DE19753813C2 - Industrierobotersystem - Google Patents
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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
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 (5)
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.
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.
Priority Applications (1)
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