DE19753813C2

DE19753813C2 - Industrierobotersystem

Info

Publication number: DE19753813C2
Application number: DE19753813A
Authority: DE
Inventors: Helmut Klie; Josef Niedermeier
Original assignee: MOTOMAN ROBOTEC GmbH
Current assignee: MOTOMAN ROBOTEC GmbH
Priority date: 1997-03-20
Filing date: 1997-12-04
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2017-12-05
Also published as: DE19753813A1; DE29705138U1

Description

Die Erfindung betrifft ein System aus mindestens einem Industrieroboter, minde stens zwei Bearbeitungsstationen und einem Steuergerät.

Aus der EP 0 752 633 A1 ist ein derartiges System bekannt, bei dem ein erstes Bearbeitungsprogramm zum Steuern des ersten Industrieroboters und eines Motors der ersten Bearbeitungsstation und ein zweites Bearbeitungsprogramm zum Steu ern eines zweiten Industrieroboters und eines Motors der zweiten Bearbeitungssta tion vorhanden ist. Ferner ist ein drittes Bearbeitungsprogramm zum Steuern des ersten und zweiten Bearbeitungsprogramms vorgesehen.

Aus der DE 39 28 451 A1 ist eine Vorrichtung zur Regelung und Steuerung eines elektrischen Antriebssystems bekannt. Das Antriebssystem kann mehrere intelli gente elektrische Antriebseinheiten umfassen, die miteinander verkoppelt sind und die sternförmig oder ringförmig an einen externen Steuerrechner angeschlossen werden. Der externe Steuerrechner übergibt in einem geeigneten Datenprotokoll die Sollvorgaben für die Antriebsaufgabe, beispielsweise den Gleichlauf sämtlicher Motoren auch bei unterschiedlicher Belastung.

In der Literaturstelle "Industrial Robot" Vol. 23, No. 1, 1996, S. 34-40, wird ein Indu strie-Robotersystem mit mehreren Bearbeitungsstationen beschrieben, bei dem die Bearbeitungsstationen unabhängig voneinander funktionieren können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes System der eingangs angegebenen Art vorzuschlagen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Das Steuergerät dient zum Steuern eines Systems aus mindestens einem Industrieroboter und mindestens zwei Bearbeitungsstationen. Es weist ein erstes Bearbeitungsprogramm zum Steuern des ersten Industrieroboters und der ersten Bearbeitungsstation auf sowie ein zweites Bearbeitungsprogramm zum Steuern der zweiten Bearbeitungsstation sowie ein drittes Bearbeitungsprogramm zum Steuern des ersten und zweiten Bearbeitungsprogramms. Falls ein zweiter Industrieroboter vorhanden ist, kann das zweite Bearbeitungsprogramm zum Steuern dieses zwei ten Industrieroboters dienen. Dadurch, daß das Steuergerät mindestens zwei Bear beitungsstationen steuert, kann das System effektiver und flexibler genutzt werden. Die Motoren werden so synchron gesteuert, daß die Drehungen dieser Motoren derart miteinander gekoppelt sind, daß einer Drehung des einen Motors eine gleich große Drehung im entgegengesetzten Drehsinn des anderen Motors entspricht. Die Drehachse des Motors der ersten Bearbeitungsstation und die Drehachse des Mo tors der zweiten Bearbeitungsstation fluchten miteinander. Die Motoren sind auf diese Weise wie eine "elektrische Welle" miteinander gekoppelt. Ihre Bewegungen unterscheiden sich nicht von denjenigen, die entstehen würden, wenn sie mecha nisch gekoppelt wären. Dieser Effekt wird allerdings durch das Steuergerät erreicht, wodurch die Flexibilität des Systems erheblich gesteigert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrie ben.

Vorzugsweise umfaßt das System zwei Industrieroboter.

Vorzugsweise sind bei einer synchronen Steuerung der ersten und der zweiten Be arbeitungsstation diese durch eine durchgehende Vorrichtung miteinander verbun den. Es ist aber auch möglich, die erste Bearbeitungsstation und die zweite Bear beitungsstation bei einer geteilten Vorrichtung über ein Werkstück miteinander zu verbinden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die erste Bearbeitungsstation und die zweite Be arbeitungsstation bei einer geteilten Vorrichtung über eine Mittelstation miteinander zu verbinden. Schließlich können die erste Bearbeitungsstation und die zweite Be arbeitungsstation aber auch voneinander unabhängig sein. Es ist möglich, das Sy stem derart auszugestalten, daß wahlweise jede der vorgenannten Möglichkeiten realisiert werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1a ein System mit zwei Industrierobotern und zwei Bearbeitungssta tionen, die durch eine durchgehende Vorrichtung miteinander ver bunden sind, in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 1b eine schematische Darstellung des Systems gemäß Fig. 1a,

Fig. 1c ein zugehöriges Programmschema,

Fig. 2a ein System mit zwei Industrierobotern und zwei Bearbeitungssta tionen, die durch eine geteilte Vorrichtung miteinander verbunden sind, in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2b eine schematische Darstellung des Systems gemäß Fig. 2a,

Fig. 2c das zugehörige Programmschema,

Fig. 3a ein System mit zwei Industrierobotern und zwei Bearbeitungssta tionen, die durch eine geteilte Vorrichtung mit einer Mittelstation miteinander verbunden sind, in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 3b eine schematische Darstellung des Systems gemäß Fig. 3a,

Fig. 3c das zugehörige Programmschema,

Fig. 4a ein System mit zwei Industrierobotern und zwei Bearbeitungssta tionen, die voneinander unabhängig sind, in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 4b eine schematische Darstellung des Systems gemäß Fig. 4a,

Fig. 4c das zugehörige Programmschema und

Fig. 5 ein System mit zwei Industrierobotern und zwei Bearbeitungssta tionen in einer perspektivischen Darstellung.

Die in den Fig. 1a bis 1c gezeigte erste Ausführungsform besteht aus einem ersten Industrieroboter R1 und einem zweiten Industrieroboter R2 sowie einer ersten Be arbeitungsstation S3 und einer zweiten Bearbeitungsstation S3', die durch eine durchgehende Vorrichtung 11 miteinander verbunden sind. Das Werkstück 12, im Ausführungsbeispiel eine Auspuffanlage eines Autos, wird auf die Bearbeitungssta tionen aufgespannt. Es wird von den Industrierobotern, die als Schweißroboter ausgebildet sind, bearbeitet.

Aus Fig. 1c ist der Programmablauf ersichtlich. Das dritte Bearbeitungsprogramm 13 ("Master Job") steuert das erste Bearbeitungsprogramm 14 ("SUB 1") und das zweite Bearbeitungsprogramm 15 ("SUB 2"). Zunächst erfolgt der Parallel-Start des ersten Bearbeitungsprogramms ("PSTART SUB 1 SYNC"), anschließend der Par allel-Start des zweiten Bearbeitungsprogramms ("PSTART SUB 2"). Diese Bear beitungsprogramme werden dann ausgeführt. Das erste Bearbeitungsprogramm muß sich mit dem zweiten Bearbeitungsprogramm synchronisieren (dies wird durch den Zusatz "SYNC" zum Ausdruck gebracht). Das erste Bearbeitungsprogramm ist das sogenannte Master-Programm, das zweite Bearbeitungsprogramm ist das so genannte Slave-Programm.

Die Drehachsen der Motoren der Bearbeitungsstationen S3 und S3' fluchten mit einander. Die Drehungen dieser Motoren sind derart miteinander gekoppelt, daß einer Drehung des einen Motors eine gleich große Drehung im entgegengesetzen Drehsinn des anderen Motors entspricht.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen abgewandelte Ausführungsformen, bei denen entsprechen de Teile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen worden sind, so daß sie nicht mehr im einzelnen beschrieben werden müssen. Bei der in den Fig. 2a bis 2c gezeigten Ausführungsform sind die Bearbeitungsstationen S3 und S3' bei einer geteilten Vorrichtung über das Werkstück miteinander verbunden. Im übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a bis 1c.

In der Variante gemäß den Fig. 3a bis 3c werden die Bearbeitungsstationen S1-3 und S2-3 bei einer geteilten Vorrichtung über eine Mittelstation 16 miteinander verbun den. Der aus Fig. 3c ersichtliche Arbeitsablauf beginnt mit dem Start des ersten Bearbeitungsprogramms und dem Start des zweiten Bearbeitungsprogramms. Die se beiden Bearbeitungsprogramme können ohne Synchronisierung durchgeführt werden. Anschließend wird die Mittelstation 16 angedockt ("Call JOB Mittel auf"). Danach werden das erste und zweite Bearbeitungsprogramm für die zweite Bear beitungsphase gestartet. In dieser zweiten Phase muß sich das erste Bearbei tungsprogramm 17 mit dem zweiten Bearbeitungsprogramm 18 synchronisieren. Ferner sind in dieser zweiten Bearbeitungsphase die Drehungen der miteinander fluchtenden Motoren der Bearbeitungsstationen S1-3 und S2-3 im Sinne einer "elektrischen Welle" miteinander gekoppelt, also derart, daß einer Drehung des ei nen Motors eine gleichgroße Drehung im entgegengesetzten Drehsinn des anderen Motors entspricht.

Bei der in den Fig. 4a bis 4c gezeigten Variante sind die Bearbeitungsstationen S1 und S2 voneinander unabhängig. Sie können allerdings in der vorstehend be schriebenen Weise im Sinne einer "elektrischen Welle" miteinander gekoppelt sein.

Die Fig. 5 zeigt ein System mit zwei Industrierobotern R1 und R2 sowie mit zwei Bearbeitungsstationen S1 und S2 in einer perspektivischen Ansicht.

Das in den Zeichnungen dargestellte System kann anstelle der zwei Bearbeitungs stationen bis zu sechs Bearbeitungsstationen umfassen. Mit dem Steuergerät kön nen bis zum 21 Achsen gesteuert werden. Hierbei kann eine Bearbeitungsstation aus einer Achse (Drehachse) oder aber aus mehreren Achsen (Dreh-Kippachse) bestehen. Ein Industrieroboter hat im allgemeinen vier bis sechs Achsen. Er kann allerdings auch auf einer X-Y-Z-Fahrbahn montiert werden. Diese Achsen werden dann hinzugerechnet (Base-Achsen). So hat z. B. ein Industrieroboter mit sechs Achsen, der auf einer X-Y-Z-Fahrbahn montiert ist, insgesamt neun Achsen.

Von dem Steuergerät können gleichzeitig drei Programme (Jobs) bearbeitet wer den, wobei zwei dieser Programme (das erste und das zweite Bearbeitungspro gramm) Bewegungs-Jobs sein können, also Programme, von denen Roboter oder Bearbeitungsstationen oder eine Kombination (Gruppe) davon angesteuert werden. Der dritte Job (das dritte Bearbeitungsprogramm) muß ein Instruktions-Job sein, der nur Instruktionen enthalten kann.

Folgende Variationen von Bewegungs-Jobs sind möglich:
R1 (= Roboter 1)
R2
S1 (= Station 1)
S2
:
S6
R1 + R2 = eine Gruppe
R2 + R1
R1 + S1
: :
R1 + S6
R2 + S1
: :
R2 + S6

Bevor ein neuer Job programmiert werden kann muß ausgewählt werden, mit wel chen Robotern, Stationen oder Gruppen er arbeiten soll. Alle Gruppen können syn chron arbeiten. Unter "Synchron" ist dabei zu verstehen, daß die Steuerung den TCP (Tool Center Point) auch dann interpolieren kann, wenn sich der Roboter mit allen Achsen und die Station bewegen. Dadurch ist die Programmierung von kom plizierten Konturen sehr einfach (mit wenigen Punkten) und damit eine optimale Schweißung möglich.

Nach der Funktion "elektrische Welle" sind der Motor einer ersten Station und der Motor einer zweiten Station elektrisch gekoppelt, wie wenn sie durch eine Welle miteinander verbunden wären. Sobald sich der erste Motor im Uhrzeigersinn be wegt, bewegt sich der zweite Motor völlig synchron gegen den Uhrzeigersinn.

Die in den Fig. 1a bis 1c gezeigte Ausführungsform, bei der die Bearbeitungsstatio nen durch eine durchgehende Vorrichtung miteinander verbunden sind, hat den Vorteil, daß sich die Vorrichtung auch bei großen Spitzenweiten nicht verdrehen kann. Die Vorrichtung muß nicht so stabil gebaut werden. Durch die Verwendung von zwei Robotern kann die Taktzeit reduziert werden.

Die in den Fig. 2a bis 2c gezeigte Ausführungsform, bei der die Bearbeitungsstatio nen bei einer geteilten Vorrichtung über das Werkstück miteinander verbunden sind, ermöglicht es, Teile wie beispielsweise Rohre, bei denen um 360° geschweißt werden muß, mit der gleichen Brennerstellung zu schweißen, was bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1a bis 1c aufgrund der durchgehenden Vorrichtung 11 nicht möglich ist. Ferner ist die Vorrichtung nach den Fig. 2a bis 2c einfach aufgebaut. Es ist möglich, sie im Bau kastensystem aufzubauen. Beispielsweise kann die erste Bearbeitungsstation S3 stets gleich aufgebaut sein, und die zweite Bearbeitungsstation S3' mit verschiede nen Varianten eingesetzt werden.

Die Vorteile der in den Fig. 3a bis 3c gezeigten Ausführungsform, bei der die Bear beitungsstationen bei einer geteilten Vorrichtung über eine Mittelstation verbunden werden, sind folgende: Der erste Roboter R1 kann das Werkstück in der ersten Bear beitungsstation S1-3 optimal bearbeiten. Der zweite Roboter R2 kann das Werk stück in der zweiten Bearbeitungsstation S2-3 optimal bearbeiten. Anschließend wird das Mittelteil angedockt; es kann dann mit beiden Robotern synchron einge schweißt werden. Mit dieser Ausführungsform ist stets eine optimale Bearbeitung möglich. Die Vorrichtung ist ferner einfach aufgebaut.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4a bis 4c kann - wenn nötig - mit zwei von einander unabhängigen Roboter-Stationen gearbeitet werden. Bei kleinen Stück zahlen kann mit unterschiedlichen Bearbeitungsstationen gefahren werden, bei großen Stückzahlen kann mit zwei gleichen Bearbeitungsstationen gefahren wer den.

Es ist ferner möglich (in den Zeichnungen nicht dargestellt), lediglich einen einzigen Industrieroboter zu verwenden.

Das Steuergerät kann auf einfache Weise an die verschiedenen in den Figuren dargestellten Ausführungsformen angepaßt werden, indem die Programmeinstel lungen entsprechend geändert werden.

Claims

1. System aus mindestens einem Industrieroboter (R1, R2), mindestens zwei Bearbeitungs stationen (S3, S3', S1-3, S2-3, S1, S2) und einem Steuergerät
mit einem ersten Bearbeitungsprogramm (14) zum Steuern des ersten Industrieroboters (R1) und eines Motors der ersten Bearbeitungsstation,
mit einem zweiten Bearbeitungsprogramm (15) zum Steuern des gegebenenfalls vorhandenen zweiten Industrieroboters (R2) und eines Motors der zweiten Bearbeitungsstation,
und einem dritten Bearbeitungsprogramm (13) zum Steuern des ersten und zweiten Bearbeitungsprogramms, wobei die Motoren so synchron gesteuert werden, daß die Drehungen dieser Motoren derart miteinander gekoppelt sind, daß einer Drehung des einen Motors eine gleich große Drehung im entgegengesetzten Drehsinn des anderen Motors entspricht, und die Drehachse des Motors der ersten Bearbeitungsstation und die Drehachse des Motors der zweiten Bearbeitungsstation miteinander fluchten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei Industrieroboter (R1, R2) umfaßt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer synchronen Steuerung der ersten und der zweiten Bearbeitungsstation diese durch eine durchgehende Vorrichtung (11) miteinander verbunden sind.

4. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Bearbeitungsstation auch unabhängig voneinander gesteuert werden.

5. System nach Anspruch 1 oder 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Bearbeitungsphase die erste und zweite Bearbeitungsstation unabhängig voneinander gesteuert werden und nach Andocken einer Mittelstation in einer zweiten Bearbeitungsphase synchron gesteuert werden.