DE19519524A1 - Roboterzelle mit einem Roboter und einem Teilelager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Roboterzelle mit einem Roboter zum Zusammenstellen von Teilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Roboterzellen sind bekannt. Sie umgeben einen Roboter, der meist einfache oder auch diffizile Montagear­ beiten auszuführen hat. Die zum Zusammenstellen bzw. Zusam­ menfügen bzw. Handhaben der einzelnen Bauteile müssen diese mittels aufwendiger Zufuhreinrichtungen in den Schwenkbe­ reich des Roboters gefördert werden.

In der Praxis treten bei den komplexen Zufuhreinrichtungen immer wieder Probleme auf. Steht eine Zufuhreinrichtung, kann der Roboter nicht weiterarbeiten. Sind in rascher Folge wechselnde, unterschiedliche Bauteile vom Roboter zusammenzufügen, so führt dies bei bekannten Systemen zu erheblichen Umrüstarbeiten, wodurch eine rentable Fertigung mit Robotern in Kleinserien meist nicht ausgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Roboterzelle mit einem Roboter zu schaffen, dem in einer schnell und einfach umrüstbaren Weise unterschiedlichste Teile für den Zusammenbau und zur Handhabung wechselnder Bauteile zuführ­ bar sind.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein als Lagereinheit für die benötigten Teile an die Robo­ terzelle anzudockender Schrank ist einfach aufgebaut und insbesondere leicht austauschbar, so daß bei mechanischen Problemen an den Laden der gesamte Schrank rasch gegen einen neuen Schrank ausgetauscht werden kann, ohne daß längere Stillstandszeiten des Roboters auftreten. Zur Vor­ bereitung ist der Schrank lediglich mit den zu verbauenden Teilen zu bestücken, wobei alle Laden zu schließen sind. Der Roboter selbst öffnet die Lade, welche die für einen nächsten Bearbeitungsschritt benötigten Teile enthält.

Die Teile können vorbereitet in bestimmten Lagen in die Laden eingelegt werden, wobei eine Lade eine Kennung durch einen Strichcode oder dgl. erhalten kann, so daß der Robo­ ter den Inhalt der Lade anhand des Strichcodes erkennen kann. Werden die Teile ungeordnet in die Lade abgelegt, können die Teile durch eine entsprechende Optik oder Tast­ mechanik erkannt werden und vom Roboter in der richtigen Lage gegriffen werden.

In einer geöffneten Position der Lade liegt zumindest ein Teilbereich der Lade im Schwenkbereich des Roboters, der dann durch Herausziehen oder Einschieben der Lade die außerhalb des Schwenkbereichs liegenden Teile in den Schwenkbereich zieht.

Jede Lade ist in jeder ihrer geöffneten Stellungen und ins­ besondere auch in der geschlossenen Stellung festlegbar, zweckmäßig verriegelbar.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weite­ ren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der nachfolgend im einzelnen beschriebene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Roboter­ zelle mit einem Roboter und einem angedockten Schrank,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Roboterzelle nach Fig. 1 im Teilschnitt,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Roboterzelle mit mehreren Schränken.

Die in den Fig. 1 und 2 schematisch stark vereinfacht dar­ gestellte Roboterzelle besteht aus einem Zellenträger 1, welcher im wesentlichen eine Bodenplatte 2 und darauf mon­ tierte Seitenwände 3 umfaßt.

Die Bodenplatte 2 und die Seitenwände 3 stehen bevorzugt aus Stahl, wobei sich die Stahlseitenwände 3 bis auf etwa halbe Höhe der Roboterzelle erstrecken. Die obere Hälfte der Zellenwände sind durchsichtig; sie bestehen bevorzugt aus Scheiben 4, die insbesondere aus Makrolon bestehen.

In der Roboterzelle ist auf der Bodenplatte 2 ein Roboter­ stativ 5 gehaltert, welches einen Roboter 6 trägt. Dieser besteht im wesentlichen aus einem Schwenkarm 7, der aus zwei um eine vertikale Achse 10 schwenkbaren Teilarmen 8 und 9 unterschiedlicher Länge besteht. Das freie Ende des kürzeren Teilarms 9 trägt eine Pinole 11, während das freie Ende des längeren Teilarms 8 - um eine vertikale Achse 13 verschwenkbar - an einem mit dem Roboterstativ 5 verbunde­ nen Träger 12 festgelegt ist. Die Pinole 11 weist einen Greifer 14 auf, welche über eine Kolbenstange 15 in Rich­ tung des Doppelpfeils 16 auf und ab bewegt werden kann. Um die Hochachse 17 ist der Greifer 14 auch drehbar. Ein der­ artiger Roboter wird auch SCARA-Roboter genannt. Auch andere Roboter-Typen sind einsetzbar.

Die Hochachse 17 der Pinole 11 und die Verschwenkachsen 10 und 13 des Roboterarms 7 liegen zueinander parallel und be­ vorzugt lotrecht zur Bodenplatte 2. Wie Fig. 1 zeigt, definieren die Verschwenkachsen 10 und 13 des Roboterarms 7 einen in einer Ebene liegenden Schwenkbereich 18, innerhalb dem der Greifer 14 verschwenkt werden kann. Durch die Pinole 11 ist der Greifer 14 in der Höhe verfahrbar; da­ durch wird ein Hubbereich H definiert, der zusammen mit dem Schwenkbereich 18 den Arbeitsraum des Greifers 14 defi­ niert.

In einer Zellenwand der Roboterzelle ist eine Öffnung 20 vorgesehen, die bevorzugt über die ganze Höhe der Roboter­ zelle verläuft und durch rechtwinklig zur Zellenwand ste­ hende Teilwände 19 in der Breite begrenzt ist. Die Öffnung 20 bildet eine Zutrittsöffnung für eine Bedienungsperson, um in der Roboterzelle anfallende Wartungs- oder Reparatur­ arbeiten vornehmen zu können. Die Ecken der Roboterzelle, insbesondere die vertikalen Seitenkanten der Wände sind vorzugsweise gerundet. Zweckmäßig ist die Zelle an den Roboterarbeitsraum angepaßt.

Im Bodenbereich der Teilwände 19 sind Führungsschienen 21 angeordnet. Das der Bodenplatte 2 abgewandte Ende der Führungsschiene verjüngt sich in der Breite, die in der Ebene der Bodenplatte 2 gemessen ist. Auf diese Weise ent­ steht eine Art Einfahrtrichter für die Rollen 20 eines Schrankes 23, welcher eine Lagereinheit für von dem Roboter zu verarbeitende Teile darstellt. Der Schrank wird vor die Zutrittsöffnung 20 gefahren, bis die vorderen Rollen 22 an der Bodenplatte 2 oder einem geeigneten Anschlag anlaufen. In dieser angedockten Position verschließt der Schrank 23 die Zutrittsöffnung 20 der Roboterzelle. Bevorzugt betätigt der Schrank 23 in seiner eingeschobenen, angedockten Position einen Sicherheitsschalter, der der Robotersteuerung das Schließen der Roboterzelle meldet. Über einen nicht näher dargestellten Pneumatikzylinder oder dgl. wird der angedockte Schrank 23, vorzugsweise auf beiden Seiten, an der Roboterzelle verriegelt.

Der als Lagereinheit an die Roboterzelle angedockte Schrank 23 weist einzelne, in die Roboterzelle öffnende Laden 31 bis 38 auf. Die Laden 31 bis 38 bilden einen Lagerraum für die dem Roboter zur Verfügung zu stellenden Teile, die von diesem zusammenzufügen, zusammenzubauen oder sonstwie zusammenzustellen sind. Wie aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 zu ersehen, liegt - in Draufsicht - eine Lade 32 bis 38 in geschlossener Position mit zumindest einem Teil ihrer Front 24 im Schwenkbereich 18 des Roboterarmes 7 bzw. im Arbeitsraum des Greifers 14. Im gezeigten Ausführungsbei­ spiel ist ein Griff 30 als Teil der Front 24 einer Lade 31 bis 38 vorgesehen, wobei der Griff 30 in den Schwenkbereich 18 einragt. In der in Fig. 1 gezeigten vollständig geöffneten Position der Lade 31 liegt deren Front 24 mit einer Seitenkante 25 etwa an der zugewandten Zellenwand der Roboterzelle an, wodurch eine maximale Ausnutzung des Raumes innerhalb der Roboterzelle möglich ist. Der Schrank 23 bzw. die Lade 31 bis 38 liegt etwa radial zur Schwenk­ achse 13 am Roboterstativ 5.

Es kann auch zweckmäßig sein, wie in Fig. 3 gezeigt, daß die Seitenkante 25 einer Lade nahe dem oder etwa auf dem Außenkreis 28 des Schwenkbereichs 18 des Roboterarmes 7 liegt.

Eine jede Lade 31 bis 38 ist in ihrer geschlossenen Stellung verrastet, z. B. durch federbelastete Rastkugeln oder dgl. Insbesondere ist eine Lade 31 bis 38 aber in einer ihrer geöffneten Stellungen festlegbar, z. B. über seitliche Andrückleisten 26, die im Rahmen der Öffnung 20 angeordnet sind. Die bevorzugt auf beiden Seiten der Öffnung 20 angeordneten Andrückleisten 26 sind z. B. durch Pneumatikzylinder 27 anzudrücken, die von der Roboter­ steuerung zu aktivierbar sind. Die Andrückleisten 26 können reibschlüssig an den Seitenwangen einer ausgezogenen Lade 31 anliegen, wobei auch mehrere gleichzeitig ausgezogenen Laden über ein und dieselbe Andrückleiste 26 festlegbar sind. Bevorzugt weist die Andrückleiste 26 Riegel auf, die in entsprechende Riegelöffnungen der Laden eingreifen, wodurch diese in ausgezogener, teilausgezogener und/oder geschlossener Stellung verrastbar sind. Die Andrückleiste 26 erstreckt sich bevorzugt über einen Schubladenblock 40, der im gezeigten Ausführungsbeispiel acht Schubladen aufweist. Es kann zweckmäßig sein, in einem Schrank 23 vertikal übereinander mehrere, insbesondere zwei Schubla­ denblöcke 40 und 41 vorzusehen, wobei nach Abarbeiten eines der beiden Blöcke der nicht bearbeitete Block durch einen pneumatischen Hubzylinder 39 in den Arbeitsbereich des Greifers 14 vertikal verfahren wird.

Ein als Lagereinheit vorgesehener Schrank kann vorteilhaft außerhalb der Roboterzelle vorbestückt werden, so daß bei Einsatz mehrerer Schränke nach Abarbeiten einer ersten Lagereinheit durch einfaches Austauschen des Schrankes dem Roboter ein erneutes Arbeitspensum bereitgestellt ist. Die Umrüstzeiten und damit Totzeiten des Roboters sind auf ein Minimum reduziert.

Nachdem der Schrank 23 mit den geschlossenen Laden in die Zutrittsöffnung 20 gefahren und positionsgerecht an der Bo­ denplatte 2 bzw. an dem Zellenträger 1 verriegelt ist, nimmt der Roboter 6 den Betrieb auf. Entsprechend dem abzu­ arbeitenden Programm wird der Greifer 14 an einen Griff 30 einer der drei Laden 31 bis 38 ansteuern und die Lade in eine teilweise oder ganz geöffnete Stellung aufziehen. Bevorzugt sind Drittel-Auszugsstellungen vorgesehen, so daß der Roboter aus drei versetzt zueinander aufstehenden Laden Teile entnehmen kann.

Die Teile können in den Laden geordnet oder ungeordnet bereitgestellt werden, wobei an der Pinole 11 oder dem Greifer 14, ggf. auch an dem Schrank 23 ein optisches Erkennungssystem wie eine Videokamera oder dgl. montiert sein kann. Alternativ oder zusammen mit einer Videokamera kann der Greifer 14 auch Tastsensoren aufweisen, die ein Erkennen der gegriffenen Teile sowie ein Erkennen von deren Lage in der Lade ermöglichen.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Schwenkbereich 18 derart vorgesehen, daß der Arbeitstisch außerhalb der Roboterzelle angeordnet sein kann. Bevorzugt werden die zusammenzufügenden oder zusammenzubauenden Teile in der Roboterzelle an einer entsprechenden Stelle montiert und dann als montierte Baueinheit über die Zellenwand nach außen weitergereicht.

Um einen kontinuierlichen Betrieb des Roboters 6 zu gewähr­ leisten, kann es zweckmäßig sein, an die Roboterzelle mehrere Schränke 23, 43, 53 anzudocken (Fig. 3). Zweckmäßig werden zwei Schränke 23 und 53 derart in die Roboterzelle eingeschoben, daß die Laden in den gleichen Bereich der Roboterzelle öffnen und - in geöffneter Position - einander überlappen. Dies hat den Vorteil, daß auf kleinem Raum dem Roboter in sechzehn Ebenen, nämlichen sechzehn Laden die für eine Montage notwendigen Teile zur Verfügung gestellt sind, wobei der Roboter jeweils nur die Lade öffnet, aus der Teile zu entnehmen sind. Nach der Entnahme wird die Lade geschlossen, so daß durch Öffnen einer nächsten Lade andere Teile zugänglich werden.

Die Anordnung eines Schrankes 23, 43, 53 kann so vorgesehen sein, daß in einer geöffneten Position der Lade 31 bis 38 zumindest ein Teilbereich dieser Lade im Schwenkbereich 18 des Roboterarmes 7 liegt. Um außerhalb des Schwenkbereichs liegende Teile zu greifen wird der Roboterarm die Schublade derart verschieben, daß auch der andere Teilbereich der Lade im Schwenkbereich 18 zu liegen kommt.

Die erfindungsgemäße Roboterzelle mit einem Roboter kann als Beschickungsvorrichtung für ein Bearbeitungszentrum eingesetzt werden.

In einer anderen Ausführung ist ein Schrank 23 gekühlt oder beheizbar, so daß in den Laden 31 bis 38 auch Lebensmittel zur Verfügung gestellt werden können, die vom Roboter 6 zum Zubereiten einer Speise wie eines belegten Brötchens oder dgl. verwendet sind. Die Brötchen können in einem beheizbaren Schrank frisch aufbereitet werden.

Claims (14)

1. Roboterzelle mit einem Roboter zum Zusammenstellen von Teilen, wobei der Roboter (6) zumindest einen Schwenk­ arm zum Greifen und Positionieren der Teile aufweist, welche in einer Lagereinheit (23) bereitgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagereinheit ein an die Roboterzelle andockbarer Schrank (23, 43, 53) mit einzelnen in die Roboterzelle öffnenden Laden (31 bis 38) ist, wobei eine Lade (31 bis 38) in geschlossener Stellung mit zumindest einem Teil ihrer Front (24) im Schwenkbereich (18) des Roboterarmes (7) liegt.

2. Roboterzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer geöffneten Stellung der Lade (31 bis 38) zumindest ein Teilbereich der Lade im Schwenkbereich (18) des Roboterarmes (7) liegt.

3. Roboterzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lade (31 bis 38) in ihrer vollständig geöffneten Stellung mit einer Seiten­ kante (25) ihrer Front (24) nahe oder auf dem Außen­ kreis (28) des Schwenkbereichs (18) des Roboterarmes (7) liegt.

4. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lade (31 bis 38) in einer ihrer geöffneten Stellungen festlegbar, insbeson­ dere verriegelbar, ist.

5. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lade (31 bis 38) in ihrer geschlossenen Stellung verriegelt ist.

6. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schrank (23, 43, 53) mehrere vertikal im Schrank verschiebbare Schubladen­ blöcke (40, 41) aufweist, die alternativ vertikal in den Hubbereich des Roboterarmes (7) einfahrbar sind.

7. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrank (23, 43, 53) eine Zutrittsöffnung (20) der Roboterzelle verschließt.

8. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der angedockte Schrank (23, 43, 53) an der Roboterzelle verriegelbar ist.

9. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Roboterzelle mehrere Schränke (23, 43, 53) andockbar sind.

10. Roboterzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laden (31 bis 38) be­ nachbarter Schränke (23, 43, 53) in geöffneter Stellung einander überlappen.

11. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der positionierte Schrank (23, 43, 53) an der Bodenplatte (2) der Roboterzelle festlegbar ist.

12. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Roboterarm (7) aus zwei relativ zueinander verschwenkbaren Teilarmen (8, 9) von vorzugsweise unterschiedlicher Länge besteht.

13. Roboterzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkachsen (10, 13) der Teilarme (8, 9) zueinander parallel liegen.

14. Roboterzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Roboterzelle aus einem Zellenträger (1) und darauf gehaltenen, durchsichtigen Wänden, insbesondere Scheiben (4), besteht.