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Die Erfindung betrifft eine Robotervorrichtung zum automatischen Durchführen wenigstens einer Manipulation an einem mittels einer Stetigfördereinheit transportierbaren Werkstück der im Patentanspruch 1 angegebenen Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Robotervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Bei heutigen Produktions- und/oder Fertigungsanlagen, insbesondere zum Herstellen von Kraftfahrzeugen, sind dort eingesetzte Industrieroboter, welche zum Beispiel als Gelenkarmroboter ausgebildet sein können, an deren Endglied mit einer Werkzeugeinheit versehen. Mittels dieser Werkzeugeinheit führen die Industrieroboter bzw. Gelenkarmroboter an Werkstücken in der Produktions- und/oder Fertigungsanlage Arbeiten an den Werkstücken aus. Beispielsweise manipulieren die Gelenkarmroboter an den Werkstücken. Stellen am Werkstück, an welchen die Manipulation stattfindet, sind programmtechnisch festgelegt oder werden mittels Bildverarbeitung seitens des Roboters vermessen. Es ist häufig erforderlich, der Werkzeugeinheit eine mechanische Nachgiebigkeit zu verleihen, um Abweichungen zwischen einer Soll- und einer Ist-Position der Werkzeugeinheit auszugleichen, falls der Roboter keine kraftgeregelte Nachgiebigkeit aufweist. Um eine nötige Genauigkeit beim Manipulationsprozess zu erreichen, finden die Manipulationsprozesse in der Regel am ruhenden Werkstück statt, weshalb das Werkstück aus einem Fließbetrieb der Produktions- und/oder Fertigungsanlage auszutakten ist.
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So offenbart beispielsweise die
DE 20 2011 103 223 U1 eine Arbeitsvorrichtung zum Drehfügen und/oder Drehlösen, insbesondere Schraubvorrichtung, mit einem mehrgliedrigen Roboter, wobei der Roboter an seinem Endglied eine Dreheinrichtung trägt, die zum Andrehen oder Ausdrehen eines Drehteils, insbesondere einer Schraube oder Mutter, vorgesehen und ausgebildet ist, wobei der Roboter insbesondere sein Endglied, zum Festdrehen oder Lösen des Drehteils vorgesehen und ausgebildet ist.
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Außerdem offenbart die
WO 2015 173 239 A1 einen Roboterarbeitsplatz mit einem Gelenkarmroboter, welcher ein Werkzeug hält, wobei das Werkzeug als eine Schraubvorrichtung ausgebildet ist, die ein Erfassungsmittel zum Erfassen und/oder Anzeigen eines von der Schraubvorrichtung auf eine Schraube oder eine Mutter aufgebrachten Drehmoments, Drehwinkels und/oder einer Schraubkurve aufweist, wobei eine Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, zusätzlich wenigstens ein mittels eines Roboterarms abgestütztes Reaktionsmoment zu erfassen, welches durch ein von der Schraubvorrichtung auf die Schraube oder die Mutter aufgebrachtes Drehmoment in den Roboterarm eingeleitet wird.
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Um das besonders unwirtschaftliche Austakten des Werkstücks aus dem Fließbetrieb zu vermeiden, besteht also der Bedarf, das Manipulieren des Werkstücks während des Fließbetriebs durchzuführen. Hierzu offenbart die
DE 10 2015 015 678 A1 eine Montageeinrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines in eine Förderrichtung bewegbaren Bauteils eines Kraftwagens, mit wenigstens einer mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegbaren Bearbeitungseinrichtung zum Bearbeiten des Bauteils, und mit wenigstens einer Transporteinrichtung zum Transportieren der Bearbeitungseinrichtung, welche an der Transporteinrichtung in drei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen relativ zu der Transporteinrichtung bewegbar gehalten ist, wobei die Bearbeitungseinrichtung an der Transporteinrichtung über eine Transportplattform zum Transportieren wenigstens einer Person gehalten ist.
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Derartige herkömmliche Manipulationsroboteranlagen erfordern einen hohen Investitions- und Einrichtungsaufwand und stellen oftmals besonders unflexibel einsetzbare Sonderlösungen dar. Ferner ist eine Mensch-Roboter-Kollaboration (abgekürzt: MRK) nicht oder nur unter einem erheblichen Aufwand realisierbar. Insbesondere bei rein positionsgeregelten Robotern ist ein Arbeiter im Bewegungsbereich des Roboters in Gefahr, von dem sich bewegenden, positionsgeregelten Roboter verletzt zu werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, besonders aufwandsarm mittels einer zur Mensch-Roboter-Kollaboration geeigneten Robotervorrichtung besonders aufwandsarm und effizient eine Manipulation an einem Werkstück durchzuführen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Robotervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Betreiben einer solchen Robotervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Robotervorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Robotervorrichtung anzusehen und umgekehrt.
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Erfindungsgemäß ist eine Robotervorrichtung zum automatischen Durchführen wenigstens einer Manipulation an einem mittels einer Stetigfördereinheit transportierbaren Werkstück vorgesehen. Die Robotervorrichtung umfasst eine wenigstens einen kraftgeregelten Roboter aufweisende Robotereinheit. Derartige kraftgeregelte, das heißt nachgiebig geregelte, Roboter sind aus dem Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt und besonders gut für eine Mensch-Roboter-Kollaboration geeignet. Mittels des kraftgeregelten Roboters ist eine Kollision zwischen dem Roboter und einer Person, insbesondere einem im Arbeitsbereich des Roboters arbeitenden Arbeiters, besonders schnell erkennbar, sodass Folgen der Kollision, insbesondere Verletzungen, Beschädigungen des Roboters etc., verhindert werden können. Dies ist insbesondere vorteilhaft, als der Arbeiter im Arbeits- und/oder Aktionsbereich der Robotereinheit direkt bzw. unmittelbar mit dieser aktiv zusammenarbeitet. Logischerweise ist bei diesem Zusammenarbeiten, das heißt bei der Mensch-Roboter-Kollaboration, sicherzustellen, dass insbesondere ein Verletzungsrisiko des Arbeiters minimiert ist.
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Die Robotervorrichtung umfasst des Weiteren eine an der Robotereinheit befestigte und mittels dieser antreibbare Werkzeugeinheit. Das bedeutet, dass an einem Endglied der Robotereinheit die Werkzeugeinheit angeordnet und dort gehalten ist. Unter dem Endglied der Robotereinheit ist das am weitesten distal angeordnete Glied eines Roboterarms der Robotereinheit zu verstehen. Üblicherweise weist dieses am weitesten distal angeordnete Endglied Mittel auf, über welche die Werkzeugeinheit mit der Robotereinheit verbindbar ist.
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Bei der Robotervorrichtung ist ein Manipulationspunkt am Werkstück mittels der Robotereinheit anhand einer vorgegebenen Suchstrategie durch kraftgeregeltes Herantasten der Werkzeugeinheit an den Manipulationspunkt ermittelbar. Das bedeutet, dass die Robotereinheit bzw. die Robotervorrichtung die Werkzeugeinheit, welche beispielsweise ein Bohrwerkzeug aufweisen kann, zunächst grob an den Manipulationspunkt, welcher beispielsweise als ein Mittelpunkt einer Bohrung ausgebildet sein kann, heranführt. Um schließlich die Werkzeugeinheit besonders exakt auf den Manipulationspunkt einzustellen, sodass unter Ausbildung einer besonders geringen Toleranz die Manipulation an dem Werkstück, zum Beispiel ein Bohren, stattfindet, tastet die Robotereinheit bzw. die Robotervorrichtung die Werkzeugeinheit an den Manipulationspunkt heran, indem die Robotereinheit die Werkzeugeinheit mindestens einmal in einen mechanischen Kontakt mit dem Werkstück bringt um zu bestimmen, ob die Werkzeugeinheit exakt auf den Manipulationspunkt ausgerichtet ist. Ist dies nicht der Fall erfolgt dieses Herantasten erneut und insbesondere so lange, bis die Werkzeugeinheit exakt auf den Manipulationspunkt ausgerichtet ist. Beispielsweise kann mittels des Herantastens bestimmt werden, ob eine Bohrspitze des Bohrwerkzeugs der Werkzeugeinheit in eine Körnung des Werkstücks eingreift oder nicht. Hierbei kommen interne Sensoren des kraftgeregelten Roboters der Robotereinheit, mit welchen der Roboter ohnehin ausgerüstet ist, zum Einsatz, sodass an der Robotereinheit bzw. an der Robotervorrichtung, insbesondere an dem Endglied der Robotereinheit keine separaten Sensoren zum Erfassen des Manipulationspunkts vorzusehen sind.
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Aufgrund der internen Sensoren der Robotereinheit ist diese zur Mensch-Roboter-Kollaboration (abgekürzt: MRK) geeignet, wodurch die Robotereinheit besonders produktiv direkt bzw. unmittelbar mit einem Arbeiter zusammenarbeiten kann, welcher sich insbesondere in einem Arbeits- und/oder Aktionsbereich der Robotereinheit bzw. der Robotervorrichtung aufhält. Das bedeutet, dass die internen Sensoren der Robotereinheit eine Doppelfunktionalität innehaben. Einerseits stellen die internen Sensoren der Robotereinheit die MRK-Funktionalität sicher und andererseits werden die internen Sensoren eingesetzt, um eine positionelle Ausrichtung der Werkzeugeinheit am Werkstück, insbesondere am Manipulationspunkt, herzustellen.
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Um nun besonders aufwandsarm und effizient die Manipulation an dem Werkstück durchzuführen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das kraftgeregelte Herantasten und das Manipulieren am Werkstück jeweils während eines Transportierens des Werkstücks mittels der Stetigfördereinheit unter Ausbleiben einer Bildverarbeitung seitens der Robotereinheit ausführbar sind. Mit anderen Worten ist das Werkstück mittels der Stetigfördereinheit, welche beispielsweise ein Förderband umfassen kann, in stetiger Bewegung, beispielsweise um das Werkstück von einer Bearbeitungsstation zur nächsten zu transportieren. Insbesondere sind Weganteile zwischen zwei solchen Bearbeitungsstationen nicht wertschöpfend, wenn auf dem Weg von der einen Arbeitsstation zu der nächsten Arbeitsstation keinerlei Arbeiten an dem Werkstück durchgeführt werden. Wird mittels der erfindungsgemäßen Robotervorrichtung an dem Werkstück, während dieses sich auf dem Weg zwischen zwei Bearbeitungsstationen befindet, wenigstens eine Arbeit durchgeführt, ist der Weganteil produktiv genutzt. Hierdurch lässt sich eine Taktzeit eines Herstellungsprozesses des Werkstücks besonders gering ausbilden.
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Des Weiteren ist die Robotervorrichtung besonders einfach aufgebaut, da ein Bildverarbeiten bzw. eine Bildverarbeitung seitens der Robotereinheit und somit der Robotervorrichtung unterbleibt. Bei herkömmlichen Robotervorrichtungen kann eine Bildverarbeitung eingesetzt sein, um die exakte Position des Manipulationspunkts zu bestimmen, wobei eine solche Bildverarbeitung einen besonders hohen Steuer- und/oder Regelaufwand der herkömmlichen Robotervorrichtung erfordert. Indem auf mit der Bildverarbeitung zusammenhängende Komponenten, zum Beispiel Kameras, verzichtet ist, ist die Robotervorrichtung besonders kosteneffizient herstellbar bzw. beschaffbar und darüber hinaus besonders robust. Ein Wartungsaufwand der Robotervorrichtung ist aufgrund der Abwesenheit der mit der Bildverarbeitung zusammenhängenden Komponenten darüber hinaus besonders gering.
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Insbesondere ein Fügen und/oder Lösen von Schraubverbindungen am Werkstück stellen hohe Anforderungen an die Robotervorrichtung. Mittels der zur Mensch-Roboter-Kollaboration geeigneten Robotervorrichtung ist ein Schraubvorgang an dem Werkstück besonders aufwandsarm und effizient durchführbar, wenn die Manipulation den Schraubvorgang aufweist und die Werkzeugeinheit ein Schraubwerkzeug umfasst, mittels welchem ein Schraubelement am Werkstück drehbar ist. Insbesondere in der Serien- und/oder Massenproduktion von Kraftfahrzeugen kann es im Fließbetrieb notwendig sein, das Werkstück, insbesondere eine Fahrzeugkarosse, von einer ersten Stetigfördereinheit, welche beispielsweise an einem Boden einer Produktionshalle angeordnet ist, an eine zweite Stetigfördereinheit, welche an einer Decke der Produktionshalle angeordnet ist, zu übergeben. Oftmals sind die Karossen mittels einer Spannvorrichtung an den jeweiligen Stetigfördereinheiten befestigt, sodass für ein Übergeben der Fahrzeugkarosse von der einen Stetigfördereinheit an die andere Stetigfördereinheit die Fahrzeugkarosse von der Spanneinheit gelöst werden muss. Es wäre besonders unwirtschaftlich, wenn für ein derartiges Lösen - und dementsprechend auch für ein Verspannen - des Werkstücks bzw. der Fahrzeugkarosse an den jeweiligen Stetigfördereinheiten diese angehalten werden müssten. Dementsprechend ist es besonders effizient, wenn der Schraubvorgang bzw. die Manipulation während des Transportierens des Werkstücks erfolgt.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn mittels eines Drehens des Schraubelements in eine Löserichtung das Werkstück von der Stetigfördereinheit entkoppelbar ist. Beispielsweise kann die Fahrzeugkarosse bzw. das Werkstück über das Schraubelement mit der Spanneinheit verbunden sein. Um also, wie bereits beschrieben, das Werkstück bzw. die Fahrzeugkarosse von der Spanneinheit zu lösen, kann es vorgesehen sein, dass die das Schraubwerkzeug umfassende Werkzeugeinheit das Schraubelement in die Löserichtung betätigt, wodurch eine mechanische Verbindung, insbesondere ein Formschluss, zwischen der Spanneinheit und dem Werkstück gelöst wird. Auf diese Weise ist es besonders einfach möglich, das Werkstück von der Spanneinheit zu entkoppeln.
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Mittels eines Drehens des Schraubelements in eine Spannrichtung, welche der Löserichtung entgegengesetzt ist, kann das Werkstück an der Stetigfördereinheit verspannbar sein. Mit anderen Worten kann mittels der Werkzeugeinheit, die das Schraubwerkzeug umfasst, das Schraubelement in die Spannrichtung betätigen, sodass zwischen der Spanneinheit und dem Werkstück bzw. der Fahrzeugkarosse eine mechanische Verbindung, insbesondere der Formschluss, realisiert wird, sodass das Werkstück fest mit der Spanneinheit verbunden ist. Insbesondere nach einer Übergabe des Werkstücks von der einen Stetigfördereinheit zu der anderen Stetigfördereinheit lässt sich so besonders einfach und effizient eine sichere Verbindung zwischen dem Werkstück und der jeweiligen Stetigfördereinheit herstellen.
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Besonders bevorzugt weist die Werkzeugeinheit eine Fangeinrichtung auf, mittels welcher ein von dem Werkstück mittels der Robotervorrichtung entferntes Teil auffangbar ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Schraubelement mittels der Robotervorrichtung, insbesondere mittels der Werkzeugeinheit, so lange in Löserichtung betätigt wird, bis der Formschluss zwischen der Spanneinheit und dem Werkstück gelöst ist und infolgedessen das Schraubelement von der Spanneinheit gelöst ist, sodass das Schraubelement mittels der Fangeinrichtung aufgefangen werden kann, bevor das Schraubelement in unerwünschter Weise auf einen Boden oder auf das Förderband der Stetigfördereinheit herabfällt. Weiter vorteilhaft ist, dass das Schraubelement bzw. der von dem Werkstück entfernte Teil mittels der Robotervorrichtung aus dem Fließbetrieb ausschleusbar ist, ohne das stetige Transportieren des Werkstücks unterbrechen zu müssen.
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Die Werkzeugeinheit kann ein Zentrierelement aufweisen, welche das Herantasten der Werkzeugeinheit durch die Robotereinheit an den Manipulationspunkt unterstützt. Beispielsweise kann die Werkzeugeinheit eine Gehäusestruktur aufweisen, welche mit dem Manipulationspunkt und/oder mit einer am Manipulationspunkt vorhandenen Struktur des Werkstücks korrespondiert. Das Werkstück kann an dem Manipulationspunkt das Schraubelement aufweisen, welches eine Werkzeugansatzfläche aufweist, über welche das Schraubelement kraft- und/oder formschlüssig mit der Werkzeugeinheit bzw. mit dem Schraubwerkzeug verbindbar ist. Bei dem kraftgeregelten Herantasten bestimmt dann die Robotervorrichtung, ob bzw. dass das Zentrierelement der Werkzeugeinheit ganz oder teilweise, insbesondere formschlüssig, mit dem Schraubelement am Manipulationspunkt in Eingriff ist. Dies ist beispielsweise bestimmbar, indem die Robotervorrichtung mittels der Robotereinheit Bewegungen ausführt, wobei ein Bewegungswiderstand mittels der internen Sensoren der Robotereinheit bestimmt wird. Insbesondere bei einer senkrecht zum Schraubelement verlaufenden Bewegung ist der Bewegungswiderstand besonders hoch ausgebildet, wenn die Werkzeugeinheit exakt mit dem Manipulationspunkt ausgerichtet ist und an der Werkzeugansatzfläche des Schraubelements angreift. Dementsprechend ist bestimmbar, dass die Werkzeugeinheit bestimmungsgemäß exakt an dem Manipulationspunkt angeordnet ist.
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Die Robotervorrichtung kann eine Mitschleppeinheit aufweisen, welche zwischen einer Mitschleppstellung und einer Losstellung verstellbar ist. In der Mitschleppstellung sind die Robotereinheit und die Stetigfördereinheit miteinander lösbar verbunden, sodass die Stetigfördereinheit die Robotereinheit mitschleppt, welche mittels einer Linearachseinheit entlang einer Förderrichtung geführt ist. Mit anderen Worten weist die Robotervorrichtung die Linearachseinheit auf, auf dessen Schlitten die Robotereinheit montiert ist, sodass die Robotereinheit und die Linearachseinheit miteinander verbunden sind. Der Schlitten der Linearachseinheit und infolgedessen die Robotereinheit ist entlang einer Längserstreckung der Linearachseinheit bewegbar. Vorzugsweise ist die Linearachseinheit parallel zu der Stetigfördereinheit angeordnet, so das ein axiales Bewegen der Robotereinheit bzw. des Schlittens entlang einer Transportrichtung der Stetigfördereinheit beschränkt ist. Mittels der Mitschleppeinheit sind also eine Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit und eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens der Linearachseinheit miteinander synchronisierbar. Dies ist vorteilhaft, da dann in der Mitschleppstellung der Mitschleppeinheit zwischen der Robotereinheit, welche auf dem Schlitten montiert ist, und dem mittels der Stetigfördereinheit transportierten Werkstück ein quasistationärer Zustand herrscht. In anderen Worten ist eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Robotereinheit und dem Werkstück gleich null. Daher ist ein Programmieraufwand der Robotervorrichtung besonders gering, da bei der Programmierung der Robotervorrichtung keine Relativgeschwindigkeit zwischen der Robotereinheit und dem Werkstück zu berücksichtigen ist.
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In der Losstellung ist die Robotereinheit unabhängig von der Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit bewegbar. Das bedeutet, dass der Schlitten der Linearachseinheit und die Stetigfördereinheit voneinander entkoppelt sind, sodass die Robotereinheit bzw. der Schlitten der Linearachseinheit langsamer oder schneller als die Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit und/oder entgegen einer Transportrichtung der Stetigfördereinheit bewegbar ist. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da die Robotereinheit nach einem erfolgten Mitschleppen durch die Stetigfördereinheit, zum Beispiel aus einer Startposition heraus in eine Endposition, wieder in die Startposition bewegt werden kann. Es kann ein Antriebsstrang vorgesehen sein, mittels welchem der Schlitten der Linearachseinheit aktiv antreibbar ist, wodurch gezielt wenigstens eine Zwischenposition zwischen der Startposition und der Endposition angesteuert werden kann. Anders ausgedrückt ist die Robotereinheit gezielt in wenigstens eine Zwischenposition, insbesondere in eine Vielzahl von Zwischenpositionen verstellbar, wo beispielsweise mittels der Robotereinheit ein Beladevorgang, ein Entladevorgang, ein Werkzeugwechselvorgang etc., insbesondere automatisch, durchführbar ist. Insbesondere für den Fall, dass mittels der Fangeinrichtung beispielsweise das Schraubelement von der Robotereinheit transportiert wird, ist es auf besonders vorteilhafte Weise möglich, das Schraubelement mittels der Robotervorrichtung an der Zwischenposition der Robotereinheit aus dem Fließbetrieb auszuschleusen.
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Um eine Dauer des kraftgeregelten Herantastens der Werkzeugeinheit an den Manipulationspunkt mittels der Robotervorrichtung besonders gering auszubilden, weist die Suchstrategie besonders vorteilhaft ein Schwingen der Robotereinheit und/oder ein Drehen einer Schraubelementaufnahme der Werkzeugeinheit auf. Das bedeutet, dass während des Herantastens die Schraubelementaufnahme der Werkzeugeinheit, welche als Schraubwerkzeug ausgebildet sein kann, einer stetigen Drehung bzw. einem stetigen Drehen unterworfen ist, sodass eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem Schraubelement und der Werkzeugeinheit besonders schnell hergestellt werden kann. Mit anderen Worten wird die Schraubelementaufnahme als Teil der Suchstrategie rotatorisch angetrieben.
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Die Suchstrategie ist besonders vorteilhaft ausgebildet, wenn die Robotereinheit aktiv wenigstens eine periodische Schwingung ausführt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Robotereinheit aktiv mehrere Schwingungen gleichzeitig überlagert ausführt, sodass das sich ergebende Schwingungsbild einer Lissajous-Figur entspricht. Bei Lissajous-Figuren sind wenigstens zwei harmonische, rechtwinklig zueinander stehende Schwingungen miteinander überlagert. Hieraus ergibt sich eine besonders raumgreifend ausgebildete Suchstrategie, mittels welcher besonders schnell die Werkzeugeinheit an dem Manipulationspunkt ausgerichtet werden kann, wobei gleichzeitig die Werkzeugansatzfläche der Werkzeugeinheit funktionsgemäß an dem Manipulationspunkt angesetzt werden kann.
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Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Robotervorrichtung vor. Das Verfahren umfasst einen ersten Verfahrensschritt, bei welchem das Werkstück mittels der Stetigfördereinheit stetig transportiert wird.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird der Manipulationspunkt am Werkstück mittels der Robotereinheit ermittelt, indem die Robotereinheit die Werkzeugeinheit an den Manipulationspunkt anhand der vorgegebenen Suchstrategie kraftgeregelt herantastet.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird das Werkstück bzw. wird am Werkstück manipuliert. Das bedeutet, dass wenigstens ein Arbeitsschritt mittels der Robotervorrichtung an dem Werkstück ausgeführt wird. Beispielsweise ist denkbar, dass eine Bohrung in das Werkstück gesetzt wird.
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Um besonders aufwandsarm und effizient mittels der Robotervorrichtung die Manipulation bzw. den Arbeitsschritt am Werkstück durchzuführen, ist vorgesehen, dass das kraftgeregelte Herantasten und das Manipulieren am Werkstück jeweils während des Transportierens des Werkstücks mittels der Stetigfördereinheit unter Ausbleiben einer Bildverarbeitung seitens der Robotereinheit ausgeführt werden. Das Verfahren ist insbesondere aufgrund des Ausbleibens der Bildverarbeitung, welches einen besonders hohen Steuer- und/oder Regelungsaufwand bedingen würde, besonders einfach ausgebildet. Indem anhand des Verfahrens die Robotervorrichtung während des Transportierens des Werkstücks, das heißt während das Werkstück mittels der Stetigfördereinheit stetig bewegt wird, betrieben wird, wird der zuvor nicht wertschöpfend ausgebildete Transportvorgang des Werkstücks wertschöpfend ausgebildet, sodass ein Gesamtherstellungsprozess eines Produkts, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, besonders effizient abläuft.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Robotervorrichtung bei einem Manipulieren an einem Werkstück auf einer Stetigfördereinheit;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Schraubelements, wie dieses in eine Spanneinheit eingreift;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer als Schraubwerkzeug ausgebildeten Werkzeugeinheit und des Schraubelements;
- 4 eine perspektivische Ansicht des Schraubelements; und
- 5 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Betreiben der Robotervorrichtung.
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Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Robotervorrichtung 1 bei einem Manipulieren an einem Werkstück 2 auf einer Stetigfördereinheit 3. Die Robotervorrichtung weist eine Robotereinheit 4 auf, welche wenigstens einen kraftgeregelten Roboter 5 aufweist, welcher vorliegend als ein kraftgeregelter Leichtbauroboter ausgebildet ist. Derartige kraftgeregelte bzw. nachgiebig geregelte Roboter werden besonders bevorzugt eingesetzt, wenn in einem Bewegungs- und/oder Aktionsbereich des Roboters 5 bzw. der Robotereinheit 4 eine Person, insbesondere ein Arbeiter eingesetzt ist, welcher direkt bzw. unmittelbar mit dem Roboter 5 bzw. mit der Robotereinheit 4 aktiv zusammenarbeitet. Ein derartiges Zusammenarbeiten, bei welchem beispielsweise der Roboter 5 und der Arbeiter gleichzeitig an dem Werkstück 2 Arbeiten durchführen, wird Mensch-Roboter-Kollaboration (kurz: MRK) genannt. Dies erfordert besonders effiziente Sicherheitsmaßnahmen, da sichergestellt sein muss, dass für den in der Mensch-Roboter-Kollaboration eingesetzten Arbeiter ein Höchstmaß an Arbeitssicherheit herrscht. Insbesondere ist sicherzustellen, dass eine Kollision zwischen dem Roboter 5 und dem Arbeiter keine oder nur besonders geringe Folgen für den Arbeiter und/oder für den Roboter 5 hat. Der kraftgeregelte Roboter 5 weist eine interne Sensoreinheit auf, die ständig zum Beispiel eine Kraft bzw. ein Drehmoment überwacht, die zum Bewegen der Robotereinheit 4 bzw. zum Bewegen des Roboters 5 erforderlich ist. Steigt diese Kraft, insbesondere sprunghaft an, kann eine Kollision vorliegen, was durch die angestiegene Kraft bestimmbar ist.
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An einem Endglied 6 des Roboters 5 ist eine Werkzeugeinheit 7 angeordnet und dort mit dem Roboter 5 verbunden. Bei dem Endglied 6 handelt es sich um das am weitesten distal angeordnete Glied des Roboters 5, welcher vorliegend als ein Gelenkarmroboter ausgebildet ist. Dementsprechend handelt es sich bei dem Endglied 6 um das am weitesten distal angeordnete Glied der Robotereinheit 4. Dahingegen handelt es sich bei der Werkzeugeinheit 7 um das am weitesten distal angeordnete Element der Robotervorrichtung 1. Beispielsweise kann die Werkzeugeinheit 7 am Endglied 6 des Roboters 5 mittels einer roboterseitigen Haltevorrichtung gehalten, zum Beispiel über eine roboterseitige Greifeinheit gegriffen sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Endglied 6 selbst die Werkzeugeinheit 7 bildet oder dass die Werkzeugeinheit 7 integraler Bestandteil des Endglieds 6 ist.
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Im vorliegenden Beispiel weist die Werkzeugeinheit 7 ein Schraubwerkzeug 8 auf, welches an dem Endglied 6 der Robotereinheit 4 bzw. des Roboters 5 befestigt ist. Die Werkzeugeinheit 7 bzw. das Schraubwerkzeug 8 ist mittels des Roboters 5 antreibbar und/oder bedienbar. Insbesondere kann das Schraubwerkzeug 8 ein herkömmliches, mittels einer nicht arbeiterseitigen Fremdenergie antreibbares Schraubwerkzeug, zum Beispiel einen sogenannten Akkuschrauber oder ein pneumatisch antreibbares Schraubwerkzeug, umfassen, welches üblicherweise von dem menschlichen Arbeiter auch außerhalb einer MRK einsetzbar und/oder bedienbar ist. In 1 ist zu erkennen, dass das Schraubwerkzeug 8 über ein Kabel 9 mit einer nicht dargestellten Energieversorgungs- und/oder Steuereinheit verbunden ist. Bei dieser Energieversorgungs- und/oder Steuereinheit kann es sich um eine Energieversorgungs- und/oder Steuereinheit der Robotervorrichtung 1 handeln. Es ist aber auch denkbar, dass die Robotervorrichtung 1 eine eigene Steuereinheit und/oder eine eigene Energieversorgungseinheit aufweist. Insbesondere kann eine Verbindung zwischen der Werkzeugeinheit 7 und der Steuereinheit zum Übermitteln von Steuerungsdaten, zum Beispiel Kommunikationsdaten bzw. -signalen kabellos und/oder kabelgebunden ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist diese Verbindung zum Steuern des Schrauberwerkzeugs mittels der Steuereinheit drahtlos ausgeführt.
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In 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass die Robotervorrichtung 1 eine Linearachseinheit 10 aufweist, welche parallel zu einem Förderband 11 der Stetigfördereinheit 3 angeordnet ist. Insbesondere ist die Linearachseinheit 10 direkt benachbart zu dem Förderband 11 und in einem unmittelbaren Nahbereich des Förderbands 11 angeordnet, sodass eine von einem Schlitten 12 der Linearachseinheit 10 seitlich hervorspringende Mitschleppeinheit 13 über dem Förderband 11 angeordnet ist. Der Schlitten 12 ist an einem Linearachsgrundkörper 14 entlang einer Längserstreckung der Linearachseinheit 10 geführt, sodass eine Bewegungsrichtung des Schlittens 12 parallel zu einer Transportrichtung 15 der Stetigfördereinheit 3 bzw. des Förderbands 11 verläuft.
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Die Mitschleppeinheit 13 ist in eine Mitschleppstellung verstellbar, sodass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 12 mit einer Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit 3 bzw. des Förderbands 11 synchronisierbar ist. Mit anderen Worten wird der Schlitten 12, auf welchem der Roboter 5 montiert, insbesondere verschraubt ist, mittels des Förderbands 11 mitgeschleppt, sodass zwischen dem Werkstück 2 und der Robotereinheit 4 bzw. dem Roboter 5 ein quasistationärer Zustand herrscht. Mit anderen Worten herrscht zwischen dem Werkstück 2 und einer Basis 16 des Roboters 5 eine Relativgeschwindigkeit von null. Ist die Mitschleppeinheit 13 in der Mitschleppstellung angeordnet, wird der Schlitten 12 und infolgedessen die Robotereinheit 4 aus einer Startposition 17 in Richtung zu einer Endposition 18 hin mitgeschleppt. Die Startposition 17 und die Endposition 18 begrenzen einen maximalen Verfahrweg des Schlittens 12 entlang des Linearachsgrundkörpers 14.
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Insbesondere im Serienfahrzeugbau besteht der Bedarf, das Werkstück 2 beziehungsweise die Fahrzeugkarosse 2 von einem hängenden Transport (nicht dargestellt) in einen aufsitzenden Transport, wie in 1 gezeigt, zu übergeben. Beim hängenden Transport erstreckt sich wenigstens ein Spannelement 20 (siehe 2), welches weiter unten näher beschrieben wird, bis in die Fahrzeugkarosse 2 hinein, um sicherzustellen, dass die Fahrzeugkarosse 2 beim Schwenken in der hängenden Fördereinrichtung nicht aus einer Trägereinrichtung herabfällt. Nach einem Zurückschwenken der Fahrzeugkarosse 2 in eine Übergabeposition für den aufsitzenden Transport, erfolgt ein Spannen der Fahrzeugkarosse 2 auf der Trägereinrichtung 19. Dabei verbleibt wenigstens ein Spannelement 20 zunächst in der Karosserie, welches - um es für nachfolgende Fahrzeuge wiederverwenden zu können - später gelöst wird.
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Indem die Robotereinheit 4 bzw. der Roboter 5 über die Mitschleppeinheit 13 positionsstabil über das Förderband 11 mit dem Werkstück 2 mitgeschleppt werden kann, ist ein reines, zuvor nicht wertschöpfendes Transportieren oder eine sonst unumgängliche ruhende Bearbeitung des Werkstücks 2 wertschöpfend ausbildbar, indem während des Transportierens an dem Werkstück 2 bzw. an der Fahrzeugkarosse wenigstens eine Arbeit durchgeführt wird, indem mittels der Robotervorrichtung 1 an dem Werkstück 2 eine Manipulation stattfinden kann. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Spannelement 20 mittels der Robotervorrichtung 1 gelöst wird, sodass das Werkstück 2 nur noch lose auf einer Spanneinheit aufliegt. Ein solches Lösen des Werkstücks 2 von der Spanneinheit ist insbesondere vorgesehen, wenn das Werkstück 2 bzw. die Fahrzeugkarosse von einer aufsitzenden Beförderung, wie in 1 gezeigt, an eine hängende Förderung, insbesondere an eine weitere Stetigfördereinheit übergeben werden soll.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Spannelement 20, wie dieses in einen Rahmen der Spanneinheit eingreift, wodurch die Fahrzeugkarosse bzw. das Werkstück 2 (in 2 nicht gezeigt) ortsfest, insbesondere formschlüssig, auf dem Förderband 11 gehalten ist.
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3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die als Schraubwerkzeug 8 ausgebildete Werkzeugeinheit 7 und das Spannelement 20. Das Schraubwerkzeug 8 weist ein Grundwerkzeug 21 auf, welches zum Beispiel als das herkömmliche Schraubwerkzeug ausgebildet ist, welches von dem menschlichen Arbeiter bedienbar ist. In 3 ist dargestellt, dass an das Grundwerkzeug 21 beispielhaft eine Energiequelle 22 angeschlossen ist, welche als elektrischer Akkumulator ausgebildet ist und dazu eingerichtet ist, dem Grundwerkzeug 21 elektrische Energie zum Betreiben des Grundwerkzeugs 21 bereitzustellen. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erklärt, kann statt der als Akkumulator ausgebildeten Energiequelle 22 das Kabel 9 an dem Grundwerkzeug 21 elektrisch angeschlossen sein, sodass das Grundwerkzeug 21 extern, das heißt unabhängig von der Robotereinheit 4 über das Kabel 9 mit elektrischer, pneumatischer etc. Antriebsenergie versorgt werden kann.
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Um das Grundwerkzeug 21 auf besonders vorteilhafte Art und Weise mit dem Endglied 6 des Roboters 5 verbinden zu können, ist eine Grundwerkzeugaufnahme 23 vorgesehen, welche mit einem Schaftanteil 24 des Grundwerkzeugs 21 korrespondiert. Mit anderen Worten ist das Grundwerkzeug 21 fest mit der Grundwerkzeugaufnahme 23 verbunden, beispielsweise in dieser eingeklemmt. Jedenfalls ist das Grundwerkzeug 21 dreh- und verschiebefest in bzw. an der Grundwerkzeugaufnahme 23 gehalten. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Grundwerkzeugaufnahme 23 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere 3D-Druckens, hergestellt ist. Mittels des generativen Herstellungsverfahrens bzw. mittels des 3D-Druckens sind auf besonders einfache Weise eine Vielzahl von Grundwerkzeugaufnahmen 23 herstellbar, welche mit einer jeweiligen Form einer Vielzahl von dem Elektroschrauberwerkzeug unterschiedlichen Grundwerkzeugen 21 korrespondieren. Des Weiteren erfüllt die Grundwerkzeugaufnahme 23 einen weiteren Zweck: Die Grundwerkzeugaufnahme 23 dient nämlich als Adaptereinheit, mittels welcher bzw. über welche das Grundwerkzeug 21 besonders vorteilhaft, das heißt positionsfest und zuverlässig mit dem Endglied 6 des Roboters 5 bzw. der Robotereinheit 4 verbindbar ist. Hierzu weist die Grundwerkzeugaufnahme 23 eine Verbindungseinrichtung 25 auf, welche im vorliegenden Beispiel entlang eines Kreises angeordnete Befestigungselemente aufweist, welche insbesondere als Schrauben ausgebildet sein können. Diese Schrauben erstrecken sich von der Grundwerkzeugaufnahme 23 zumindest teilweise in das Endglied 6 des Roboters 5 hinein, wo sie unter Vermittlung einer Gewindeverbindung die Grundwerkzeugaufnahme 23 und infolgedessen das Grundwerkzeug 21 besonders zuverlässig und positionsstabil an dem Endglied 6 des Roboters 5 halten.
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An einem der Energiequelle 22 entgegengesetzten Ende des Grundwerkzeugs 21 weist dieses eine Kraft- und/oder Drehmomentübertragungseinheit auf, welche vorliegend als eine Nuss 26 ausgebildet ist. An diesem Ende ist des Weiteren ein Gehäuse 27 vorgesehen, welches mehrere Funktionalitäten innehat. Einerseits ist mittels des Gehäuses 27 dem Gedanken an die Mensch-Roboter-Kollaboration in besonderem Maße Rechnung getragen, da es schlichtweg verhindert, dass sich der Arbeiter versehentlich an der Nuss 26 verletzt, insbesondere wenn diese sich dreht. Des Weiteren ist ein sich parallel zur Nuss 26 erstreckender Gehäuseabschnitt 28 dazu ausgebildet, mit einem Zentrierhilfselement 29 des Spannelements 20 (vgl. 2) zusammenzuwirken.
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Mittels der Robotereinheit 4 ist anhand einer vorgegebenen Suchstrategie, bei welcher die Robotereinheit 4, insbesondere dessen Endglied 6 und somit die Werkzeugeinheit 8, wenigstens eine Schwingung, bevorzugt zwei senkrecht zueinander stehende, harmonische Schwingungen gleichzeitig (Lissajous-Figur), ausführt ermittelbar. Die Schwingung bzw. Schwingungen ist bzw. sind so ausgebildet, dass das Endglied 6 bzw. die Werkzeugeinheit 7 in einem vorgegebenen Grobbereich des Manipulationspunkts am Werkstück 2 an dieses und/oder an das Spannelement 20 anstößt. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während die Robotereinheit 4 die Schwingung bzw. Schwingungen durchführt, die Werkzeugeinheit 7 mehrfach an das Werkstück 2 bzw. an das Spannelement 20 anstößt, wobei die Stöße mittels der internen Sensoreinheit des Roboters 5 ausgewertet werden, sodass aufgrund der Lage der Stoßstellen zwischen dem Werkstück 2 und/oder dem Spannelement 20 und der Werkzeugeinheit 7 eine letztendliche Position des Spannelements 20 und somit des Manipulationspunkts mittels der Robotereinheit 4 bestimmbar ist. Um ein Umgreifen der Nuss 26 eines Schraubelements 30 des Spannelements 20 (siehe 4) zu unterstützen, kann der Gehäuseabschnitt 28 an einem verjüngten Abschnitt 31 des Zentrierhilfselements 29 auf das Spannelement 20 aufgleiten. Hierbei gleitet der Gehäuseabschnitt 28 an dem verjüngten Abschnitt 31 ab, wodurch das Gehäuse 27 automatisch parallel zu dem Spannelement 20 ausgerichtet wird, sodass die Nuss 26 axial zu dem Schraubelement 30, welches vorliegend einen Sechskantschraubenkopf umfasst, steht und somit besonders widerstandsarm diesen, insbesondere formschlüssig umgreifen kann. Das Umgreifen des Schraubelements 30 mittels der Nuss 26 wird außerdem begünstigt, indem bei einem Zusammenführen der Nuss 26 mit dem Schraubelement 30 die Nuss 26 stetig gedreht wird bzw. ist. Insbesondere kann es von Vorteil sein, dass die Nuss 26 eine Innenkontur aufweist, welche in einer Vielzahl von Winkelstellungen der Nuss gegenüber bzw. in Bezug zu dem Schraubelement 30 mit diesem formschlüssig verbunden werden kann. Insbesondere kann die Innenkontur der Nuss 26 als ein Innenvielzahn ausgebildet sein.
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Es ist zu verstehen, dass das Gehäuse 27 an dem Schaftanteil 24 des Grundwerkzeugs 21 befestigt sein kann. Insbesondere kann das Gehäuse 27 auf gleiche Weise bzw. analog zu der Grundwerkzeugaufnahme 23 mit dem Schaftanteil 24 des Grundwerkzeugs 21 verbunden sein. Des Weiteren ist zu verstehen, dass das Gehäuse 27 analog zu der Grundwerkzeugaufnahme 23 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels 3D-Druckens, hergestellt sein kann.
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Das Gehäuse 27, insbesondere dessen Gehäuseabschnitt 28 bildet des Weiteren eine Fangeinrichtung, sodass das aus dem Werkstück 2gelöste Spannelement 20 nicht auf einen Boden bzw. auf das Förderband 11 fällt, wenn das Spannelement 20 mittels des Roboters 5 bzw. mittels der Werkzeugeinheit 7 von der Spanneinheit gelöst ist bzw. wurde. Stattdessen verbleibt das Spannelement 20 formschlüssig zumindest teilweise in dem Gehäuse 27, wobei beispielsweise ein zylindrischer bzw. kreiszylindrischer Abschnitt 32 direkt mit einer Innenseite des Gehäuses 27, insbesondere im Bereich des Gehäuseabschnitts 28, in Berührung steht. Auf diese Weise ist das aus der Spanneinheit demontierte Spannelement 20 mittels der Werkzeugeinheit 8 bzw. mittels der Robotereinheit 4 aus dem Fließbetrieb des Werkstücks 2 ausschleusbar. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das in der Werkzeugeinheit 8 transportierte Spannelement 20 mittels des Roboters 5 bzw. mittels der Robotereinheit 4 einer Entladestation übergeben wird, wobei der Roboter 5 mittels des Antriebsstrangs in einen Arbeitsbereich der Entladestation bewegt wird. Das bedeutet, dass mittels des Antriebsstrangs der Schlitten 12 in die zwischen der Startposition 17 und der Endposition 18 befindliche Zwischenstellung verstellt wird, sodass die Robotereinheit 4 mit der Entladestation bzw. an der Entladestation das aus dem Fließbetrieb ausgeschleuste Spannelement 20 entladen kann. Es ist zu verstehen, dass der Schlitten 12 mittels des Antriebsstrangs auf Höhe der Entladestation bewegt wird, wenn das Manipulieren direkt an dem Werkstück 2 bzw. an der Fahrzeugkarosse beendet ist bzw. wurde und darauffolgend die Robotereinheit 4 wieder in die Startposition 17 zurückverlagert wird.
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4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht das Spannelement 20, in welcher besonders gut erkennbar ist, dass das Schraubelement 30 den Sechskantschraubenkopf aufweist, welcher mit der Innenkontur der Nuss 26 korrespondiert. Über das Schraubelement 30 ist ein Verriegelungselement 33 (siehe 3) von dem Werkstück 2 bzw. von der Fahrzeugkarosse entriegelbar, wenn das Schraubelement 30 bzw. der Sechskantschraubenkopf in eine Löserichtung bewegt bzw. gedreht wird.
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Ferner ist über das Schraubelement 30 das Verriegelungselement 33 mit oder an dem Werkstück 2 bzw. mit der Fahrzeugkarosse verriegelbar, wenn das Schraubelement 30 bzw. der Sechskantschraubenkopf in eine Spannrichtung bewegt bzw. gedreht wird. Hierbei bilden das Verriegelungselement 33 und eine parallel zu dem Verriegelungselement 33 angeordnete und davon beabstandete Fläche 34 des Spannelements 20 einen Hinterschnitt bzw. eine Hinterschneidung, in welche bzw. welchen das Werkstück 2 bzw. die Fahrzeugkarosse eingreift, sodass das Werkstück 2 formschlüssig über das Spannelement 20 im Schwenkgehänge gehalten ist. Das Verriegelungselement 33 ist ferner an dem Werkstück 2 bzw. an der Fahrzeugkarosse verspannbar, indem nach erfolgtem Verriegeln des Verriegelungselements 33 an dem Werkstück das Schraubelement 30 weiter in die Spannrichtung drehbar ist. Hierdurch ist ein Kraftschluss zwischen dem Werkstück 2 und der Fläche 34 bzw. dem Verriegelungselement 33 realisierbar, da mittels des weiteren Drehens des Schraubelements 30 das Verriegelungselement 33 in Richtung zu der Fläche 34 hin gezogen wird.
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Da also das Spannelement 20 über die Werkzeugeinheit 7 mittels des Roboters 5 verriegelbar und entriegelbar ist, ist das Spannelement 20 verriegelbar bzw. entriegelbar während das Werkstück 2 bzw. die Fahrzeugkarosse mittels der Stetigfördereinheit 3 stetig bewegt wird.
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Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Robotervorrichtung 1 vor. Das Verfahren weist Verfahrensschritte auf, welche zur Veranschaulichung in 5 als ein Flussdiagramm dargestellt sind. In einem ersten Verfahrensschritt S1, welcher insbesondere stetig, das heißt fortdauernd während des Verfahrens, ausgeführt wird, wird das Werkstück 2 mittels der Stetigfördereinheit 3 transportiert. Mit anderen Worten verleiht die Stetigfördereinheit 3 bzw. das Förderband 11 dem Werkstück 2 eine Bewegungsgeschwindigkeit, sodass das mit dem Förderband 11 verbundene oder das darauf ruhende Werkstück 2 in Transportrichtung 15 stetig bewegt wird.
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In einem weiteren Verfahrensschritt S2 ermittelt die Robotereinheit 4 den Manipulationspunkt am Werkstück 2, indem die Robotereinheit 4 die Werkzeugeinheit 7, insbesondere das Schraubwerkzeug 8, anhand der vorgegebenen Suchstrategie an den Manipulationspunkt kraftgeregelt herantastet. Es ist hervorzuheben, dass bei dem Ermitteln des Manipulationspunkts keine Bildverarbeitung und/oder keine weiteren Sensorprinzipien, wie Laser, Radar etc., zum Einsatz kommen. Des Weiteren ist zu verstehen, dass das kraftgeregelte Herantasten der Werkzeugeinheit an den Manipulationspunkt ein Herstellen eines Kraft- und/oder Formschlusses zwischen dem Spannelement 20 und/oder zwischen dem Schraubelement 30 und dem Schraubwerkzeug 8 bzw. der Nuss 26 umfasst. Mit anderen Worten ist der Verfahrensschritt S2 des Ermittelns des Manipulationspunkts abgeschlossen, wenn die Nuss 26 das Schraubelement 30 bestimmungsgemäß, insbesondere formschlüssig, umgreift, sodass ein ausreichend großes, zum Lösen des Spannelements 20 geeignetes Drehmoment von der Werkzeugeinheit 7 auf das Schraubelement 30 übertragen werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Verfahrensschritt S2 vorgesehen sein, dass mittels des Roboters 5 bzw. mittels der Robotereinheit 4 ein Spannelement 20 zu dem Werkstück 2 hin transportiert wird. Der Roboter 5 ertastet in diesem Fall über die Werkzeugeinheit 7, insbesondere über das darin/daran transportierte Spannelement 20 eine damit korrespondierende Öffnung, welche den Manipulationspunkt darstellt, und führt das Spannelement 20 in die Öffnung ein.
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In einem weiteren Verfahrensschritt S3 erfolgt das Manipulieren am Werkstück. Das bedeutet, dass mittels der Robotervorrichtung 1 das Schraubelement 30 so lange in Löserichtung gedreht wird, bis der durch die Fläche 34 und das Verriegelungselement 33 gebildete Hinterschnitt aufgelöst ist, sodass das Spannelement 20 von dem Werkstück 2 und/oder von der Spanneinheit entriegelt ist. Diese Verfahrensschritt S3 umfasst des Weiteren ein Beladen der Werkzeugeinheit 7 bzw. des Gehäuses 27 mit dem aus dem Werkstück 2 entfernten Spannelement 20. Das Manipulieren am Werkstück 2 endet frühestens, wenn das Spannelement 20 vollständig aus dem Werkstück 2 bzw. aus der Spanneinheit herausgeführt ist.
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Dieser Verfahrensschritt S3 kann alternativ oder zusätzlich auch ein Verspannen des Werkstücks 2 an der Spanneinheit aufweisen, wobei das mittels des Roboters 5 an den Manipulationspunkt herangeführte und in die Öffnung eingeführte Spannelement 20 an dem Werkstück 2 verriegelt und/oder verspannt wird. Hierdurch wird das Werkstück 2 im Schwenkgehänge verspannt. Der Verfahrensschritt S2 endet in diesem Fall frühestens, wenn das Spannelement 20 verriegelt, insbesondere verspannt ist und die Werkzeugeinheit 7 vollständig von dem Spannelement 20 entkoppelt und von diesem entfernt ist, sodass das Spannelement 20 nicht mehr in die Werkzeugeinheit 7 eingreift.
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Es kann eine Vielzahl von weiteren optionalen Verfahrensschritten folgen, bei welchen beispielsweise der Schlitten 12 in die Zwischenposition fährt, welche mit der Entladestation in Zusammenhang steht, sodass das auf der Werkzeugeinheit 7 aufgeladene Spannelement 20 dort automatisch von der Robotereinheit 4 bzw. von der Werkzeugeinheit 7 entladen werden kann. Für den Fall, dass mittels der Robotervorrichtung 1 das Werkstück 2 an der Spanneinheit verspannt werden soll, kann an der Zwischenstation oder an einer weiteren Zwischenstation ein Spannelement 20 auf die Werkzeugeinheit 7 bzw. auf das Schraubwerkzeug aufgeladen werden. Es ist des Weiteren denkbar, dass während dieser optionalen Verfahrensschritte ein automatischer Werkzeugwechsel durchgeführt wird, was bedeutet, dass das Schraubwerkzeug 8, insbesondere automatisch, von dem Endglied 6 des Roboters 5 entkoppelt wird und eine weitere, von dem Schraubwerkzeug 8 unterschiedliche Werkzeugeinheit 7 an dem Endglied 6 befestigt wird.
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Insgesamt ist mit der vorliegenden Erfindung eine einfache, flexibel einsetzbare Robotervorrichtung 1 und ein einfaches Verfahren zum Betreiben der Robotervorrichtung 1 geschaffen, wodurch ein Entspannen und/oder Lösen einer formschlüssigen Verbindung zwischen dem Werkstück 2 bzw. der Fahrzeugkarosse und der Stetigfördereinheit 3 besonders einfach und effizient erfolgt. Insbesondere konzentriert sich die vorliegende Erfindung auf das Spannen bzw. Lösen einer Schraubverbindung, wobei beim Spannen zwischen der Fläche 34 und dem Verriegelungselement 33 der das Werkstück 2 sichernde Hinterschnitt gebildet wird. Dahingegen wird beim Lösen dieser Hinterschnitt aufgelöst. Dieses hierin vorgestellte System ist besonders effizient, da das beschriebene Spannen und Lösen während des Fließbetriebs, das heißt während eines stetigen Transportierens, des Werkstücks 2 stattfindet, wobei die Basis 16 des Roboters 5 mit der Stetigfördereinheit 3 bzw. mit dem Werkstück 2 entlang einer linearen Richtung bewegungsynchronisiert ist.
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Durch das nachgiebige bzw. kraftgeregelte Roboterverhalten ist das Bestimmen des Manipulationspunkts, insbesondere der Schraubstelle, sowie das formschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbinden eines vorliegend als Nuss 26 ausgebildeten Schraubelementaufsatzes sowie eine Kompensation von Lageabweichungen des Werkstücks 2 in Bezug zu der Stetigfördereinheit 3 bzw. Spanneinheit in allen Freiheitsgraden ohne zusätzliche bildverarbeitende Technik möglich. Durch die interne Sensoreinheit kann der Roboter 5 in Umgebungen agieren und Berührungen erkennen, ohne dass der Roboter 5 zuvor besonders exakt programmiertechnisch auf diese Umgebung eingestellt ist. Ferner ist aufgrund der internen Sensoreinheit, welche insbesondere als eine Drehmomentsensorik und/oder Kraftsensorik ausgebildet sein kann, eine Zusammenarbeit von Mensch und Roboter im Rahmen einer Mensch-Roboter-Kollaboration besonders effizient möglich
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Insbesondere eine besonders aufwandsarme Integration eines herkömmlichen Werkzeugs, eine Prozessausführung im Fließbetrieb, ein Verzicht auf trennende Schutzeinrichtungen, wie Zäune, Geländer etc., zwischen dem Roboter 5 und dem Arbeiter sowie ein besonders kompakter Aufbau der Robotervorrichtung 1 führen zu einer besonders hohen Leistungsfähigkeit und zu einer besonders hohen Wirtschaftlichkeit der Robotervorrichtung 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotervorrichtung
- 2
- Werkstück
- 3
- Stetigfördereinheit
- 4
- Robotereinheit
- 5
- Roboter
- 6
- Endglied
- 7
- Werkzeugeinheit
- 8
- Schraubwerkzeug
- 9
- Kabel
- 10
- Linearachseinheit
- 11
- Förderband
- 12
- Schlitten
- 13
- Mitschleppeinheit
- 14
- Linearachsgrundkörper
- 15
- Transportrichtung
- 16
- Basis
- 17
- Startposition
- 18
- Endposition
- 20
- Spannelement
- 21
- Grundwerkzeug
- 22
- Energiequelle
- 23
- Grundwerkzeugaufnahme
- 24
- Schaftanteil
- 25
- Verbindungseinheit
- 26
- Nuss
- 27
- Gehäuse
- 28
- Gehäuseabschnitt
- 29
- Zentrierhilfselement
- 30
- Schraubelement
- 31
- Abschnitt
- 32
- Abschnitt
- 33
- Verriegelungselement
- 34
- Fläche
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202011103223 U1 [0003]
- WO 2015173239 A1 [0004]
- DE 102015015678 A1 [0005]
