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Die Erfindung betrifft eine Robotervorrichtung zum automatischen Durchführen wenigstens eines Arbeitsschritts an einem Werkstück gemäß Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Robotervorrichtung gemäß Patentanspruch 9.
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In der Serien- und/oder Massenfertigung von Kraftfahrzeugen werden Werkstücke, insbesondere Fahrzeugkarossen, üblicherweise mit konstanter Geschwindigkeit mittels einer Stetigfördereinheit von einer Montagestation zur nächsten transportiert. Ein Bearbeiten des Werkstücks erfolgt, während das Werkstück mittels der Stetigfördereinheit bewegt ist. Ein Einsatz von Roboterarmen und/oder Gelenkarmrobotern ist daher nur möglich, wenn diese mit einer Transportgeschwindigkeit des Werkstücks synchronisiert werden bzw. sind. Derartige Systeme und Verfahren zur Synchronisation von Robotern mit einem Stetigfördersystem sind bereits bekannt.
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So offenbart beispielsweise die
DE 20 2015 002 821 U1 ein Manipulator-System zur automatischen Bearbeitung eines Objekts während eines Förderns des Objekts, bei welchem ein mehrachsiger Gelenkarmroboter mittels einer Transportvorrichtung mit einer Fördervorrichtung, auf welcher das Objekt lösbar arretiert ist, mitbewegbar ist. Hierbei kommt eine Arretierungsvorrichtung zum Einsatz, mittels welcher die Transportvorrichtung an der Fördervorrichtung lösbar befestigbar ist, sodass die Transportvorrichtung einer Bewegung der Fördervorrichtung folgt, wenn die Arretierungsvorrichtung nicht gelöst ist. Ferner ist eine Rückfahreinheit vorgesehen, mittels welcher die Transportvorrichtung lediglich in eine Ausgangsposition bewegbar ist, wenn die lösbare Arretierungsvorrichtung gelöst ist, wobei die Rückfahreinheit zum Beispiel einen Federzug und/oder einen Balancer umfasst.
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Ferner offenbart die
DE 10 2015 206 983 A1 eine Fließfertigungsanlage mit einer Fördereinrichtung zum Fördern eines Werkstücks entlang einer Förderrichtung der Fließfertigungsanlage und einer in die Fließfertigungsanlage ein- und ausschleusbaren Plattform. Die Plattform weist eine Führungseinrichtung auf, mittels welcher das geförderte Werkstück entlang der Plattform führbar ist, und eine Bearbeitungseinrichtung, welche während das geförderte Werkstück mittels der Führungseinrichtung geführt wird, das geförderte Werkstück bearbeitet. Um eine Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung und/oder eine Position des Werkstücks relativ zu der Plattform detektieren zu können, sind entsprechende Mittel vorzusehen. Ferner sind, um die Plattform ein- und ausschleusen zu können, Mittel zum Bewegen der Plattform vorzusehen.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2015 015 678 A1 eine Montageeinrichtung zum Bearbeiten eines in Förderrichtung bewegbaren Bauteils eines Kraftwagens, mit einer mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegbaren Bearbeitungseinrichtung und mit einer Transporteinrichtung zum Transportieren der Bearbeitungseinrichtung, wobei die Bearbeitungseinrichtung an der Transporteinrichtung über eine Transportplattform zum Transportieren wenigstens einer Person gehalten ist. Hierbei kann eine Führungsschiene zum Einsatz kommen, mittels welcher die Transporteinrichtung entlang der Förderrichtung führbar ist. Nach einem abgeschlossenen Arbeitsschritt fährt die gesamte Montageeinrichtung mittels eines Rollen aufweisenden Eigenantriebs zurück in eine Ausgangslage.
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Gesteuerte und/oder geregelte Systeme ermitteln die aktuelle Fließgeschwindigkeit oder erfassen das transportierte Werkstück bildverarbeitend und passen die Position des Roboters daran an. Insbesondere wenn mittels dieser Systeme besonders schwere Lasten zu handhaben sind, sind trennende Schutzeinrichtungen vorzusehen, um einen Arbeiter, insbesondere im Nahbereich dieser Systeme, zu schützen. Daher werden diese herkömmlichen Systeme einem Gedanken an besonders moderne Montagesysteme nicht gerecht. Denn bei den herkömmlichen Systemen ist eine Arbeitsraumtrennung von Mensch und Roboter vorzusehen, was eine Ausschöpfung eines Potentials hybridautomatisierter Fließmontagen verhindert.
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Daher stellt die
DE 20 2015 002 821 U1 ein System vor, das eine Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) zulässt. Es ermöglicht ein Mitführen eines auf einer Führungseinheit montierten kraftgeregelten Roboters, indem ein bewegter Werkstückträger einen Schlitten der Führungseinheit mitbewegt. Eine Rückführung erfolgt durch einen Federzug, wobei auf eine Überwachung der Rückholbewegung mittels entsprechender, zum Beispiel elektrischer Systeme verzichtet wird. Hieraus ergibt sich der Nachteil, dass der Schlitten, und infolgedessen der kraftgeregelte Roboter, nie gezielt entlang der Führungseinheit positioniert werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Werkstück während dessen stetigen Bewegens, mittels einer für Mensch-Roboter-Kollaboration geeigneten und besonders einfach aufgebauten Robotervorrichtung besonders vielseitig bearbeiten zu können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Robotervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Robotervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Robotervorrichtung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer solchen Robotervorrichtung anzusehen und umgekehrt.
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Erfindungsgemäß ist eine Robotervorrichtung zum automatischen Durchführen wenigstens eines Arbeitsschritts an einem Werkstück während eines Transportierens des Werkstücks mittels einer Stetigfördereinheit vorgesehen. Die Robotervorrichtung weist eine Robotereinheit auf, welche zumindest einen Gelenkarmroboter umfasst. Ferner ist eine Führungseinheit vorgesehen, welche einen Verfahrweg der Robotereinheit zwischen einer Startposition und einer Endposition und entlang einer Förderrichtung der Stetigfördereinheit begrenzt. Mit anderen Worten ist mittels der Führungseinheit sichergestellt, dass die Robotereinheit stets parallel zu der Stetigfördereinheit, die beispielsweise ein Fließband aufweisen kann, geführt ist. Die Startposition und die Endposition sind voneinander beabstandet, wobei die Endposition in Fließrichtung gesehen beziehungsweise bandabwärts von der Startposition angeordnet ist. Anders ausgedrückt passiert das mittels der Steigfördereinheit bewegte beziehungsweise transportierte Werkstück zunächst die Startposition und bei weiterem Transportieren des Werkstücks in Förderrichtung danach die Endposition. Die Führungseinheit blockiert die Robotereinheit dahingehend, dass diese in Förderrichtung nicht über die Startposition hinaus und entgegen der Förderrichtung nicht über die Endposition hinaus bewegbar ist.
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Die Robotervorrichtung umfasst eine Mitschleppeinheit, 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 in Förderrichtung aus der Startposition in Richtung zu der Endposition mitschleppt. Das bedeutet, dass die Robotereinheit in der Mitschleppstellung der Mitschleppeinheit zumindest indirekt mit der Stetigfördereinheit verbunden ist, sodass eine Bewegungsgeschwindigkeit und eine Bewegungsrichtung der Robotereinheit auf der Führungseinheit einer Bewegungsgeschwindigkeit und einer Bewegungsrichtung der Stetigfördereinheit beziehungsweise des mittels der Stetigfördereinheit transportierten Werkstücks zumindest im Wesentlichen entspricht. In der Losstellung ist die Robotereinheit unabhängig von einer Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit bewegbar. Das bedeutet, dass eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungs- oder Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit in der Losstellung der Mitschleppeinheit keinen Einfluss auf die Bewegungsrichtung beziehungsweise die Bewegungsgeschwindigkeit der Robotereinheit hat. Unter „lösbar verbunden“ ist zu verstehen, dass die Verbindung zwischen der Mitschleppeinheit und der Stetigfördereinheit werkzeuglos beziehungsweise werkzeugfrei herstellbar und auch wieder lösbar ist.
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Die Robotervorrichtung weist des Weiteren eine Rückführeinheit auf, mittels welcher die Robotereinheit in der Losstellung der Mitschleppeinheit entgegen der Förderrichtung zur Startposition bewegbar ist. Das bedeutet, dass sich die Stetigfördereinheit weiterhin in Förderrichtung bewegt, während die Robotereinheit entgegen der Förderrichtung bewegt wird.
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Um nun das Werkstück während dessen stetigen Bewegens mittels einer für Mensch-Roboter-Kollaboration geeigneten und besonders einfach aufgebauten Robotervorrichtung besonders vielseitig bearbeiten zu können, umfasst die Rückführeinheit erfindungsgemäß einen Antriebsstrang, mittels welchem die Robotereinheit in der Losstellung der Mitschleppeinheit gezielt in mindestens eine zwischen der Startposition und der Endposition befindliche Zwischenposition bewegbar ist. Anders ausgedrückt ist es mittels der erfindungsgemäßen Rückführeinheit möglich, die Robotereinheit gezielt an der mindestens einen Zwischenposition zu platzieren. Bei dieser Zwischenposition kann es sich um eine Be- und/oder Entladeposition handeln, an welcher ein mittels der Robotereinheit von dem Werkstück demontiertes Element automatisch von der Robotereinheit entladen wird oder an welcher die Robotereinheit automatisch einen Werkzeugwechsel durchführt.
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Hierzu weist der Antriebsstrang zumindest eine Antriebseinheit auf, welche zumindest indirekt auf die mittels der Führungseinheit geführte Robotereinheit einwirken kann. Die Antriebseinheit kann beispielsweise einen Motor umfassen, mittels welchem die Robotereinheit entlang der Führungseinheit in Förderrichtung und entgegen der Förderrichtung bewegbar ist.
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Insbesondere dadurch, dass die Robotereinheit kraftgeregelt beziehungsweise nachgiebig geregelt ist, eignet sich die erfindungsgemäße Robotervorrichtung für die Mensch-Roboter-Kollaboration. Das bedeutet, dass in einem Aktionsraum der Robotervorrichtung menschliche Arbeiter eingesetzt sein können, ohne dass diese Gefahr laufen, von der Robotervorrichtung, insbesondere von der Robotereinheit, verletzt zu werden. Derartige kraftgeregelte beziehungsweise nachgiebig geregelte Gelenkarmroboter sind im Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt, weshalb hierin nicht näher darauf eingegangen wird.
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Indem das automatische Durchführen des wenigstens einen Arbeitsschritts an dem Werkstück erfolgt, während das Werkstück mittels der Stetigfördereinheit stetig transportiert ist, können Arbeitsschritte an dem Werkstück an Stellen der Stetigfördereinheit durchgeführt werden, an denen bisher das Werkstück lediglich einen nicht wertschöpfenden Transportweg zurückgelegt hat. Dies ist beispielsweise der Fall bei einem Transport des Werkstücks von einer Montagestation zu einer nachfolgenden Montagestation.
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Die Möglichkeit einer besonders vielseitigen Bearbeitung des Werkstücks ergibt sich, indem die Robotereinheit bei einem Zurückfahren aus der Endposition in Richtung zu der Startposition hin aktiv beziehungsweise gezielt die Zwischenposition anfährt, dort zum Beispiel ein Halbzeug aufnimmt, um mit dem Halbzeug zur Startposition zu fahren. Darauffolgend kann dann das von der Robotereinheit aufgenommene Halbzeug während des Transportierens des Werkstücks an diesem appliziert werden. Indem das Halbzeug auf dem Weg von der Endposition zur Startposition an der Zwischenposition aufgenommen wird, lässt sich eine Taktzeit verringern, das bedeutet, dass zwei direkt aufeinanderfolgende Werkstücke auf der Stetigfördereinheit näher beisammen angeordnet werden können.
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Die Mitschleppeinheit kann einen Kopplungsstempel aufweisen, welcher in der Mitschleppstellung mit einem Schleppanteil der Stetigfördereinheit in kraftschlüssiger und/oder formschlüssiger Verbindung steht und in der Losstellung von dem Schleppanteil gelöst ist. Das bedeutet, dass der Kopplungsstempel und der Schleppanteil miteinander kraftschlüssig verbunden sein können. Ferner können der Kopplungsstempel und der Schleppanteil formschlüssig miteinander in Verbindung stehen. Darüber hinaus können der Kopplungsstempel und der Schleppanteil miteinander in kraftschlüssiger und formschlüssiger Verbindung stehen. Beispielsweise kann der Kopplungsstempel in der Mitschleppstellung senkrecht auf dem Schleppanteil der Stetigfördereinheit aufsitzen, sodass der Schleppanteil über den Kopplungsstempel beziehungsweise über die Mitschleppeinheit mit der Robotereinheit unter Ausbildung eines Reibschlusses lösbar verbunden ist. Insbesondere, wenn der Schleppanteil der Stetigfördereinheit eine Riffelung, Rippung oder ähnliche Strukturen aufweist, kann der Kopplungsstempel eine besonders sichere Verbindung zu dem Schleppanteil in Form eines Formschlusses eingehen. Durch die den Kopplungsstempel aufweisende Mitschleppeinheit ist es besonders einfach beziehungsweise aufwandsarm möglich, die Robotereinheit und die Stetigfördereinheit, insbesondere deren Schleppanteil, miteinander zu verbinden und diese Verbindung wieder zu lösen.
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Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn der Antriebsstrang eine Kupplungseinheit aufweist, die zwischen einer Geschlossenstellung, in welcher eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Robotereinheit und der Rückführeinheit hergestellt ist, und einer Offenstellung, in welcher die mechanische Wirkverbindung zwischen der Robotereinheit und der Rückführeinheit getrennt ist, verstellbar ist. Mittels der Kupplungseinheit ist es also möglich, den Antriebsstrang der Robotervorrichtung von der auf der Führungseinheit geführten Robotereinheit zu entkoppeln, sodass der Antriebsstrang bei einem Mitführen beziehungsweise Mitschleppen der Robotereinheit durch die Stetigfördereinheit nicht angetrieben wird. Hierzu kann die Kupplungseinheit zum Beispiel eine elektromagnetische Polflächenkupplung aufweisen, mittels welcher die Robotereinheit von dem Antriebsstrang entkoppelbar ist. Insbesondere, wenn in dem Antriebsstrang eine selbsthemmende Getriebeeinrichtung zum Einsatz kommt, kann mittels der Kupplungseinheit das Mitschleppen der Robotereinheit ermöglicht werden, da ansonsten das Mitschleppen der Robotereinheit mittels der Stetigfördereinheit durch die Selbsthemmung der Getriebeeinheit verhindert wäre. Ferner kann der Antriebsstrang einen Motor aufweisen, welcher in nicht angesteuertem Zustand aus Sicherheitsgründen mittels einer Bremseinrichtung blockiert ist, sodass dieser ebenfalls ein Mitschleppen der Robotereinheit blockieren würde. Besonders bevorzugt ist es also, dass die Kupplungseinheit in die Offenstellung verstellt und die Offenstellung so lange beibehalten wird, solange die Robotereinheit mittels der Stetigfördereinheit mitgeschleppt, das heißt bewegt, wird. Die Kupplungseinheit stellt eine besonders einfach zu realisierende Möglichkeit dar, den Antriebsstrang von der Robotereinheit zu entkoppeln und ermöglicht des Weiteren einen besonders schonenden Betrieb der Robotervorrichtung.
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Um dem Gedanken an die Mensch-Roboter-Kollaboration in besonderer Weise Rechnung zu tragen, kann die Mitschleppeinheit eine Kollisionserkennungseinrichtung mit einer Schalteinheit aufweisen, welche zwischen einer Ruhestellung und einer Auslösestellung verstellbar ist. In der Ruhestellung ist die Schalteinheit nicht ausgelöst, während die Schalteinheit in der Auslösestellung ausgelöst ist. Bei der Schalteinheit kann es sich beispielsweise um zwei voneinander elektrisch isolierte Leitelemente handeln, welche jeweils aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Leitelemente in der Ruhestellung voneinander isoliert, zum Beispiel voneinander beabstandet. Stößt die Kollisionserkennungseinrichtung an ein Objekt, welches in einem Aktionsbereich der Robotervorrichtung angeordnet ist, können die beiden elektrischen Leitelemente jeweils so verformt werden, dass diese sich berühren, wodurch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden elektrischen Leitelementen hergestellt ist. Das bedeutet, dass die beiden elektrischen Leitelemente dann in der Auslösestellung angeordnet sind. Beispielsweise kann eine Steuereinheit der Robotervorrichtung den nun zwischen den beiden elektrischen Leitelementen herrschenden, besonders niedrigen elektrischen Widerstand auswerten und die Robotervorrichtung dementsprechend steuern. Insbesondere, da es sich bei dem in dem Aktionsbereich der Robotervorrichtung befindlichen Objekt um einen Menschen, zum Beispiel einen Arbeiter, handeln kann, kann vorgesehen sein, dass die Robotervorrichtung nach Erkennen einer Kollision mittels der Steuereinheit zum Beispiel gestoppt wird. Hierdurch ist auf besonders vorteilhafte Weise sichergestellt, dass ein im Aktionsbereich der Robotervorrichtung arbeitender Mensch einem besonders geringen Verletzungsrisiko ausgesetzt ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kollisionserkennungseinrichtung ein schwimmend gelagertes Gehäuse aufweist, über welches die Schalteinheit durch ein Bewegen des Gehäuses auslösbar ist. Hierdurch ist es nicht notwendig, dass das zu schützende Objekt im Aktionsbereich der Robotervorrichtung direkt, das heißt punktuell beziehungsweise räumlich begrenzt die Schalteinheit in die Auslösestellung verstellt, sondern es reicht aus, wenn das schwimmend gelagerte Gehäuse ausgelenkt wird, welches in direktem Kontakt mit der Schalteinheit steht. Durch das Auslenken des schwimmend gelagerten Gehäuses wird dann die Schalteinheit aus der Ruhestellung in die Auslösestellung verstellt, sodass die Steuereinheit der Robotervorrichtung die Kollision erkennt. Ein Auslösebereich der Kollisionserkennungseinrichtung ist aufgrund des schwimmend gelagerten Gehäuses somit größer ausgebildet als mit einer Schalteinheit alleine, sodass eine drohende Verletzungsgefahr für den mit der Robotereinheit kollaborierenden Menschen noch geringer ist.
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Ebenfalls im Hinblick auf eine Mensch-Roboter-Kollaboration zwischen der Robotervorrichtung und einem in einem direkten Nahbereich der Robotervorrichtung anwesenden Arbeiter ist es besonders vorteilhaft, wenn die Robotereinheit wenigstens einen kraftgeregelten beziehungsweise nachgiebig geregelten Gelenkarmroboter aufweist. Es kann nämlich vorgesehen sein, dass die Kollisionserkennungseinrichtung im Bereich der Führungseinheit beziehungsweise im Bereich der Rückführeinheit angeordnet ist, um zu vermeiden, dass zum Beispiel ein Fuß des menschlichen Arbeiters mit der Mitschleppeinheit zusammenstößt. Es besteht jedoch der Bedarf, dass auch ein Zusammenstoß der Robotereinheit beziehungsweise des Gelenkarmroboters mit dem Arbeiter erkannt werden kann. Es ist hierdurch sichergestellt, dass die gesamte Robotervorrichtung geeignet ist, mit einem menschlichen Arbeiter zusammenzuarbeiten. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Werkstück mittels der Robotervorrichtung noch vielseitiger bearbeitet werden kann, indem menschliche Arbeitskraft mit den Vorteilen einer Robotervorrichtung kombiniert wird.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Robotervorrichtung deckenmontierbar ist. Mit anderen Worten ist es von Vorteil, wenn die Robotervorrichtung hängend anordenbar ist. So ist es beispielsweise ermöglich, dass die Robotervorrichtung, insbesondere die Robotereinheit von oben in einen Raum der Stetigfördereinheit eingreift, um Arbeiten an dem Werkstück zu verrichten. Insbesondere kann die Robotervorrichtung an einer Stetigfördereinheit einsetzbar sein, welche nicht an einem Boden, sondern an einer von dem Boden beabstandeten und dem Boden gegenüberliegenden Fläche, zum Beispiel einer Decke, verläuft. Derartige Stetigfördereinheiten kommen beispielsweise im Serienfahrzeugbau zum Einsatz, wo eine Fahrzeugkarosse hängend durch eine beziehungsweise mehrere Produktionshallen transportiert wird. Die hierzu eingesetzte Stetigfördereinheit kann dann an einer Hallendecke angeordnet sein. Die Robotervorrichtung ist dann zusammen mit der an der Hallendecke angeordneten Stetigfördereinheit einsetzbar, da die Robotervorrichtung dann ebenfalls an der Hallendecke beziehungsweise an der vom Boden beabstandeten und dem gegenüberliegenden Fläche montiert werden kann.
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Ferner ist es besonders vorteilhaft, wenn die Robotervorrichtung wandmontierbar ist. Mit anderen Worten ist es von Vorteil, wenn die Robotervorrichtung an einer Wand der Produktionshalle anbringbar ist, sodass die Robotervorrichtung an einer Stetigfördereinheit einsetzbar ist, um seitlich in den Raum der Stetigfördereinheit eingreifen zu können, um Arbeiten an dem Werkstück auszuführen. Hierdurch ist die Robotervorrichtung besonders vielseitig einsetzbar.
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Es kann des Weiteren eine Sensoreinheit vorgesehen sein, mittels welcher eine an der Stetigfördereinheit angebrachte Markierung sensierbar ist und aufgrund des Sensierens der Markierung die Mitschleppeinheit von der Losstellung in die Mitschleppstellung verstellbar ist. Es ist somit vermeidbar, dass ein komplexes Verfahren einzusetzen ist, mittels welchem eine Position des zu bearbeitenden Werkstücks in Bezug zu der Robotervorrichtung zu bestimmen ist. Mittels der Sensoreinheit ist es also besonders einfach möglich, der Robotervorrichtung ein Startsignal zu vermitteln, nach welchem der wenigstens eine Arbeitsschritt an dem Werkstück während des Transportierens des Werkstücks mittels der Stetigfördereinheit auszuführen ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben der zuvor beschriebenen Robotervorrichtung. Das Verfahren weist einen ersten Schritt auf, bei welchem Startbedingungen abgefragt werden. Hierzu kann insbesondere die Steuereinheit der Robotervorrichtung zum Einsatz kommen. Eine derartige Startbedingung kann beispielsweise das Sensieren der an der Stetigfördereinheit angebrachten Markierung darstellen beziehungsweise umfassen. In einem weiteren Schritt wird die Mitschleppeinheit in die Mitschleppstellung verstellt, wodurch die Robotereinheit mittels der Stetigfördereinheit in Förderrichtung aus der Startposition in Richtung zur Endposition hin geschleppt wird.
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In einem weiteren Schritt wird wenigstens ein Arbeitsschritt an dem Werkstück durchgeführt. Es ist aber auch denkbar, dass während dieses Schritts eine Vielzahl von Arbeitsschritten an dem Werkstück durchgeführt wird. Parallel zum Durchführen des Arbeitsschritts beziehungsweise der Arbeitsschritte wird eine Stoppbedingung abgefragt, wozu die Steuereinheit der Robotervorrichtung eingesetzt werden kann. Eine Stoppbedingung kann beispielsweise eine mittels der Kollisionserkennungseinrichtung erkannte Kollision sein, sodass bei einer vorhandenen Stoppbedingung ein Arbeitsablauf der Robotervorrichtung und/oder der Stetigfördereinheit verlangsamt und/oder gestoppt werden kann bzw. können.
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In einem weiteren Schritt wird die Mitschleppeinheit in die Losstellung verstellt, sodass die Bewegungsrichtung und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Robotereinheit nicht länger mit der Transportgeschwindigkeit und der Förderrichtung der Stetigfördereinheit gekoppelt ist bzw. sind. Mit anderen Worten kann sich in der Losstellung die Robotereinheit unabhängig von der Stetigfördereinheit bewegen.
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In einem weiteren Schritt wird die Robotereinheit mittels der Rückführeinheit entgegen der Förderrichtung in Richtung zur Startposition bewegt. Das bedeutet, dass in diesem Schritt die Robotereinheit mittels der den Antriebsstrang aufweisenden Rückführeinheit in die Zwischenstellung bewegt werden kann. Ausgehend von der Zwischenstellung ist es möglich, die Robotereinheit mittels der Rückführeinheit unabhängig von der Stetigfördereinheit in Förderrichtung oder entgegen der Förderrichtung zu bewegen. So kann die Robotereinheit mittels der Rückführeinheit in beliebig viele Zwischenpositionen zwischen der Startposition und der Endposition bewegt werden. Ferner kann die Robotereinheit mittels der Rückführeinheit in die Startposition und in die Endposition bewegt werden.
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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 perspektivischen Ansicht einer Robotervorrichtung und einer Stetigfördereinheit;
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Antriebsstrangs;
- 3 eine perspektivische Ansicht einer Führungseinheit;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer Mitschleppeinheit;
- 5 eine Draufsicht auf die Mittschleppeinheit in einer Mitschleppstellung (5a) und in einer Losstellung (5b);
- 6 eine Schnittansicht der Mitschleppeinheit mit einem Gehäuse;
- 7 eine perspektivische Ansicht einer Sensoreinheit;
- 8 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines mittels der Robotervorrichtung durchführbaren Verfahrens zum automatischen Durchführen eines Arbeitsschritts an einem Werkstück; und
- 9 eine perspektivische Ansicht der Robotervorrichtung beim Durchführen des Arbeitsschritts.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Robotervorrichtung 1 und eine Stetigfördereinheit 2. Die Stetigfördereinheit 2 kann beispielsweise ein Fließband beziehungsweise Förderband aufweisen, welches mittels eines nicht gezeigten Antriebsmotors eine stetige Transportgeschwindigkeit innehat. Die Stetigfördereinheit 2 kann als Plattenförderer ausgebildet sein, wobei eine Vielzahl von benachbart angeordneten Platten mithilfe des Antriebsmotors angetrieben wird. Mittels der Stetigfördereinheit 2 ist ein Werkstück 3 bewegbar, indem das Werkstück 3 auf das Fließbeziehungsweise Förderband aufgestellt ist. Das bedeutet, dass sich das Werkstück 3 mit einer Transportgeschwindigkeit in eine Förderrichtung 4 bewegt, welche durch eine Bewegungsrichtung des Fließ- beziehungsweise Förderbands beziehungsweise der Platten der Stetigfördereinheit 2 vorgegeben ist. Es ist aber genauso gut denkbar, dass die Stetigfördereinheit 2 um 90 Grad oder 180 Grad um deren Längserstreckungsrichtung gedreht, das heißt hängend oder senkrecht angeordnet ist, sodass das mittels der Stetigfördereinheit 2 geförderte beziehungsweise transportierte Werkstück 3 an dem Fließ- und/oder Förderband hängend von diesem in Förderrichtung 4 bewegt wird. Eine derartige deckenseitige oder wandseitige Anordnung der Stetigfördereinheit 2 kommt beispielsweise beim Serienfahrzeugbau zum Einsatz, wo beispielsweise Fahrzeugkarossen hängend, insbesondere mittels eines Schwenkgehänges in einer Montagehalle bewegt werden.
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Die Robotervorrichtung 1 weist eine Robotereinheit 5 auf, welche über einen Schlitten 6 mit einer Führungseinheit 7 mit dieser verbunden ist. Die Führungseinheit 7 ist parallel zu der Stetigfördereinheit 2 angeordnet, sodass ein das Werkstück 3 transportierender Anteil der Stetigfördereinheit 2 parallel zu der Führungseinheit 7 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Führungseinheit 7 parallel zu der Förderrichtung 4 angeordnet. Der das Werkstück 3 bewegende Anteil der Stetigfördereinheit 2 ist mit dem Bezugszeichen 8 versehen und wird im Folgenden der Einfachheit halber als Förderband 8 bezeichnet.
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Die Führungseinheit 7 erlaubt ein Bewegen des Schlittens 6 parallel zur Förderrichtung 4 zwischen einer Startposition 9 und einer Endposition 10. Das bedeutet, dass die Robotereinheit 5 parallel zur Stetigfördereinheit 2 beziehungsweise parallel zur Förderrichtung 4 über den Schlitten 6 der Führungseinheit 7 zwischen der Startposition 9 und der Endposition 10 bewegbar ist, während ein Bewegen des Schlittens 6 und infolgedessen der Robotereinheit 5 schräg zur Förderrichtung 4 beziehungsweise schräg zur Stetigfördereinheit 2 unterbunden ist.
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In 1 ist des Weiteren eine Mitschleppeinheit 11 gezeigt, mittels welcher der Schlitten 6 an das Förderband 8 angekoppelt werden kann. Die Mitschleppeinheit 11 koppelt den Schlitten 6 an dem Förderband 8 in einer Mitschleppstellung an, sodass der Schlitten 6 und infolgedessen die Robotereinheit 5 mittels des Förderbands 8 in Förderrichtung 4 mitbewegt, insbesondere mitgeschleppt beziehungsweise mitgezogen wird beziehungsweise werden. Anders ausgedrückt verleiht das Förderband 8 der Robotereinheit 5 bei der in der Mitschleppstellung angeordneten Mitschleppeinheit 11 eine Geschwindigkeit, mittels welcher das Förderband 8 das Werkstück 3 momentan transportiert. Wieder anders ausgedrückt wird die Robotereinheit 5 über den Schlitten 6 und über die Mitschleppeinheit 11 mittels des Förderbands 8 mit einer Transportgeschwindigkeit des Förderbands 8 entlang der Führungseinheit 7 bewegt. Da die Endposition 10 in Förderrichtung 4 betrachtet bandabwärts der Startposition 9 liegt, kann die Robotereinheit 5 bei an das Förderband 8 angekoppelter Mitschleppeinheit 11 aus der Startposition 9 heraus in Richtung zu der Endposition 10 bis hin zur Endposition 10 mittels des Förderbands 8 bewegt werden. Dementsprechend liegt ein Verfahrweg 12 zwischen den beiden Positionen 9, 10 beziehungsweise wird der Verfahrweg 12 durch die beiden Positionen 9, 10 begrenzt.
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Die Mitschleppeinheit 11 kann darüber hinaus in eine Losstellung verstellt sein, in welcher die Robotereinheit 5 unabhängig von der Transportgeschwindigkeit der Stetigfördereinheit 2 beziehungsweise des Förderbands 8 bewegbar ist. Das bedeutet, dass in der Losstellung zwischen dem Förderband 8 und der Mitschleppeinheit 11 keinerlei mechanische Verbindung herrscht, sodass das Förderband 8 an der Mitschleppeinheit 11 vorbei beziehungsweise darunter hindurch bewegbar ist. Bei einem Verstellen der Mitschleppeinheit 11 von der Losstellung in die Mitschleppstellung gehen Mitschleppeinheit 11 und das Förderband 8 miteinander eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ein. Zur Realisierung des Kraft- und/oder Formschlusses zwischen der Mitschleppeinheit 11 und dem Förderband 8 ist keinerlei separates Werkzeug erforderlich, das heißt, es ist kein von der Mitschleppeinheit 11 separat ausgebildetes Verbindungselement zwischen der Mitschleppeinheit 11 und dem Förderband 8 einzusetzen. Dementsprechend sind in der Mitschleppstellung die Mitschleppeinheit 11 und das Förderband 8 lösbar miteinander verbunden. Infolgedessen ist bei einem Verstellen der Mitschleppeinheit 11 von der Mitschleppstellung in die Losstellung kein separat von der Mitschleppeinheit 11 ausgebildetes Werkzeug einzusetzen, um den Kraft- und/oder Formschluss zu lösen. Mit anderen Worten wird der Kraft- und/oder Formschluss bei dem Verstellen der Mitschleppeinheit 11 von der Mitschleppstellung in die Losstellung automatisch gelöst.
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Die Robotervorrichtung 1 weist des Weiteren eine Rückführeinheit 13 auf, welche dazu ausgebildet ist, die - wie in 1 gezeigt - in der Endposition 10 angeordnete Robotereinheit 5 beziehungsweise den in der Endposition 10 angeordneten Schlitten 6 zurück zur Startposition 9 zu bewegen. Hier kann beispielsweise ein Federzug zum Einsatz kommen, dessen Federelement beim Bewegen der Robotereinheit 5 von der Startposition 9 in Richtung zu der Endposition 10 hin gespannt wird, sodass unter einem Entspannen des Federelements der Schlitten 6 beziehungsweise die Robotereinheit 5 zurück in die Startposition 9 bewegt wird.
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Um nun das Werkstück 3 während dessen stetigen Bewegens mittels der Robotervorrichtung 1 besonders vielseitig bearbeiten zu können, weist die Rückführeinheit 13 einen Antriebsstrang 14 auf, mittels welchem die Robotereinheit 5 in der Losstellung der Mitschleppeinheit 11 gezielt in mindestens eine zwischen der Startposition 9 und der Endposition 10 befindliche Zwischenposition 15 bewegbar ist. Der Antriebsstrang 14 wird im Folgenden näher erläutert.
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2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Antriebsstrang 14, bei welcher ein den Antriebsstrang 14 umgreifendes Gehäuse 16 (vergleiche 1) nicht dargestellt ist. Der Antriebsstrang 14 weist eine Motoreinheit 17 auf, welche im vorliegenden Beispiel als ein elektrisch betreibbarer Servomotor ausgebildet ist. Drehfest mit einer Abtriebswelle der Motoreinheit 17 verbunden ist eine Eingangswelle einer Getriebeeinheit 18, welche im vorliegenden Beispiel als ein gewinkeltes Planetenrad-Kegelgetriebe ausgebildet ist. Rechtwinklig zu der Eingangswelle der Getriebeeinheit 18 ist dessen Ausgangswelle angeordnet, welche in drehfester Verbindung mit einer ersten Seite einer Kupplungseinheit 19 steht. Drehfest und trennbar verbunden mit der ersten Seite der Kupplungseinheit 19 ist eine zweite Seite der Kupplungseinheit 19, welche wiederum drehfest in Verbindung mit einem Antriebsrad 20 steht. Das Antriebsrad 20 ist kraft- und/oder formschlüssig mit einem Antriebsriemen 21 verbunden, dessen Obertrum 22 fest mit dem Schlitten 6 verbunden ist.
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Indem die Getriebeeinheit 18 gewinkelt ausgebildet ist, ist es möglich, den Antriebsstrang 14 besonders bauraumeffizient auszubilden, da ansonsten die längliche Motoreinheit 17 über eine Außenkontur der Führungseinheit 7 beziehungsweise des Antriebsstrangs 14 hinausstehen würde. Um eine Drehzahl der Abtriebswelle der Motoreinheit 17 so anzupassen, dass eine Bewegungsgeschwindigkeit des Schlittens 6 zumindest im Wesentlichen der Transportgeschwindigkeit des Förderbands 8 entspricht, ist die Getriebeeinheit 18 dazu eingerichtet, eine entsprechende Übersetzung zwischen der Abtriebswelle der Motoreinheit 17 und der Abtriebswelle der Getriebeeinheit 18 zu realisieren. Ferner ist die Getriebeeinheit 18 dazu eingerichtet, mittels der Übersetzung ein zum Bewegen der Robotereinheit 5 erforderliches Drehmoment bereitzustellen.
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In 3 ist in einer perspektivischen Ansicht die Führungseinheit 7 mit daran angebrachtem Antriebsstrang 14 gezeigt, wobei ein Gehäuse 23 der Führungseinheit 7 abgenommen dargestellt ist. Unterbrochen dargestellt ist der Antriebsriemen 21, dessen Obertrum 22 in fester Verbindung mit dem Schlitten 6 steht. Dieser sitzt längsverschiebbar auf einer Schieneneinheit 24 auf, wobei der Schlitten 6 und die Schieneneinheit 24 jeweils dazu eingerichtet sind, dass der Schlitten 6 entlang einer Längserstreckungsrichtung der Führungseinheit 7 geführt ist. Wird die Motoreinheit 17 angetrieben, zum Beispiel indem der Motoreinheit 17 elektrische Antriebsenergie bereitgestellt wird, wird das Antriebsrad 20 angetrieben, wodurch der damit in Verbindung stehende Antriebsriemen 21 den auf der Schieneneinheit 24 aufsitzenden und davon geführten Schlitten 6 zieht, wodurch dieser bewegt wird. Je nach Drehrichtung der Motoreinheit 17 wird der Schlitten 6 in Richtung zu dem Antriebsstrang 14 hin oder von diesem weg gezogen. Besonders bevorzugt ist es, wie auch im vorliegenden Beispiel gezeigt, wenn der Riemen 21 als ein Zahnriemen ausgebildet ist, dessen Zahnstruktur mit einer Zahnstruktur des als Zahnrad ausgebildeten Antriebsrads 20 korrespondiert, sodass der Antriebsriemen 21 unter Vermittlung eines Formschlusses mit dem Antriebsrad 20 in Verbindung steht.
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Das Gehäuse 23 deckt im montierten Zustand ein Inneres der Führungseinheit 7 ab, sodass wirksam verhindert ist, dass ein Objekt in die Mechanik der Führungseinheit 7 gelangt und diese blockiert. Des Weiteren ist wirksam verhindert, dass ein Arbeiter, insbesondere ein Arbeiter, der aktiv und direkt mit der Robotervorrichtung 1 in einer Mensch-Roboter-Kollaboration zusammenarbeitet, versehentlich in die Mechanik eingreift und sich dadurch verletzt. Ferner ist mittels des Gehäuses 23 der Schlitten 6 an der Schieneneinheit 24 gehalten, sodass der Schlitten 6 bei montiertem Gehäuse 23 nicht von der Schieneneinheit 24 abgenommen werden kann. Mit anderen Worten ist die Führungseinheit 7 um deren Längserstreckungsrichtung rotierbar, insbesondere um 360 Grad rotierbar, ohne dass der Schlitten 6 von der Schieneneinheit 24 herabfällt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Führungseinheit 7 beziehungsweise die Robotervorrichtung 1 an einer Hallendecke hängend montiert werden sollen.
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Mittels des Antriebsstrangs 14 ist es auf besonders vorteilhafte Weise möglich, den Schlitten 6 in der Losstellung der Mitschleppeinheit aus der Startposition 9 oder aus der Endposition 10 auszulenken, sodass mittels des Antriebsstrangs 14 der Schlitten 6 in die Zwischenposition 15 verstellt werden kann. Hierbei kann sich die Zwischenposition 15 an jedem erdenklichen Punkt auf dem Verfahrweg 12, das heißt zwischen den beiden Positionen 9, 10, befinden. Anders ausgedrückt ist der Antriebsstrang 14 in der Lage, den Schlitten 6 in unendlich viele Zwischenpositionen 15 zwischen der Startposition 9 und der Endposition 10 zu bewegen. Ferner kann der Schlitten 6 mittels des Antriebsstrangs 14 in die Endposition 10 oder in die Startposition 9 bewegt werden.
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Beim Durchführen des wenigstens einen Arbeitsschritts an dem Werkstück 3, welches währenddessen mittels der Stetigfördereinheit 2 in Bewegung ist, ist die Mitschleppeinheit 11 in die Mitschleppstellung verstellt, sodass die Robotereinheit 5 mittels des Förderbands 8 in Förderrichtung 4 bewegt wird, wodurch zwischen dem Schlitten 6 und dem Werkstück 3 eine Relativgeschwindigkeit von null herrscht. Anders ausgedrückt bewegt sich das Werkstück 3 in Bezug zu dem Schlitten 6 beziehungsweise in Bezug zu der Robotereinheit 5 nicht, wie sich auch der Schlitten 6 beziehungsweise die Robotereinheit 5 in Bezug zu dem Werkstück 3 nicht bewegt. Das ist insofern vorteilhaft, als zwischen dem Werkstück 3 und der Robotereinheit 5 ein quasistationärer Zustand herrscht, wodurch ein Programmieren einer nicht näher gezeigten Steuereinheit der Robotervorrichtung 1 einfacher ist, als wenn eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück 3 und der Robotereinheit 5 berücksichtigt werden müsste.
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Die Mitschleppeinheit 11 ist in einer perspektivischen Ansicht in 4 gezeigt. Eine Anbauplatte 25 ist fest mit dem Schlitten 6 verbunden, zum Beispiel verschraubt, und es erstreckt sich eine Vielzahl von Gewindebolzen 26 aus der Anbauplatte 25 hinaus und von dem Schlitten 6 weg. Eine Montageplatte 27 weist eine Vielzahl von Langlöchern 28 auf, durch welche hindurch sich die Gewindebolzen 26 erstrecken. Die Gewindebolzen 26 erstrecken sich auch über die Montageplatte 27 hinaus, sodass mittels mit dem Gewindebolzen 26 korrespondierende Muttern 29 die Montageplatte 27 an der Anbauplatte 25 gespannt gehalten ist. Mittels der Langlöcher 28 kann eine Justage der Montageplatte 27 in Bezug zu der Anbauplatte 25 erfolgen, sodass ein vertikaler Abstand zwischen der Mitschleppeinheit 11 und dem darunter angeordneten Förderband 8 erfolgen kann. Das Förderband 8 ist in 4 lediglich ausschnittsweise dargestellt. Über eine mit der Montageplatte 27 verbundene Trägerstruktur 30 ist ein vorliegend als Pneumatikzylinder ausgebildeter Hubkolbenzylinder 31 mit der Montageplatte 27 verbunden. Der pneumatische Hubkolbenzylinder 31 weist induktive Näherungsschalter 32 auf, über welche eine momentane Stellung eines Kopplungsstempels 33 bestimmt werden kann. Der Kopplungsstempel 33 ist mittels des Hubkolbenzylinders 31 entlang einer vertikalen Richtung bewegbar, sodass bei einem ausgefahrenen Kolben des Hubkolbenzylinders 31 der Kopplungsstempel 33 direkt mit dem Förderband 8 an dessen Schleppanteil 34 in Kontakt steht. Bei eingefahrenem Kolben des Hubkolbenzylinders 31 ist der Kopplungsstempel 33 von dem Schleppanteil 34 gelöst beziehungsweise beabstandet. Das bedeutet, dass die Mitschleppeinheit 11 in die Mitschleppstellung verstellt ist, wenn der Kopplungsstempel 33 in direktem Kontakt mit dem Schleppanteil 34 des Förderbands 8 steht. Dementsprechend ist die Mitschleppeinheit 11 in der Losstellung angeordnet, wenn der Kopplungsstempel 33 von dem Schleppanteil 34 des Förderbands 8 beabstandet ist. Im vorliegenden Beispiel hat der Kolben des Hubkolbenzylinders 31 einen Kolbendurchmesser von 50 Millimeter und einen Hub von 25 Millimeter.
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In 4 ist des Weiteren eine Kollisionserkennungseinrichtung 35 gezeigt, welche eine Schalteinheit 36 aufweist, die beispielsweise einen Bandschalter 37 aufweisen kann. Bei dem Bandschalter 37 handelt es sich um ein flexibles Element, wobei im Inneren des Bandschalters 37 zwei voneinander elektrisch isolierte und elektrisch leitende Kontaktelemente angeordnet sind. Bei einem Verformen des Bandschalters 37, zum Beispiel bei einem Eindrücken eines konvexen Anteils des Bandschalters 37, geraten die beiden im Inneren des Bandschalters 37 angeordneten elektrischen Kontaktelemente miteinander in direkte Berührung, sodass ein elektrischer Stromkreis an der Stelle der Verformung des Bandschalters 37 geschlossen ist. In Verbindung mit der Steuereinheit der Robotervorrichtung 1 kann hierdurch erkannt beziehungsweise bestimmt werden, ob beziehungsweise dass die Mitschleppeinheit 11 an ein Objekt gestoßen ist. Im Hinblick auf eine Mensch-Roboter-Kollaboration der Robotervorrichtung 1 ist dies von Vorteil, da ein sich eventuell im Aktionsbereich der Robotervorrichtung 1 befindlicher Arbeiter bei einer Kollision mit der Kollisionserkennungseinrichtung beziehungsweise mit der Robotervorrichtung 1 ein Kollisionssignal auslöst, anhand welchem die Steuereinheit beispielsweise die Robotervorrichtung 1 anhalten kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass der sich im Aktionsbereich der Robotervorrichtung 1 befindliche Arbeiter nicht verletzt wird bzw. vordefinierte Maximalkraftgrenzen bei einer Berührung zwischen der Robotervorrichtung 1 und dem Arbeiter eingehalten werden, wenn die Robotervorrichtung 1 mit dem Arbeiter kollidiert.
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5 zeigt in einer Draufsicht die Mitschleppeinheit 11 in einer Mitschleppstellung ( 5a) und in einer Losstellung (5b). Es ist zu erkennen, dass der Kopplungsstempel 33 in der Mitschleppstellung direkt mit dem Förderband 8 beziehungsweise mit dessen Schleppanteil 34 in Kontakt steht. Hierbei ist zwischen dem Förderband 8 und dem Kopplungsstempel 33 zumindest eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt. Um eine besonders zuverlässige Verbindung zwischen dem Förderband 8 und dem Kopplungsstempel 33 herzustellen, kann zwischen dem Kopplungsstempel 33 und dem Förderband 8 eine beispielsweise Gummi aufweisende elastische Schicht 38 angeordnet sein. Diese kann sich an einer Oberflächenstruktur des Förderbands 8 anpassen, wodurch zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kopplungsstempel 33 und dem Förderband 8 etabliert werden kann. Ein üblicherweise im Serienfahrzeugbau eingesetzter Plattenförderer weist beispielsweise eine geriffelte und/oder gerippte Oberflächenstruktur auf, sodass die elastische Schicht 38 in zwischen den Rippen beziehungsweise Riffeln angeordnete Zwischenräume eingreifen kann.
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5b zeigt die Mitschleppeinheit 11 in der Losstellung, wobei der Kopplungsstempel 33 von dem Förderband 8 gelöst beziehungsweise beabstandet ist. Demnach herrscht zwischen der Mitschleppeinheit 11 und dem Förderband 8 keinerlei mechanische Verbindung. Mit anderen Worten fährt das Förderband 8 mit dessen Transportgeschwindigkeit unterhalb des Kopplungsstempels 33 beziehungsweise unterhalb der Mitschleppeinheit 11 hindurch.
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In 6 ist in einer Schnittansicht die Mitschleppeinheit 11 mit einem Gehäuse 39 gezeigt, wobei die Schnittebene in 5b durch die Schnittlinie A-A gezeigt ist. Das Gehäuse 39 verkleidet die im Zusammenhang mit der 4 beschriebenen Komponenten der Mitschleppeinheit 11, sodass innenliegende Anteile der Mitschleppeinheit 11 durch das Gehäuse 39 von einer Umgebung der Mitschleppeinheit 11 abgegrenzt sind (vergleiche 1). Das Gehäuse 39 ist schwimmend an der Montageplatte 27 gehalten und daher aus einer in 6 gezeigten Ruhestellung in eine Auslösestellung auslenkbar. Im Inneren der Mitschleppeinheit 11 steht das Gehäuse 39 mit der Schalteinheit 36 beziehungsweise mit dem Bandschalter 37 in Berührung. Hierbei verbleibt der Bandschalter 37 unverformt, solange das Gehäuse 39 in der Ruhestellung angeordnet ist. Stößt nun ein Objekt beziehungsweise der Arbeiter gegen das Gehäuse 39, wird dieses aus der Ruhestellung ausgelenkt, wodurch das Gehäuse 39 eine Kraft auf den konvexen Anteil des Bandschalters 37 ausübt. Hierdurch wird der Bandschalter 37 verformt, sodass die beiden in dem Bandschalter 37 innenliegenden elektrischen Kontaktelemente miteinander eine elektrische Verbindung realisieren. Es ist also aufgrund des schwimmend gelagerten Gehäuses 39 nun nicht notwendig, dass das die Kollision verursachende Objekte direkt an die Schalteinheit 36 beziehungsweise an den Bandschalter 37 stößt, um eine eventuell in der Steuereinheit hinterlegte Notstrategie auszulösen, anhand welcher die Robotervorrichtung 1 beispielsweise gestoppt wird. Vielmehr genügt es, dass das die Kollision auslösende Objekt an irgendeine Stelle des schwimmend gelagerten Gehäuses 39 stößt, um der Steuereinheit zu vermitteln, dass eine Kollision stattgefunden hat. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die Kollisionserkennungseinrichtung 35, welche das Gehäuse 39 aufweist, einen besonders einfachen Aufbau aufweist, wodurch die Kollisionserkennungseinrichtung 35 besonders aufwandsarm herzustellen ist.
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7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Sensoreinheit 40, welche ortsfest zum Beispiel an der Führungseinheit 7 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 40 umfasst zumindest einen induktiven Näherungsschalter 41, welcher dazu eingerichtet, ist mit einer Markierung 42 zusammenzuwirken. Beispielsweise kann es sich bei der Markierung 42, welche an einer Oberfläche des Förderbands 8 angeordnet ist, um ein Magnetelement handeln, welches mittels des Näherungsschalters 41 erkennbar ist. Beispielsweise kann der induktive Näherungsschalter 41 ein Startsignal bereitstellen, sobald die Markierung 42 den induktiven Näherungsschalter 41 passiert. Das Startsignal ist beispielsweise der Steuereinheit bereitstellbar, sodass aufgrund des Startsignals das Durchführen des Arbeitsschritts und/oder das Verstellen der Mitschleppeinheit 11 in die Mitschleppstellung erfolgt. In 7 ist des Weiteren gut zu erkennen, dass die Oberfläche des Förderbands 8, welches vorliegend als ein Plattenförderer ausgebildet ist, eine Tränenbeziehungsweise Linsenstruktur aufweist, welche eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kopplungsstempel 33 und dem Förderband 8 begünstigen.
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Ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen eines mittels der Robotervorrichtung 1 durchführbaren Verfahrens zum automatischen Durchführen des Arbeitsschritts an dem Werkstück 3 ist in 8 gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird eine Startbedingung oder werden mehrere Startbedingungen abgefragt. Hierbei kann beispielsweise die Steuereinheit der Robotervorrichtung 1 dieses Abfragen übernehmen. Eine solche Startbedingung kann beispielsweise das Vorliegen des Startsignals sein, welches mittels des Näherungsschalters 41 der Steuereinheit bereitstellbar ist. Ist die Startbedingung beziehungsweise sind die Startbedingungen erfüllt, folgt ein weiterer Verfahrensschritt S2.
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Im Verfahrensschritt S2 wird die Mitschleppeinheit 11 in die Mitschleppstellung verstellt, wodurch die Robotereinheit 5 mittels der Stetigfördereinheit 2 beziehungsweise mittels des Förderbands 8 in Förderrichtung 4 aus der Startposition 9 in Richtung zur Endposition 10 hin geschleppt wird. Während die Robotereinheit 5 mittels der Stetigfördereinheit 2 mitgeschleppt wird, läuft ein dritter Verfahrensschritt S3 ab.
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Zum einen läuft im dritten Verfahrensschritt S3 das Durchführen des wenigstens einen Arbeitsschritts in einem ersten Teilschritt S3a ab. Gleichzeitig läuft ein weiterer Teilschritt S3b ab, mit welchem eine Stoppbedingung oder mehrere Stoppbedingungen abgefragt wird beziehungsweise werden. Das Abfragen der Stoppbedingung beziehungsweise Stoppbedingungen erfolgt insbesondere mittels der Steuereinheit der Robotervorrichtung 1. Eine solche Stoppbedingung kann beispielsweise gegeben sein, wenn der Steuereinrichtung von der Kollisionserkennungseinrichtung 35 das Kollisionssignal bereitgestellt wird. Ferner kann eine Stoppbedingung gegeben sein, wenn eine Bewegung der Robotereinheit 5 beziehungsweise des Schlittens 6 zum Beispiel durch einen Fremdkörper auf der Führungseinheit 7 blockiert ist. Insbesondere kann eine Stoppbedingung gegeben sein, wenn die Robotereinheit 5 beziehungsweise der Schlitten 6 die Endposition 10 erreicht hat und/oder wenn das Durchführen des beziehungsweise der Arbeitsschritte an dem Werkstück 3 bestimmungsgemäß durchgeführt ist beziehungsweise sind.
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Bei Vorliegen der Stoppbedingung werden in einem Verfahrensschritt S4 die Mitschleppeinheit 11 und das Förderband 8 voneinander entkoppelt, indem die Mitschleppeinheit 11 in die Losstellung verstellt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Kopplungsstempel 33 mittels des Hubkolbenzylinders 31 in vertikaler Richtung von dem Förderband 8 beziehungsweise von dem Schleppanteil 34 wegbewegt wird.
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Sind das Förderband 8 und der Schlitten 6 in der Lage, sich unabhängig voneinander zu bewegen, das heißt, ist die Mitschleppeinheit 11 in der Losstellung angeordnet, erfolgt ein weiterer Verfahrensschritt S5. In diesem wird mittels der den Antriebsstrang 14 umfassenden Rückführeinheit 13 die Robotereinheit 5 entgegen der Förderrichtung 4 in Richtung zur Startposition 9 hin bewegt. Insbesondere kann sich die Robotereinheit 5 mittels der Rückführeinheit 13 in einem schnellen Modus des Antriebsstrangs 14 in Richtung zu der Startposition 9 hin bewegen. Um trägheitsbedingte Kollisionen der Robotereinheit 5 beziehungsweise des Schlittens 6 zu vermeiden, kann in einem Nahbereich der angestrebten Position, zum Beispiel der Startposition 9 oder der Zwischenposition 15, ein Bewegen in einem langsamen Modus des Antriebsstrangs 14 erfolgen. Mittels des langsamen Modus ist es des Weiteren möglich, die angestrebte Position besonders lagegenau anzufahren. Es ist des Weiteren denkbar, dass während des Verfahrensschritts S5 die Robotereinheit 5 an der Zwischenposition 15 angehalten wird, um dort beispielsweise einen Be- und/oder Entladevorgang automatisch durchzuführen. Es ist beispielsweise denkbar, dass während des Arbeitsschritts beim Teilschritt S3a ein Element, beispielsweise eine Schraube, von dem Werkstück 3 entfernt, beispielsweise ausgeschraubt wird. Dieses Element kann dann beispielsweise von der Robotereinheit 5 bis zur Zwischenposition 15 mitgeführt werden, um dort dann mittels der Robotereinheit 5 automatisch von dieser entladen zu werden. Hierdurch wird eine eigentlich nicht für eine Wertschöpfung genutzte Zeitdauer, während welcher die Robotereinheit 5 von der Endposition 10 zur Startposition 9 fährt, wertschöpfend in einem Gesamtarbeitsablauf der Robotervorrichtung 1 integriert. Hierdurch ergibt sich, dass eine Taktzeit einer mit der Stetigfördereinheit 2 und der Robotervorrichtung 1 ausgerüsteten Fertigungsanlage besonders gering ausfällt, wodurch diese Fertigungsanlage dann besonders effizient betreibbar ist.
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Zusammenfassend zeigt 9 in einer perspektivischen Ansicht die Robotervorrichtung 1 beim Durchführen des Arbeitsschritts. Hierbei ist die Mitschleppeinheit 11 in der Mitschleppstellung angeordnet, sodass die Robotereinheit 5 mittels der Stetigfördereinheit 2 beziehungsweise mittels des Förderbands 8 mit dessen Transportgeschwindigkeit in Förderrichtung 4 bewegt wird. Mit anderen Worten herrscht zwischen dem Werkstück 3 und der Mitschleppeinheit 11 beziehungsweise dem Schlitten 6 eine Relativgeschwindigkeit von null. Anders ausgedrückt befinden sich das Werkstück 3 und der Schlitten 6 in einem quasistationären Zustand zueinander. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Werkstück 3 um eine Fahrzeugkarosse, welche über eine Trägereinrichtung 43 mit der Stetigfördereinheit 2 verbunden ist. Das bedeutet, dass die in 9 zu sehenden Platten der Stetigfördereinheit 2 das Werkstück 3 beziehungsweise die Fahrzeugkarosse nicht direkt tragen. Vielmehr kann es sich bei den Platten um Verkleidungselemente handeln, mittels welchen verhindert ist, dass ein Gegenstand oder ein Arbeiter in eine Grube fällt, in welcher eine Antriebssektion der Stetigfördereinheit 2 angeordnet ist.
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Insbesondere im Serienfahrzeugbau besteht der Bedarf, das Werkstück 3 beziehungsweise die Fahrzeugkarosse von einem aufsitzenden Transport, wie in 9 gezeigt, an einen hängenden Transport zu übergeben. Beim hängenden Transport erstrecken sich Spannelemente 44 in die Fahrzeugkarosse 3 hinein, um sicherzustellen, dass die Fahrzeugkarosse 3 bei einem Schwenken der Fahrzeugkarosse 3 nicht von der Trägereinrichtung 43 herabfällt. Nach dem Zurückschwenken der Fahrzeugkarosse 3 in eine Übergabeposition für den aufsitzenden Transport, erfolgt ein Spannen der Fahrzeugkarosserie 3 auf der Trägereinrichtung 43. Dabei verbleiben die Spannelemente 44 vorerst in der Karosserie und müssen folglich wieder gelöst werden, um sie für nachfolgende Fahrzeuge wiederverwenden zu können. Dies ist ein denkbares Aufgabengebiet der Robotervorrichtung 1.
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Mittels der Robotervorrichtung 1 kann die Robotereinheit 5 bei in der Mitschleppstellung angeordneter Mitschleppeinheit 11 quasistationär ein Spannelement 44 oder mehrere Spannelemente 44 auf der Fahrzeugkarosse 3 beziehungsweise aus der Fahrzeugkarosse 3 demontieren, während die Fahrzeugkarosse 3 weiter in Förderrichtung 4, beispielsweise zum Start der aufsitzenden Fahrzeugendmontage, transportiert wird. Hierdurch ist auf besonders vorteilhafte Weise eine üblicherweise nicht wertschöpfende Dauer, während welcher das Werkstück 3 bisher lediglich eine reine Transportstrecke zu überwinden hatte, wertschöpfend genutzt.
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Bei entsprechender Ausrüstung der Robotereinheit 5 ist es denkbar, dass eine Vielzahl von verschiedenen Arbeiten während des Transportierens des Werkstücks 3 an diesem durchgeführt wird. Insbesondere kann beidseitig der Stetigfördereeinheit 2 beziehungsweise beidseitig des Förderbands 8 jeweils eine Vielzahl von Robotervorrichtungen 1 vorgesehen sein. Wie bereits angesprochen, ist die Robotervorrichtung 1 dazu ausgebildet, hängend, das heißt an einer Decke, oder gekippt, das heißt an einer Wand, eingesetzt zu werden. Das bedeutet, dass sich die Robotervorrichtung 1 auch zu einem Einsatz an einer Stetigfördereinheit anbietet, deren das Werkstück 3 transportierender Anteil deckenseitig verläuft.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Robotervorrichtung
- 2
- Stetigfördereinheit
- 3
- Werkstück
- 4
- Förderrichtung
- 5
- Robotereinheit
- 6
- Schlitten
- 7
- Führungseinheit
- 8
- Förderband
- 9
- Startposition
- 10
- Endposition
- 11
- Mitschleppeinheit
- 12
- Verfahrweg
- 13
- Rückführeinheit
- 14
- Antriebsstrang
- 15
- Zwischenposition
- 16
- Gehäuse
- 17
- Motoreinheit
- 18
- Getriebeeinheit
- 19
- Kupplungseinheit
- 20
- Antriebsrad
- 21
- Antriebsriemen
- 22
- Obertrum
- 23
- Gehäuse
- 24
- Schieneneinheit
- 25
- Anbauplatte
- 26
- Gewindebolzen
- 27
- Montageplatte
- 28
- Langloch
- 29
- Mutter
- 30
- Trägerstruktur
- 31
- Hubkolbenzylinder
- 32
- Näherungsschalter
- 33
- Kopplungsstempel
- 34
- Schleppanteil
- 35
- Kollisionserkennungseinrichtung
- 36
- Schalteinheit
- 37
- Bandschalter
- 38
- elastische Schicht
- 39
- Gehäuse
- 40
- Sensoreinheit
- 41
- Näherungsschalter
- 42
- Markierung
- 43
- Trägereinrichtung
- 44
- Spannelement
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S3a
- Teilschritt
- S3b
- Teilschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- 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 202015002821 U1 [0003, 0007]
- DE 102015206983 A1 [0004]
- DE 102015015678 A1 [0005]
