DE102022126199B4

DE102022126199B4 - Unterbetätigtes Fügesystem für sich bewegende Montagelinie

Info

Publication number: DE102022126199B4
Application number: DE102022126199.9A
Authority: DE
Inventors: Muhammad E. Abdallah; James W. Wells
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-01-17
Filing date: 2022-10-10
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2042-10-11
Also published as: CN116475649A; US11590616B1; DE102022126199A1

Abstract

Unterbetätigtes Fügesystem (10) zur Verwendung mit einem Werkstück (12), das durch eine sich bewegende Montagelinie (14) transportiert wird, wobei das unterbetätigte Fügesystem (10) umfasst:einen Roboter (20) mit mehreren betätigten Gelenken (35);einen Gelenk-Konformitätsmechanismus (24), der an den Roboter (20) gekoppelt ist, wobei der Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) mehrere Koppelgetriebe (34), einen Endeffektor (25), der mit den mehreren Koppelgetrieben (34) verbunden ist und konfiguriert ist, mit einem Fügewerkzeug (22) verbunden zu sein, mehrere unbetätigte Gelenke (35), die die Koppelgetriebe (34) miteinander verbinden, und einen oder mehrere Positionssensoren (40), die gemeinsam konfiguriert sind, entsprechende Gelenkpositionen der unbetätigten Gelenke (35) messen, enthält; undeinen Controller (50), der mit den Positionssensoren (40) in Verbindung steht, wobei der Controller (50) konfiguriert ist, in Reaktion auf die entsprechenden Gelenkpositionen selektiv eine jeweilige Position der betätigten Gelenke (35) zu steuern und dadurch den Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) zu veranlassen, dem Werkstück (12) konform zu folgen, während das Fügewerkzeug (22) damit in Eingriff bleibt.

Description

Automatisierte Fertigungsaufgaben erfordern oft die Ausführung einer Fügeoperation an einem Werkstück. Herkömmlich würde eine Bedienungsperson ein für die Anwendung geeignetes Fügewerkzeug tragen, während sie manuell einen Zielbereich auf dem Werkstück, z. B. einen Niet- oder Befestigungskopf, eine Verbindungsnaht oder einen weiteren Bereich, der unter Verwendung des Fügewerkzeugs verbunden werden soll, lokalisiert. Die Arbeitsbelastungen werden während der gesamten Fügeoperation durch die Bedienungsperson erfahren, da die Bedienungsperson das Fügewerkzeug trägt, positioniert und bedient. Im Ergebnis sind verschiedene Automatisierungslösungen am modernen Arbeitsplatz eingeführt worden, um die Arbeitsbelastungen der Bedienungsperson zu verringern und die Effizienz und den Durchsatz der Fertigung zu verbessern.
In einem beispielhaften Kontext der Kraftfahrzeugfertigung und -montage werden Fügeoperationen und andere Arbeitsaufgaben mit der Unterstützung der automatisierten Geräte der Montagelinie ausgeführt. Ein Fahrzeugchassis kann z. B. unter Verwendung eines Decken- oder Bodenfördersystems durch eine Fertigungsanlage transportiert werden. An verschiedenen Arbeitsplätzen entlang der Montagelinie können ein oder mehrere serielle Roboter verschiedene Operationen ausführen, von denen viele herkömmlich durch menschliche Bedienungspersonen ausgeführt worden sind. Die Bedienungspersonen bleiben jedoch trotzdem in die Fertigungs- und Montageprozesse einbezogen, wobei sie gelegentlich mit dem Werkstück interagieren müssen. Die gemeinschaftliche Natur einer modernen Montagelinie bedarf somit Verbesserungen in der Gesamtstruktur und -funktionalität der in Beziehung stehenden Geräte der Montagelinie.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf zu entsprechen.
Diese Aufgabe wird mit einem Fügesystem gelöst, das sich durch die Merkmale des Anspruchs 1 auszeichnet.
Hier wird ein unterbetätigtes Fügesystem offenbart, das zum Verbinden von Oberflächen eines Werkstücks betreibbar ist, während das Werkstück über eine sich bewegende Montagelinie durch eine Fertigungseinrichtung transportiert wird. Die Konstruktion des unterbetätigten Fügesystems ermöglicht es schließlich dem Fügewerkzeug, entlang dem sich bewegenden Werkstück in einer konformen oder nicht starren Weise zu folgen. Wie sie hier verwendet werden, beziehen sich „konform“, „Konformität“ und „konform“ auf die Verwendung von Dreh-, Translations- oder Universalgelenken als flexible/nicht starre Gelenke oder möglicherweise andere Gelenkkonstruktionen, wie z. B. kugelförmige oder Parallelogramm-/vierseitige Gelenke, die gemeinsam die Übertragung von Kraft und Bewegung ermöglichen, um die hier beschriebenen folgenden Handlungen zu ermöglichen, insbesondere wenn zwei starrer Körper in Bewegung verbunden werden. Dieses vorteilhafte Ergebnis tritt durch die hier beschriebene Methodologie auf, die außerdem eine direkte „praktische“ physische menschliche Interaktion mit dem Fügewerkzeug oder einem mit dem Fügewerkzeug verbundenen Endeffektor ermöglicht.
Für die Klarheit der Veranschaulichung wird das Werkstück hier als ein einzelnes Element beschrieben, wobei es aber gemäß verschiedenen Ausführungsformen mehrere Werkstücke oder Arbeitsoberflächen umfassen kann. Gleichermaßen wird das unterbetätigte Fügesystem ausschließlich für die Klarheit der Veranschaulichung getrennt von der sich bewegenden Montagelinie identifiziert, wobei das unterbetätigte Fügesystem in einer tatsächlichen Ausführungsform möglicherweise die gesamte Sammlung der Geräte der sich bewegenden Montagelinie enthält, möglicherweise einschließlich eines oder mehrerer Roboter. Zusätzlich soll eine Kraftfahrzeugmontagelinie, wie sie in überall in der Offenbarung verwendet wird, für nur eine mögliche Implementierung der vorliegenden Lehren repräsentativ sein. Mit anderen Worten, das spezielle Werkstück, auf das über das hier beschriebene unterbetätigte Fügesystem eingewirkt wird, kann variieren.
Das unterbetätigte Fügesystem gemäß einer möglichen Ausführungsform enthält einen Roboter, einen Gelenk-Konformitätsmechanismus, ein an einen Endeffektor des Gelenk-Konformitätsmechanismus gekoppeltes Fügewerkzeug und einen Controller, der mit dem Roboter in Verbindung steht. Der Roboter, wie er hier betrachtet wird, kann optional als ein mehrachsiger serieller Roboter, wie z. B. ein 6-achsiger Industrieroboter, ein Deckenportal oder ein angetriebenes Decken-Schienensystem der Typen, die in der Technik wohlbekannt sind, verkörpert sein, ist aber nicht darauf eingeschränkt. Der Roboter als solcher enthält mehrere aktiv gesteuerte/betätigte Gelenke und deshalb entsprechend mehrere aktive Freiheitsgrade (DOF).
Im Gegensatz zum Roboter weist der Gelenk-Konformitätsmechanismus mehrere passive/unbetätigte Gelenke mit einem Satz von Positionssensoren auf, die gemeinsam konfiguriert sind, die Gelenkpositionen der unbetätigten Gelenke zu messen und die gemessenen Gelenkpositionen als elektronische Signale auszugeben. Es wird mindestens wird ein Positionssensor pro DOF des Konformitätsmechanismus verwendet. Das Fügewerkzeug, das mit dem Endeffektor verbunden ist, ist konfiguriert, eine Verbindung an dem Werkstück zu bilden, wenn das Werkstück durch die sich bewegende Montagelinie transportiert wird, wobei beispielhafte Konfigurationen des Fügewerkzeugs Nuss-Schraubendreher, Nietpistolen, Schweißpistolen/-brenner und dergleichen enthalten. Der Controller in dieser speziellen Ausführungsform steht mit den Positionssensoren des Gelenk-Konformitätsmechanismus in Verbindung. In Reaktion auf die gemessenen Gelenkpositionen und möglicherweise eine Anzahl, einen Typ und/oder eine Konfiguration der verschiedenen unbetätigten Gelenke bezüglich der betätigten Gelenke steuert der Controller selektiv eine Position der aktiven Gelenke des Roboters, z. B. eine Drehposition oder einen Gelenkwinkel der durch die aktiven Gelenke verbundenen einzelnen Koppelgetriebe. Diese Handlung veranlasst das Fügewerkzeug, mit dem Werkstück in Eingriff zu gelangen, wie z. B. durch den Eingriff einer Spitze des beispielhaften Nuss-Schraubendrehers mit einem Befestigungselementkopf, und zusammen mit der sich bewegenden Montagelinie konform zu folgen oder sie zu verfolgen.
Spezifischer kann die hier offenbarte Steuerstrategie nach Bedarf in einer von zwei verschiedenen Betriebsarten arbeiten: (1) in einer autonomen Betriebsart und (2) in einer Folgebetriebsart. Die autonome Betriebsart ermöglicht es dem offenbarten unterbetätigten System, ohne eine externe physische Eingabe von einer Bedienungsperson oder einem Werkstück/einer Maschine zu funktionieren, während die Folgebetriebsart mit wenigstens irgendeinem Grad einer externen Eingabe durch physischen Kontakt mit der Bedienungsperson oder dem Werkstück/der Maschine, z. B. mit dem Fügewerkzeug und/oder dem an es gekoppelten Endeffektor, arbeitet. Wie es hier verwendet wird, bezieht sich „folgend“ auf die reagierende folgende Handlung des unterbetätigten Systems, wenn eine äußere Kraft oder ein Kontakt das am Endeffektor angeordnete Fügewerkzeug bewegt. Der Kontakt kann der der Bedienungsperson oder der Maschine (d. h., der sich bewegenden Montagelinie) sein.
In Anbetracht des äußeren Kontakts mit dem Werkstück oder der Bedienungsperson kann der Roboter der Bewegung des Endeffektors folgen. In Reaktion auf eine Verschiebung des Gelenk-Konformitätsmechanismus befiehlt der Controller eine spezielle Bewegung des Roboters, die wirkt, die Verschiebung zu beenden und danach den Gelenk-Konformitätsmechanismus in der Mitte seines Bewegungsbereichs aufrechtzuerhalten. Dies wiederum veranlasst das System, der sich bewegenden Montagelinie abermals in einer nicht starren/konformen Weise, wie oben angegeben worden ist, zu folgen oder sie zu verfolgen. Das gleiche Prinzip ermöglicht es dem Konformitätsmechanismus, der menschlichen Bedienungsperson zu folgen, wenn die Bedienungsperson das Fügewerkzeug ergreift.
Gemäß einigen Aspekten der Offenbarung ist der Gelenk-Konformitätsmechanismus konfiguriert, in eine Gleichgewichtsposition zurückzukehren, wenn sich das Fügewerkzeug nicht mit dem Werkstück im Eingriff befindet. Der Gelenk-Konformitätsmechanismus kann z. B. die Schwerkraft oder eine Federkraft als Rückstellkraft verwenden.
Der Controller gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann konfiguriert sein, eine Verschiebung der unbetätigten Gelenke des Gelenk-Konformitätsmechanismus aus einer Referenzposition zu beenden. Diese Handlung findet in Echtzeit über die Steuerung der betätigten Gelenke des Roboters statt, genauer durch die Steuerung eines entsprechenden Gelenkaktuators, der mit den betätigten Gelenken verbunden ist.
Eine optionale Konfiguration des unterbetätigten Fügesystems enthält ein System maschinellen Sehens, das mit dem Controller in Verbindung steht. Das System maschinellen Sehens kann ein Ortssignal erzeugen, das den Zielbereich auf dem Werkstück, z. B. eine spezielle Stelle einer Schweiß- oder Befestigungselementverbindung, die durch das Fügewerkzeug gebildet werden soll, angibt. Der Controller gemäß einer derartigen Ausführungsform kann das Fügewerkzeug in Reaktion auf den Empfang des Ortssignals automatisch mit dem Werkstück in Eingriff bringen.
Wenigstens einige der unbetätigten Gelenke können eine entsprechende Verriegelungsvorrichtung enthalten, die konfiguriert ist, in Reaktion auf ein Verriegelungssignal einzugreifen oder zu verriegeln. Der Controller gemäß einer derartigen Ausführungsform kann konfiguriert sein, das Verriegelungssignal selektiv zu erzeugen, um eine Anzahl der DOF des unterbetätigten Fügesystems zu verringern.
Das Verriegelungssignal kann z. B. ein oder mehrere unbetätigte Gelenke sperren, um eine Soll-Haltung oder einen Soll-Neigungswinkel des Fügewerkzeugs bezüglich des Werkstücks festzulegen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält einen oder mehrere Sensoren, die konfiguriert sind, die Anwesenheit einer Bedienungsperson innerhalb einer vorgegebenen Nähe des unterbetätigten Fügesystems zu detektieren. Unter Verwendung derartiger Sensoren der menschlichen Anwesenheit kann der Controller die Bewegung des Roboters in Reaktion auf die Detektion der Bedienungsperson innerhalb der vorgegebenen Nähe des unterbetätigten Fügesystems selektiv arretieren.
Hier ist außerdem ein zugeordnetes Verfahren offenbart, wobei eine Ausführungsform dessen das Eingreifen des Fügewerkzeugs mit dem Werkstück enthält, wenn das Werkstück durch die sich bewegende Montagelinie transportiert wird. Wie oben angegeben worden ist, ist das Fügewerkzeug mit dem Gelenk-Konformitätsmechanismus verbunden, der die unbetätigten Gelenke aufweist, wobei der Gelenk-Konformitätsmechanismus wiederum mit dem Roboter verbunden ist. Das Verfahren kann Messen der entsprechenden Gelenkpositionen jedes jeweiligen der unbetätigten Gelenke unter Verwendung der Positionssensoren enthalten.
In Reaktion auf die entsprechenden Gelenkpositionen steuert der Controller selektiv eine Position der betätigten Gelenke des Roboters, wodurch der Gelenk-Konformitätsmechanismus veranlasst wird, dem Werkstück konform zu folgen, wenn das Werkstück durch die sich bewegende Montagelinie transportiert wird. Die Ausführungsformen des vorliegenden Verfahrens können optional als Anweisungen in computerlesbaren Medien codiert sein und durch einen oder mehrere Prozessoren des Controllers oder eine weitere geeignete Computervorrichtung ausgeführt werden, um den Prozessor zu veranlassen, das oben zusammengefasste Verfahren auszuführen.
Ein Verfahren gemäß einer noch weiteren Ausführungsform enthält das Verbinden des Gelenk-Konformitätsmechanismus mit dem Roboter, wobei der Roboter mehrere betätigte Gelenke aufweist und wobei der Konformitätsmechanismus mehrere Koppelgetriebe enthält, die durch mehrere unbetätigte Gelenke miteinander verbunden sind. Das Verfahren enthält außerdem Verbinden eines Fügewerkzeugs mit dem Gelenk-Konformitätsmechanismus. Das Fügewerkzeug ist in dieser speziellen Implementierung des Verfahrens eines eines Nuss-Schraubendrehers, einer Schweißpistole, eines Schweißbrenners oder eine Nietpistole. Zusätzlich enthält das Verfahren In-Eingriff-Bringen des Fügewerkzeugs mit einer Fahrzeugkarosserie, wenn die Fahrzeugkarosserie durch eine sich bewegende Montagelinie transportiert wird, und Messen entsprechender Gelenkpositionen der unbetätigten Gelenke unter Verwendung eines Satzes von Positionssensoren, wenn die Fahrzeugkarosserie durch eine sich bewegende Montagelinie transportiert wird.
In Reaktion auf die entsprechenden Gelenkpositionen steuert der Controller dann selektiv eine Position der betätigten Gelenke, die das Beenden einer Verschiebung der unbetätigten Gelenke des Gelenk-Konformitätsmechanismus in Echtzeit über die Steuerung der betätigten Gelenke des Roboters enthält. Diese Handlung bewirkt, dass der Gelenk-Konformitätsmechanismus dem Werkstück konform folgt, wenn das Werkstück durch die sich bewegende Montagelinie transportiert wird. Das Verfahren enthält ferner Rückführen des Gelenk-Konformitätsmechanismus zu einer vorgegebenen Gleichgewichtsposition, wenn sich das Fügewerkzeug von der Fahrzeugkarosserie löst.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zum Ausführen der Offenbarung leicht offensichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und den angefügten Ansprüchen betrachtet werden.

1 ist eine Veranschaulichung eines unterbetätigten Fügesystems, das mit einer sich bewegenden Montagelinie verwendbar ist, wobei das unterbetätigte Fügesystem aufgebaut ist, wie hier dargelegt ist.
2 ist eine schematische Veranschaulichung einer repräsentativen Ausführungsform des in 1 gezeigten unterbetätigten Fügesystems.
3 ist ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Steuern des unterbetätigten Fügesystems nach 1 beschreibt.

Mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen werden in den Zeichnungen und der unterstützenden Beschreibung verwendet, um auf die gleiche oder ähnliche Struktur zu verweisen. Die Zeichnungen sind in einer vereinfachten Form bereitgestellt und sind, wenn es nicht anders angegeben, nicht maßstabsgetreu. Zum Zweck der Einfachheit und Klarheit können Richtungsbegriffe wie z. B. oben, unten, links, rechts, aufwärts, über, oberhalb, unter, unterhalb, hinten und vorn in Bezug auf die Zeichnungen verwendet werden.
Die hier bereitgestellten Lösungen basieren teilweise auf dem Prinzip der Unterbetätigung. Ein unterbetätigtes Robotersystem, wie es hier verwendet wird, beinhaltet die Verwendung eines seriellen Mechanismus, bei dem ein aktiv gesteuerter Roboter in Reihe mit einem passiven/unbetätigten Mechanismus gekoppelt ist, wobei weniger als die gesamten gemeinsamen Freiheitsgrade (DOF) des Robotersystems betätigte DOF sind. In der vorliegenden Konstruktion enthält der Gelenk-Konformitätsmechanismus Koppelgetriebe, die über passive Dreh- und/oder Lineargelenke miteinander verbunden sind, wobei derartige Gelenke durch das Fehlen eines zugehörigen Gelenkaktuators gekennzeichnet sind. Dementsprechend werden die Gelenke und die DOF, die dem Gelenk-Konformitätsmechanismus zugeordnet sind, sowohl für die Klarheit als unbetätigte Gelenke bzw. unbetätigte DOF bezeichnet, als auch um die passiv resultierende Bewegung derartiger Gelenke bei der befohlenen angetrieben Reaktion der betätigten Gelenke des Roboters zu unterscheiden. Zusätzlich werden die unbetätigten Gelenke des Gelenk-Konformitätsmechanismus als redundant zu den betätigten Gelenken des Roboters betrachtet, wobei sie sich bezüglich dieser distal befinden.
Repräsentative Beispiele geeigneter Gelenk-Konformitätsmechanismen umfassen jene, die in der US 2020 / 0 156 245A1 , im US-Patent US 10 759 634 B2 „Electromechanical System for Interaction with an Operator“ und im US-Patent US 10 626 963 B2 „Articulated Mechanism for Linear Compliance“ offenbart sind
In 1 ist ein unterbetätigtes Fügesystem 10 zur Verwendung mit einem Werkstück 12 konfiguriert, wenn das Werkstück 12 über eine sich bewegende Montagelinie 14 aktiv transportiert wird. Das Werkstück 12 in dem in 1 veranschaulichten nicht einschränkenden beispielhaften Szenario ist eine Oberfläche einer Fahrzeugkarosserie 120, wie z. B. eine Blende oder ein Stützträger, oder eine Komponente, die mit der Fahrzeugkarosserie 120 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform wird die Karosserie 120 unter Verwendung eines Geräts 15 der Montagelinie, z. B. über Bodenschienen 16 oder Deckenschienen 160, die sich unter bzw. über der Karosserie 120 befinden, in der Richtung des Pfeils FF transportiert. In der Deckenkonfiguration kann die Karosserie 120 über Träger 18 oder andere verschiedene für andere Anwendungen geeignete Fördergeräte aufgehängt sein, wie in der Technik bekannt ist. Das spezielle Werkstück 12 und die sich bewegende Montagelinie 14 können mit der Anwendung variieren, wobei deshalb die Konfigurationen nach 1 für die vorliegenden Lehren repräsentativ und veranschaulichend sein sollen.
Wenn die sich bewegende Montagelinie 14 das Werkstück 12 durch eine Einrichtung transportiert, führt ein Roboter 20, der mit der sich bewegenden Montagelinie 14 gemeinsam angeordnet oder mit dieser integriert ist, eine vorgegebene Fügeoperation an dem Werkstück 12 aus. Der Roboter 20 kann verschieden verkörpert sein, einschließlich als die veranschaulichte mehrachsige Industrieausführungsform des Roboters 20. Alternativ kann der Roboter 20 als ein angetriebenes Decken-Schienensystem 200 konfiguriert sein, bei dem horizontale Schienen 202 durch vertikale und/oder winklige Träger 204 getragen sind, wobei ein motorgetriebener Wagen 201 in den Richtungen der Pfeile AA und B (orthogonal zu den Achsen der Träger 202) für zwei Translationsfreiheitsgrade verschiebbar ist. Abhängig von der Endverwendung kann ein für diesen Zweck verwendetes Fügewerkzeug 22 als ein Kraftschrauber, eine Schweißpistole, eine Nietpistole usw. verschieden verkörpert sein. Der betrachtete Fügeprozess erfordert eine Echtzeit-Bewegungssteuerung und eine Koordinierung der Grob- und Feinbewegungen des Roboters 20 in Reaktion auf die Bewegung des Werkstücks 12. In dieser Weise schafft die vorliegende Offenbarung hardware- und software-basierte Lösungen zum Optimieren der Leistung der veranschaulichten Fügeoperation, ob als Teil des repräsentativen Kraftfahrzeugfertigungsprozesses oder als Teil einer weiteren Operation, bei der das Werkstück 12, das unterschiedlich verkörpert ist, durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird. Lediglich zur Konsistenz der Veranschaulichung wird im Folgenden der Anwendungsfall der Kraftfahrzeugfertigung veranschaulicht, ohne die vorliegenden Lehren auf eine spezielle Ausführungsform des Werkstücks 12 zu einzuschränken, wie oben angegeben worden ist.
Wie in der Technik bekannt ist, werden die Fähigkeiten des maschinellen Sehens oft bei sich bewegenden Montagelinien verwendet, um die Lokalisierung, Identifizierung, Verfolgung und andere Funktionen von Teilen zu erleichtern. Hier wird jedoch erkannt, dass herkömmliche Systeme maschinellen Sehens Fehler in der Relativbewegung nicht genau detektieren und melden können, sobald das Fügewerkzeug 22 mit dem Werkstück 12 in Eingriff gelangt ist. Zusätzlich führt der Eingriff des Fügewerkzeugs 22 mit dem Werkstück 12 zur Verbindung zweier starrer Körper, die beide in Bewegung sind: (1) die serielle Anordnung des Roboters 20 und des Fügewerkzeugs 22 und (2) das Werkstück 12, das sich mit dem Fügewerkzeug 22 in Eingriff befindet. Eine derartige Verbindung starrer Körper führt, wenn die Bewegung nicht perfekt synchronisiert ist, zu einer Relativbewegung und einem möglichen Zusammenstoß, was wiederum eine Abschaltung der sich bewegenden Montagelinie 14 oder die Ausführung einer anderen mildernden Steuermaßnahme erfordern kann.
Zu diesem Zweck enthält das unterbetätigte Fügesystem 10 nach 1 einen Gelenk-Konformitätsmechanismus 24, der mit dem Roboter 20 oder mit dem alternativen angetriebenen Decken-Schienensystem 200 oder einer anderen geeigneten Ausführungsform des Roboters 20 verbunden ist. Obwohl in 1 der Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 für die Einfachheit schematisch gezeigt ist, kann er unter Verwendung verschiedener Mechanismen, z. B. eines Stativs oder einer Parallelogramm-Montagelinie, an dem Wagen 201 aufgehängt sein, wie in der Technik bekannt ist. Das Fügewerkzeug 22 kann mit dem Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 über einen Endeffektor 25 verbunden sein, der in den 1 und 2 als beispielhafter Verlängerungsweg zum Greifen und Tragen des Fügewerkzeugs 22 gezeigt ist. In Betrieb korrigiert ein Controller 50, der für die Einfachheit als Teil eines festen oder beweglichen Podests 28 des Roboters 20 gezeigt ist, aber verschieden verkörpert sein kann, wie im Folgenden bezüglich 2 dargelegt wird, die obenerwähnte Relativbewegung und die resultierenden Positionsfehler, die sich andernfalls aus den wechselseitig in Eingriff stehenden starren Körpern ergeben würden, wenn das Werkstück 12 in Bewegung ist.
Unter Verwendung der beschriebenen programmierten Funktionalität des Controllers 50 kann das Fügewerkzeug 22 dem Werkstück 12 automatisch folgen oder es verfolgen, wenn das Werkstück 12 durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird. Dieselbe Funktionalität ermöglicht es einer menschlichen Bedienungsperson, bei Bedarf selektiv die Steuerung des Fügewerkzeugs 22 zu übernehmen, z. B. beim Führen des Fügewerkzeugs 22 zu einem Schraubenkopf, einem Nietkopf, einer Schweißstoß-/-nahtstelle usw., wobei diese Führungs- oder Lokalisierungshandlung möglicherweise durch eine Grobortungsvorrichtung 38 unterstützt wird, wie in 2 gezeigt ist. Die Grobortungsvorrichtung 38 ist hier als ein Werkzeug, eine Vorrichtung oder eine andere physische Komponente definiert, die dazu dient, das Fügewerkzeug 22 innerhalb eines ungefähren Bereichs des (der) speziellen Punktes (Punkte) grob zu positionieren, an dem (denen) auf das Werkstück 12 eingewirkt werden soll. Die Grobortungsvorrichtung 38 kann z. B. als ein Trichter verkörpert sein, der konfiguriert ist, das Fügewerkzeug 22 zu einem derartigen Punkt oder Punkten auf dem Werkstück 12 zu führen, wie in der Technik bekannt ist, wobei sich der Trichter in Richtung derartiger Punkte verjüngt. Es können andere mögliche Konstruktionen der Ortungsvorrichtung 38, z. B. Blockführungen, Zapfen, Rampen usw., betrachtet werden, wobei deshalb der beispielhafte Trichter nur eine mögliche Implementierung ist. Die vorliegenden Lehren ermöglichen folglich eine situationsbezogene Interaktion einer Bedienungsperson mit dem Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 nach Bedarf und in dem Ausmaß, das durch andere Arbeitsplatzeinschränkungen erlaubt ist, wie z. B. Zugangsbarrieren, die den Zugang einer Bedienungsperson in einen speziellen Abschnitt des Bewegungsbereichs des Roboters 20 verhindern.
In 2 enthält das unterbetätigte Fügesystem 10, das schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeigt ist, den Roboter 20, den Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 und den Controller (C) 50. Der Roboter 20, wie er hier betrachtet wird, kann als irgendeine für eine Anwendung geeignete serielle oder andere angetriebene Vorrichtung mit mehreren betätigten Gelenken 30 verkörpert sein. Jedes jeweilige der betätigten Gelenke 30 ist durch einen entsprechenden Gelenkaktuator 32, wie z. B. einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Drehaktuator oder -motor, angetrieben. Der Roboter 20 in der nicht einschränkenden beispielhaften Implementierung nach 1 ist ein mehrachsiger Industrieroboter mit sechs oder mehr betätigten Freiheitsgraden (DOF), wobei die speziell veranschaulichte Ausführungsform eine Basis 31 aufweist, die unmittelbar bei der sich bewegenden Montagelinie 14, z. B. auf dem Podest 28 nach 1 oder einer weiteren geeigneten boden-, wand- oder deckenmontierten Tragstruktur, angebracht ist. Alternativ kann der Roboter 20 als das angetriebene Decken-Schienensystem 200 nach 1, wie es oben beschrieben worden ist und in der Technik bekannt ist, oder ein Deckenportal verkörpert sein und unter Verwendung von Antriebsmotoren oder eines riemengetriebenen oder kettengetriebenen Antriebsmechanismus angetrieben sein. Folglich ist die spezielle Konstruktion des Roboters 20 nicht eingeschränkt, vorausgesetzt, der Roboter 20 ist konfiguriert, die erforderlichen betätigten DOF bereitzustellen, wie hier dargelegt ist.
Der Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 ist an den Roboter 20 gekoppelt und enthält mehrere Koppelgetriebe 34, z. B. lineare oder gekrümmte Stabsegmente oder Träger, wobei die Koppelgetriebe 34 durch mehrere unbetätigte Gelenke 35 miteinander verbunden sind. Eine Dreh-, Gleit-, Schwenk- und/oder andere Bewegung um die unbetätigten Gelenke 35 versieht folglich den Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 mit unbetätigten DOF. Der Endeffektor 25 kann mit einem oder mehreren der Mehrfachkoppelgetriebe 34, z. B. mit einem Kastenwagen 350, verbunden sein, wie gezeigt ist, und konfiguriert sein, unter Verwendung von Klammern, Befestigungselementen oder anderen (nicht gezeigten) geeigneten Mitteln mit dem Fügewerkzeug 22 verbunden zu sein.
Gemäß einigen Ausführungsformen können wenigstens einige der unbetätigten Gelenke 35 eine jeweilige Verriegelungsvorrichtung (L) 39 enthalten, die konfiguriert ist, in Reaktion auf ein Verriegelungssignal (Pfeil LL) vom Controller 50 in Eingriff zu gelangen. Während in 2 für die Einfachheit der Veranschaulichung eine einzelne Verriegelungsvorrichtung 39 schematisch gezeigt ist; erkennen die Fachleute auf dem Gebiet, dass jedes unbetätigte Gelenk 35 eine entsprechende Verriegelungsvorrichtung 39 enthalten kann oder mit ihr verbunden sein kann. Die für diesen Zweck geeigneten Ausführungsformen enthalten Klammern, Greifzirkel, Reibungsbremsen, Sperrstifte und dergleichen, die wiederum konfiguriert sein können, mit einer benachbarten Struktur des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 in einer Weise in Eingriff zu gelangen, die die Bewegung eines gegebenen der unbetätigten Gelenke 35 arretiert oder begrenzt. Der Empfang des Verriegelungssignals (Pfeil LL) durch eine gegebene Verriegelungsvorrichtung 39 verringert folglich eine Anzahl von DOF des unterbetätigten Fügesystems 10, in diesem Fall durch Verringern der Anzahl der unbetätigten DOF des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24.
Als Teil der offenbarten Lösung sind die Positionssensoren 40 unmittelbar bei oder an jedem der unbetätigten Gelenke 35 angeordnet, wobei die Positionssensoren 40 in 2 lediglich zur Klarheit der Veranschaulichung von den unbetätigten Gelenken 35 entfernt gezeigt sind. Die Positionssensoren 40, z. B. die Drehgeber oder anderen geeignete Sensorkonfigurationen, sind konfiguriert, die entsprechenden Gelenkpositionen (θ₃₅) jedes jeweiligen der unbetätigten Gelenke 35 zu messen und elektronische Signale auszugeben, die die Gelenkpositionen (θ₃₅) angeben. Ein ähnlicher Satz von Positionssensoren 40 kann verwendet werden, um die Gelenkpositionen (θ₃₀) der verschiedenen betätigten Gelenke 30 des Roboters 20 zu messen und elektronische Signale auszugeben, die die gemessenen Gelenkpositionen (θ₃₀) angeben. Folglich beeinflusst die koordinierte Bewegungssteuerung der betätigten Gelenke 30 und die mögliche Sperrung eines oder mehrerer der unbetätigten Gelenke 35, wie im Folgenden dargelegt wird, schließlich die relative Position des Fügewerkzeugs 22 und des Werkstücks 12, einschließlich einer Werkzeugorientierung des Fügewerkzeugs 22 um eine Werkzeugachse 22A desselben.
Der Controller 50, der mit den Positionssensoren 40 über (nicht gezeigte) drahtgebundene oder drahtlose Wege in Verbindung steht, ist konfiguriert, auf den gemeinsamen Satz von Gelenkpositionen θ₃₅ des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 durch Einstellen einer jeweiligen Position jedes jeweiligen der betätigten Gelenke 30 nach Bedarf zu reagieren. Diese Steuerhandlung kann, wie oben anderswo spezifiziert worden ist, teilweise basierend auf einer Anzahl, einem Typ und einer Konfiguration der unbetätigten Gelenke 35 bezüglich der betätigten Gelenke 30 stattfinden. Das heißt, ein gegebener Bewegungsbereich kann für eine spezielle Anordnung und Konfiguration der betätigten Gelenke 30 verfügbar sein, so dass ein weniger umfangreicher und/oder zu einem kleineren Bewegungsbereich fähiger Satz unbetätigter Gelenke 35 ein anderes Steuerverhalten der betätigten Gelenke 30 bezüglich eines umfangreicheren oder fähigeren Satzes der in den verschiedenen Figuren gezeigten unbetätigten Gelenke 35 erfordern kann. In dieser Weise veranlasst der Controller 50 den Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 dem Werkstück 12 konform oder nicht starr zu folgen, während das Fügewerkzeug 22 selbst starr mit diesem in Eingriff bleibt. Die hinzugefügte Konformität in der kinematischen Kette zwischen dem Werkstück 12 und dem Roboter 20 nimmt das oben dargelegte Problem der sich wechselseitig in Eingriff befindlichen starren Körper in Bewegung in Angriff, wo ohne die vorliegenden Lösungen die ansonsten starre Verbindung des Fügewerkzeugs 22 mit dem Werkstück 12 brechen oder sich trennen kann.
Obwohl der Controller 50 für die Klarheit und Einfachheit der Veranschaulichung in 2 schematisch als eine einheitliche Vorrichtung dargestellt ist, können implementierte Ausführungsformen des Controllers 50 mehrere verteilte digitale Computer enthalten, die jeweils einen Speicher (M) 52 und einen Prozessor (P) 54 aufweisen. Der Speicher 52 enthält ausreichende Mengen an greifbarem, nicht transitorischem Speicher, z. B. Festwertspeicher, Flash-Speicher, optischen und/oder Magnetspeicher, elektrisch programmierbaren Festwertspeicher und dergleichen. Der Speicher 52 enthält außerdem ausreichend flüchtigen Speicher, wie z. B. Schreib-Lese-Speicher und elektronische Puffer. Die Hardware-Komponenten des Controllers 50 können unter anderem sowohl einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-Digital- und eine Digital-Analog-Schaltungsanordnung, eine Eingabe-/Ausgabeschaltungsanordnung und -vorrichtungen als auch eine angemessene Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungsanordnung enthalten.
Die Ausführungsformen des unterbetätigten Fügesystems 10 enthalten ein System 60 maschinellen Sehens (MVS), das selbst zum Detektieren eines vorgegebenen Musters oder Merkmals des Werkstücks 12 und zum Ausgeben eines Ortssignals 600, das eine Position von ihm beschreibt, betreibbar ist. Der Controller 50 kann danach das Ortssignal 600 verwenden, um es zu unterstützen, einen interessierenden Bereich auf dem Werkstück 12, wie z. B. den Kopf eines Gewinde-Befestigungselements oder einer Niete, zu lokalisieren. Gemeinsam ermöglichen es die Hardware- und Software-Konfiguration des Controllers 50 und die damit in Verbindung stehenden Peripheriegeräte dem Prozessor 54, computerlesbare Anweisungen auszuführen, die ein Verfahren 100 verkörpern. Die Ausführung des Verfahrens 100, wie im Folgenden dargelegt wird, veranlasst schließlich den Controller 50, ein elektronisches Ausgangssignal (CCo) zu erzeugen, das zu dem Roboter 20 übertragen wird, um eine oder mehrere seiner Gelenkpositionen (θ₃₀) in Echtzeit, d. h., während das Werkstück 12 nach 1 durch das Gerät 15 der Montagelinie transportiert wird, zu ändern.
In 3 beginnt eine beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens 100 zum Ausführen eines automatisierten Fügeprozesses unter Verwendung des unterbetätigten Fügesystems 10 nach den 1 und 2 mit dem Block B102 („Bewegen (12); Eingreifen (22)“) mit der Bewegung des Werkstücks 12 über die sich bewegende Montagelinie 14 nach 1. An einem speziellen Arbeitsplatz oder Ort entlang dem Weg der sich bewegenden Montagelinie 14 bewegt sich das Werkstück 12 in die Arbeitsnähe des Roboters 20, der, wie oben offenbart worden ist, über den Endeffektor 25 des oben beschriebenen Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 mit dem Fügewerkzeug 22 nach 2 verbunden sein kann.
Nachdem sich das Werkstück 12 in die Arbeitsnähe des Roboters 20, d. h., in das Innere eines vorgegebenen Bewegungsbereichs des Roboters 20, bewegt hat, wird das Fügewerkzeug 22 manuell und/oder maschinell in Richtung des Werkstücks 12 geführt und mit diesem in Eingriff gebracht. In einer möglichen Implementierung des Blocks B102 könnte eine menschliche Bedienungsperson, die direkt mit dem Fügewerkzeug 22 oder dem Endeffektor 25 interagiert, das Fügewerkzeug 22 manuell in Eingriff mit dem Werkstück 12 drängen. Alternativ kann das System 60 maschinellen Sehens nach 2 unter Verwendung einer residenten Kamera und Bildverarbeitungs-/Seh-Software ein spezielles Muster, eine spezielle Form, eine spezielle Größe oder ein anderes identifizierendes Merkmal auf dem Werkstück 12 erkennen, wie in der Technik bekannt ist.
Während der Ausführung des Verfahrens 100 kann der Controller 50 nach den 1 und 2 die Bewegung des Roboters 20 selektiv arretieren. Der Controller 50 kann z. B. entscheiden, die Bewegung des Roboters 20 in Reaktion auf eine Detektion einer Bedienungsperson innerhalb einer vorgegebenen Nähe oder eines vorgegebenen Bewegungsbereichs des unterbetätigten Fügesystems 10, z. B. unter Verwendung von Infrarot- oder anderen Detektoren menschlicher Anwesenheit, Druckmatten, Lasersensoren oder anderer für die Anwendung geeigneter sensorischer Vorrichtungen, zu arretieren. Gleichermaßen sind Notstoppoptionen ungeachtet der Möglichkeit der oben angegebenen Handlungen einer Bedienungsperson, wenn sie mit dem Fügewerkzeug 22 interagiert, dennoch möglich.
Über ein veranschaulichendes Beispiel könnte das System 60 maschinellen Sehens zweidimensionale oder dreidimensionale identifizierende Merkmale eines Schraubenkopfes visuell erfassen, das Merkmal in einem Sehsystem-Koordinatensystem lokalisieren, das Sehsystem-Koordinatensystem in ein durch den Roboter 20 verwendetes Roboterbewegungs-Koordinatensystem übersetzen und danach das Ortssignal 600 nach 2 erzeugen, wobei das Ortssignal 600 in diesem Fall einen Ort des Schraubenkopfes oder einer weiteren an dem Werkstück 12 zu bildenden Verbindung angibt. Der Controller 50 kann danach das Fügewerkzeug 22 in Reaktion auf das Ortsignal 600 ausschließlich über die Steuerung der betätigten Gelenke 30 des Roboters 20 automatisch mit dem Werkstück 12 in Eingriff bringen. Als Teil des Blocks B102 kann die optionale Grobortungsvorrichtung 38 nach 2 verwendet werden, um das Leiten des Fügewerkzeugs 22 zum Ort der am Werkstück 12 zu bildenden Verbindung zu erleichtern. Das Verfahren 100 geht dann zum Block B104 weiter, sobald das Fügewerkzeug 22 mit dem Werkstück 12 in Eingriff gelangt ist.
Der Block B104 („Messen θ₃₅“) enthält unter Verwendung des oben beschriebenen Satzes von Positionssensoren 40 das Messen der entsprechenden Gelenkpositionen (θ₃₅) der unbetätigten Gelenke 35 des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24. Eine repräsentative beispielhafte Konstruktion des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 ist in 2 in der Form einer passiven Parallelogrammanordnung gezeigt, die zwei unbetätigte/passive DOF bei der Manipulation des Fügewerkzeugs 22 bereitstellt. Es können alternative Konstruktionen verwendet werden, um vertikale Rotations- und/oder Translations-DOF oder weniger oder mehr Rotations- und/oder horizontale DOF zu verwirklichen, wobei deshalb die beispielhafte Konstruktion nach 2 nur eine mögliche Implementierung der vorliegenden Lehren ist. Das Verfahren 100 geht zum Block B106 weiter, wenn die Gelenkpositionen (θ₃₅) gemessen und an den Controller 50 gemeldet worden sind.
Der Block B106 („Δd?“) des Verfahrens 100 enthält das Berechnen einer Verschiebung (Δd) der verschiedenen unbetätigten Gelenke 35 des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 und im weiteren Sinne der verschiedenen Koppelgetriebe 34, die durch die unbetätigten Gelenke 35 miteinander verbunden sind. Das heißt, der Controller 50 ist mit einer erwarteten Orientierung und Position programmiert, die einem Zustand entsprechen, in dem sich das Fügewerkzeug 22 richtig mit dem Werkstück 12 in Eingriff befindet. Eine Verschiebung in diesem Kontext bezieht sich folglich auf eine Variation von der erwarteten Position und Haltung.
Überdies kann die erwartete Orientierung und Position des Fügewerkzeugs 22 variieren, z. B. wenn der Controller 50 das Fügewerkzeug 22 über eine Operation der Verriegelungsvorrichtung(en) 39 nach 2 kippt oder das Fügewerkzeug 22 anderweitig bezüglich des Werkstücks 12 manövriert. Der Block B106 wird wie auch die Blöcke B104 in Echtzeit ausgeführt, wobei die Verschiebung (Δd) für ein gegebenes Werkstück 12 an einem gegebenen Arbeitsplatz berechnet und dann auf null gesetzt wird, wenn das Werkstück 12 nach Abschluss der Fügeoperation entlang der sich bewegenden Montagelinie 14 zu einem stromabwärts gelegenen Arbeitsplatz bewegt wird. Das Verfahren 100 geht dann zum Block B107 weiter.
Im Block B107 („Beenden Δd“) kann der Controller 50 in Reaktion auf laufende Änderungen der entsprechenden Gelenkpositionen (θ₃₅), die die detektierte Verschiebung (Δd) aus Block B106 angeben, die Positionen der unbetätigten Gelenke 35 indirekt durch Steuern der betätigten Gelenke 30 des Roboters 20 einstellen. Die Bewegungen des Roboters 20 wiederum beenden die Verschiebung (Δd) durch Einstellen der Positionen der verschiedenen unbetätigten Gelenke 35 des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24. Das Verfahren 100 geht dann zum Block B108 weiter.
Im Block B108 („Folgen“) steuert der Controller 50 selektiv eine Position der aktiven Gelenke (θ₃₀), um die Nullverschiebung so genau wie möglich aufrechtzuerhalten. Diese Handlung veranlasst den Gelenk-Konformitätsmechanismus 24, dem Werkstück 12 und der sich bewegenden Montagelinie 14 konform zu folgen, wenn das Werkstück 12 durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird. Gleichzeitig bildet der Roboter 20 unter Verwendung des Fügewerkzeugs 22 eine Verbindung an dem Werkstück 12, wobei diese Handlung über den Betrieb des Controllers 50 oder eines (nicht gezeigten) residenten Steuermoduls des Roboters 20 stattfindet. Das Verfahren 100 geht dann zum Block B110 weiter.
Im Block B110 („Abgeschlossen?“) bestimmt der Controller 50, ob der Fügeprozess abgeschlossen ist. Für diesen Zweck können abhängig von der Art der gebildeten speziellen Verbindung verschiedene Kriterien verwendet werden. Der Controller 50 kann z. B. den Ablauf einer vorgegebenen Dauer der Fügezeit, die Drehmomente oder andere Parameter bestätigen, die möglicherweise, aber nicht notwendigerweise durch den Betrieb des Systems 60 maschinellen Sehens nach 2 bestätigt werden. Das Verfahren 100 wiederholt den Block B106, wenn die Fügeoperation noch andauert, und hilfsweise den Block B112, wenn der Fügeprozess abgeschlossen ist.
Der Block B112 („Lösen“) nach 3 enthält das Lösen des Fügewerkzeugs 22 vom Werkstück 12, abermals durch eine dynamische Steuerung des Roboters 20 und seiner betätigten Gelenke 30, was wiederum ein Zurückziehen des Fügewerkzeugs 22 vom Werkstück 12 bewirkt. Wenn das nun fertiggestellte Werkstück 12 den Arbeitsplatz, an dem sich der Roboter 20 befindet, verlässt, kann der Roboter 20 in Erwartung der Ankunft des nächsten Werkstücks 12 zu einer vorgegebenen „Bereitschafts“-Position zurückkehren. Das Verfahren 100 kehrt dann zum Block B102 zurück.
Als Teil des Verfahrens 100 kann der Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 nach den 1 und 2 zu einer vorgegebenen Gleichgewichtsposition zurückgeführt werden, wenn sich das Fügewerkzeug 22 nicht mit dem Werkstück 12 in Eingriff befindet. Der Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 kann z. B. konfiguriert sein, die Schwerkraft oder eine Federkraft als eine Rückstellkraft zu verwenden. Eine derartige Gleichgewichtsposition kann in einer möglichen Ausführungsform unter Verwendung der Schwerkraft allein als Rückstellkraft verwirklicht sein, z. B. indem sich der Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 ausschließlich im Ergebnis der Gravitationskräfte auf die verschiedenen unbetätigten Gelenke 35 an der Gleichgewichtsposition selbst zentriert. Alternativ kann eine (nicht gezeigte) Feder eine derartige Rückstellkraft liefern oder die Schwerkraft unterstützen. Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Gravitations-Rückstellkraft nach Bedarf z. B. durch Federn oder andere (nicht gezeigte) elastische Elemente unterstützt werden könnte, die an wenigstens einigen der Koppelgetriebe 34 des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 angeordnet sind.
Die Fachleute auf dem Gebiet erkennen in Anbetracht der vorhergehenden Offenbarung, dass andere Implementierungen des Verfahrens 100 betrachtet werden können. Ein alternatives Verfahren kann z. B. das Verbinden des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 mit dem Roboter 20 mit den mehreren betätigten Gelenken 30 enthalten, wobei der hier beschriebene Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 die mehreren durch die mehreren unbetätigten Gelenke 35 miteinander verbundenen Koppelgetriebe 34 enthält. Das Verfahren kann das Verbinden des Fügewerkzeugs 22 mit dem Gelenk-Konformitätsmechanismus 24, das In-Eingriff-Bringen des Fügewerkzeugs 22 mit der Fahrzeugkarosserie 120 nach 1, wenn die Fahrzeugkarosserie 120 durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird, und das Messen der entsprechenden Gelenkpositionen (θ₃₅) der unbetätigten Gelenke 35 unter Verwendung eines Satzes von Positionssensoren 40 enthalten. Dies wird ausgeführt, während die Fahrzeugkarosserie 120 durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird.
Gemäß einem derartigen Verfahren steuert der Controller in Reaktion auf die entsprechenden Gelenkpositionen (θ₃₅) selektiv eine Position der betätigten Gelenke 30, was die Wirkung des Beendens einer Verschiebung der unbetätigten Gelenke 35 des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 in Echtzeit aufweist. Diese Handlung veranlasst wiederum den Gelenk-Konformitätsmechanismus 24, der Fahrzeugkarosserie 120 konform zu folgen, wenn die Fahrzeugkarosserie 120 durch die sich bewegende Montagelinie 14 transportiert wird. Eine Ausführungsform des Verfahrens kann das Zurückführen des Gelenk-Konformitätsmechanismus 24 zu einer vorgegebene Gleichgewichtsposition enthalten, wenn sich das Fügewerkzeug 22 von der Fahrzeugkarosserie 120 löst.
Die vorliegenden Lehren, wie sie oben ausführlich beschrieben worden sind, können auf verschiedene Montagelinien und Fertigungsprozesse, die ein automatisiertes Verbinden starrer Körper auf einer sich bewegenden Linie erfordern, sowohl mit möglicher physischer Zusammenarbeit mit menschlichen Bedienungspersonen als auch in vollständig automatisierten Implementierungen erweitert werden. Die offenbarten Lösungen verwenden konforme DOF mit zugeordneter Instrumentierung und zugeordneten Steueralgorithmen im Bereich der automatisierten Fertigung oder Montage, um die Ausführung von Fügeaufgaben in einer konformen und zuverlässigen Weise zu ermöglichen und dadurch Schäden am Roboter 20 oder dem Fügewerkzeug 22 während anomaler Situationen zu verhindern, möglicherweise einschließlich Notstopps oder beim Eingriff des Fügewerkzeugs 22 mit dem Werkstück 12. Diese und andere begleitende Vorteile der vorliegenden Lehren werden durch die Fachleute auf dem Gebiet in Anbetracht der vorhergehenden Offenbarung leicht erkannt.

Claims

Unterbetätigtes Fügesystem (10) zur Verwendung mit einem Werkstück (12), das durch eine sich bewegende Montagelinie (14) transportiert wird, wobei das unterbetätigte Fügesystem (10) umfasst: einen Roboter (20) mit mehreren betätigten Gelenken (35); einen Gelenk-Konformitätsmechanismus (24), der an den Roboter (20) gekoppelt ist, wobei der Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) mehrere Koppelgetriebe (34), einen Endeffektor (25), der mit den mehreren Koppelgetrieben (34) verbunden ist und konfiguriert ist, mit einem Fügewerkzeug (22) verbunden zu sein, mehrere unbetätigte Gelenke (35), die die Koppelgetriebe (34) miteinander verbinden, und einen oder mehrere Positionssensoren (40), die gemeinsam konfiguriert sind, entsprechende Gelenkpositionen der unbetätigten Gelenke (35) messen, enthält; und einen Controller (50), der mit den Positionssensoren (40) in Verbindung steht, wobei der Controller (50) konfiguriert ist, in Reaktion auf die entsprechenden Gelenkpositionen selektiv eine jeweilige Position der betätigten Gelenke (35) zu steuern und dadurch den Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) zu veranlassen, dem Werkstück (12) konform zu folgen, während das Fügewerkzeug (22) damit in Eingriff bleibt.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, das ferner das Fügewerkzeug (22) umfasst.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 2, wobei das Fügewerkzeug (22) eines eines Nuss-Schraubendrehers, einer Schweißpistole, eines Schweißbrenners oder einer Nietpistole ist.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 3, wobei das Werkstück (12) eine Fahrzeugkarosserie (120) ist, auf die durch den Nuss-Schraubendreher, die Schweißpistole, den Schweißbrenner oder die Nietpistole eingewirkt wird.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) konfiguriert ist, zu einer Gleichgewichtsposition zurückzukehren, wenn sich das Fügewerkzeug (22) nicht mit dem Werkstück (12) in Eingriff befindet.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 5, wobei der Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) konfiguriert ist, die Schwerkraft als eine Rückstellkraft zu verwenden, wenn der Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) zu der Gleichgewichtsposition zurückgeführt wird.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Controller (50) konfiguriert ist, eine Verschiebung der unbetätigten Gelenke (35) des Gelenk-Konformitätsmechanismus (24) aus einer Referenzposition in Echtzeit über die Steuerung der betätigten Gelenke (35) des Roboters (20) zu beenden.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, das ferner ein mit dem Controller (50) in Verbindung stehendes System maschinellen Sehens umfasst, wobei das System maschinellen Sehens konfiguriert ist, ein Ortssignal zu erzeugen, das einen Zielbereich auf dem Werkstück (12) angibt, und wobei der Controller (50) konfiguriert ist, das Fügewerkzeug (22) in Reaktion auf das Ortssignal automatisch mit dem Werkstück (12) in Eingriff zu bringen.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, wobei wenigstens einige der unbetätigten Gelenke (35) eine jeweilige Verriegelungsvorrichtung (39) enthalten, die konfiguriert ist, in Reaktion auf ein Verriegelungssignal in Eingriff zu gelangen, und wobei der Controller (50) konfiguriert ist, das Verriegelungssignal selektiv zu erzeugen, um dadurch eine Anzahl von Freiheitsgraden des unterbetätigten Fügesystems (10) zu verringern.
Unterbetätigtes Fügesystem (10) nach Anspruch 1, das ferner einen oder mehrere Sensoren umfasst, die konfiguriert sind, eine Bedienungsperson innerhalb einer vorgegebenen Nähe des unterbetätigten Fügesystems (10) zu detektieren, wobei der Controller (50) konfiguriert ist, die Bewegung des Roboters (20) in Reaktion auf die Detektion der Bedienungsperson innerhalb der vorgegebenen Nähe des unterbetätigten Fügesystems (10) selektiv zu arretieren.