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Die Erfindung betrifft eine mobile Roboterplattform zur Handhabung, Bearbeitung oder Montage von Werkstücken.
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Derzeit werden insbesondere im Automobilbereich Kleberoboter und Applikationsköpfe zum Auftragen von Kleberaupen auf an stationären Applikationsköpfen vorbeigeführten Bauteilen oder an stationären Bauteilen vorbeigeführten mobilen Applikationsköpfen eingesetzt. Solche Bauteile sind bspw. Windschutzscheiben oder Panoramadächer. Derart mit Kleberaupen oder Klebeflächen zu applizierenden Bauteile werden in einem nachfolgenden Fertigungsschritt durch Aufdrücken bzw. durch Aufpressen mit weiteren Bauteilen verklebt oder direkt in die Fahrzeugkarosserie eingeklebt.
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Aus der
DE 10 2016 002 194 A1 ist ein Fertigungssystem zum Ausführen einer Fertigungsaufgabe bekannt, indem von einer Steuereinrichtung mehrere mobile Fertigungseinheiten entsprechend eines Fertigungsplans zu einer Fertigungsanlage zusammengestellt wird. Eine mobile Fertigungseinheit kann dazu ausgebildet sein, eine Greiferfunktion oder eine Fügefunktion auszuführen, die bspw. in Form einer Schweißzange, einer Klebepistole, einer Löteinrichtung realisiert werden kann. Eine mobile Fertigungseinheit kann auch als Roboter ausgeführt sein, um eine entsprechende Funktion ausführen zu können. Schließlich kann eine Fertigungseinheit auch eine Transportfunktion ausführen, um im Rahmen des Fertigungsplans einen Stoff oder ein Material zu befördern.
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Gemäß dieser
DE 10 2016 002 194 A1 wird jedoch nicht der Aufbau einer als Roboter ausgeführten mobilen Fertigungseinheit zur Ausführung einer Fertigungsaufgabe, bspw. einer Klebeaufgabe beschrieben.
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Die
DE 10 2014 102 990 A1 beschreibt eine aus mehreren Fertigungsstationen bestehende Fertigungsanlage. Die Fertigungsstationen sind modular und standardisiert ausgebildet und weisen mehrere integrierte Fertigungszellen mit jeweils einem eigenen Prozessbereich auf. Ferner weist jede Fertigungsstation für die Fertigungszellen eine gemeinsame, stationsinterne Transportlogistik für die zu fertigenden Werkstücke auf, welche die Fertigungszellen untereinander sowie gemeinsam mit der Außenwelt verbindet. Jedoch wird nicht dargestellt, wie ein spezifischer Fertigungsprozess, bspw. ein Klebeprozess an einer Fertigungsstationen organisiert und durchgeführt wird.
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Der Vollständigkeit halber wird noch auf die
EP 2 636 536 A1 verwiesen, die das Umrüsten einer zur Herstellung klebegebundener Produkte eingesetzten Druckweiterverarbeitungsmaschine einer Fertigungsanlage beschreibt. Die Druckweiterverarbeitungsmaschine ist modular in Segmente unterteilt, wobei ein Segment umgerüstet wird, sobald ein letztes Teilprodukt eines Fertigungsauftrages dieses Segment verlassen hat.
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Stationäre Klebeanlagen haben den Nachteil, dass eine flexible Produktion nicht möglich ist, mit der Folge dass die Planung neuer Prozesse und strukturelle Veränderungen mit großem Aufwand verbunden sind. Dies bedeutet, dass bspw. zusätzliche Maßnahmen, wie eine Verlängerung von Produktionslinien, Fördertechnikanpassungen usw. erforderlich sind. So kann bspw. ein Kleberauftragsprozess nicht individuell gestaltet werden, sondern muss für jeden Anwendungsfall im Einzelnen spezifiziert und angelegt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine mobile Roboterplattform zur Handhabung, Bearbeitung oder Montage von Werkstücken anzugeben, mit welcher solche Prozesse flexibel, d. h. an unterschiedliche Prozessbedingungen, wie bspw. unterschiedliche Bauteile, unterschiedliche Materialien oder Werkzeuge oder unterschiedliche Prozessstandorte angepasst werden können. Außerdem sollen solche Prozesse mit höherer Effizienz gegenüber bekannten Anlagen, bspw. Klebeanlagen durchführbar sein.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine mobile Roboterplattform mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
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Eine solche mobile Roboterplattform zur Handhabung, Bearbeitung oder Montage von Werkstücken umfasst:
- - eine Roboterbasis mit einer mobilen Trägervorrichtung, wobei die Roboterbasis einen beweglichen Manipulator mit einem Effektor zur Handhabung, Bearbeitung oder Montage der Werkstücke umfasst,
- - eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme der Werkstücke, ,
- - eine Objekterkennungseinheit zur Detektion der Werkstücke, welche in die Roboterbasis integriert ist,
- - eine mobile Material- oder Werkzeugstation zur Aufnahme von Material zur Bearbeitung oder Montage der Werkstücke oder zur Aufnahme von Werkzeugen zur Handhabung oder Bearbeitung der Werkstücke,
- - eine Schnittstelle, welche ausgebildet ist, Material oder Werkzeuge aus der Material- oder Werkzeugstation dem Effektor zuzuführen, und
- - eine mobile Steuereinheit, welche zur Steuerung der Handhabung, der Bearbeitung oder der Montage der Werkstücke mittels des Manipulators ausgebildet ist.
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Durch die Modularisierung in die modularee Roboterbasis, Werkstückaufnahme, Objekterkennungseinheit, Material- oder Werkzeugstation, Schnittstelle und Steuereinheit wird ein Handhabungs-, Bearbeitungs-, oder Montageprozess entzerrt und dadurch die Einsetzbarkeit der Roboterplattform flexibilisiert und kann infolgedessen bedarfsorientiert an den jeweiligen Prozess angepasst werden. Die Roboterbasis kann unterschiedlich realisiert werden, so kann bspw. anstelle eines Schwenkarmroboters ein MRK (Mensch-Roboter-Kollaboration)-Roboter eingesetzt werden. Die einzelnen Module können standardisiert werden und ermöglichen somit einen individuellen Einsatz bei unterschiedlichen Zweckbestimmungen.
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Weiterbildungsgemäß ist die Werkstückaufnahme in die mobile Trägervorrichtung integriert, alternativ ist es auch möglich, die Werkstückaufnahme in die mobile Material- oder Werkzeugstation zu integrieren.
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Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Roboterbasis derart ausgebildet, dass mittels des Effektors Material oder Werkzeug aus der Material- oder Werkzeugstation entnommen werden kann.
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Die Objekterkennungseinheit weist weiterbildungsgemäß wenigstens einen Sensor zur optischen, akustischen, haptischen, olfaktorischen oder thermischen Erfassung der Werkstücke und deren Identifizierung auf. Eine optische, akustische, olfaktorische oder thermische Sensierung ermöglicht eine kontaktlose Identifizierung der Bauteile nach Typ, Lage und Applikations- oder Bearbeitungsfläche und kann flexibel an unterschiedliche Bauteile durch eine entsprechende Auswertung angepasst werden.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
- - der Effektor als Düsenkopf mit einer Kleberdüse zum Applizieren von Klebstoff auf dem Werkstück ausgebildet ist,
- - die mobile Materialstation als Kleberstation mit wenigstens einem austauschbaren Klebstoffbehälter ausgebildet ist, und
- - die Schnittstelle als Kleberzuführeinrichtung zum Zuführen von Klebstoff zur Kleberdüse ausgebildet ist.
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Mit einer solchen mobilen Roboterplattform, die als modular aufgebaute Klebeanlage realisiert ist, ist aufgrund der Mobilität der einzelnen Module eine bedarfsgerechte Positionierung der Klebeanlage am jeweiligen Bedarfsort einer Produktionsstätte eines Unternehmens oder eines Konzerns möglich.
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Die Werkstückaufnahme zur Aufnahme der Werkstücke kann mit Aufnahmenestern ausgebildet werden. Hierzu weist weiterbildungsgemäß die mobilen Trägervorrichtung ausziehbaren Schublade auf, die mit den Aufnahmenestern ausgebildet ist. Durch die Anpassung der Aufnahmenestern an das jeweilige Werkstück ist die Werkstückaufnahme flexibel und das jeweilige Bauteil anpassbar.
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Die Werkstückaufnahme kann auch eine Auflagefläche mit in dieselbe versenkbaren Kontaktstifte derart aufweisen, dass mit der Ablage eines Werkstücks auf der Aufnahmefläche die Profilkontur durch die nicht in die Auflagefläche versenkten Kontaktstifte angezeigt wird. Weiterbildungsgemäß kann die Trägervorrichtung eine ausziehbare Schublade aufweisen, die mit der Auflagefläche ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer als Klebeanlage ausgeführte mobile Roboterplattform mit einer mobilen Roboterbasis, einer als Kleberstation ausgeführten mobilen Material- oder Werkstückaufnahme und einer mobilen Steuereinheit, und
- 2 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführung der gemäß 1 als Kleberstation ausgeführten mobilen Material- oder Werkstückaufnahme.
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Die als Klebeanlage 1.0 ausgeführte mobile Roboterplattform 1 ist modular aufgebaut und umfasst eine auf einer mobilen Trägervorrichtung 3 angeordnete Roboterzelle 2, eine als Kleberstation 5.0 ausgeführte mobile Material- oder Werkzeugaufnahme 5 und eine mobile Steuereinheit 7 zur Steuerung der gesamten Klebeanlage 1.0. Die Roboterzelle 2 umfasst einen mehrgliedrigen Manipulator 2.1 mit einem als Kleberdüse 2.20 ausgeführten Effektor 2.2 sowie eine Objekterkennungseinheit 2.3 mit zwei Kameras.
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Die Roboterzelle 2 ist gemäß 1 zusammen mit der mobilen Trägervorrichtung 3 in einem gemeinsamen Gehäuse 2.0 untergebracht. Die Trägervorrichtung 3 umfasst eine Plattform 3.0, die auf Rollen bewegbar ist. Damit kann die Roboterzelle 2 gemeinsam mit der Trägervorrichtung 3 an jeden beliebigen Bedarfsort manuell fortbewegt werden.
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Es ist auch möglich, die Roboterzelle 2 von der Trägervorrichtung 3 zu trennen (in 1 angedeutet mit den gestrichelten Trennlinien T). In diesem Fall wird die Roboterzelle 2 ebenso mit einer auf Rollen bewegbaren Plattform aufgebaut.
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Die Roboterzelle 2 können auch in die als Klebestation 5.0 ausgeführte mobile Material- oder Werkzeugaufnahme 5 integriert werden (in den Figuren nicht dargestellt).
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Die mobile Trägervorrichtung 3 umfasst eine Werkstückaufnahme zur Aufnahme von Werkstücken 10, die mit Klebstoff aus der Kleberstation 5.0 mittels der Kleberdüse 2.20 appliziert werden.
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Hierzu weist die mobile Trägervorrichtung 3 mehrere ausziehbare Schubladen 3.1 auf, in welchen die zu bearbeitenden Werkstücke 10 abgelegt werden. Hierzu weisen diese Schubladen 3.1 entweder Aufnahmenester auf, in welchen die Werkstücke 10 in vorgegebener Lage liegen, oder weisen eine Auflagefläche 4.2 mit in dieselbe versenkbaren Kontaktstifte derart auf, dass mit der Ablage eines Werkstücks 10 auf der Aufnahmefläche 4.2 die Profilkontur durch die nicht in die Auflagefläche 4.2 versenkten Kontaktstifte angezeigt wird.
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Die Objekterkennungseinheit 2.3 mit den beiden Kameras dient der optischen Erkennung der Werkstücke 10. Die entsprechende Bildauswertung ist derart ausgebildet, dass die exakte Position des Werkstücks 10 und daraus die resultierende Position der Applikationsfläche auf dem Werkstück 10 für den Kleberauftrag identifiziert wird. Außerdem ist es mit einer solchen Bildauswertung möglich, unterschiedliche Bauteile zu erkennen. Müssen bspw. Scheiben von Fahrzeugen mit Klebstoff appliziert werden, können mit einer solchen Bildauswertung Scheiben unterschiedlicher Fahrzeugmodelle detektiert und damit auch die unterschiedlichen Applikationsflächen zugeordnet werden.
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Die mobile Kleberstation 5.0 weist eine auf Rollen angeordnete Plattform 5.2 auf, welche einen austauschbaren Klebstoffbehälter 5.1 trägt. Damit können Klebstoffbehälter 5.1 mit unterschiedlichem Fassungsvermögen, bspw. als 200 I-Fass oder als 20 I-Fass eingesetzt werden. Zum Zuführen von Klebstoff aus dem Klebstoffbehälter 5.1 zur Kleberdüse 2.20 des Manipulators 2.1 ist eine Schnittstelle 6 vorgesehen, die als Standard-Schnittstelle, bspw. als Schlauch mit Schnellkupplung, Schraub- oder Bajonettverschluss ausgeführt ist. In 1 ist mit den Bezugszeichen 6.1 und 6.2 eine durchgehende Schnittstellenverbindung zur Kleberdüse 2.20 dargestellt, diese kann nicht nur als Medienschnittstelle, sondern auch Kommunikatiosschnittstelle fungieren.
Auch die Steuereinheit 7 umfasst eine auf Rollen angeordnete Plattform 7.0. Diese Steuereinheit 7 besteht aus universellen Steuerungsbausteinen und bildet eine universelle Kommunikationsschnittstelle, mit welchen eine individuelle und bedarfsorientierte Steuerung der Klebeanlage 1.0 durchführbar ist. Dies beinhaltet im Gesamtverbund die Kommunikationsfähigkeit der Gesamtanlage mit bspw. übergeordneten Kommunikationssystemen, bspw. IT-Systeme, Künstliche Intelligenz, cloudbasierte Plattformen. Hierzu zählt jegliche Instandhaltungs- und Wartungssoftware, Trackingtools sowie Qualitätssicherungsprogramme und die Ergebnisdatenprotokollierung.
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Die Steuereinheit 7 ist an die mobile Klebestation 5.0 andockbar, d. h. dass sowohl die beiden Plattformen 5.2 und 7.0 miteinander koppelbar sind als auch entsprechende Steuer- und Datenleitungen die Klebestation 5.0 mit der Steuereinheit 7 verbinden. Die Datenkommunikation kann auch kabellos erfolgen.
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Ebenso ist die mobile Klebestation 5.0 an die Roboterzelle 2 andockbar, indem die Plattformen 3.0 und 5.2 miteinander gekoppelt werden. Mit Steuer- und Datenleitungen werden diese beiden Module entweder mit Kabel oder kabellos verbunden.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführung der als Klebestation 5.0 ausgeführten mobilen Material- oder Werkzeugaufnahme 5. Der in dieser Klebestation 5.0 eingesetzte Klebstoffbehälter 5.1 ist als Kleberkartusche ausgeführt. Auch in diesem Fall ist eine Standard-Schnittstelle zum Zuführen von Klebstoff zur Kleberdüse 2.20 vorgesehen. Es ist auch möglich, eine solche Kleberkartusche direkt in die Roboterbasis 2 mit einer zugehörigen Standard-Schnittstelle zum Zuführen von Klebstoff zur Kleberdüse 2.20 zu integrieren. In diesem Fall entfällt die Plattform 5.2, wobei die Mobilität der gesamten Klebeanlage 1.0 dennoch gegeben ist.
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Die Roboterzelle 2 kann auch derart angesteuert werden, dass freistehende Werkstücke, wie bspw. Fahrzeugkarosserien von dem Effektor 2.2 bearbeitet werden können.
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Als alternative Ausgestaltung kann die mobile Material- oder Werkstückaufnahme 5 als Medienversorgung ausgebildet sein. Hierzu zählt bspw. die Bereitstellung liquider oder gasförmiger Medien wie zum Beispiel ein 1000L-IBC-Gebinde zur Kühlwasserbefüllung oder Klimakältemittelflaschen zur Befüllung der Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mobile Roboterplattform
- 1.0
- Klebeanlage
- 2
- Roboterbasis der mobilen Roboterplattform
- 2.0
- Gehäuse
- 2.1
- Manipulator der Roboterbasis 2
- 2.2
- Effektor des Manipulators 2.1
- 2.20
- Kleberdüse
- 2.3
- Objekterkennungseinheit der Roboterbasis 2
- 3
- mobile Trägervorrichtung der mobilen Roboterplattform 1
- 3.0
- Plattform der mobilen Trägervorrichtung 3
- 3.1
- Schublade der mobilen Trägervorrichtung 3
- 4
- Werkstückaufnahme
- 4.1
- Aufnahmenester
- 4.2
- Auflagefläche mit versenkbaren Kontaktstiften der Werkstückaufnahme 4
- 5
- mobile Material- oder Werkzeugaufnahme
- 5.0
- Kleberstation
- 5.1
- Klebstoffbehälter der mobilen Material- oder Werkzeugaufnahme 5
- 5.2
- Plattform der Klebestation 5.0
- 6
- Schnittstelle der mobilen Roboterplattform 1
- 6.1
- Schnittstellenverbindung
- 6.2
- Schnittstellenverbindung
- 7
- mobile Steuereinheit der mobilen Roboterplattform
- 7.0
- Plattform der mobilen Steuereinheit 7
- T
- Trennlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016002194 A1 [0003, 0004]
- DE 102014102990 A1 [0005]
- EP 2636536 A1 [0006]
