DE102021002606A1

DE102021002606A1 - Roboter mit einem Werkzeug und einem Anpressmittel

Info

Publication number: DE102021002606A1
Application number: DE102021002606.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Riedel; Tom Clauder; Lukas Hilfiker
Original assignee: KUKA Deutschland GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2021-05-18
Filing date: 2021-05-18
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Roboter, aufweisend einen Roboterarm mit mehreren Gliedern und Gelenken, welche die Glieder gelenkig gegeneinander verstellbar verbinden, derart, dass die Gelenke von jeweils zugeordneten Antrieben des Roboterarms automatisch verstellbar sind und die Antriebe durch eine Robotersteuerung des Roboter angesteuert werden, wobei ein distales Endglied des Roboterarms einen Flansch bildet, an dem ein vom Roboter handzuhabendes Werkzeug, das ein Arbeitsmittel zur Bearbeitung einer Arbeitsfläche aufweist, angeordnet ist. Der Roboter weist ein Anpressmittel auf, welches ausgebildet ist, das vom Roboter handzuhabende Werkzeug gegen die Arbeitsfläche mit einer Anpresskraft zu drücken, die derart bemessen ist, dass Reaktionskräfte, welche während der Bearbeitung der Arbeitsfläche von dem Arbeitsmittel ausgehend in das Werkzeug eingeleitet werden, aufgrund der auf die Arbeitsfläche ausgeübten Anpresskraft des Anpressmittels in die Arbeitsfläche eingeleitet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Roboter, aufweisend einen Roboterarm mit mehreren Gliedern und Gelenken, welche die Glieder gelenkig gegeneinander verstellbar verbinden, derart, dass die Gelenke von jeweils zugeordneten Antrieben des Roboterarms automatisch verstellbar sind und die Antriebe durch eine Robotersteuerung des Roboters angesteuert werden, wobei ein distales Endglied des Roboterarms einen Flansch bildet, an dem ein vom Roboter handzuhabendes Werkzeug, das ein Arbeitsmittel zur Bearbeitung einer Arbeitsfläche aufweist, angeordnet ist.
Die DE 202 04 585 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Positionieren von Anlagenkomponenten in einer Anlage, insbesondere einer Fertigungsanlage für Fahrzeugkarosserien und Karosserieteile, wobei die Positioniervorrichtung eine Montagehilfe mit mindestens einem Ausleger und mindestens einem senkrechten Peilmittel aufweist, welche an der Anlagenkomponente mit definierter Position und Orientierung temporär montierbar ist, wobei der Ausleger mit dem Peilmittel über den seitlichen Umriss der Anlagenkomponente hinausreicht und das Peilmittel auf einen Einrichtpunkt am Anlagenboden ausrichtbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboter zu schaffen, bei dem ein Arbeitsmittel eines vom Roboter geführten Werkzeugs besonders positionsgenau bezüglich einer Arbeitsfläche, auf welche das Arbeitsmittel einwirken soll, geführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Roboter, aufweisend einen Roboterarm mit mehreren Gliedern und Gelenken, welche die Glieder gelenkig gegeneinander verstellbar verbinden, derart, dass die Gelenke von jeweils zugeordneten Antrieben des Roboterarms automatisch verstellbar sind und die Antriebe durch eine Robotersteuerung des Roboters angesteuert werden, wobei ein distales Endglied des Roboterarms einen Flansch bildet, an dem ein vom Roboter handzuhabendes Werkzeug, das ein Arbeitsmittel zur Bearbeitung einer Arbeitsfläche aufweist, angeordnet ist, wobei der Roboter ein Anpressmittel aufweist, welches ausgebildet ist, das vom Roboter handzuhabende Werkzeug gegen die Arbeitsfläche mit einer Anpresskraft zu drücken, die derart bemessen ist, dass Reaktionskräfte, welche während der Bearbeitung der Arbeitsfläche von dem Arbeitsmittel ausgehend in das Werkzeug eingeleitet werden, aufgrund der auf die Arbeitsfläche ausgeübten Anpresskraft des Anpressmittels in die Arbeitsfläche eingeleitet werden.
Das Arbeitsmittel zur Bearbeitung einer Arbeitsfläche kann beispielsweise eine Markierungsvorrichtung sein, welche mittels Farbe Markierungen wie beispielsweise Symbole, Grafiken, Zahlen, Buchstaben oder Text auf eine Wand als Arbeitsfläche aufträgt. Alternativ kann das Arbeitsmittel aber beispielsweise auch ein Bohren oder ein Meißel sein, welcher Löcher oder Schlitze in eine Wand einbringt.
Ein beispielhafter Anwendungsfall ist das Szenario eines hoch flexiblen und beweglichen mobilen Roboters für den Einsatz auf Baustellen. Dieser Roboter kann mit einer Grundreichweite von 3 Meter und einer Zusatzreichweite von ca. 1 Meter nahezu alle Stellen auf einer Baustelle erreichen, um dort Vermessungs- aber auch Markierungsaufgaben durchzuführen.
Vor allem die letztgenannten Markierungsaufgaben erfordern eine hohe Genauigkeit des Markierungstools entlang einer Ebene bzw. Fläche im Raum.
Die meisten Anwendungsfälle der Robotik betreffen Makrobewegungen, bei denen ein Tool zur Durchführung einer Arbeit, z.B. einer Bauteilhandhabung oder einer Schweiß- oder Klebeanwendung (Bahnprozesse) raumeinnehmend bewegt wird. Seltener hingegen sind Aufgaben bei denen das Tool an eine Position gefahren und sehr lokal eine Mikrobewegung durchführt wird. „Mikro“ bedeutet hier insbesondere, dass die genaue Prozessbewegung <1,5%, insbesondere <0,5%, insbesondere <0,25% der Gesamtlänge der kinematischen Kette des Roboterarms beträgt.
Hierzu werden heutzutage entweder Roboter mit ausreichender Genauigkeit eingesetzt oder eine aktuierte, hochgenaue Zusatzeinheit zwischen Tool und Roboter platziert, die das Tool, meist absolut genau vermessen, um einen entsprechenden Wert zwecks Fehlerkorrektur nachstellt.
Wird die kinematische Kette sehr lang und der Roboterarm sehr leicht geht dies mit deutlichen Genauigkeitseinbußen durch Positionsfehler in den Gelenken und Nachgiebigkeiten der Struktur einher. Befindet sich der Roboterarm auf einer mobilen Plattform, entstehen zusätzliche Ungenauigkeiten.
Mit der vorliegenden technischen Lösung kann eine ausreichende Genauigkeit des wandnahen Tools trotz nachgiebiger und ungenauer Führungsstruktur gewährleistet werden. Dazu soll der eigentliche Roboterarm nicht modifiziert werden müssen, insbesondere nicht teuer, leistungsstärker oder schwerer bzw. steifer werden.
Dabei kann nicht nur für den hier vorgestellten Anwendungsfall der Anbringung von Markierungen an Wänden, sondern allgemein für alle bzw. für eine Vielzahl von Szenarien verwendbar sein, bei denen ein Tool nahe an einer Fläche oder Ebene, relativ zu dieser positioniert bzw. entlang dieser geführt werden soll.
Die Erfindung ist zudem unabhängig vom Roboterarm und seiner Gestalt, kann jedoch eine gewisse Nachgiebigkeit erforderlich machen, aktuiert geregelt oder passiv strukturelastisch.
Das Anpressmittel kann gebildet werden durch ein entsprechend gesteuertes oder geregeltes ansteuern der Antriebe der Gelenke des Roboterarms mittels der Robotersteuerung. Alternativ oder ergänzend kann ein separates Stellmittel das Anpressmittel bilden, welches beispielsweise bei stillstehendem Roboterarm durch einen eigenen Antrieb das Werkzeug gegen die Arbeitsfläche bewegt und andrückt, wobei sich das Stellmittel dabei gegen den Roboterarm abstützt.
Die Reaktionskräfte können bereits allein dadurch entstehen, dass das Arbeitsmittel relativ zum handzuhabenden Werkzeug, d.h. jedenfalls relativ zu einem Gehäuse des handzuhabenden Werkzeugs angetrieben bewegt bzw. verstellt wird. Dies geschieht auch bereits dann, wenn das Arbeitsmittel noch gar nicht auf die Arbeitsfläche einwirkt.
Die Reaktionskräfte können aber auch Abstützkräfte sein, die vom Arbeitsmittel aufgenommen werden müssen, wenn das Arbeitsmittel bestimmungsgemäß auf die Arbeitsfläche einwirkt. Dies können beispielsweise im Falle von farbsprühenden Farbspritzköpfen die Gegenkräfte aus den Strahlimpulsen der austretenden Farbe sein. Im Falle von beispielsweise abrasiv arbeitenden Arbeitsmitteln, wie Bohrer oder Meißel, können die Reaktionskräfte aus den entsprechenden Gegenkräften zu den Schneidkräften resultieren.
Die vorliegende technische Lösung basiert u.a. auf einer neuartigen Kraftabstützung über die Ebene, Fläche oder Wand, an der die Prozessbewegung stattfinden soll. Dabei geht der Roboter, beispielsweise umfassen einen nachgiebigen Roboterarm, eine nachgiebige, vorgeschaltete Armführung und eine ungenaue Fahrplattform, über das Tool mit der Wand eine mechanische einseitige Bindung ein, die es ermöglicht reibungsbasiert, also kraftschlüssig, bewegungserzeugende Verstellkräfte in Querrichtung (x,y) zur Flächennormalen (z) auf das Tool und die Roboterstruktur zu übertragen. Die offene kinematische Kette des Roboterarmes wird somit im Moment des Kontaktes mit der Ebene über diese einseitig geschlossen. Zur Aufrechterhaltung der quasi-geschlossenen Kinematik ist eine gewisse Mindestanpresskraft in Z-Richtung (Normalenrichtung der Arbeitsebene) erforderlich, die sich aus den vorliegenden Reibungsverhältnissen und der erforderlichen Querkraft zur Verschiebung ergibt. Innerhalb dieser geschlossenen Kette kann das Tool mit seiner Frontfläche und seinem Arbeitspunkt über ein spezielles Verstellsystem je nach Ausführungsform in 1, 2 oder 3 Freiheitsgraden relativ zur Ebene z.B. planar bewegt werden.
Dazu kann beispielsweise das Tool in einem ersten Schritt vom Robotersystem so an die Ebene herangeführt werden, dass diese mit einem gewissen Anpressdruck berührt wird. Die Erzeugung des Drucks kann dabei durch eine aufgeprägte Z-Kraft erzeugt werden, indem z.B. eine Sollposition hinter der Ebene mit dem flächig anliegenden Arbeitspunkt angefahren wird und die Nachgiebigkeit in der Struktur oder durch ein spezielles verformbares Element oder durch die Antriebsregelung eine Federkraft bewirkt wird.
In einem zweiten Schritt kann diese ungenaue Position nahe des Werkzeugs relativ zur direkten Umgebung durch ein Messsystem, insbesondere ein Laserentfernungsmesssystem vermessen werden. Dabei kann in einer Ausführungsform beispielsweise die X, Y-Positionen optisch exakt bestimmt werden, während die Z-Position, also die Entfernung zur Arbeitsebene, nur binär erfasst wird, beispielsweise im Sinne von „Kontakt ja/nein“. Dies ist auch durch einfachen Taster möglich. Durch Einbindung von zwei oder mehreren parallelen Entfernungsmesssystem in der X- oder Y-Richtung, ist eine Werkzeugorientierung um die Flächennormale zur gewünschten Referenzumgebung möglich. Somit können auch alle möglichen Schräglagen der Fahrplattform bei unebenen Bodenbeschaffenheiten ausgeglichen werden. Alternativ ist auch eine Ausrichtung durch Gyrosensoren eine Ausführungsvariante.
In einem dritten Schritt verfährt das Verstellsystem das Tool ggf. inklusive dem Roboterarm zur genauen Zielposition. Der Roboterarm wird hier entweder nur passiv durch seine strukturelle oder durch seine reglungstechnische Nachgiebigkeit bewegt. Es muss insbesondere kein aktives Zustellen des Roboterarms erfolgen.
Der Roboter kann also ein in das Werkzeug integriertes Verstellmittel aufweisen, das ausgebildet ist, das Werkzeug relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel das Werkzeug weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Das Verstellmittel kann wenigstens ein am Werkzeug drehantreibbar gelagertes Rad aufweisen, welches ausgebildet ist zum Abrollen auf der Arbeitsfläche, während der Roboter das Werkzeug mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei dem wenigstens einen Rad wenigstens ein Motor zugeordnet ist, der ausgebildet ist, das wenigstens eine Rad derart anzutreiben, dass aufgrund einer angetriebenen Drehung des Rades trotz der durch das Anpressmittel weiterhin ausgeübten Anpresskraft das Werkzeug relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche bewegt wird, wenn der Motor angetrieben wird.
In einer solchen möglichen Ausprägungsvariante besitzt das Tool am Arbeitspunkt beispielsweise einen Druckkopf zur Aufbringung von Markierungen auf der Ebene, zwei im Winkel (vorzugsweise orthogonal) angeordnete Laserabstandssensoren zur Ermittlung der X,Y-Position und einen Taster zur Detektion des Kontaktes zur Ebene sowie drei in 120° angeordnete Omnidirektionalräder, beispielsweise in ein- oder mehrreihiger Ausführung, zur Erzeugung einer Verstellkraft in X-Richtung und/oder in Y-Richtung und als Drehung um die Z-Achse. Der Taster kann dabei auch in einem oder mehreren Omnidirektionalrädern integriert sein und je nach Ausführung auch den Anpressdruck der einzelnen Omnidirektionalräder messen. Diese Variante besitzt 3 Freiheitsgrade mit drei Antrieben.
Somit kann das Verstellmittel wenigstens drei am Werkzeug um jeweilige Raddrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder aufweisen, wobei jede Raddrehachse jeden Omnidirektionalrades zu den Raddrehachsen der jeweils benachbarten Omnidirektionalräder um jeweils 120 Grad zueinander umorientiert angeordnet ist und den drei Omnidirektionalrädern jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, so dass die drei Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der Omnidirektionalräder das Werkzeug in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen und um eine zur Arbeitsebene orthogonale Drehachse drehen zu können.
Als reduzierte Variante können auch nur zwei Antriebe verwendet werden, um so beispielsweise zwei gegenüberliegende omnidirektionale Radpaare anzutreiben. Eine Drehung um die Z-Achse ist hier nur durch die Antriebe im Roboterarm selbst möglich.
Das Verstellmittel kann demgemäß wenigstens zwei Paare von am Werkzeug um jeweilige Radpaardrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder aufweisen, wobei die beiden Radpaardrehachsen orthogonal zueinander orientiert angeordnet sind und den beiden Paaren von Omnidirektionalrädern jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, so dass die zwei Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der beiden Paare von Omnidirektionalrädern das Werkzeug in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
Eine weitere Variante, die ebenfalls lediglich zwei Freiheitsgrade besitzt, nutzt zwei Paare von Bandantrieben, die ebenfalls paarweise aktuiert werden. Dabei kann immer nur in einer Richtung verfahren werden, da die Bänder keine Querbewegung zulassen. Die Querrichtung wird dabei stets zurückgezogen und ist nicht im Kontakt zur Ebene. Die Verschiebung der Bänder in Z-Richtung kann dabei entweder durch einen Zusatzantrieb erfolgen oder an die Bewegung des Bandantriebes gekoppelt sein. Die Laufbänder bieten den Vorteil einer besseren Traktion sowie einer verbesserten Robustheit bei rauen Arbeitsbedingungen. Sollten komplexere omnidirektionale Bänder verwendet werden, dann entfällt gegebenenfalls der Hub.
Das Verstellmittel kann also wenigstens zwei Paare von am Werkzeug um jeweilige Laufbandpaardrehachsen antreibbar gelagerte Raupenfahrwerks-Laufbänder aufweisen, wobei die Laufbandpaardrehachsen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern orthogonal zu den Laufbandpaardrehachsen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern orientiert angeordnet sind und jedem Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern jeweils wenigstens ein eigener Motor zum Antreiben der jeweiligen Raupenfahrwerks-Laufbänder zugeordnet ist, wobei wahlweise das eine Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern mit der Arbeitsfläche in Kontakt gebracht werden kann, um durch Fahrbewegungen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern das Werkzeug in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können, oder durch Fahrbewegungen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern das Werkzeug in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
Eine weitere Variante basiert nicht mehr auf einem Fahren auf der Arbeitsfläche, sondern auf einem lokalen Verschieben eines Rahmens. Dies kann nochmals Genauigkeitsvorteile bringen, jedoch mit der deutlichen Einschränkung des Bewegungsbereichs, der im Gegensatz zu bisherigen Lösungen begrenzt ist. Hierbei wird ein Rahmen auf die Ebene gedrückt und über Kraftschluss gehalten. Dieser Rahmen ist relativ zum Tool beweglich. Die Bewegung kann über einen Zwischenrahmen erfolgen, der Führungsschienen besitzt und den Rahmen über Führungsschlitten, sowie das Tool über Führungsschlitten schiebend und aktuiert verbindet. Durch eine Verschiebung von Rahmen zu Tool bleibt der Rahmen stehen, während hingegen das Tool mit dem Roboter zusammen bewegt wird.
Demgemäß kann das Verstellmittel einen am Werkzeug in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar und/oder in einer zweiten Richtung, insbesondere in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar gelagerten Rahmen aufweisen, mit dem sich das Werkzeug gegen die Arbeitsfläche abstützt, wenn das Anpressmittel das Werkzeug mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei das Werkzeug durch automatisches Verstellen des Rahmens relativ zum Werkzeug, das Werkzeug bezüglich der Arbeitsfläche verstellt wird, während das Anpressmittel das Werkzeug über den Rahmen hinweg weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Umgekehrt funktioniert eine weitere Variante bei welcher der Arbeitspunkt, z.B. der Druckkopf, zwar ebenfalls beweglich zum robotergehaltenen Tool ist, sich jedoch dieses über einen fest verbunden Rahmen mit reibungsbehafteten Kontaktelementen an der Ebene abstützt. Der Arbeitspunkt wird dabei beispielsweise über einen X,Y-Schienenaufbau relativ zum Tool verfahren. Der Roboterarm steht dabei still und wird nicht mitverschoben. Ebenso verbleiben die von einem optionalen Messsystem gegebenenfalls gemessenen Abstände konstant, sie dienen nur der Ermittlung der Zustellwege, nicht jedoch der Überprüfung der Einhaltung bzw. der Reglung der Bewegung. Befindet sich das Messystem in einer Ausprägungsvariante jedoch direkt am Arbeitspunkt, so bewegen sie sich mit, und die Messwerte des Messystems können kontinuierlich verwendet werden.
Der Roboter kann somit wenigstens einen in das Werkzeug integrierten Linearantrieb aufweisen, der ausgebildet ist, das Arbeitsmittel zur Bearbeitung der Arbeitsfläche relativ zum Werkzeug in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel das Werkzeug über statische Kopplungsstellen des Werkzeugs hinweg mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, derart, dass das Werkzeug, trotz Bewegen des Arbeitsmittels durch den Linearantrieb, relativ zur Arbeitsfläche ortsfest bleibt.
In einer Weiterbildung kann das Werkzeug einen ersten Linearantrieb umfassen, an dem das Arbeitsmittel in einer ersten Richtung angetrieben verstellbar ist und das Werkzeug einen zweiten Linearantrieb umfasst, an dem das Arbeitsmittel in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung angetrieben verstellbar ist.
In allen Ausführungsvarianten kann der Roboter eine Messvorrichtung aufweisen, die ausgebildet ist zur Bestimmung der Position und/oder Lage des Werkzeugs und/oder des Arbeitsmittels relativ zu einem Referenzmerkmal der Arbeitsfläche, wenn der Roboter das vom Roboter handzuhabende Werkzeug mittels dem Anpressmittel mit einer Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in weiteren Kombinationen betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines mobilen Roboters mit einer mobilen Plattform, einer Zustellvorrichtung und einem Roboterarm,
2 eine perspektivische Teildarstellung des Roboterarms des mobilen Roboters gemäß 1 mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Markierungsvorrichtung als ein Werkzeug bzw. Arbeitsmittel,
3 eine schematische Darstellung einer grundlegenden Ausführungsform eines Anpressmittels,
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit drei Omnidirektionalrädern in einer 120-Grad-Anordnung,
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit zwei Paaren von Omnidirektionalrädern in einer orthogonalen Anordnung,
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit Raupenfahrwerks-Laufbändern in einer orthogonalen Anordnung,
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit einem verstellbaren Rahmen, und
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform mit zwei orthogonalen Linearantrieben.

In der 1 ist ein mobiler Roboter 1 dargestellt. Der mobile Roboter 1 weist eine mobile Plattform 2, einen von der mobilen Plattform 2 über eine Zustellvorrichtung 3 getragenen Roboterarm 4, an dessen Flansch 5 die Markierungsvorrichtung 6a als ein Werkzeug 6 angeordnet ist. Die mobile Plattform 2 wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels von einem geländegängigen autonomen Fahrzeug gebildet, welches ausgebildet ist, den Roboterarm 4 und die den Roboterarm 4 tragende Zustellvorrichtung 3 beispielsweise innerhalb des Bauwerks an einen Bearbeitungsort zu fahren, an dem sich eine Arbeitsfläche, wie beispielsweise eine Gebäudeinnenwand befindet.
Der mobile Roboter 1 umfasst demgemäß die vom Roboterarm 4 verschiedene Zustellvorrichtung 3, welche an der mobilen Plattform 2 angeordnet ist und den Roboterarm 4 trägt, derart, dass durch ein Verstellen der Zustellvorrichtung 3 der Roboterarm 4 relativ zur mobilen Plattform 2 umpositioniert wird. Der mobile Roboter 1 bzw. der Roboterarm 4 und/oder die Zustellvorrichtung 3 können von einer Robotersteuerung 7 automatisch angesteuert werden.
Der Roboter 1 kann eine Messvorrichtung 17 aufweisen, die ausgebildet ist zur Bestimmung der Position und/oder Lage des Werkzeugs 6 und/oder des Arbeitsmittels 6b (2) relativ zu einem Referenzmerkmal der Arbeitsfläche, wenn der Roboter 1 das vom Roboter 1 handzuhabende Werkzeug 6 mittels dem Anpressmittel 8 mit einer Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Die 2 zeigt den Roboterarm 4 des mobilen Roboters 1 mit der Markierungsvorrichtung 6a. Dabei kann der mobile Roboter 1 eine Markierungssteuerung umfassen, die ausgebildet ist, die Markierungsvorrichtung 6a anzusteuern, wobei die Markierungsvorrichtung 6a durch den Roboterarm 4 automatisch geführt wird und die Markierungssteuerung eingerichtet ist, die Markierungsvorrichtung 6a in einer planen Ebene zu bewegen, um Markierungen an Wänden, Decken oder Böden eines Bauwerkes anzubringen, wobei der Roboterarm 4, welcher die Markierungsvorrichtung 6a gegen die Arbeitsfläche drückt, durch eine vom Roboterarm 4 verschiedene Zustellvorrichtung 3 des mobilen Roboters 1 vorpositioniert wird, wenn sich die mobile Plattform 2 in einer Grundposition am Bearbeitungsort nahe der Arbeitsfläche befindet. Das Anpressmittel 8 kann insoweit durch den angesteuerten Roboterarm 4 gebildet werden, welcher durch die Robotersteuerung 7 derart angesteuert wird, dass das Werkzeug 6 bzw. die Markierungsvorrichtung 6a gegen die Arbeitsfläche gedrückt wird.
Der Roboter 1, der statt eines mobilen Roboters gegebenenfalls auch ein stationären Roboter sein kann, weist den Roboterarm 4 mit mehreren Gliedern 9 und Gelenken 10, welche die Glieder 9 gelenkig gegeneinander verstellbar verbinden, derart, dass die Gelenke 10 von jeweils zugeordneten Antrieben des Roboterarms 4 automatisch verstellbar sind und die Antriebe durch die Robotersteuerung 7 des Roboters 1 angesteuert werden, wobei ein distales Endglied 11 des Roboterarms 4 den Flansch 5 bildet, an dem das vom Roboter 1 handzuhabendes Werkzeug 6, das ein Arbeitsmittel 6b, wie beispielsweise einen Druckkopf, zur Bearbeitung der Arbeitsfläche aufweist, angeordnet ist.
Der Roboter 1 weist das Anpressmittel 8 auf bzw. bildet durch geeignetes Ansteuern des Roboterarms 4 mittels der Robotersteuerung 7 das Anpressmittel 8, welches ausgebildet ist, das vom Roboter 1 handzuhabende Werkzeug 6 gegen die Arbeitsfläche mit einer Anpresskraft zu drücken, die derart bemessen ist, dass Reaktionskräfte, welche während der Bearbeitung der Arbeitsfläche von dem Arbeitsmittel 6b ausgehend in das Werkzeug 6 eingeleitet werden, aufgrund der auf die Arbeitsfläche ausgeübten Anpresskraft des Anpressmittels 8 in die Arbeitsfläche eingeleitet werden.
Der Roboter 1 kann ein in das Werkzeug 6 integriertes Verstellmittel 12 aufweisen, das ausgebildet ist, das Werkzeug 6 relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel 8 das Werkzeug 6 weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Gemäß den Ausführungen nach 4 und 5 kann das Verstellmittel 12 wenigstens ein am Werkzeug 6 drehantreibbar gelagertes Rad 13 aufweisen, welches ausgebildet ist zum Abrollen auf der Arbeitsfläche, während der Roboter 1 das Werkzeug 6 mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei dem wenigstens einen Rad 13 wenigstens ein Motor zugeordnet ist, der ausgebildet ist, das wenigstens eine Rad 13 derart anzutreiben, dass aufgrund einer angetriebenen Drehung des Rades 13 trotz der durch das Anpressmittel 8 weiterhin ausgeübten Anpresskraft das Werkzeug 6 relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche bewegt wird, wenn der Motor angetrieben wird.
Das Verstellmittel 12 kann wenigstens drei am Werkzeug 6 um jeweilige Raddrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder 13.1 aufweisen, wie dies in 4 aufgezeigt ist, wobei jede Raddrehachse jeden Omnidirektionalrades 13.1 zu den Raddrehachsen der jeweils benachbarten Omnidirektionalräder 13.1 um jeweils 120 Grad zueinander umorientiert angeordnet ist und den drei Omnidirektionalrädern 13.1 jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, so dass die drei Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der Omnidirektionalräder 13.1 das Werkzeug 6 in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen und um eine zur Arbeitsebene orthogonale Drehachse drehen zu können.
In der Ausführungsform gemäß 5 weist das Verstellmittel 12 wenigstens zwei Paare von am Werkzeug 6 um jeweilige Radpaardrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder 13.2 auf, wobei die beiden Radpaardrehachsen orthogonal zueinander orientiert angeordnet sind und den beiden Paaren von Omnidirektionalrädern 13.2 jeweils ein eigener Motor oder eigene Motoren zugeordnet ist oder sind, so dass die zwei oder vier Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der beiden Paare von Omnidirektionalrädern 13.2 das Werkzeug 6 in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
In der Ausführungsform gemäß 6 weist das Verstellmittel 12 wenigstens zwei Paare von am Werkzeug 6 um jeweilige Laufbandpaardrehachsen antreibbar gelagerte Raupenfahrwerks-Laufbänder 13.3 auf, wobei die Laufbandpaardrehachsen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 orthogonal zu den Laufbandpaardrehachsen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 orientiert angeordnet sind und jedem Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 jeweils wenigstens ein eigener Motor zum Antreiben der jeweiligen Raupenfahrwerks-Laufbänder 13.3 zugeordnet ist, wobei wahlweise das eine Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 mit der Arbeitsfläche in Kontakt gebracht werden kann, um durch Fahrbewegungen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 das Werkzeug 6 in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können, oder durch Fahrbewegungen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern 13.3 das Werkzeug 6 in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
In der Ausführungsform gemäß 7 weist das Verstellmittel 12 einen am Werkzeug 6 in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar und/oder in einer zweiten Richtung, insbesondere in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar gelagerten Rahmen 14 auf, mit dem sich das Werkzeug 6 gegen die Arbeitsfläche abstützt, wenn das Anpressmittel 8 das Werkzeug 6 mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei das Werkzeug 6 durch automatisches Verstellen des Rahmens 14 relativ zum Werkzeug 6, das Werkzeug 6 bezüglich der Arbeitsfläche verstellt wird, während das Anpressmittel 8 das Werkzeug 6 über den Rahmen 14 hinweg weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
In der Ausführungsform gemäß 8 weist das Werkzeug 6 integrierte Linearantriebe 15.1 und 15.2 auf, die ausgebildet sind, das Arbeitsmittel 6b zur Bearbeitung der Arbeitsfläche relativ zum Werkzeug 6 in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel 8 das Werkzeug 6 über statische Kopplungsstellen 16 des Werkzeugs 6 hinweg mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, derart, dass das Werkzeug 6, trotz Bewegen des Arbeitsmittels 6b durch die Linearantriebe 15.1, 15.2, relativ zur Arbeitsfläche ortsfest bleibt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels gemäß 8 umfasst das Werkzeug 6 einen ersten Linearantrieb 15.1, an dem das Arbeitsmittel 6b in einer ersten Richtung angetrieben verstellbar ist und das Werkzeug 6 umfasst einen zweiten Linearantrieb 15.2, an dem das Arbeitsmittel 6b in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung angetrieben verstellbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20204585 U1 [0002]

Claims

Roboter, aufweisend einen Roboterarm (4) mit mehreren Gliedern (9) und Gelenken (10), welche die Glieder (9) gelenkig gegeneinander verstellbar verbinden, derart, dass die Gelenke (10) von jeweils zugeordneten Antrieben des Roboterarms (4) automatisch verstellbar sind und die Antriebe durch eine Robotersteuerung (7) des Roboters (1) angesteuert werden, wobei ein distales Endglied (11) des Roboterarms (4) einen Flansch (5) bildet, an dem ein vom Roboter (1) handzuhabendes Werkzeug (6), das ein Arbeitsmittel (6b) zur Bearbeitung einer Arbeitsfläche aufweist, angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1) ein Anpressmittel (8) aufweist, welches ausgebildet ist, das vom Roboter (1) handzuhabende Werkzeug (6) gegen die Arbeitsfläche mit einer Anpresskraft zu drücken, die derart bemessen ist, dass Reaktionskräfte, welche während der Bearbeitung der Arbeitsfläche von dem Arbeitsmittel (6b) ausgehend in das Werkzeug (6) eingeleitet werden, aufgrund der auf die Arbeitsfläche ausgeübten Anpresskraft des Anpressmittels (8) in die Arbeitsfläche eingeleitet werden.
Roboter nach Anspruch 1, aufweisend ein in das Werkzeug (6) integriertes Verstellmittel (12), das ausgebildet ist, das Werkzeug (6) relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel (8) das Werkzeug (6) weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (12) wenigstens ein am Werkzeug (6) drehantreibbar gelagertes Rad (13) aufweist, welches ausgebildet ist zum Abrollen auf der Arbeitsfläche, während der Roboter (1) das Werkzeug (6) mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei dem wenigstens einen Rad (13) wenigstens ein Motor zugeordnet ist, der ausgebildet ist, das wenigstens eine Rad (13) derart anzutreiben, dass aufgrund einer angetriebenen Drehung des Rades (13) trotz der durch das Anpressmittel (8) weiterhin ausgeübten Anpresskraft das Werkzeug (6) relativ zur Arbeitsfläche in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche bewegt wird, wenn der Motor angetrieben wird.
Roboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (12) wenigstens drei am Werkzeug um jeweilige Raddrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder (13.1) aufweist, wobei jede Raddrehachse jeden Omnidirektionalrades (13.1) zu den Raddrehachsen der jeweils benachbarten Omnidirektionalräder (13.1) um jeweils 120 Grad zueinander umorientiert angeordnet ist und den drei Omnidirektionalrädern (13.1) jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, so dass die drei Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der Omnidirektionalräder (13.1) das Werkzeug (6) in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen und um eine zur Arbeitsebene orthogonale Drehachse drehen zu können.
Roboter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (12) wenigstens zwei Paare von am Werkzeug um jeweilige Radpaardrehachsen drehantreibbar gelagerte Omnidirektionalräder (13.2) aufweist, wobei die beiden Radpaardrehachsen orthogonal zueinander orientiert angeordnet sind und den beiden Paaren von Omnidirektionalrädern (13.2) jeweils ein eigener Motor zugeordnet ist, so dass die zwei Motoren aufeinander abgestimmt antreibbar sind, um durch Drehbewegungen der beiden Paare von Omnidirektionalrädern (13.2) das Werkzeug (6) in zwei orthogonalen Richtungen in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (12) wenigstens zwei Paare von am Werkzeug (6) um jeweilige Laufbandpaardrehachsen antreibbar gelagerte Raupenfahrwerks-Laufbänder (13.3) aufweist, wobei die Laufbandpaardrehachsen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) orthogonal zu den Laufbandpaardrehachsen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) orientiert angeordnet sind und jedem Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) jeweils wenigstens ein eigener Motor zum Antreiben der jeweiligen Raupenfahrwerks-Laufbänder (13.3) zugeordnet ist, wobei wahlweise das eine Paar von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) mit der Arbeitsfläche in Kontakt gebracht werden kann, um durch Fahrbewegungen des einen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) das Werkzeug (6) in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können, oder durch Fahrbewegungen des anderen Paares von Raupenfahrwerks-Laufbändern (13.3) das Werkzeug (6) in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche verstellen zu können.
Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellmittel (12) einen am Werkzeug (6) in einer ersten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar und/oder in einer zweiten Richtung, insbesondere in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung in der Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche angetrieben verstellbar gelagerten Rahmen (14) aufweist, mit dem sich das Werkzeug (6) gegen die Arbeitsfläche abstützt, wenn das Anpressmittel (8) das Werkzeug (6) mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, wobei das Werkzeug (6) durch automatisches Verstellen des Rahmens (14) relativ zum Werkzeug (6), das Werkzeug (6) bezüglich der Arbeitsfläche verstellt wird, während das Anpressmittel (8) das Werkzeug (6) über den Rahmen (14) hinweg weiterhin mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.
Roboter nach Anspruch 1, aufweisend wenigstens einen in das Werkzeug (6) integrierten Linearantrieb (15.1, 15.2), der ausgebildet ist, das Arbeitsmittel (6b) zur Bearbeitung der Arbeitsfläche relativ zum Werkzeug (6) in einer Ebene parallel zu Arbeitsebene der Arbeitsfläche automatisch angesteuert aktiv zu bewegen, während das Anpressmittel (8) das Werkzeug (6) über statische Kopplungsstellen (16) des Werkzeugs (6) hinweg mit der Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt, derart, dass das Werkzeug (6), trotz Bewegen des Arbeitsmittels (6b) durch den Linearantrieb (15.1, 15.2), relativ zur Arbeitsfläche ortsfest bleibt.
Roboter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) einen ersten Linearantrieb (15.1) umfasst, an dem das Arbeitsmittel (6b) in einer ersten Richtung angetrieben verstellbar ist und das Werkzeug (6) einen zweiten Linearantrieb (15.2) umfasst, an dem das Arbeitsmittel (6b) in einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung angetrieben verstellbar ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend eine Messvorrichtung, die ausgebildet ist zur Bestimmung der Position und/oder Lage des Werkzeugs (6) und/oder des Arbeitsmittels (6b) relativ zu einem Referenzmerkmal der Arbeitsfläche, wenn der Roboter (1) das vom Roboter (1) handzuhabende Werkzeug (6) mittels dem Anpressmittel (8) mit einer Anpresskraft gegen die Arbeitsfläche drückt.