Flugzeugstrukturbauteil 2 bearbeitet. Wartungskonfigurationen sollen insbesondere nicht hierunter fallen. Die Höhenverstelleinheit kann grundsätzlich schwenkfest oder nur in dem Bearbeitungsmodus schwenkfest sein. „Schwenkfest“ heißt, dass durch mechanische Mittel, inbesondere Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss eine Verschwenkbarkeit ausgeschlossen ist. Besonders bevorzugt ist die Höhenverstelleinheit 5 fest mit der Plattform 4 verbunden. Im Ausführungsbeispiel dient sie dem linearen, insbesondere dem vertikalen Verfahren des Roboters 3. Hierfür weist sie, wie der kinematischen Schemadarstellung der 1b) entnommen werden kann, vorzugsweise eine Linearführung 5a auf.
Zusätzlich kann in einer hier nicht dargestellten Variante vorgesehen sein, dass die Höhenverstelleinheit 5 linear in der Horizontalen H verfahrbar ist. Hierdurch kann der Roboter 3 nicht nur in der Höhe verstellt werden, sondern auch in der Horizontalen. Besonders bevorzugt ist er dann entlang der Längserstreckung der Plattform 4 linear verfahrbar ausgebildet. Dies erfolgt dann vorzugsweise mit einer Linearführung. Eine Verschwenkbarkeit der Höhenverstelleinheit mittels eines Verstellantriebs ist hier ausdrücklich nicht vorgesehen.
Der Roboter 3 weist vorschlagsgemäß eine Roboterkinematik 6 zur Positionierung eines Endeffektors 7 auf. Hier und vorzugsweise ist die Roboterkinematik 6 eine serielle Kinematik.
Die Roboterkinematik 6 weist ein erstes Robotergelenk 8 auf, ein dem ersten Robotergelenk 8 vorgelagertes erstes Roboterglied 9 und ein dem ersten Robotergelenk 8 nachgelagertes zweites Roboterglied 10. Des Weiteren weist die Roboterkinematik 6 ein zweites Robotergelenk 11 auf, dem das zweite Roboterglied 10 vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied 12 nachgelagert ist. Dadurch, dass dem dritten Roboterglied 12 ein drittes Robotergelenk 13 nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk 8, das zweite Robotergelenk 11 und das dritte Robotergelenk 13 im Wesentlichen parallele Rotationsachsen R₁ , R₂ , R₃ aufweisen, wird ein Roboter 3 geschaffen, welcher einen besonders großen Arbeitsbereich A aufweist und einen ein hohes Gewicht aufweisenden Endeffektor 7 und/oder hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen kann.
Im Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist die Roboterkinematik 6 ein viertes Roboterglied auf, welches dem dritten Robotergelenk 13 nachgelagert ist. An diesem vierten Roboterglied ist hier und vorzugsweise der Endeffektor 7, insbesondere über eine Kupplung, angeordnet.
Besonders bevorzugt ist der Roboter 3 wie im Ausführungsbeispiel nach der Art eines Scara-Roboters ausgebildet. Hier und vorzugsweise sind die Rotationsachsen R₁ , R₂ , R₃ des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks 8, 11, 13 quer zur Horizontalen H und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet. Mit quer zur Horizontalen ist hier und vorzugsweise in Richtung der Schwerkraftrichtung G bzw. orthogonal zu der bzw. den Verfahrrichtungen der Plattform 4 gemeint.
Um die mobile Roboterplattform 1 möglichst sicher zu verfahren und/oder abzustellen und eine Kollision beim Verfahren oder durch andere fahrbare Gegenstände zu vermeiden, kann der Roboter 3 wie in der 2b) gezeigt eingeklappt werden. Vorzugsweise ist der Roboter 3, insbesondere einschließlich des Endeffektors 7, in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform 4 verfahrbar. Mit vertikal ist hier und vorzugsweise orthogonal zur Horizontalen und/oder parallel zur Schwerkraftrichtung gemeint. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auch zumindest der Tool-Center-Point TCP und/oder zumindest das dritte Roboterglied 12 vollständig in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform 4 verfahrbar sein. Hierbei handelt es sich um eine Parkstellung und/oder eine Verfahrstellung der mobilen Roboterplattform 1. Sie ist in der 2b) gezeigt. Bei einem Parken und/oder Verfahren in einer solchen Parkstellung bzw. Verfahrstellung wirkt die Plattform 4 als Schutz für den Roboter 3 und den Endeffektor 7. Hierdurch können mögliche Kollisionen verhindert werden bzw. ein kollidierender Gegenstand würde zunächst mit der Plattform 4 kollidieren, so dass der Roboter 3 und/oder der Endeffektor 7 geschützt wird. Dadurch können Schäden durch Kollisionen vermieden oder erheblich verringert werden. Um die Schutzwirkung zu steigern, kann die Plattform von der Plattform aufragende Schutzelemente 4a, wie beispielsweise Wände, zum Schutz des Endeffektors 7 aufweisen. Diese sind vorzugsweise an Querseiten, welche eine kürzere Erstreckung als die Längsseiten der Plattform 4 aufweisen, angeordnet.
Wie in der 2 gezeigt, ist die Höhenverstelleinheit 5 in einer Aufsicht auf die mobile Roboterplattform 1 entlang der Schwerkraftrichtung G zum Mittelpunkt M der Plattform 4 versetzt auf dieser angeordnet. In einer Aufsicht entlang der Schwerkraftrichtung G auf die mobile Roboterplattform 1 verläuft die Rotationsachse R₁ des ersten Robotergelenks 8 vorzugsweise maximal 0,5 m entfernt an dem Mittelpunkt M der Plattform 4 vorbei. Besonders bevorzugt und in den Ausführungsbeispielen verläuft diese Rotationsachse R₁ in dieser Aufsicht im Wesentlichen durch den Mittelpunkt M der Plattform 4.
Wie in 2a) gezeigt, erstreckt sich das zweite Roboterglied 10 in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich über die Plattform 4 hinaus. Das dritte Roboterglied 12 kann ebenfalls in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich vollständig außerhalb der Plattform 4 angeordnet sein. In der Parkstellung und/oder Verfahrstellung der 2b) ist es hier und vorzugsweise vollständig innerhalb der Plattform 4 angeordnet.
In der 2a) ist gezeigt, dass sich die Plattform 4 entlang einer Längsachse erstreckt und dass sich der Arbeitsbereich A bezogen auf die Längsachse seitlich und außerhalb der Plattform 4 mindestens über die gesamte Länge L_P der Plattform 4 erstreckt. Dieser ist in der 2a) von oben mit einer halbkreisförmigen Schraffur dargestellt. Vorzugsweise erstreckt sich der Arbeitsbereich A bezogen auf die Längsachse seitlich und außerhalb der Plattform 4 auf einer Breite B₁ außerhalb der Plattform 4 von mindesten 50%, weiter vorzugsweise mindestens 80%, der Breite B_P der Plattform 4 und mindestens über die gesamte Länge L_P der Plattform 4. Hierdurch ergibt sich insbesondere für längliche Flugzeugstrukturbauteile 2 eine besonders flexible Fertigung, wie dies weiter unten in Verbindung mit dem Verfahren zur Bearbeitung näher beschrieben ist.
Im Ausführungsbeispiel der 1 weist die mobile Roboterplattform 1 einen Arbeitsbereich A auf, der sich entlang der Längsachse der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 6,5 m, in Breitenrichtung der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 2,8 m und in Höhenrichtung über mindestens 2,8 m erstreckt. In den Ausführungsbeispielen der 4a) und 4b) weist die mobile Roboterplattform 1 einen Arbeitsbereich A auf, der sich in Längsrichtung der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 6,5 m, in Breitenrichtung der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 2 m und in Höhenrichtung über mindestens 2,8 m erstreckt.
Der Endeffektor 7 weist mindestens ein Werkzeug 14 auf. Dabei kann es sich insbesondere um ein das Flugzeugstrukturbauteil 2 mechanisch bearbeitendes Werkzeug 14 handeln. Vorzugsweise weist der Endeffektor 7 eine Bohreinheit 15 zum Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2 und/oder eine Nieteinheit 16 zum Nieten des Flugzeugstrukturbauteils 2 auf. Zusätzlich oder alternativ kann der Endeffektor 7 eine Fräseinheit zum Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2 aufweisen. Besonders bevorzugt ist eine Bohr-/Nieteinheit 17 zum Bohren bzw. Fräsen und Nieten vorgesehen. Die Nieteinheit 16 bzw. die Bohrnieteinheit 17 kann zum einseitigen oder beidseitigen Erzeugen der Nietverbindung ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 weist die Nieteinheit 16 und/oder die Bohr-/Nieteinheit 17 ein Nietwerkzeug 18 und ein Nietgegenwerkzeug 19 zum Nieten auf. Hier weist der Endeffektor 7 eine U-förmige Werkzeugaufnahme 20 auf, wobei an einem Schenkel 20a der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 das Nietwerkzeug 18 und an dem anderen Schenkel 20b der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 das Nietgegenwerkzeug 19 angeordnet ist. Die Schenkel 20a, 20b erstrecken sich hier und vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Horizontalen H und/oder parallel zu den Rotationsachsen R₁ , R₂ , R₃ des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks 8, 11, 13.
Der Endeffektor 7 weist im Ausführungsbeispiel der 1 nach unten zum Boden B. Hier weisen die Schenkel 20a, 20b der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 aus Richtung des dritten Robotergelenks 13 nach unten zum Boden B oder nach oben vom Boden weg.
Die Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 erfolgt hier zumindest beim Nieten beidseitig, von einer Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 mit dem Nietwerkzeug 18 und von der anderen Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 mit dem Nietgegenwerkzeug 19.
In den Ausführungsbeispielen der 4 weisen die Endeffektoren 7 jeweils nur eine einseitige Nieteinheit 16 auf. Mit diesen können vorzugsweise solche Niete gesetzt werden, für die nur von einer Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 ein Werkzeug 14 benötigt wird. In dem Ausführungsbeispiel der 4a) erfolgt die Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 von nur einer seitlichen Seite desselben. In dem Ausführungsbeispiel der 4b) erfolgt die Bearbeitung nur von unten. Der Endeffektor 7 weist aus Richtung des dritten Robotergelenks 13 nach oben vom Boden B weg bzw. zur Seite. Dies ist jeweils auch in den Figuren dargestellt.
Hier und vorzugsweise weist der Endeffektor 7 eine erste Verschwenkeinheit 21 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 auf. Die Verschwenkeinheit 21 kann eine Bogenführung aufweisen. Durch diese kann das Verschwenken einfach realisiert werden. Die Bogenführung ist vorzugsweise kreisbogenförmig.
Die, im Ausführungsbeispiel von 1b) virtuelle, Rotationsachse R₄ der ersten Verschwenkeinheit 21 ist vorzugsweise geneigt, hier orthogonal, zur Rotationsachse R₃ des dritten Robotergelenks 13 angeordnet. Vorzugsweise verläuft die Rotationsachse R₄ außerhalb der Verschenkeinheit 21. Im Ausführungsbeispiel der 1b) und im Ausführungsbeispiel der 4a) verläuft die Rotationsachse R₄ der ersten Verschwenkeinheit 21 durch den Tool-Center-Point TCP des Endeffektors 7. In bevorzugten Ausgestaltungen verläuft die Schwenkachse R₄ der ersten Verschwenkeinheit 21 nicht weiter entfernt von dem Tool-Center-Point TCP als 50%, weiter vorzugsweise 20%, weiter vorzugsweise 5%, des Abstands zwischen der Verschwenkeinheit 21 und dem Tool-Center-Point TCP. Alternativ kann, wie im Ausführungsbeispiel der 4 die Rotationsachse R₄ der ersten Verschwenkeinheit 21 durch die erste Verschwenkeinheit 21 verlaufen.
Im Ausführungsbeispiel der 1 und im Ausführungsbeispiel der 4a) weist der Endeffektor 7 nur eine erste Verschwenkeinheit 21 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 auf, wobei das Werkzeug 14 vor und nach dem Verschwenken das Flugzeugstrukturbauteil 2 bestimmungsgemäß bearbeiten kann.
Alternativ kann der Endeffektor 7 auch eine zusätzliche zweite Verschwenkeinheit 22 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 aufweisen. Die Rotationsachse R₅ der zweiten Verschwenkeinheit 22 ist hier und vorzugsweise orthogonal zur Rotationsachse R₄ der ersten Verschwenkeinheit 21 angeordnet und/oder verläuft durch den Tool-Center-Point TCP des Endeffektors 7. Im Ausführungsbeispiel der 4b) verläuft die Rotationsachse R₅ der zweiten Verschwenkeinheit 22 durch die zweite Verschwenkeinheit 22. Hier und vorzugsweise ist in der kinematischen Kette zum Endeffektor 7 hin die zweite Verschwenkeinheit 22 der ersten Verschwenkeinheit 21 nachgelagert.
In diesem Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist der Endeffektor 7 nur zwei Verschwenkeinheiten 21, 22 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 des Endeffektors 7 auf, wobei das Werkzeug 14 vor und nach dem Verschwenken das Flugzeugstrukturbauteil 2 bestimmungsgemäß bearbeiten kann.
Die mobile Roboterplattform 1 kann entlang der horizontalen Verfahrrichtung selbstfahrend ausgebildet sein oder durch eine externe Vorrichtung verfahrbar sein. Im Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist die Plattform 4 Räder 23 auf, auf welchen die mobile Roboterplattform 1 verfahren wird. Diese sind hier und vorzugsweise zumindest teilweise lenkbar und/oder schwenkbar, weiter vorzugsweise alle lenkbar und/oder schwenkbar, ausgebildet. Einzelne Räder 23 und/oder alle Räder 23 können im Falle einer selbstfahrenden mobilen Roboterplattform 1 angetrieben sein.
Alternativ zu Rädern 23 können beispielsweise auch in den Ausführungsbeispielen nicht gezeigte Luftkisseneinheiten vorgesehen sein, nach deren Aktivierung die mobile Roboterplattform 1 in der Horizontalen H auf dem Boden B verfahrbar ist.
Während der Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 ist die Plattform 4 hier und vorzugsweise abgesenkt und/oder es sind Stützen ausgefahren, so dass sie einen stabilen Stand hat. Zum Verfahren an eine andere Bearbeitungsstation kann die Plattform 4 dann beispielsweise relativ zu den Rädern 23 angehoben werden und/oder die Stützen eingefahren werden.
Um ein möglichst autonomes Bearbeiten von Flugzeugstrukturbauteilen 2 durch die mobile Roboterplattform 1 zu ermöglichen, wird hier und vorzugsweise die mobile Roboterplattform 1 von extern mit Strom und/oder Druckluft versorgt.
Besonders bevorzugt sind es nur diese beiden Medien, sowie gegebenenfalls zusätzliche Datenleitungen, mit welchen die mobile Roboterplattform von au-ßen, insbesondere kontinuierlich, versorgt wird.
Die Plattform 4 weist im Ausführungsbeispiel ferner eine Nietbereitstellungseinheit 24 auf. Diese stellt dem Endeffektor 7 über eine Transportstrecke Nietelemente zur Verfügung. Vorzugsweise erfolgt der Transport von der Nietbereitstellungseinheit 24 zum Endeffektor 7 über einen Schlauch. In der Nietbereitstellungseinheit 24 werden die Nietelemente, vorzugsweise solche unterschiedlicher Art, in Magazinen gelagert. Dabei weist ein Magazin vorzugsweise im Wesentlichen nenngleiche Nietelemente auf.
Zusätzlich oder alternativ ist auch die Steuerung 29 der mobilen Roboterplattform 1 auf der Plattform 4 angeordnet. Diese steuert hier und vorzugsweise die Plattform 4, die Höhenverstelleinheit 5, den Roboter 3 sowie den Endeffektor 7. Hierdurch wird ein besonders autarkes Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 durch die mobile Roboterplattform 1 ermöglicht. Die Steuerung 29 kann vorzugsweise mittels eines Bedienpanels 30 von außen bedient werden.
Um die Funktionsweise der Nieteinheit 16 bzw. Bohr-/Nieteinheit 17 zu prüfen, kann die mobile Roboterplattform 1 ferner einen Testblechhalter 25 aufweisen. Von diesem kann ein Testblech 26 gehalten werden und der Endeffektor 7 kann an diesem eine Testbohrung und/oder Testnietung vornehmen.
Ferner kann die Plattform 4 eine Bohrschmiermittelvorrichtung zur Versorgung des Endeffektors 7, insbesondere der Bohreinheit 15 bzw. Bohr-Nieteinheit 17 bzw. Fräseinheit mit Schmiermittel während des Bohrprozesses oder Fräsprozesses aufweisen. Dieses wird hier über Schläuche zum Endeffektor 7 gefördert.
Zusätzlich oder alternativ kann die Plattform 4 eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Bohrspänen und/oder Frässpänen aufweisen. Durch diese können Bohrspäne und/oder Frässpäne durch einen Schlauch vom Endeffektor 7 aus in die Absaugvorrichtung abgesaugt werden.
Wie bereits angedeutet, kann die mobile Roboterplattform 1 an verschiedene Bearbeitungsstationen verfahren werden. Diese sind hier und vorzugsweise wie in der 3 gezeigt entlang eines Flugzeugstrukturbauteils 2 angeordnet.
Um nach dem Verfahren und/oder vor dem Bearbeiten eines neuen Flugzeugstrukturbauteils 2 die Position desselben mit der mobilen Roboterplattform 1, insbesondere dem Endeffektor 7, zu referenzieren, weist die mobile Roboterplattform 1 einen Sensor 27 auf. Grundsätzlich kann die mobile Roboterplattform 1 bzw. die Plattform 4, vorzugsweise der Roboter 3, weiter vorzugsweise der Endeffektor 7, einen Sensor 27 zum Referenzieren der Position und/oder Lage des Flugzeugstrukturbauteils 2 relativ zu der mobilen Roboterplattform 1 und/oder zu dem Roboter 3 und/oder zu dem Endeffektor 7 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel ist der Sensor 27 eine Kamera. Der Sensor 27 ist hier am Endeffektor 7 angeordnet. Das Referenzieren erfolgt insbesondere mittels Referenznieten 28 und/oder Referenzbohrungen an dem Flugzeugstrukturbauteil 2. Diese werden von dem Sensor 27 erfasst und anhand deren Orientierung und/oder Position die Referenzierung durchgeführt.
Flugzeugstrukturbauteile 2 werden vorzugsweise wie folgt mit der mobilen Roboterplattform 1 bearbeitet. Wie bereits erläutert, weist die mobile Roboterplattform 1 einen Roboter 3, eine entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden verfahrbare Plattform 4 und eine auf der Plattform 4 angeordnete Höhenverstelleinheit 5 zur Höhenverstellung des Roboters 3 auf. Der Roboter 3 ist an der Höhenverstelleinheit 5 höhenverstellbar angeordnet. Vorzugsweise ist ein erstes Roboterglied 9 des Roboters 3 auf einem höhenverstellbaren Teil der Höhenverstelleinheit 5 befestigt. Der Roboter 3 weist eine Roboterkinematik 6 zur Positionierung eines Endeffektors 7 auf. Die Roboterkinematik 6 weist ein erstes Robotergelenk 8 mit einem dem ersten Robotergelenk 8 vorgelagerten ersten Roboterglied 9 und einem dem ersten Robotergelenk 8 nachgelagerten zweiten Roboterglied 10 und ein zweites Robotergelenk 11, dem das zweite Roboterglied 10 vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied 12 nachgelagert ist, auf. Dem dritten Roboterglied 12 ist ein drittes Robotergelenk 13 nachgelagert und das erste Robotergelenk 8, das zweite Robotergelenk 11 und das dritte Robotergelenk 13 weisen im wesentlichen parallele Rotationsachsen R₁ , R₂ , R₃ auf. Im Übrigen darf auf die Beschreibung der mobilen Roboterplattform 1 verwiesen werden.
An einer ersten Bearbeitungsstation, welche in der 3 mit durchgezogenen Linien gezeichnet ist, wird nun das Flugzeugstrukturbauteil 2 bearbeitet. Ist an dieser Bearbeitungsstation die Bearbeitung abgeschlossen, wird hier und vorzugsweise der Roboter 3 in die zuvor beschriebene Verfahrstellung bzw. Parkstellung verfahren.
Nach der Bearbeitung an der ersten Bearbeitunsstation, an welcher die mobile Roboterplattform 1 einen Abschnitt 2a in dem Arbeitsbereich A der mobilen Roboterplattform 1 in der ersten Bearbeitungsstation bearbeitet hat, wird die mobile Roboterplattform 1 entlang des Flugzeugstrukturbauteils 2 verfahren, vorzugsweise an eine zweite Bearbeitungsstation. Diese ist in der 3 mit gestrichelten Linien gezeigt. In dieser kann das Flugzeugstrukturbauteil 2 dann in einem Abschnitt 2b weiterbearbeitet werden, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs A der vorherigen Bearbeitung liegt.
Das Anfahren der zweiten Bearbeitungsstation erfolgt hier und vorzugsweise mittels eines Plattformpositioniersystems. Dieses kann beispielsweise Markierungen aufweisen, welche die zweite Bearbeitungsstation kennzeichnen oder eine Positionserfassung der zweiten Bearbeitungsstation ermöglichen. Dies können beispielsweise Bodenmarkierungen sein. Diese Markierungen können beispielsweise optische Markierungen sein, welche auf den Boden B aufgemalt sind. Zusätzlich oder alternativ können im Boden B Zentriervorrichtungen vorgesehen sein, über welche die mobile Roboterplattform 1 in der zweiten Bearbeitungsstation positioniert wird, beispielsweise Zentrieröffnungen im Boden B, in welche Zentrierbolzen der mobilen Roboterplattform 1 zum Positionieren derselben eingreifen. Zusätzlich oder alternativ können RFID-Markierungen, beispielsweise im Boden B, vorgesehen sein, welche ein Positionieren der mobilen Roboterplattform 1 in der zweiten Bearbeitungsstation ermöglichen. Das Anfahren der ersten und ggf. weiteren Bearbeitungsstation erfolgt hier und vorzugsweise analog.
Nach dem Anfahren und Positionieren der Bearbeitungsstation wird die mobile Roboterplattform 1 vorzugsweise fest auf dem Boden B abgestellt. Hier und vorzugsweise erfolgt danach das zuvor bereits beschriebene Referenzieren des Flugzeugstrukturbauteils mit dem Sensor 27.
Danach wird, wie in gestrichelten Linien in der 3 dargestellt, das Flugzeugstrukturbauteil 2 von der mobilen Roboterplattform 1 in einem Abschnitt 2b bearbeitet, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs A der ersten Bearbeitungsstation liegt.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass die Höhenverstelleinheit 5, das erste, zweite und dritte Robotergelenk 8, 11, 13 sowie ggf. die erste und ggf. zweite Verschwenkeinheit 21, 22 jeweils einen eigenen Verstellantrieb 5b, 11a, 13a, 21a, 22a zur Verstellung aufweisen kann. Dieser ist jeweils getrennt von den jeweils anderen Verstellantrieben 5b, 11a, 13a, 21a, 22a steuerbar bzw. regelbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016118785 A1 [0004]

Claims

Mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist und die Höhenverstelleinheit (5) in mindestens einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform (1) schwenkfest zur Plattform (4) angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R₁, R₂, R₃) aufweisen.
Mobile Roboterplattform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen (R₁, R₂, R₃) des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks (8, 11, 13) quer, vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen (H) und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet sind.
Mobile Roboterplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstelleinheit (5) linear verstellbar ist, insbesondere quer, vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen (H).
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (3) vollständig, vorzugsweise einschließlich des Endeffektors (7), in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform (4) verfahrbar ist.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Roboterglied (10) sich in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich über die Plattform (4) hinaus erstreckt, weiter vorzugsweise, dass das dritte Roboterglied (12) in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich vollständig außerhalb der Plattform (4) angeordnet ist.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) mindestens ein Werkzeug (14), vorzugsweise eine Bohreinheit (15) zum Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils (2) und/oder eine Nieteinheit (16) zum Nieten des Flugzeugstrukturbauteils (2), weiter vorzugsweise eine Bohr-/Nieteinheit (17) zum Bohren und Nieten des Flugzeugstrukturbauteils (2), aufweist.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nieteinheit (16) und/oder die Bohr-/Nieteinheit (17) ein Nietwerkzeug (18) und ein Nietgegenwerkzeug (19) zum Nieten aufweist, vorzugsweise, dass der Endeffektor (7) eine U-förmige Werkzeugaufnahme (20) aufweist, wobei an einem Schenkel (20a) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) das Nietwerkzeug (18) und an dem anderen Schenkel (20b) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) das Nietgegenwerkzeug (19) angeordnet ist.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) nach unten zum Boden (B) oder nach oben vom Boden (B) weg weist, vorzugsweise, dass die Schenkel (20a; 20b) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) nach unten zum Boden (B) oder nach oben vom Boden weg weisen.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) eine erste Verschwenkeinheit (21) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (R₄) aufweist, vorzugsweise, dass die Rotationsachse (R₄) der ersten Verschwenkeinheit (21) quer, insbesondere im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R₃) des dritten Robotergelenks (13) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) eine zweite Verschwenkeinheit (22) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (R₅) aufweist, vorzugsweise, dass die Rotationsachse (R₅) der zweiten Verschwenkeinheit (22) quer, insbesondere im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R₄) der ersten Verschwenkeinheit (21) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1) entlang der horizontalen Verfahrrichtung selbstfahrend ausgebildet ist und/oder durch eine externe Vorrichtung verfahrbar ist.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1) von extern mit Strom und/oder Druckluft versorgt wird.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Plattform (4) eine Nietbereitstellungseinheit (24) angeordnet ist, welche dem Endeffektor (7) über eine Transportstrecke Nietelemente bereitstellt.
Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1), vorzugsweise der Roboter (3), insbesondere der Endeffektor (7), einen Sensor (27), insbesondere eine Kamera, zum Referenzieren der Position und/oder Lage des Flugzeugstrukturbauteils (2) relativ zu der mobilen Roboterplattform (1) und/oder zu dem Roboter (3) und/oder zu dem Endeffektor (7) aufweist.
Roboteranordnung, insbesondere mobile Roboterplattform (1), zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) mit mindestens einem Werkzeug (14) aufweist und wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R₁, R₂, R₃) aufweisen, und dass der Endeffektor (7) eine erste Verschwenkeinheit (21) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (R₄) aufweist, dass die Rotationsachse (R₄) der ersten Verschwenkeinheit (21) geneigt, vorzugsweise quer, weiter vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R₃) des dritten Robotergelenks (13) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
Verfahren zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einer mobilen Roboterplattform (1) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R₁, R₂, R₃) aufweisen und der Endeffektor (7) das Flugzeugstrukturbauteil (2) bearbeitet.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1) einen Arbeitsbereich (A) aufweist, in welchen sie einen Abschnitt (2a) eines Flugzeugstrukturbauteils (2) ohne verfahren zu werden bearbeiten kann, dass das Flugzeugstrukturbauteil (2) mit einem Abschnitt in diesem Arbeitsbereich (A) angeordnet ist und in diesem Abschnitt (2a) bearbeitet wird, dass nach der Bearbeitung dieses Abschnitts (2a) die mobile Roboterplattform (1) entlang des Flugzeugstrukturbauteils (2) verfahren wird und anschließend das Flugzeugstrukturbauteil (2) in einem Abschnitt (2b) bearbeitet wird, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs (A) der vorherigen Bearbeitung liegt.