-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Greifwerkzeug für einen Industrieroboter umfassend wenigstens eine Greifvorrichtung und einen elektrischen Aktor zur Betätigung der Greifvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Industrieroboteranordnung mit einem Industrieroboter und einem derartigen Greifwerkzeug. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Industrieroboteranordnung.
-
Im Karosseriebau werden oft Greifer (im vorliegenden Dokument auch als Greifwerkzeug bezeichnet) genutzt, die an einem Flansch eines Industrieroboters angebracht werden. Diese Greifer werden in der Regel mit Druckluft angesteuert. Der nötige Druck wird an der Basis des Roboterarms aufgebaut und mithilfe von Schläuchen an den Flansch weitergegeben. Das typische Anwendungsgebiet der Greifer ist der Teiletransport von Prozessschritt zu Prozessschritt. Dementsprechend sind viele Geräte im Einsatz und diese sind in mehrere Arbeitsschritte eingebunden.
-
Die Weitergabe des Drucks über Schläuche hat den Nachteil, dass sich die benötigten Schläuche schnell abnutzen und die Geräte zur Erzeugung der Druckluft sehr wartungsaufwendig sind. Darüber hinaus ist die Programmierung des Roboters immer unter Berücksichtigung der Schlauchbewegung zu programmieren, was eine Einschränkung darstellt. Zusätzlich hat eine Energiewandlung von elektrischer Energie auf Druckluftenergie und daraufhin zu mechanischer Energie einen Energieverlust zur Folge. Die Geräte zur Drucklufterzeugung nehmen zusätzlich Platz in der Fabrik ein und sind abhängig von der Applikation zu kalibrieren. Zusätzlich ist eine Ansteuerung über ein Druckluftsystem immer mit einer Verzögerung verbunden, was eine Wartezeit zur Folge hat.
-
Die Druckschrift
CN 215568943 U offenbart einen Inspektions-Pipeline-Roboter, der einen Raupenkörper, ein Steuerterminal und eine Steuerzentrale umfasst. Der Roboter umfasst einen Greifer. Eine Sende-/Empfangsantenne ist über ein drahtloses Bluetooth- oder NFC-Netzwerk mit dem Steuerterminal und über ein 3G/4G/GPRS-Funknetz mit der Steuerzentrale verbunden.
-
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift
CN 105865790 A eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung der Flexibilität eines Lagers. Bei der Erfassungsvorrichtung ist eine übergeordnete Steuerung mit einem photoelektrischen Zählsensor, einem Drehgeschwindigkeitssensor, einem elektrischen Greifer, einem Antriebsmechanismus und einer elektrischen Schubstange verbunden. Die übergeordnete Steuerung ist außerdem drahtlos mit meinem piezoelektrischen Beschleunigungssensor verbunden.
-
Darüber hinaus offenbart die Druckschrift
WO 2021/150493 A1 ein Robotersystem mit einem Parallelgreifer. Der Greifer umfasst ein Kommunikations-Interface zur drahtlosen Verbindung mit verschiedenen Netzwerken, wie etwa Mobilfunknetze, Radio, WiFi-Netzwerke, et cetera.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Handhabung von Greifern bei Industrierobotern zu vereinfachen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Greifwerkzeug und eine Industrieroboteranordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Darüber hinaus wird auch ein entsprechendes Betriebsverfahren bereitgestellt, wie es im unabhängigen Verfahrensanspruch definiert ist.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Greifwerkzeug für einen Industrieroboter bereitgestellt. Ein solches Greifwerkzeug kann auch, wie oben erwähnt, kurz als Greifer bezeichnet werden und dient beispielsweise im Karosseriebau zum Teiletransport. Typischerweise wird ein solches Greifwerkzeug von einem Industrieroboter bewegt. Meist ist das Greifwerkzeug am distalen Ende eines Arms des Industrieroboters angeordnet.
-
Das Greifwerkzeug besitzt wenigstens eine Greifvorrichtung. Gegebenenfalls sind mehrere derartige Greifvorrichtungen an dem Greifwerkzeug vorgesehen. Beispielsweise handelt es sich bei der Greifvorrichtung um ein zangenartiges Gebilde mit zwei beweglichen klammer- beziehungsweise fingerartigen Elementen. Beim Zusammenführen sind diese Elemente in der Lage, ein Objekt zu greifen beziehungsweise einzuschließen. Im vorliegenden Fall wird die Greifvorrichtung als nicht pneumatisch oder hydraulisch, sondern elektromechanisch bewegt. Ein solcher elektrischer Aktor stellt einen elektromechanischen Wandler dar. Der elektromechanische Wandler kann durch einen Piezo-, Elektromotor, Elektromagneten oder dergleichen realisiert werden. Insbesondere kann auch ein Linearmotor verwendet werden. In jedem Fall wird die daraus resultierende mechanische Bewegung dazu genutzt, die Greifvorrichtung zu betätigen. Dabei werden das eine oder die mehreren beweglichen Greifelemente der Greifvorrichtung durch den elektrischen Aktor bewegt, und eine Greifbewegung wird vollzogen.
-
In einem Ausführungsbeispiel ist das Greifwerkzeug mit einem Energiespeicher ausgestattet, um den Aktor mit elektrischer Energie zu versorgen. Dies bedeutet, dass das Greifwerkzeug beispielsweise ein Gehäuse aufweist, in oder an dem der Energiespeicher angeordnet ist. Der Energiespeicher wird dazu benötigt, um den Aktor des Greifwerkzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, die der Aktor seinerseits in mechanische Energie wandelt. Dadurch, dass der Energiespeicher direkt in oder an dem Greifwerkzeug vorgesehen ist, ist das Greifwerkzeug im Hinblick auf die Energieversorgung autark. Folglich sind beispielsweise keine elektrischen Leitungen notwendig, um elektrische Energie von einer externen Einheit (z.B. Industrieroboter) auf das Greifwerkzeug zu übertragen. Da derartige Leitungen also nicht notwendig sind, müssen sie beim Werkzeugwechsel nicht zwischen den Einheiten verbunden werden, und sie schränken die Bewegung des Greifwerkzeugs auch nicht ein. Speziell ist auch keine aufwendige Programmierung notwendig, die gegebenenfalls bei der Bewegung des Greifwerkzeugs die Bewegung der Leitungen berücksichtigt. Insgesamt kann somit das Greifwerkzeug einfacher gehandhabt werden.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Greifwerkzeug eine Kommunikationsschnittstelle für drahtlose Datenkommunikation aufweist. Über eine derartige drahtlose Kommunikationsschnittstelle kann das Greifwerkzeug Daten empfangen und senden, ohne dass eine Datenleitung notwendig wäre. Damit ergeben sich die gleichen Vorteile wie bei dem Entfall von Energieleitungen, wie sie oben genannt sind. Das Greifwerkzeug kann somit von einer Steuervorrichtung unmittelbar über die Kommunikationsschnittstelle drahtlos angesprochen werden. Eine solche Kommunikationsschnittstelle kann auf unterschiedlichen Kommunikationstechnologien wie Bluetooth, WiFi, 3G, 4G, 5G und dergleichen basieren. Insgesamt wird durch die drahtlose Kommunikationsschnittstelle der Komfort an Beweglichkeit des Greifwerkzeugs erhöht.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher einen Kondensator oder Akku aufweist. Dieser Energiespeicher stellt den Hauptenergielieferanten für das Greifwerkzeug dar. Falls der Energiespeicher als Kondensator realisiert ist, kann er sehr rasch geladen und entladen werden. Dies liegt daran, dass die Ladungen im Kondensator meist ohne chemische Prozesse gespeichert und bereitgestellt werden können. Allerdings ist der Energieinhalt eines Kondensators auch entsprechend begrenzt. Demgegenüber wird die Energie in einem Akku durch elektrochemische Prozesse gespeichert und wieder freigegeben. Dadurch wird sowohl für das Laden als auch für das Entladen mehr Zeit beansprucht. Somit kann auch über längere Zeiträume mithilfe eines Akkus Energie bereitgestellt werden. Je nach Bedarfsdynamik können also ein Kondensator oder ein Akku oder sogar beide in dem Greifwerkzeug vorgesehen sein.
-
Erfindungsgemäß wird auch eine Industrieroboteranordnung bereitgestellt, die einen Industrieroboter und ein Greifwerkzeug umfasst. Der Industrieroboter weist einen Roboterarm auf, an dessen distalem Ende ein Flansch angeordnet ist. Das freie Ende des Roboterarms besitzt also eine mechanische Schnittstelle, die als Flansch bezeichnet wird. Ein Greifwerkzeug, wie es oben beschrieben ist, ist an dem Flansch befestigt. Das Greifwerkzeug besitzt eine entsprechende mechanische Schnittstellenkomponente, an der es mit dem Flansch verbunden ist. Die Schnittstellenkomponente und der Flansch sind also zueinander kompatibel. Gegebenenfalls kann die mechanische Verbindung zwischen Greifwerkzeug und Flansch eine Schraubverbindung, eine Steckverbindung, Formschlüsse und dergleichen aufweisen. Der Industrieroboter kann insbesondere einen Roboterarm mit mehreren Bewegungsfreiheitsgraden aufweisen. Damit kann der Industrieroboter das Greifwerkzeug in unterschiedliche räumliche Positionen bewegen.
-
In einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Industrieroboteranordnung kann vorgesehen sein, dass diese zwar ebenfalls einen Industrieroboter mit einem Roboterarm aufweist, an dessen distalem Ende ein Flansch angeordnet ist. Ebenso ist auch ein Greifwerkzeug an dem Flansch befestigt. Das Greifwerkzeug besitzt in diesem Fall jedoch keinen Energiespeicher als Hauptenergielieferanten für den Aktor und/oder die Signalverarbeitung. Vielmehr ist hier ein Energiespeicher zur Versorgung des Greifwerkzeugs mit elektrischer Energie an oder in dem Flansch angeordnet. Dies bedeutet, dass die für das Greifwerkzeug größtenteils notwendige Energie für Aktor und/oder Signalverarbeitung von dem Flansch auf das Greifwerkzeug übertragen wird. Allerdings wird auch hier nicht die Energie über weite Strecken übertragen, sondern sie wird lediglich über die Schnittstelle zwischen dem distalen Ende des Roboterarms und dem Greifwerkzeug, also von dem Flansch zum Greifwerkzeug übertragen. Dies bedeutet, dass der Roboterarm weder innen noch außen über seine gesamte Länge Energieleitungen verbaut haben muss.
-
In diesem Fall besitzt also der Flansch einen eigenen Energiespeicher, der an ihm oder in ihm integriert realisiert sein kann. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass der Industrieroboter mit seinem Arm eine entlegene Ladestation erreichen kann, in der der Energiespeicher aufgeladen werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung des Energiespeichers in oder an dem Flansch ist, dass nicht jedes Greifwerkzeug selbst einen Energiespeicher integriert haben muss.
-
Die Energieübertragung vom Flansch zum Greifwerkzeug kann kabellos oder mit galvanischen Kontakten erfolgen. Im Falle von galvanischen Kontakten ist die Schnittstelle zwischen dem Ende des Roboterarms und dem Greifwerkzeug, die den Flansch und die Schnittstellenkomponente des Greifwerkzeugs aufweist, elektromechanisch auszuführen. Dies bedeutet, dass sie sowohl mechanische als auch elektrische Funktion besitzt. Andernfalls, wenn die Energie kontaktlos zwischen Flansch und Greifwerkzeug übertragen wird, ist beispielsweise eine induktive oder kapazitive Übertragungsmöglichkeit vorzusehen. Auch dies erhöht die Flexibilität bei der Konstruktion und bei der Verwendung der Industrieroboteranordnung.
-
Des Weiteren kann die Industrieroboteranordnung eine Steuervorrichtung zum Ansteuern des Greifwerkzeugs aufweisen, welche für die drahtlose Kommunikation mit dem Greifwerkzeug ausgebildet ist. In diesem Fall ist also eine Steuervorrichtung außerhalb des Greifwerkzeugs bereitgestellt, die das Greifwerkzeug mittels drahtloser Kommunikation steuert. Dafür benötigt nicht nur die Steuervorrichtung, sondern auch das Greifwerkzeug eine entsprechende drahtlose Kommunikationsschnittstelle. Hierdurch ist es wiederum möglich, dass Signalleitungen für die Steuerung eingespart und damit das Greifwerkzeug einfacher gehandhabt werden kann.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist für die drahtlose Kommunikation ein kabelloses Netzwerk und/oder ein privates Mobilfunknetz, insbesondere basierend auf der 5G-Technologie, eingesetzt. Bei einem derartigen kabellosen Netzwerk kann es sich um ein privates Firmennetzwerk oder um ein öffentliches Netzwerk handeln. Wegen der hohen Zuverlässigkeit ist es vorteilhaft, Mobilfunknetzwerke einzusetzen. Die 5G-Technologie bietet den besonderen Vorteil von geringen Latenzen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Industrieroboter dazu ausgebildet sein, den Energiespeicher (bedarfsweise) an einer vorgegebenen Ladestelle wieder aufzuladen. Der Energiespeicher, der entweder im Flansch des Industrieroboters oder direkt in dem Greifwerkzeug selbst angeordnet ist, muss spätestens nach Abgabe seiner elektrischen Energie wieder neu aufgeladen werden. Deshalb kann der Industrieroboter dazu ausgebildet sein, den Energieinhalt des Energiespeichers direkt oder indirekt erkennen zu können. Beispielsweise kann der Industrieroboter die Spannung des Energiespeichers feststellen. Gegebenenfalls misst der Industrieroboter die Spannung des Energiespeichers im Flansch. Alternativ kann der Industrieroboter auch einen Spannungswert des Energiespeichers des Greifwerkzeugs von diesem übertragen bekommen. Alternativ kann ein Spannungswert des Energiespeichers des Greifwerkzeugs aber auch drahtlos an eine zentrale Steuerung übermittelt werden, welche dann den Industrieroboter entsprechend ansteuert, um den Energiespeicher an der vorgegebenen Ladestelle wieder aufzuladen. In jedem Fall sorgt der Industrieroboter automatisch dafür, dass der Energiespeicher für den jeweiligen Einsatzzweck hinreichend geladen ist.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ein Verfahren zum Betreiben einer Industrieroboteranordnung, wie sie oben beschrieben ist, bereitgestellt werden. Die Industrieroboteranordnung ist in diesem Fall Teil einer Anlage oder eines Fabriksystems, wobei die Anlage oder das Fabriksystem eine zentrale Steuervorrichtung aufweist. Das Greifwerkzeug wird nun direkt über die zentrale Steuervorrichtung beziehungsweise von dieser gesteuert. Dies hat den Vorteil, dass das Greifwerkzeug in einen speziellen Anlagentakt oder Firmentakt eingebunden werden kann. Gegebenenfalls kann das Greifwerkzeug in Echtzeit gesteuert werden, d.h. die Reaktionszeit des Greifwerkzeugs erfolgt in einem vorgegebenen Zeitrahmen. Insbesondere kann das Steuern des Greifwerkzeugs mittels der Steuervorrichtung kabellos erfolgen. In diesem Fall steht beispielsweise wieder eine Funkschnittstelle für die zentrale Steuerung bereit.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuern des Greifwerkzeugs über eine Cloud erfolgt. Insbesondere kann für die Steuerung eine sogenannte Edge-Cloud vorgesehen sein, mit der niedrige Latenzen und damit gegebenenfalls eine Echtzeit-Steuerung erreicht werden können.
-
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
-
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für die Industrieroboteranordnung, die Anlage oder das Firmensystem. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Eine Prozessorschaltung der Prozessoreinrichtung kann z.B. zumindest eine Schaltungsplatine und/oder zumindest ein SoC (System on Chip) aufweisen.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Greifwerkzeugs oder der erfindungsgemäßen Industrieroboteranordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer oder einen Computerverbund diesen veranlassen, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Speichermedium kann z.B. zumindest teilweise als ein nicht-flüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) ausgestaltet sein. Das Speichermedium kann aber auch beispielsweise als sogenannter Appstore-Server im Internet betrieben sein. Durch den Computer oder Computerverbund kann eine Prozessorschaltung mit zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Die Befehle können als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) bereitgestellt sein.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters mit erfindungsgemäßem Greifwerkzeug; und
- 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Greifwerkzeugs in vergrößerter Darstellung.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Greifwerkzeug beziehungsweise eine Industrieroboteranordnung bereitgestellt werden kann. Außerdem beziehen sich die Beispiele auf ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer Industrieroboteranordnung.
-
Der erfindungsgemäße Gedanke basiert darauf, dass insbesondere im Karosseriebau Greifer abgelöst werden sollen, welche mit Druckluft angesteuert werden. Insbesondere sollen Energieeinsparungen und mehr Komfort bei der Handhabung der Greifer beziehungsweise Greifwerkzeuge im Vordergrund stehen. So soll beispielsweise die Nutzung eines Energiespeichers im Flansch eines Industrieroboterarms zur Befestigung des Greifwerkzeugs den Verzicht auf Elektrokabel ermöglichen. Weiterhin soll eine Ansteuerung über kabellose Netzwerke, wie z.B. 5G, aus einer Cloud-Anwendung zusätzlich den Verzicht von Datenkabeln ermöglichen. Für die Übermittlung der Steuerbefehle können typische Standards für die Industriekommunikation verwendet werden, zum Beispiel Profinet, Modbus oder OPC-UA.
-
Es werden somit elektrische Greifwerkzeuge (auch Elektrospanner genannt) anstelle von Druckluft-Greifwerkzeugen (auch Druckluftspanner genannt) bereitgestellt. Die Nutzung von elektrischen Greifern hat den Vorteil von weniger Ausfällen durch Schlauchbrüche und geringerem Energieverbrauch durch einen höheren Gesamtwirkungsgrad. Ein geringerer Energieverbrauch steht im Einklang mit globalen Nachhaltigkeitsstrategien.
-
Zum einen kann eine Speicherung der elektrischen Energie in Kondensatoren oder Akkupacks an oder in dem Flansch eines Industrieroboterarms oder dergleichen erfolgen. Die Energie ist dann galvanisch oder kontaktlos auf das Greifwerkzeug zu übertragen. Der beziehungsweise die Energiespeicher werden gegebenenfalls nach einem oder mehreren Arbeitsschritten an einer Bodenstation wieder aufgeladen.
-
Diese Variante, dass der Energiespeicher im Flansch des Roboterarms oder Roboterelements angeordnet ist, hat den Vorteil, dass keinerlei elektrische Verbindung zwischen Flansch und Roboterbasis bestehen muss. Die Ladung und Entladung des Energiespeichers (z.B. Kondensator) können innerhalb kurzer Zeit (z.B. eine Sekunde oder weniger) erfolgen und die Abnutzung insbesondere von Kondensatoren ist sehr gering. Außerdem können auch elektromagnetische Greifer verwendet werden, die für ihren Elektromagneten eine Elektrizitätsversorgung benötigen. Dies eröffnet die Möglichkeit, durch einen Roboterarm auch mehrere Greifer zu nutzen, um verschiedene Arbeitsschritte durchzuführen.
-
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung des Greifers beziehungsweise Greifwerkzeugs über ein kabelloses Netzwerk erfolgt. In diesem Fall wird die Nutzung von privaten Mobilfunknetzwerken vorgeschlagen, da diese eine niedrige Latenz und hohe Zuverlässigkeit garantieren können. Hierbei ist keine kabelgebundene Kommunikationsverbindung (z.B. durch Ethernetkabel) zwischen Roboterbasis und Flansch notwendig. Das führt zu weniger Kabelbrüchen, geringeren Anschaffungskosten und weniger Wartungsaufwand der Verbindungen.
-
Bei einer konkreten Ausgestaltung kann die Steuerung eines oder mehrerer Greifer in die Fabriksteuerung oder (dezentral) in die Anlagensteuerung integriert sein. Bei der Nutzung von Mobilfunknetzwerken, z.B. basierend auf dem Mobilfunkstandard 5G, kann diese Ansteuerung über eine Funktion innerhalb des Netzwerkkerns (englisch: Core) oder eine Cloud-Funktion erfolgen. Eine Nutzung einer sogenannten Edge-Cloud bietet sich an, um eine niedrige Latenz zu garantieren.
-
Die (zentrale) Fabriksteuerung oder (dezentrale) Anlagensteuerung bietet mehrere Möglichkeiten zur Überwachung und Steuerung der Produktion. Es können die Endlagen der Greifer und Roboterarme in Echtzeit abgefragt werden. Dadurch kann eine effizientere Produktion realisiert und Taktzeiten verringert werden. Die Daten können für Analyse und Echtzeitauswertung in der gesamten Fabrik abgerufen werden. Die Nutzung von 5G-Netzen hat den Vorteil, dass niedrige Latenzen und eine hohe Zuverlässigkeit garantiert werden können.
-
1 zeigt ein konkretes Beispiel einer Industrieroboteranordnung. Die Industrieroboteranordnung weist einen Industrieroboter 1 mit einer Roboterbasis 2 und einem Roboterarm 3 auf. Am distalen Ende des Roboterarms 3, also gegenüber der Roboterbasis 2, befindet sich ein Flansch 4. An dem Flansch 4 befindet sich ein Greifer beziehungsweise Greifwerkzeug 5. Das Greifwerkzeug 5 besitzt beispielsweise eine Greiferbasis oder ein Greifergehäuse 6, an dem ein oder mehrere bewegliche Greiferelemente 7 angeordnet sind. Das beziehungsweise die Greiferelemente 7 können sich gegenüber der Greiferbasis beziehungsweise dem Greifergehäuse 6 bewegen. Die Bewegung wird durch einen elektrischen Aktor 8 (vergleiche 2) veranlasst. Der elektrische Aktor 8 wandelt elektrische Energie in mechanische Energie zum Bewegen der Greifelemente 7 um.
-
Das Greifwerkzeug besitzt beispielsweise seinen eigenen Energiespeicher 9 als Hauptenergielieferant für den elektrischen Aktor 8. Gegebenenfalls werden auch andere Komponenten, z.B. eine Signalverarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt), des Greifwerkzeugs 5 mit elektrischer Energie des Energiespeichers 9 versorgt. Das Greifwerkzeug 5 besitzt somit seine eigene Energieversorgung und ist bezüglich Energie unabhängig von dem Industrieroboter 1 oder einer anderen Basis, an der das Greifwerkzeug 5 befestigt ist.
-
Das Greifwerkzeug 5 kann an dem Flansch 4 lösbar befestigt sein. Da nun das Greifwerkzeug 5 seine eigene Energieversorgung, d.h. den integrierten Energiespeicher 9, besitzt, kann der Flansch 4 eine reine mechanische Schnittstellenkomponente sein. Ebenfalls ist in dem Flansch 4 keine Energieübertragungsschnittstelle notwendig, um von dem Roboterarm 3 Energie zu dem Greifwerkzeug 5 zu übertragen.
-
Das Greifwerkzeug 5 besitzt ebenfalls eine Schnittstellenkomponente (nicht dargestellt), mit der es an dem Flansch 4 (lösbar) befestigt ist. Die gesamte Schnittstelle aus beiden Schnittstellenkomponenten kann rein mechanischer oder elektromechanischer Natur sein. Dies bedeutet, dass sie entweder nur zur mechanischen Befestigung des Greifwerkzeugs 5 an dem Roboterarm 3 oder einer anderen Basis dient, oder aber dass sie zusätzliche Kontakte oder Übertragungsmittel zur elektrischen Energieübertragung oder zur Datenübertragung besitzt. In dem Beispiel von 1 kann sie rein mechanischer Natur sein, denn das Greifwerkzeug 5 besitzt seine eigene Energieversorgung über den Energiespeicher 9. Darüber hinaus besitzt das Greifwerkzeug 5 hier auch eine Kommunikationseinrichtung 10 beispielsweise zur drahtlosen Kommunikation mit einer bezogen auf das Greifwerkzeug 5 externen Steuervorrichtung 11. Damit kann das Greifwerkzeug 5 drahtlos direkt von der Steuervorrichtung 11 Steuerbefehle empfangen und gegebenenfalls Daten zurücksenden. Die Steuervorrichtung 11 kann eine zentrale Firmensteuerung oder aber auch eine dezentrale Anlagensteuerung sein.
-
Das Greifwerkzeug 5 kann des Weiteren eine nicht dargestellte Signalverarbeitungseinrichtung aufweisen, die mit der Kommunikationseinrichtung 10, dem Energiespeicher 9 und dem elektrischen Aktor 8 verbunden ist. Somit können Steuerbefehle beispielsweise der externen Steuervorrichtung 11 in dem Aktor 8 umgesetzt werden, wenn sie von der Kommunikationseinrichtung 10 empfangen und in der Signalverarbeitungseinrichtung entsprechend für den Aktor 8 umgesetzt werden. Diese Umsetzung, die gegebenenfalls eine Greifbewegung des Greifwerkzeugs 5 darstellen kann, ist somit vollkommen unabhängig von dem Industrieroboter 1 möglich, da das Greifwerkzeug 5 sowohl seinen eigenen Energiespeicher 9 als auch seine eigene Kommunikationsschnittstelle beziehungsweise Kommunikationseinrichtung 10 für die Steuerung besitzt.
-
2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Greifwerkzeugs beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Industrieroboteranordnung. Unter einem „Industrieroboter“ kann hier wie im gesamten Dokument jegliche Anlagenkomponente verstanden werden, die in der Lage ist, das Greifwerkzeug 5 zwischen verschiedenen Positionen zu bewegen. Dabei können die Positionen auch reine Relativpositionen gegenüber anderen Anlagenkomponenten sein. Beispielsweise kann das Greifwerkzeug 5 auch über einem Förderband angeordnet sein, wobei sich das Band gegenüber dem Greifwerkzeug bewegt und damit das Greifwerkzeug gegenüber dem Band seine Relativposition ändert.
-
In dem Beispiel von 2 besitzt der Industrieroboter 1 wieder einen Roboterarm 3, an dessen distalem Ende der Flansch 4 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform besitzt der Flansch 4 einen integrierten Energiespeicher 9. Bei dem Energiespeicherelement 9 kann es sich beispielsweise um einen Kondensator, einen Akku oder dergleichen handeln wie in dem Beispiel von 1.
-
Damit die elektrische Energie von dem Flansch 4 zu dem Greifwerkzeug 5 übertragen werden kann, ist eine Energieübertragungseinheit 12 notwendig. Im einfachsten Fall wird diese Energieübertragungseinheit 12 durch jeweilige Kontakte gebildet, die an dem Flansch 4 und dem Greifwerkzeug 5 (beziehungsweise dessen Schnittstellenkomponente) vorgesehen sind. Diese Kontakte ermöglichen eine direkte galvanische Verbindung zwischen Flansch 4 und Greifwerkzeug 5. Somit ist eine leitungsgebundene Energieübertragung von dem Flansch 4 zu dem Greifwerkzeug 5 gewährleistet.
-
Andernfalls kann die Energieübertragungseinheit auch kontaktlos realisiert sein, wie dies in 2 symbolisch dargestellt ist. In diesem Fall besitzt der Flansch 4 eine Übertragungskomponente 13 und das Greifwerkzeug 5 besitzt eine korrespondierende Empfangskomponente 14. Zwischen der Übertragungskomponente 13 und der Empfangskomponente 14 ist eine drahtlose Energieübertragung 15 möglich.
-
Beispielsweise erfolgt die drahtlose Energieübertragung auf induktiver Basis. In diesem Fall werden die Übertragungskomponente 13 und die Empfangskomponente 14 jeweils durch eine elektrische Spule gebildet. Die drahtlose Energieübertragung 15 kann aber auch beispielsweise auf kapazitivem Weg erfolgen. In diesem Fall können die Übertragungskomponente 13 und die Empfangskomponente 14 die Elektroden eines Kondensators bilden.
-
Zur Betätigung des Greifwerkzeugs 5, d.h. zur Bewegung eines oder mehrerer Greifelemente des Greifwerkzeugs 5, mittels des Aktors 8 wird hier Energie aus dem Flansch 4 bereitgestellt. Insbesondere wird die Energie aus dem Energiespeicher 9 des Flansches 4 von der Übertragungskomponente 13 drahtlos zu der Empfangskomponente 14 über die drahtlose Übertragungsstrecke übertragen. Nach Ankunft bei der Empfangskomponente 14 wird die Energie innerhalb beispielsweise des Greifergehäuses 6 zu dem Aktor 8 weitergeleitet. Bei dieser Ausführungsform kann von dem Industrieroboter jegliches Greifwerkzeug 5 genutzt werden, das die Energie des Energiespeichers 9 vom Flansch 4 kontaktlos auf die entsprechende Weise empfangen kann.
-
Die obigen Ausführungsbeispiele zeigen alle den Vorteil, dass durch einen Energiespeicher in einem Greifwerkzeug 5 oder im Flansch 4 (d.h. in unmittelbarer Nähe des Greifwerkzeugs 5) auf Elektrokabel im oder am Roboterarm 3 verzichtet werden kann, um eine Energieversorgung des Greifwerkzeugs 5 zu gewährleisten. Ebenso kann auf Datenleitungen in dem Roboterarm 3 verzichtet werden, wenn das Greifwerkzeug 5 selbst eine eigene Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation mit einer externen Steuervorrichtung besitzt. Somit sind eine wesentlich vereinfachte Konstruktion der Industrieroboteranordnung und eine komfortablere Handhabung des Greifwerkzeugs 5 möglich.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- CN 215568943 U [0004]
- CN 105865790 A [0005]
- WO 2021/150493 A1 [0006]
