Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a working device having the features in the preamble of the main claim.
Arbeitsvorrichtungen mit einem oder mehreren positionsgesteuerten Robotern und Werkzeugen sind aus der Praxis in Verschiedenen Ausprägungen bekannt. In der Regel sind sie als vollautomatische Stationen ausgebildet und zur Unfallsicherheit von Werkern mit Schutzabtrennungen ausgerüstet, die mechanisch den Werkerzutritt Verhindern oder den Industrieroboter abschalten.Work devices with one or more position-controlled robots and tools are known in practice in various forms. As a rule, they are designed as fully automatic stations and equipped for accident safety of workers with protective partitions, which mechanically prevent the access of workers or switch off the industrial robot.
Bei der DD 11 2009 000 506 T5 ist ein positionsgesteuerter Roboter mit einem Greifer ausgerüstet, der eine pendelnd aufgehängte Nockenwelle greifen soll. Hierfür ist am Greifer ein optischer Sensor angeordnet, der die Pendelbewegung mit der Nockenwelle erfasst und den Roboter eine damit synchronisierte Pendelbewegung mit dem Greifwerkzeug ausführen lässt, so dass bei Eintritt der Synchronisation die Nockenwelle gegriffen werden kann.In the DD 11 2009 000 506 T5 For example, a position-controlled robot is equipped with a gripper designed to grip a swinging suspended camshaft. For this purpose, an optical sensor is arranged on the gripper, which detects the pendulum movement with the camshaft and the robot can perform a synchronized oscillating motion with the gripping tool, so that when the synchronization camshaft can be gripped.
Die DE 103 13 464 B3 offenbart ebenfalls einen positionsgesteuerten Roboter mit einer zusätzlichen Fahrachse und einem ähnlichen Synchronisationsproblem. Der Roboter ist dabei mit einem Schwimmsockel auf dem Fahrwagen der Zusatzachse gelagert, wobei der Schwimmsockel mit dem ebenfalls bewegten Werkstück durch eine mechanische Kopplung verbunden und synchronisiert ist. Der Roboter kann dadurch das Werkstück on the fly bearbeiten.The DE 103 13 464 B3 also discloses a position-controlled robot with an additional travel axis and a similar synchronization problem. The robot is mounted with a floating base on the trolley of the additional axis, wherein the floating base is connected to the moving workpiece also by a mechanical coupling and synchronized. The robot can thereby process the workpiece on the fly.
Aus der DE 10 2007 014 023 A1 ist ein Roboter-Manipulatorarm-Gelenkantrieb bekannt.From the DE 10 2007 014 023 A1 is a robotic manipulator arm joint drive known.
Ferner gibt es Bestrebungen, Menschen mit Industrierobotern, insbesondere taktilen Robotern, kooperieren oder kollaborieren zu lassen. Dies wird als Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) bezeichnet. Hierfür geeignete taktile Gelenkarm-Industrieroboter sind z. B. aus der DE 10 2007 063 099 A1 , DE 10 2007 014 023 A1 und DE 10 2007 028 758 B4 bekannt.There are also efforts to co-operate and co-operate people with industrial robots, in particular tactile robots. This is called human-robot cooperation (MRK). For this purpose, tactile articulated arm industrial robots are z. B. from the DE 10 2007 063 099 A1 . DE 10 2007 014 023 A1 and DE 10 2007 028 758 B4 known.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Arbeitsvorrichtung aufzuzeigen.It is an object of the present invention to provide an improved working device.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.The invention solves this problem with the features in the main claim.
Die beanspruchte Arbeitstechnik, d. h. die Arbeitsvorrichtung und das Arbeitsverfahren, haben den Vorteil, dass Arbeitsprozesse noch besser und mit höherer Präzision automatisiert werden können. Dabei ist auch eine Teilautomatisierung möglich.The claimed working technique, d. H. The working device and the working method have the advantage that work processes can be automated even better and with greater precision. In this case, a partial automation is possible.
Die Anforderungen an eine exakte Führung und Positionierung des Werkstücks und der damit verbundene Aufwand können wesentlich reduziert werden. Dank der Erfassungsvorrichtung kann der Industrieroboter unvorhergesehenen und ggf. unkontrollierbaren Werkstückbewegungen folgen und den Prozess trotzdem mit hoher Präzision und Effektivität durchführen. Die Erfassungsvorrichtung kann unterschiedlich ausgebildet und angeordnet sein. Sie lässt sich insbesondere in das Prozesswerkzeug integrieren.The requirements for exact guidance and positioning of the workpiece and the associated effort can be significantly reduced. Thanks to the detection device, the industrial robot can follow unforeseen and possibly uncontrollable workpiece movements and nevertheless carry out the process with high precision and effectiveness. The detection device can be designed and arranged differently. It can be integrated in particular into the process tool.
Die Erfassungsvorrichtung kann eine Relativbewegung des Werkstücks gegenüber dem Industrieroboter detektieren, messen und ausweiten. Anhand des Messergebnisses kann die programmierte Bahn des Industrieroboters korrigiert werden. Mit der Korrektur der relativen Werkstückbewegung sind Arbeitsprozesse auch an schwingenden oder nicht fest eingespannten Werkstücken durchführbar. Die Bahnkorrektur kann sowohl im Steifigkeitsmodus wie auch im positionsgeregelten Modus des Industrieroboters durchgeführt werden.The detection device can detect, measure and expand a relative movement of the workpiece relative to the industrial robot. Based on the measurement result, the programmed path of the industrial robot can be corrected. With the correction of the relative movement of the workpiece, working processes can also be carried out on oscillating or non-clamped workpieces. The path correction can be carried out in both the stiffness mode and in the position-controlled mode of the industrial robot.
Besondere Vorteile bestehen bei komplexen oder kinematisch schwierigen Prozessen, die ggf. auch noch an schwer zugänglichen Prozessstellen an einem Werkstück durchzuführen sind. Solche bisher häufig nur manuell zu bewältigenden Prozesse können zumindest teilautomatisiert werden. Hierbei kann auch eine Hilfsvorrichtung bedarfsweise eingebunden werden.Particular advantages are in complex or kinematic difficult processes that may also be performed on difficult to access process locations on a workpiece. Such previously often only manually manageable processes can be at least partially automated. In this case, an auxiliary device can also be integrated as needed.
Die beanspruchte Arbeitstechnik kann in vielerlei Bereichen und für unterschiedlichste Werkstücke und Prozesse genutzt werden. Ein bevorzugter Einsatzbereich ist die Wandlerverschraubung zwischen einem Motor und einem Getriebe, insbesondere einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs.The claimed working technique can be used in many areas and for a wide variety of workpieces and processes. A preferred application is the torque converter fitting between an engine and a transmission, in particular an automatic transmission of a motor vehicle.
Die beanspruchte Arbeitstechnik ermöglicht auch eine Teilautomatisierung mit einer Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (abgekürzt MRK) und einem entsprechend geeigneten Industrieroboter. Hierbei können durch eine Werkzeugausbildung der Arbeits- und Bewegungsbereich des bevorzugt taktilen Industrieroboters beschränkt und die Personensicherheit noch weiter verbessert werden.The claimed working technique also enables partial automation with a human-robot cooperation or collaboration (abbreviated MRK) and a suitably suitable industrial robot. In this case, the work and movement range of the preferably tactile industrial robot can be limited and the personal safety can be further improved by a tool training.
Der Industrieroboter kann für ein Andocken am Werkstück manuell geführt werden. Der eigentliche Roboter-Arbeitsprozess kann dann vollautomatisch oder teilautomatisch und unter Personenschutz ausgeführt werden. Die Führungsvorrichtung kann den Bewegungs- und Arbeitsbereich des Industrieroboters auf die für die Durchführung des Prozesses notwendigen Bereiche beschränken und begrenzen. Dies steigert zusätzlich die Personensicherheit im Prozessumfeld. Durch die Fixierung des Prozesswerkzeugs am Werkstück kann ein freies oder unkontrolliertes ”Durchgehen” des Industrieroboters verhindert werden. Trotzdem bleiben die für den Prozess benötigten Roboterfunktionalitäten und Prozessbewegungen erhalten. Zudem kann auch eine klassische Führungsfunktion für den Roboter und das Werkzeug implementiert werden. Hierdurch können ggf. Roboter- und Prozessgeschwindigkeiten sowie die Leistung gesteigert werden.The industrial robot can be manually guided for docking on the workpiece. The actual robot work process can then be performed fully automatically or semi-automatically and under personal protection. The guide device can restrict and limit the range of motion and operation of the industrial robot to the areas necessary for carrying out the process. This additionally increases personal safety in the process environment. By fixing the process tool on the workpiece, a free or uncontrolled "runaway" of the industrial robot can be prevented. Nevertheless, the robot functionalities and process movements required for the process are retained. In addition, a classic leadership function for the robot and the tool can be implemented. This may increase robot and process speeds as well as performance.
Bei der beanspruchten Arbeitsvorrichtung wird vorzugsweise ein MRK-tauglicher Industrieroboter eingesetzt. Dieser hat vorzugsweise eine oder mehrere nachgiebige Roboterachsen. Die Roboterachse(n) kann/können eine Nachgiebigkeitsregelung und ggf. umschaltbare Betriebsmodi haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann unterschiedlich ausgelegt sein und ein unterschiedliches Nachgiebigkeitsverhalten erzeugen. Dies kann z. B. eine intrinsische Nachgiebigkeit sein, die aktiv oder passiv ausgebildet ist. Die Nachgiebigkeit kann auch eine reine Federfunktion sein. Die MRK-Tauglichkeit des Industrieroboters kann alternativ auf andere Weise, z. B. durch eine externe Sensorik oder Arbeitsraumüberwachung erreicht werden. In den verschiedenen Betriebsmodi können unterschiedliche Steifigkeiten der Roboterachsen für das manuelle Führen und Andocken sowie für den eigentlichen und vom Industrieroboter ausgeführten Arbeitsprozess eingestellt werden.In the claimed working device, an MRK-suitable industrial robot is preferably used. This preferably has one or more compliant robot axes. The robot axis (s) can / have a compliance control and possibly switchable operating modes. The compliance control can be designed differently and produce a different compliance behavior. This can be z. B. be an intrinsic compliance, which is active or passive. The compliance can also be a pure spring function. The MRK capability of the industrial robot may alternatively be provided in other ways, e.g. B. be achieved by an external sensor or workspace monitoring. In the different operating modes, different stiffnesses of the robot axes can be set for the manual guidance and docking as well as for the actual work process performed by the industrial robot.
Die zusätzliche Beschränkung des Arbeitsbereichs eines ohnehin MRK-tauglichen Industrieroboters schafft bei Werkern zusätzliches vertrauen in die MRK-Funktionen und erleichtert die Einführung solcher Arbeitstechniken in der Praxis.The additional limitation of the workspace of an already MRK-capable industrial robot creates additional confidence in the MRC functions for workers and facilitates the introduction of such working techniques in practice.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.In the subclaims further advantageous embodiments of the invention are given.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. In detail show:
1: eine Arbeitsvorrichtung mit einem taktilen Roboter, einem Prozesswerkzeug, einer Erfassungseinrichtung, einem Werker und einem Werkstück in Ruhestellung, 1 a working device with a tactile robot, a process tool, a detection device, a worker and a workpiece at rest,
2: eine Variante der Arbeitsvorrichtung von 1 mit einer anderen Erfassungseinrichtung und in Arbeitsstellung, 2 : a variant of the working device of 1 with another detection device and in working position,
3: eine perspektivische Darstellung des Prozesswerkzeugs, 3 : a perspective view of the process tool,
4: eine andere perspektivische Darstellung des Prozesswerkzeugs von 3, 4 : another perspective view of the process tool of 3 .
5: eine Draufsicht des Prozesswerkzeugs gemäß Pfeil V von 4, 5 : A top view of the process tool according to arrow V of 4 .
6: einen Längsschnitt durch das Prozesswerkzeug gemäß Schnittlinie VI-VI von 5 und 6 FIG. 4: a longitudinal section through the process tool according to section line VI-VI of FIG 5 and
7: einen taktilen Industrieroboter in Streckstellung. 7 : a tactile industrial robot in extended position.
Die Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung (2) und ein Arbeitsverfahren sowie eine Arbeitsstation (1).The invention relates to a working device ( 2 ) and a working method and a workstation ( 1 ).
Die Arbeitsvorrichtung (2) ist innerhalb einer Arbeitsstation (1) angeordnet und weist mindestens einen mehrachsigen und programmierbaren Industrieroboter (3) auf, der bevorzugt als taktiler Roboter ausgebildet ist und ein Prozesswerkzeug (4) trägt und bewegt. Der Industrieroboter (3) führt mit dem Prozesswerkzeug (4) einen Arbeitsprozess an einem Werkstück (5) aus. Die Arbeitsvorrichtung (2) kann teilautomatisiert sein, wobei ein Werker (40) einen Teil der Arbeitsvorrichtung (2) bedient und steuert. Sie kann auch vollautomatisiert sein.The working device ( 2 ) is within a workstation ( 1 ) and has at least one multi-axis and programmable industrial robot ( 3 ), which is preferably designed as a tactile robot and a process tool ( 4 ) carries and moves. The industrial robot ( 3 ) leads with the process tool ( 4 ) a work process on a workpiece ( 5 ) out. The working device ( 2 ) can be semi-automated, whereby a worker ( 40 ) a part of the working device ( 2 ) operates and controls. It can also be fully automated.
Die Arbeitsvorrichtung (2) weist ferner eine Erfassungsvorrichtung (7) zur Detektion von unvorhergesehenen Bewegungen des Werkstücks (5) auf. Die Erfassungsvorrichtung (7) ist mit dem Industrieroboter (3), insbesondere seiner Robotersteuerung (nicht dargestellt) verbunden und ermöglicht eine Kompensation dieser Bewegungen sowie ein Nachführen des Industrieroboters (3). Der taktile Industrieroboter (3) ist bevorzugt für eine Kooperation oder Kollaboration mit dem Werker (40) tauglich. Die Arbeitsvorrichtung (2) kann ferner eine oder mehrere Hilfsvorrichtungen (9) zur Prozessunterstützung aufweisen.The working device ( 2 ) further comprises a detection device ( 7 ) for the detection of unforeseen movements of the workpiece ( 5 ) on. The detection device ( 7 ) is connected to the industrial robot ( 3 ), in particular its robot controller (not shown) connected and allows a compensation of these movements and a tracking of the industrial robot ( 3 ). The tactile industrial robot ( 3 ) is preferred for cooperation or collaboration with the worker ( 40 ) suitable. The working device ( 2 ), one or more auxiliary devices ( 9 ) for process support.
Der Arbeitsprozess und das Prozesswerkzeug (4) können beliebig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen Fügeprozess, insbesondere einen Schraubprozess, wobei das Prozesswerkzeug (4) als Schrauber mit einem Endeffektor (21), z. B. einer drehbaren Schraubspindel, und einem Antrieb (22) hierfür, z. B. einem Schraubantrieb, ausgebildet ist. Das Prozesswerkzeug (4) kann ferner ein Magazin (23) für Arbeitsmittel (24), z. B. Schrauben, aufweisen.The work process and the process tool ( 4 ) can be configured as desired. In the exemplary embodiment shown, it is a joining process, in particular a screwing process, wherein the process tool ( 4 ) as a screwdriver with an end effector ( 21 ), z. B. a rotatable screw, and a drive ( 22 ) for this, z. B. a screw drive is formed. The process tool ( 4 ), a magazine ( 23 ) for work equipment ( 24 ), z. As screws have.
Alternative Prozesse können Montageprozesse, andere Fügeprozesse, Auftrageprozesse, Umformprozesse oder dgl. sein. Das Prozesswerkzeug (4) kann dementsprechend andere Endeffektor(en) (21), Antrieb(e) (22) und ggf. Arbeitsmittel (24) aufweisen. Das Prozesswerkzeug (4) kann ferner eine oder mehrere eigene Bewegungsachse(n) und Antriebe aufweisen.Alternative processes can be assembly processes, other joining processes, application processes, forming processes or the like. The process tool ( 4 ), other end-effector (s) ( 21 ), Drive (s) ( 22 ) and, if appropriate, work equipment ( 24 ) exhibit. The process tool ( 4 ) may also have one or more own movement axis (s) and drives.
Der Prozess kann von einem stationären oder einem bewegten Industrieroboter (3) an einem stationären oder einem bewegten Werkstück (5) durchgeführt werden. Auch ein Prozess ”on the fly” mit beiderseitiger koordinierter, insbesondere synchronisierter Bewegung von Werkstück (5) und Industrieroboter (3) ist möglich.The process can be performed by a stationary or a moving industrial robot ( 3 ) on a stationary or a moving workpiece ( 5 ) be performed. Also a process "on the fly" with both coordinated, especially synchronized movement of workpiece ( 5 ) and industrial robots ( 3 ) is possible.
Das Werkstück (5) wird von einem Fördermittel (12), z. B. einem Hängeförderer, der Arbeitsvorrichtung (2) und der Arbeitsstation (1) in Förderrichtung (41) zugeführt. Das Werkstück (5) ist mittels einer beweglichen Aufhängung (13), z. B. mehreren Seilen oder Ketten, mit dem Fördermittel (12) verbunden und kann dadurch unvorhergesehene und unkontrollierte Schwingbewegungen in einer oder mehreren Raumachsen ausführen. Das Prozesswerkzeug (4) kann mit einem Fixiermittel (27) am Werkstück (5) zur Durchführung des Arbeitsprozesses angedockt werden und folgt dann diesen Werkstückbewegungen.The workpiece ( 5 ) is funded by a grant ( 12 ), z. B. an overhead conveyor, the working device ( 2 ) and the workstation ( 1 ) in the conveying direction ( 41 ). The workpiece ( 5 ) is by means of a movable suspension ( 13 ), z. B. several ropes or chains, with the funding ( 12 ) and can thereby perform unforeseen and uncontrolled oscillatory movements in one or more spatial axes. The process tool ( 4 ) can with a fixative ( 27 ) on the workpiece ( 5 ) are docked to carry out the work process and then follows these workpiece movements.
Das Werkstück (5) kann einteilig oder mehrteilig (10, 11) sein. In den gezeigten Ausführungsbeispielen von 1 und 2 ist ein Werkstückteil (10) als Motor und ein anderes Werkstückteil (11) als Getriebe, insbesondere Automatikgetriebe, eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der Prozess betrifft dabei das Verschrauben eines Wandlerrads des Getriebes (11) mit dem Abtriebselement des Motors (10). Dies geschieht innerhalb des Gehäuses, wobei die innen liegende Prozessstelle (6) oder Schraubstelle durch eine Gehäuseöffnung (8) von außen her für den Endeffektor (21) zugänglich ist. Die Gehäuseöffnung (8) kann eine Bezugsstelle für die Erfassungseinrichtung (7) bilden.The workpiece ( 5 ) can be one-piece or multi-part ( 10 . 11 ) be. In the illustrated embodiments of 1 and 2 is a workpiece part ( 10 ) as a motor and another workpiece part ( 11 ) as a transmission, in particular automatic transmission, of a motor vehicle. The process concerns the screwing of a converter wheel of the transmission ( 11 ) with the output element of the engine ( 10 ). This happens within the housing, whereby the internal process station ( 6 ) or screw through a housing opening ( 8th ) from the outside for the end effector ( 21 ) is accessible. The housing opening ( 8th ), a reference point for the detection device ( 7 ) form.
Die Prozess- oder Schraubstellen (6) sind ringförmig verteilt angeordnet, wobei eine erste Schraube bereits in einer früheren Fertigungsstufe gesetzt wurde und für eine erste drehfeste Verbindung von Motor (10) und Getriebe (11) sorgt. Mittel einer Hilfsvorrichtung (9), die z. B. als steuerbar angetriebene Dreheinrichtung ausgebildet ist, können der Motor (10) und damit der Kranz von Prozess- oder Schraubstellen (6) an der Gehäuseöffnung (8) um definierte Winkelschritte vorbei gedreht werden. Die Dreheinrichtung (9) weist z. B. eine vorstehende Abtriebswelle auf, die mit einem Abtriebselement, z. B. der Kurbelwelle, des Motors (10) gekoppelt werden kann. Die Hilfsvorrichtung (9), insbesondere Dreheinrichtung, kann eigenständig manuell durch einen Werker (41) steuerbar oder mit der Robotersteuerung oder mit einer Stationssteuerung verbunden sein.The process or screw terminals ( 6 ) are distributed annularly, wherein a first screw has been set in an earlier manufacturing stage and for a first rotationally fixed connection of engine ( 10 ) and gearboxes ( 11 ). Means of an auxiliary device ( 9 ), the z. B. is designed as a controllable driven rotary device, the engine ( 10 ) and thus the wreath of process or screw locations ( 6 ) at the housing opening ( 8th ) are rotated by defined angle steps over. The turning device ( 9 ) has z. B. a projecting output shaft which is connected to an output element, for. B. the crankshaft, the engine ( 10 ) can be coupled. The auxiliary device ( 9 ), in particular a rotating device, can be operated manually by a worker ( 41 ) or be connected to the robot controller or to a station controller.
Zur Setzen der Schrauben (24) führt der taktile Industrieroboter (3) Such- und Zustellbewegungen mit dem Endeffektor (21) des Prozesswerkzeugs (4) durch. Er kann insbesondere die Schrauböffnungen am Wandlerrad ertasten.To set the screws ( 24 ), the tactile industrial robot ( 3 ) Search and delivery movements with the end effector ( 21 ) of the process tool ( 4 ) by. In particular, he can feel the screw holes on the transducer wheel.
Die Hilfsvorrichtung (9) ist an einer Trageinrichtung (36) bevorzugt hängend angeordnet und ist mit einer Transportvorrichtung (37) verbunden, mittels der sie zwischen einer in 1 gezeigten Ruhestellung (39) und einer in 2 dargestellten Arbeitsstellung am Werkstück (5) hin und her bewegt werden kann. Die Transportvorrichtung (37) kann von dem Werker (40) bedient und gesteuert werden.The auxiliary device ( 9 ) is on a carrying device ( 36 ) is preferably suspended and is provided with a transport device ( 37 ), by means of which they are connected between an in 1 shown rest position ( 39 ) and one in 2 shown working position on the workpiece ( 5 ) can be moved back and forth. The transport device ( 37 ) can from the worker ( 40 ) are operated and controlled.
Der Industrieroboter (3) kann ebenfalls beweglich und mit ggf. eigener Transportvorrichtung an der Trageinrichtung (36) angeordnet sein. Er kann in seinen Fahrbewegungen bedarfsweise von dem Werker (40) bedient und gesteuert werden. Die Hilfsvorrichtung (9) und der Industrieroboter (3) können eine Koppelung (38) für eine koordinierte Bewegung während des Arbeitsprozesses haben. Die Koppelung (38) kann steuerungstechnisch oder mechanisch ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsbeispielen haben die Hilfsvorrichtung (9) und der Industrieroboter (3) eine gemeinsame Transportvorrichtung (37) und sind mit dieser in Förderrichtung (41) des Werkstücks (5) gemeinsam verfahrbar, ggf. für eine Prozess ”on the fly”.The industrial robot ( 3 ) can also be movable and with possibly own transport device on the support device ( 36 ) can be arranged. He may in his driving movements if necessary by the worker ( 40 ) are operated and controlled. The auxiliary device ( 9 ) and the industrial robot ( 3 ) can be a coupling ( 38 ) for a coordinated movement during the work process. The coupling ( 38 ) may be designed control technology or mechanical. In the embodiments shown, the auxiliary device ( 9 ) and the industrial robot ( 3 ) a common transport device ( 37 ) and are with this in the conveying direction ( 41 ) of the workpiece ( 5 ) Movable together, if necessary for a process "on the fly".
Die Trageinrichtung (36) ist z. B. als Portal ausgebildet, an dessen erhabenem Querträger eine z. B. als angetriebener Fahrschlitten, Schwenkarm oder dgl. ausgebildete Transportvorrichtung (37) angeordnet ist. An dieser ist der Industrieroboter (3) hängend montiert. Die Transportvorrichtung (37) kann vom Werker (40) manuell betätigt werden. Sie kann alternativ vollautomatisch arbeiten.The carrying device ( 36 ) is z. B. formed as a portal, at the raised cross member a z. B. as a driven carriage, swivel arm or the like. Constructed transport device ( 37 ) is arranged. At this is the industrial robot ( 3 ) suspended. The transport device ( 37 ) can from the worker ( 40 ) are operated manually. It can alternatively work fully automatically.
Der Industrieroboter (3) ist für eine Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) tauglich ausgebildet. Vorzugsweise handelt es sich um einen taktilen mehrachsigen Industrieroboter (3) mit einer bevorzugt integrierten Sensorik (20), der sensitive Eigenschaften hat und selbst einen Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper oder anderen Hindernissen detektieren und hierauf reagieren kann. Er kann dabei z. B. stehen bleiben oder sich ggf. auch von der Kontaktstelle entfernen, insbesondere zurückbewegen. Der taktile Industrieroboter (3) detektiert einen Berührungskontakt als äußere Belastung, die an einer Roboterposition auftritt, an der diese Belastung nicht erwartet wird. Für die Reaktion auf einen Berührungskontakt kann es unterschiedlich hohe Belastungs- und Reaktionsschwellen geben. Der taktile Industrieroboter (3) kann mit dem Werker (40) in einem offenen Arbeitsbereich ohne Zaun oder andere Maschinengrenze zusammenarbeiten. Es kann dabei auch zu schmerzfreien Kontakten kommen.The industrial robot ( 3 ) is suitable for a human-robot cooperation (MRK). Preferably, it is a tactile multi-axis industrial robot ( 3 ) with a preferably integrated sensor system ( 20 ) which has sensitive properties and can itself detect and respond to a physical contact with the human body or other obstacles. He can z. B. remain or possibly also remove from the contact point, in particular move back. The tactile industrial robot ( 3 ) detects a touch contact as an external load occurring at a robot position where this load is not expected. For the reaction to a touch contact, there may be different levels of stress and reaction thresholds. The tactile industrial robot ( 3 ) can with the worker ( 40 ) work together in an open work area without a fence or other machine boundary. It can also come to painless contacts.
Der MRK-taugliche Industrieroboter (3) kann mit dem Werker (40) kooperieren bzw. kollaborieren, ohne diesen zu verletzen. Der Industrieroboter (3) kann z. B. gemäß der DE 10 2007 063 099 A1 , DE 10 2007 014 023 A1 und/oder DE 10 2007 028 758 B4 ausgebildet sein. Er kann verschiedene Betriebsmodi mit unterschiedlichen Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten seiner Roboterachsen (I–VII) haben. Dies kann z. B. ein Handführmodus, ein Positionier- oder Suchmodus und ein Steifigkeitsmodus sein. Zwischen den Betriebsmodi kann bedarfsweise umgeschaltet werden. Eine bevorzugte und in 7 dargestellte Ausführungsform wird nachstehend näher erläutert.The MRK-compatible industrial robot ( 3 ) can with the worker ( 40 ) cooperate or collaborate without violating it. The industrial robot ( 3 ) can z. B. according to the DE 10 2007 063 099 A1 . DE 10 2007 014 023 A1 and or DE 10 2007 028 758 B4 be educated. He can use different modes of operation different stiffness or flexibility of its robot axes ( I - VII ) to have. This can be z. Example, a hand guide mode, a positioning or search mode and a stiffness mode. You can switch between the operating modes as needed. A preferred and in 7 illustrated embodiment will be explained in more detail below.
Das Prozesswerkzeug (4) ist in 3 bis 6 dargestellt. Es weist den vorerwähnten Endeffektor (21) mit dem Antrieb (22) sowie das Magazin (23) für Arbeitsmittel (24) auf. Ferner ist ein Fixiermittel (27) vorhanden, das zum Andocken in eine formfeste Verbindung mit dem Werkstück (5) gebracht werden kann. Das Fixiermittel (27) ist in sich beweglich und betätigbar, insbesondere steuerbar ausbildet. Es kann eine zur Festlegung am Werkstück (5) geeignete beliebige konstruktive Ausbildung haben. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Fixiermittel (27) als Spannvorrichtung ausgebildet, die zwei spreizbare Spannklauen aufweist, die formschlüssig mit dem Rand der Gehäuseöffnung (8) in Eingriff treten können. Durch die in Spannstellung bestehende formfeste Verbindung folgt das Fixiermittel (27) Bewegungen des Werkstücks (5).The process tool ( 4 ) is in 3 to 6 shown. It has the aforesaid end effector ( 21 ) with the drive ( 22 ) as well as the magazine ( 23 ) for work equipment ( 24 ) on. Furthermore, a fixing agent ( 27 ), which for docking in a dimensionally stable connection with the workpiece ( 5 ) can be brought. The fixative ( 27 ) is in itself movable and operable, in particular forms controllable. It can be a fixation on the workpiece ( 5 ) have suitable structural design. In the embodiment shown, the fixing agent ( 27 ) is designed as a clamping device which has two expandable clamping claws, which form-fitting manner with the edge of the housing opening ( 8th ) can engage. Due to the clamping position existing dimensionally stable compound follows the fixative ( 27 ) Movements of the workpiece ( 5 ).
Das Prozesswerkzeug (4) weist ferner einen Anschluss (25) zur festen oder lösbaren Verbindung mit einem Abtriebselement (18), z. B. einem Drehflansch, des Industrieroboters (3) auf. Gegebenenfalls kann eine Wechselkupplung zwischengeschaltet sein, die einen automatischen Werkzeugwechsel durch den Industrieroboter (3) ermöglicht. Der Endeffektor (21) und der Antrieb (22) sind mit dem Roboteranschluss (25) verbunden und werden durch Bewegungen des Industrieroboters (3) und seiner Roboterachsen (I–VI) relativ zum Fixiermittel (27) bewegt.The process tool ( 4 ) also has a connection ( 25 ) for fixed or detachable connection with an output element ( 18 ), z. B. a rotary flange, the industrial robot ( 3 ) on. Optionally, an interchangeable coupling can be interposed, the automatic tool change by the industrial robot ( 3 ). The end effector ( 21 ) and the drive ( 22 ) are connected to the robot connector ( 25 ) and are controlled by movements of the industrial robot ( 3 ) and its robot axes ( I - VI ) relative to the fixing agent ( 27 ) emotional.
Zwischen dem Roboteranschluss (25) und dem Fixiermittel (27) ist eine Führungsvorrichtung (28) mit einer oder mehreren Führungsachsen (31, 32) angeordnet. Dies können rotatorische und/oder translatorische Führungsachsen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei translatorische, orthogonale Führungsachsen (31, 32) vorhanden. Die eine Führungsachse (32) ist längs des Endeffektors (21) ausgerichtet und bildet eine Zustellachse für dessen Vorschub. Die andere Führungsachse (31) erlaubt seitliche Bewegungen des Endeffektors (21) zum Suchen der Prozessstelle (6), insbesondere der Schrauböffnung.Between the robot connector ( 25 ) and the fixing agent ( 27 ) is a guiding device ( 28 ) with one or more guide axes ( 31 . 32 ) arranged. These can be rotational and / or translatory guide axes. In the exemplary embodiment shown, two translational, orthogonal guide axes ( 31 . 32 ) available. The one guide axis ( 32 ) is along the end effector ( 21 ) and forms a feed axis for its feed. The other guide axis ( 31 ) allows lateral movements of the end effector ( 21 ) to search the process station ( 6 ), in particular the screw opening.
Die Führungsvorrichtung (28) weist zur Bildung der Führungsachse(n) (31, 32) ein oder mehrere Führungselemente (29, 30) auf. Diese sind im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schlittenführungen ausgebildet. Durch die orthogonale Achsanordnung ist die Führungsvorrichtung (28) als Kreuzschlitten ausgestaltet.The guiding device ( 28 ) points to the formation of the guide axis (s) ( 31 . 32 ) one or more guide elements ( 29 . 30 ) on. These are formed in the embodiment shown as carriage guides. Due to the orthogonal axle arrangement, the guide device ( 28 ) designed as a cross slide.
In einer anderen Ausführungsform kann die Zahl der Führungsachsen größer sein und z. B. drei oder vier betragen. Hierbei kann z. B. eine zusätzliche lineare Schlittenachse und eine Schwenkachse vorhanden sein. Diese ermöglichen eine mehrachsige Verstellung und Lageänderung des Endeffektors (21) innerhalb der Gehäuseöffnung (8).In another embodiment, the number of guide axes may be larger and z. B. be three or four. This z. B. an additional linear carriage axis and a pivot axis may be present. These allow a multi-axis adjustment and position change of the end effector ( 21 ) within the housing opening ( 8th ).
Der Endeffektor (21) ragt durch das Fixiermittel (27) und durch den zwischen den Spannklauen gebildeten Freiraum. Der Endeffektor (21) kann mehrachsig in diesem Freiraum durch die Roboterbewegungen bewegt werden.The end effector ( 21 ) protrudes through the fixative ( 27 ) and by the free space formed between the clamping jaws. The end effector ( 21 ) can be moved multiaxially in this free space by the robot movements.
Das Prozesswerkzeug (4) weist ferner ein Gestell oder Gehäuse (26) auf, welches mit dem Fixiermittel (27) verbunden ist. An dem Gestell oder Gehäuse (26) ist auch eine Bedieneinrichtung (33) angeordnet, die z. B. zwei Griffe aufweist, mit denen der Werker (40) das Prozesswerkzeug (4) bewegen und führen kann, wenn der Industrieroboter (3) auf den Betriebsmodus Handführung mit Nachgiebigkeit der Roboterachsen (I–VII) geschaltet ist. An den Griffen können Taster oder andere Schaltelemente angeordnet sein, mit denen der Werker (40) das Fixiermittel (27) zur Einnahme von Fixier- oder Ruhestellung betätigen kann.The process tool ( 4 ) further comprises a frame or housing ( 26 ), which with the fixing agent ( 27 ) connected is. On the frame or housing ( 26 ) is also an operating device ( 33 ) arranged, the z. B. has two handles, with which the worker ( 40 ) the process tool ( 4 ) and can lead when the industrial robot ( 3 ) to the operating mode manual guidance with compliance of the robot axes ( I - VII ) is switched. On the handles, buttons or other switching elements can be arranged, with which the worker ( 40 ) the fixing agent ( 27 ) can operate to take fixation or rest position.
Zur Durchführung der gezeigten Wandlerverschraubung bewegt der Werker (40) durch Handsteuerung die Hilfsvorrichtung (9) und den gekoppelten Industrieroboter (3) aus der in 1 gezeigten Ruhestellung (39) in die Arbeitsstellung gemäß 2 an dem in die Arbeitsstation (1) eingeführten Werkstück (5). Hierbei wird die Hilfsvorrichtung (9) mit dem Motor (10) in funktionalen, drehschlüssigen Eingriff gebracht. Der Industrieroboter (3) nimmt dabei eine kollisionsfreie Rückzugposition ein. Anschließend dockt der Werker (40) das Prozesswerkzeug (4) an der Bezugsstelle bzw. Gehäuseöffnung (8) an, in dem er im vorbeschriebenen Handführmodus das Prozesswerkzeug (4) bewegt und das Fixiermittel (27) in die Gehäuseöffnung (8) einführt und betätigt. Der Werker (40) lässt dann das Prozesswerkzeug (4) los, was detektiert wird, sodass anschließend der Arbeits- oder Schraubprozess starten und voll automatisch ablaufen kann. Das besagte Andocken und der Schraubprozess können bei ruhendem Werkstück (5) oder bei in Transporterrichtung (41) bewegtem Werkstück (5) ”on the fly” durchgeführt werden.To carry out the shown converter screwing, the worker moves ( 40 ) by hand control the auxiliary device ( 9 ) and the coupled industrial robot ( 3 ) from the in 1 shown rest position ( 39 ) in the working position according to 2 at the workstation ( 1 ) introduced workpiece ( 5 ). Here, the auxiliary device ( 9 ) with the engine ( 10 ) brought in functional, rotational engagement. The industrial robot ( 3 ) assumes a collision-free retraction position. Then the worker docks ( 40 ) the process tool ( 4 ) at the reference point or housing opening ( 8th ), in which he uses the process tool in the above-described manual mode ( 4 ) and the fixative ( 27 ) in the housing opening ( 8th ) and actuates. The worker ( 40 ) then leaves the process tool ( 4 ), which is detected, so that then the working or screwing process can start and run fully automatically. The said docking and the screwing process can be performed when the workpiece is at rest ( 5 ) or in transporter direction ( 41 ) moving workpiece ( 5 ) Be carried out "on the fly".
Beim Arbeits- oder Schraubprozess führt der Industrieroboter (3) Bewegungen entlang einer programmierten Bahn durch. Falls das Werkstück (5) sich bei oder nach dem Andocken relativ zum Industrieroboter (3) bewegt, was durch die Führungseinrichtung (28) möglich ist, werden diese Relativbewegungen durch die Erfassungseinrichtungen (7) detektiert. Hierbei kann eine messtechnische Erfassung und Auswertung der Relativbewegung nach Richtung und Größe erfolgen. Die ermittelte Relativbewegung wird der programmierten Bahn des Industrieroboters (3) überlagert, sodass bei der Ausführung des Arbeits- und Schraubprozesses die Relativbewegungen kompensiert werden.During the working or screwing process, the industrial robot ( 3 ) Movements along a programmed path through. If the workpiece ( 5 ) during or after docking relative to the industrial robot ( 3 ), which is caused by the guiding device ( 28 ), these relative movements are detected by the detection devices ( 7 ) detected. In this case, a metrological detection and evaluation of the relative movement according to direction and size. The determined relative movement is the programmed path of the industrial robot ( 3 ) superimposed so that the relative movements are compensated in the execution of the working and screwing process.
Bei der in 2 bis 6 gezeigten Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung (7) in das Prozesswerkzeug (4) integriert. Sie weist daher eine Messeinrichtung (35) auf, die an einer Führungsachse (31, 32) der Führungsvorrichtung (28) angeordnet ist und dabei Bewegungen entlang der Führungsachse (31, 32) relativ zu einem Anschlag misst. Die Messeinrichtung (35) kann ein oder mehrere Sensoren aufweisen, die eine Bewegung entlang der besagten Führungsachse (31, 32) in einem übergeordneten Koordinatensystem aufnehmen und an die Robotersteuerung melden. Der Industrieroboter (3) ist ebenfalls in diesem Koordinatensystem referenziert.At the in 2 to 6 In the embodiment shown, the detection device ( 7 ) into the process tool ( 4 ) integrated. It therefore has a measuring device ( 35 ) on a guide axis ( 31 . 32 ) of the guiding device ( 28 ) is arranged while movements along the guide axis ( 31 . 32 ) relative to a stop. The measuring device ( 35 ) may comprise one or more sensors which move along said guide axis ( 31 . 32 ) in a higher-level coordinate system and report it to the robot controller. The industrial robot ( 3 ) is also referenced in this coordinate system.
Die Messeinrichtung (35) kann mehreren Führungsachsen (31, 32) zugeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Wandlerverschraubung genügt eine Zuordnung zu der Führungsachse (31), welche in Andockstellung tangential zu dem Wandlerrad ausgerichtet ist und die Suchachse für die Detektion der Schrauböffnung in Umfangsrichtung des Wandlerrads darstellt.The measuring device ( 35 ) can handle multiple axes ( 31 . 32 ). In the exemplary embodiment of the torque converter screw connection, an assignment to the guide axis is sufficient ( 31 ), which is aligned in docking position tangential to the transducer wheel and represents the search axis for the detection of the screw opening in the circumferential direction of the transducer wheel.
Zu Beginn des Arbeits- oder Schraubprozesses bewegt der Industrieroboter (3) den Endeffektor (21) zum Magazin (23), nimmt dort eine Schraube (24) auf und bewegt diese dann durch die Gehäuseöffnung (8) zum Wandlerrad und sucht durch mechanisches Tasten die Prozessstelle (6) bzw. die Schrauböffnung. Hierbei kann zunächst mit der aufgesteckten Schraube (24) die bereits vorhandene erste Schraube am Wandlerrad als Ausgangsstellung gesucht werden. Von dieser ersten Schraube aus ist die Position der benachbarten freien Schrauböffnung bekannt und kann schneller und einfacher angefahren werden. Sie kann alternativ direkt gesucht werden. Beim Suchen kann der taktile Industrieroboter (3) mechanische Widerstände durch eine bevorzugt integrierte und Belastungen aufnehmende Sensorik (20) erfassen und deren Lage über die Position der Roboterachsen (I–VII) beim Berührungskontakt detektierten. Mit einer entsprechenden Suchstrategie und einem im Such- oder Positioniermodus befindlichen Industrieroboter (3) können dadurch die Bezugsstellen oder Schrauböffnungen (6) bzw. die erste gesetzte Schraube taktil gesucht und gefunden werden. Anschließend kann der Schraubantrieb (22) eingeschaltet werden und die Schraube (24) eindrehen, wobei etwaige kleinere Positionsfehler durch den Industrieroboter (3) detektiert und noch ausgeglichen werden können.At the beginning of the working or screwing process, the industrial robot ( 3 ) the end effector ( 21 ) to the magazine ( 23 ), there takes a screw ( 24 ) and then moves them through the housing opening ( 8th ) to the transducer wheel and searches by mechanical keys the process station ( 6 ) or the screw hole. This can be done first with the attached screw ( 24 ) the existing first screw on the transducer wheel are searched as the starting position. From this first screw, the position of the adjacent free screw opening is known and can be approached faster and easier. It can alternatively be searched directly. When searching, the tactile industrial robot ( 3 ) mechanical resistances by a preferably integrated and load-absorbing sensors ( 20 ) and their position via the position of the robot axes ( I - VII ) detected at the touch contact. With an appropriate search strategy and an industrial robot located in the search or positioning mode ( 3 ), the reference points or screw openings ( 6 ) or the first set screw tactile searched and found. Subsequently, the screw drive ( 22 ) and the screw ( 24 ), whereby any minor position errors by the industrial robot ( 3 ) can be detected and still be compensated.
Zum Setzen der nächsten Schraube (24) wird diese in der vorbeschriebenen Weise mit dem Endeffektor (21) aufgenommen und vorpositioniert. Das Wandlerrad wird mit der angetriebenen Dreheinrichtung (9) um einen definierten Winkel weitergedreht, was vollautomatisch über die Robotersteuerung oder über manuelle Bedienung durch den Werker (40) erfolgen kann. Die zweite Schraube (24) wird dann in der vorbeschriebenen Weise nach Suchen der Schrauböffnung eingesetzt und angezogen. Dieser Vorgang wiederholt sich für alle restlichen Schraubstellen.To set the next screw ( 24 ) this is in the manner described above with the end effector ( 21 ) and prepositioned. The transducer wheel is driven by the driven rotator ( 9 ) rotated further by a defined angle, which is fully automatic via the robot control or via manual operation by the operator ( 40 ). The second screw ( 24 ) is then used in the manner described above to search the screw hole and tightened. This process is repeated for all remaining screw points.
Falls es durch die Dreheinrichtung (9) zu Relativbewegungen des Werkstücks (5) gegenüber dem in Position verharrenden Industrieroboter (3) kommen sollte, werden diese mit der beschriebenen Erfassungseinrichtung (7) detektiert, sodass die programmierte Bahn für die Suchfahrt des Industrieroboters (3) entsprechend korrigiert werden kann.If it is due to the turning device ( 9 ) to relative movements of the workpiece ( 5 ) relative to the stationary in position industrial robot ( 3 ), these are recorded with the described detection device ( 7 ) so that the programmed path for the search run of the industrial robot ( 3 ) can be corrected accordingly.
Nach Beendigung des Arbeits- und Schraubprozesses greift der Werker (40) erneut das Prozesswerkzeug (4) und löst das Fixiermittel (27). Der Industrieroboter (3) ist dabei in den Betriebsmodus der Handführung geschaltet. Anschließend kann der Industrieroboter (3) in die beschriebene Rückzugsstellung durch Handführung des Werkers (40) oder durch programmierte Eigenbewegung gebracht werden.After completion of the working and screwing process, the worker ( 40 ) again the process tool ( 4 ) and dissolves the fixative ( 27 ). The industrial robot ( 3 ) is switched to the operating mode of the manual control. Subsequently, the industrial robot ( 3 ) in the described retreat position by manual guidance of the worker ( 40 ) or by programmed self-motion.
Eine Variante der Erfassungseinrichtung (7) ist in 1 dargestellt. Sie weist ein externes Kamerasystem (34) auf, welches auf das besagte übergeordnete Koordinatensystem referenziert ist. Das Kamerasystem (34) kann sich an der Transportvorrichtung (37) befinden. Es kann alternativ an anderer und bekannter Position im Raum, insbesondere an der Trageinrichtung (36) stationär oder ggf. kontrolliert beweglich angeordnet sein. Das Werkstück (5) kann eine oder mehrere Markierungen (42) im Sichtbereich des Kamerasystems (34) aufweisen. Die Markierung(en) (42) haben eine bekannte Position am Werkstück (5). Hierüber kann das Kamerasystem (34) die Ist-Position des Werkstücks (3) und evtl. Relativbewegungen räumlich und mit allen sechs Raumachsen detektieren und messtechnisch auswerten. Die Ableitung der Bahnkorrektur kann in der vorbeschriebenen Weise erfolgen.A variant of the detection device ( 7 ) is in 1 shown. It has an external camera system ( 34 ), which is referenced to said parent coordinate system. The camera system ( 34 ) can be attached to the transport device ( 37 ) are located. It may alternatively at another and known position in space, in particular at the support device ( 36 ) be arranged stationary or possibly controlled movable. The workpiece ( 5 ) one or more markers ( 42 ) in the field of view of the camera system ( 34 ) exhibit. The marking (s) ( 42 ) have a known position on the workpiece ( 5 ). Over this the camera system ( 34 ) the actual position of the workpiece ( 3 ) and possibly relative movements spatially and with all six spatial axes detect and evaluate metrologically. The derivation of the path correction can be done in the manner described above.
Die Arbeitsstation (1) weist die vorerwähnte und bevorzugt portalartige Trageinrichtung (36) sowie das vorgenannte Fördermittel (12) für ein oder mehrere Werkstücke (5) auf. Die Arbeitsstation (1) kann in eine Fertigungslinie mit einer Reihe von mehreren Arbeitsstationen integriert sein.The workstation ( 1 ) has the aforementioned and preferred portal-like support device ( 36 ) and the above-mentioned funding ( 12 ) for one or more workpieces ( 5 ) on. The workstation ( 1 ) can be integrated into a production line with a number of multiple workstations.
Die Arbeitsvorrichtung (2) kann flexibel und für unterschiedliche Arten oder Typen von Werkstücken, z. B. unterschiedliche Motor/Getriebe-Kombinationen ausgebildet sein, die durch Ablesen eines Codes, z. B. Barcodes, durch Information von einer übergeordneten Steuerung oder auf andere Weise identifiziert werden. Das Programm des Industrieroboters (3) und evtl. andere Komponenten der Arbeitsvorrichtung (2) werden entsprechend adaptiert. Das Prozesswerkzeug (4) kann ebenfalls adaptierbar sein, z. B. durch Erweiterung der Führungsachsen (31, 32). Es kann ggf. an einem Magazin gewechselt werden.The working device ( 2 ) can be flexible and for different types or types of workpieces, eg. B. different motor / gearbox combinations may be formed by reading a Codes, eg. As barcodes are identified by information from a higher-level controller or otherwise. The program of the industrial robot ( 3 ) and possibly other components of the working device ( 2 ) are adapted accordingly. The process tool ( 4 ) may also be adaptable, e.g. B. by extension of the guide axes ( 31 . 32 ). It may possibly be changed on a magazine.
Der Industrieroboter (3) weist mehrere, z. B. drei, vier oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Glieder (14, 15, 16, 17) auf. Die Glieder (14, 15, 16, 17) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen I–VII miteinander und mit einem Sockel verbunden. Der Sockel kann einen in 5 gezeigten Anschluss für Betriebsmittel haben. Es ist ferner möglich, dass einzelne Glieder (16, 16) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse verdrehbar, ausgebildet sind.The industrial robot ( 3 ) has several, z. B. three, four or more, movable and interconnected links ( 14 . 15 . 16 . 17 ) on. The limbs ( 14 . 15 . 16 . 17 ) are preferably articulated and about rotating robot axes I - VII connected to each other and to a pedestal. The pedestal can have a in 5 have shown connection for resources. It is also possible that individual members ( 16 . 16 ) are in several parts and in itself movable, in particular rotatable about the longitudinal axis, are formed.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter (3) als Gelenkarm- oder Knickarmroboter ausgebildet und weist sieben angetriebene Achsen bzw. Bewegungsachsen I–VII auf. Die Achsen I–VII sind mit der Robotersteuerung verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Das abtriebsseitige Endglied (17) des Roboters (3) ist z. B. als Roboterhand ausgebildet und weist das um eine Drehachse (19) drehbare Abtriebselement (18), z. B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Drehachse (19) bildet die letzte Roboterachse VII. Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (18) und ggf. andere Roboterglieder (14, 15, 16, 17) können eine oder mehrere Leitungen für Betriebsmittel, z. B. Leistungs- und Signalströme, Fluide etc. geführt sein und am Flansch (18) nach außen treten sowie zum Prozesswerkzeug (4) geführt sein.In the illustrated embodiment, the industrial robot ( 3 ) designed as Gelenkarm- or articulated robot and has seven driven axles or axes of movement I - VII on. The axes I - VII are connected to the robot controller and can be controlled and possibly regulated. The output end member ( 17 ) of the robot ( 3 ) is z. B. formed as a robot hand and has that about a rotation axis ( 19 ) rotatable output element ( 18 ), z. B. an output flange on. The axis of rotation ( 19 ) forms the last robot axis VII , By a possibly hollow output element ( 18 ) and possibly other robot members ( 14 . 15 . 16 . 17 ) can one or more lines for resources such. B. power and signal currents, fluids, etc. and on the flange ( 18 ) and the process tool ( 4 ).
Der Industrieroboter (3) weist ein mit dem Untergrund, insbesondere der Transportvorrichtung (37), über einen Sockel verbundenes Basisglied (14) und das vorerwähnte Endglied (17) sowie zwei Zwischenglieder (15, 16) auf. Die Zwischenglieder (15, 16) sind mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen (III) und (V) ausgebildet. Die Zahl der Zwischenglieder (15, 16) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (15, 16) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Glieder (14, 15, 16, 17) können eine gerade oder gemäß 7 abgewinkelte Form haben. Der Industrieroboter (3) kann gemäß 1 und 2 hängend oder alternativ stehend angeordnet sein.The industrial robot ( 3 ) has a with the substrate, in particular the transport device ( 37 ), pedestal-connected base member ( 14 ) and the aforesaid end member ( 17 ) and two intermediate links ( 15 . 16 ) on. The intermediate links ( 15 . 16 ) are multipart and rotatable by means of axes ( III ) and ( V ) educated. The number of intermediate links ( 15 . 16 ) may alternatively be smaller or larger. In a further modification, individual or all intermediate links ( 15 . 16 ) Be formed in rotation and without additional axis. The limbs ( 14 . 15 . 16 . 17 ) can be a straight or according to 7 have angled shape. The industrial robot ( 3 ) can according to 1 and 2 be arranged hanging or alternatively standing.
Die Roboterachsen I–VII weisen jeweils ein Achslager, z. B. Drehlager bzw. ein Gelenk, und einen hier zugeordneten und integrierten steuerbaren, ggf. regelbaren Achsantrieb, z. B. Drehantrieb, auf. Außerdem können die Roboterachsen I–VII eine steuer- oder schaltbare Bremse und die ggf. redundante Sensorik (20) haben. Die in 7 schematisch angedeutete Sensorik kann integriert sein und kann z. B. einen oder mehrere Sensoren an einer oder mehreren Roboterachsen (I–VII) aufweisen. Diese Sensoren können gleiche oder unterschiedliche Funktionen haben. Sie können insbesondere zum Erfassen von einwirkenden Belastungen, insbesondere von Momenten, ausgebildet sein. Sie können ferner Drehbewegungen und ggf. Drehpositionen detektieren. In einer anderen Ausführungsform kann eine solche mit der Robotersteuerung verbundene Sensorik am Industrieroboter (3) extern angebaut sein, z. B. am Abtriebselement (18) oder am Prozesswerkzeug (4).The robot axes I - VII each have a journal bearing, z. B. pivot bearing or a joint, and a here associated and integrated controllable, possibly adjustable final drive, z. B. rotary drive, on. In addition, the robot axes I - VII a controllable or switchable brake and possibly redundant sensor technology ( 20 ) to have. In the 7 schematically indicated sensors can be integrated and can, for. B. one or more sensors on one or more robot axes ( I - VII ) exhibit. These sensors can have the same or different functions. They can be designed in particular for detecting acting loads, in particular moments. You can also detect rotational movements and possibly rotational positions. In another embodiment, such a sensor connected to the robot controller on the industrial robot ( 3 ) be grown externally, z. B. on the output element ( 18 ) or on the process tool ( 4 ).
Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I–VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (18) des Endglieds (17) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.The aforesaid force control or force control of the robot axes ( I - VII ) refers to the effect on the output element ( 18 ) of the end member ( 17 ) as well as on the reaction forces acting there. Robot-internally, a torque control or torque control takes place on the rotating axes or axle drives.
Der Industrieroboter (3) kann für die MRK-Tauglichkeit eine oder mehrere nachgiebige Achsen (I–VII) bzw. nachgiebige Achsantriebe mit einer Nachgiebigkeitsregelung haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann eine reine Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positions- und einer Kraftregelung sein. Eine solche nachgiebige Achse vermeidet Unfälle mit Personen und Crashs mit Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall unverhergesehener Kollisionen. Sie kann andererseits in verschiedener Hinsicht für den Arbeitsprozess vorteilhaft genutzt werden.The industrial robot ( 3 ) can be one or more compliant axes for MRK fitness ( I - VII ) or yielding axle drives with a compliance control have. The compliance control can be a pure force control or a combination of a position and a force control. Such a compliant axle avoids accidents with persons and crashes with objects in the work area due to force limitation and possibly standstill or resilient deflection in the event of unforeseen collisions. On the other hand, it can be used advantageously in various ways for the work process.
Einerseits kann die ggf. federnde Ausweichfähigkeit des Industrieroboters (3) zum Heranführen und Positionieren bzw. Andocken des Prozesswerkzeugs (4) am Werkstück (5) sowie zum manuellen Teachen und Programmieren benutzt werden. Über eine Belastungserfassung mit der Robotersensorik an den Achsen (I–VII) kann außerdem das Suchen und Finden der Arbeitsposition des Prozesswerkzeugs (3) am Werkstück (5) unterstützt und erleichtert werden. Auch Winkelfehler in der Relativstellung der Glieder (14, 15, 16, 17) können detektiert und bedarfsweise korrigiert werden. Eine oder mehrere nachgiebige Achsen sind außerdem zum Nachführen des Prozesswerkzeugs (3) entsprechend des Vorschubs vorteilhaft. Der Industrieroboter (3) kann außerdem bedarfsweise eine definierte Andrück- oder Zugkraft aufbringen. In den verschiedenen Fällen kann auch eine Gewichtskompensation erfolgen.On the one hand, the possibly resilient evasion capability of the industrial robot ( 3 ) for bringing and positioning or docking the process tool ( 4 ) on the workpiece ( 5 ) as well as for manual teaching and programming. About a load detection with the robot sensors on the axles ( I - VII ) can also search and find the working position of the process tool ( 3 ) on the workpiece ( 5 ) are supported and facilitated. Also angle errors in the relative position of the links ( 14 . 15 . 16 . 17 ) can be detected and corrected as needed. One or more compliant axes are also used to track the process tool ( 3 ) according to the feed advantageous. The industrial robot ( 3 ) can also apply as needed a defined pressing or pulling force. In the different cases, a weight compensation can also take place.
Der dargestellte Industrieroboter (3) kann als Leichtbauroboter ausgebildet sein und aus leichtgewichtigen Materialien, z. B. Leichtmetallen und Kunststoff bestehen. Er hat auch eine kleine Baugröße. Das in seiner Konstruktion und Funktion vereinfachte Prozesswerkzeug (3) hat ebenfalls ein geringes Gewicht.The illustrated industrial robot ( 3 ) can be designed as a lightweight robot and off lightweight materials, eg. B. light metals and plastic. He also has a small size. The process tool simplified in its construction and function ( 3 ) also has a low weight.
Der Industrieroboter (3) mit seinem Prozesswerkzeug (4) ist dadurch insgesamt leichtgewichtig und kann ohne größeren Aufwand transportiert und von einem Einsatzort zum anderen verlegt werden. Das Gewicht von Industrieroboter (3) und Prozesswerkzeug (3) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen. Durch die Möglichkeit des manuellen Teachens kann die Arbeitsvorrichtung (2) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Prozesse angepasst werden.The industrial robot ( 3 ) with his process tool ( 4 ) is thus lightweight overall and can be transported without much effort and moved from one location to another. The weight of industrial robots ( 3 ) and process tool ( 3 ) can be less than 50 kg, in particular about 30 kg. Due to the possibility of manual teaching, the working device ( 2 ) can be quickly and easily programmed, put into operation and adapted to different processes.
Der programmierbare Industrieroboter (3) ist mit einer internen oder externen Robotersteuerung verbunden, an die auch die Erfassungseinrichtung (7), die Transportvorrichtung (37) und die Hilfsvorrichtung (9) angeschlossen sein können. Die Robotersteuerung weist eine Recheneinheit, einen oder mehrere Speicher für Daten oder Programme sowie Eingabe- und Ausgabeeinheiten auf. Die Robotersteuerung kann prozessrelevante Daten, z. B. Sensordaten, speichern und für eine Qualitätskontrolle und -sicherung protokollieren.The programmable industrial robot ( 3 ) is connected to an internal or external robot controller, to which also the detection device ( 7 ), the transport device ( 37 ) and the auxiliary device ( 9 ) can be connected. The robot controller has a computing unit, one or more memories for data or programs as well as input and output units. The robot controller can process-relevant data, eg. For example, sensor data, store and log for quality control and assurance.
Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen können die Merkmale der Ausführungsbeispiele und Ihrer Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert und auch ausgetauscht werden.Variations of the embodiments shown and described are possible in various ways. On the one hand, the features of the embodiments and their modifications can be arbitrarily combined with each other and also replaced.
Der Industrieroboter (3) kann ggf. eine oder mehrere positionsgesteuerte Roboterachsen ohne Kraftsteuerung bzw. -regelung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu der bevorzugten, in ein oder mehrere Glieder (14, 15, 16, 17) integrierten Sensorik (20), kann eine extern am Roboter (3) oder am Prozesswerkzeug (4) angeordnete Senorik eingesetzt werden. Diese kann z. B. Sensoren aufweisen, die berührungslos Gegenstände im Roboterarbeitsbereich erfassen. Dies können beispielsweise kapazitive oder induktive Sensoren sein. Die MRK-Tauglichkeit kann durch eine andere Roboterausbildung, z. B. mit der vorgenannten externen Sensorik, einer optischen Arbeitsbereichsüberwachung oder auf andere Weise erreicht werden.The industrial robot ( 3 ) may optionally have one or more position-controlled robot axes without force control. Alternatively or in addition to the preferred, into one or more members ( 14 . 15 . 16 . 17 ) integrated sensors ( 20 ), an external on the robot ( 3 ) or on the process tool ( 4 ) arranged Senorik be used. This can, for. B. sensors that detect non-contact objects in the robot working area. These can be, for example, capacitive or inductive sensors. The MRK fitness can be improved by another robot training, z. B. with the aforementioned external sensors, an optical work area monitoring or otherwise achieved.
Der Industrieroboter (3) kann ferner eine andere Zahl und Ausbildung seiner Glieder und Roboterachsen haben. Er kann eine beliebige Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen Roboterachsen mit entsprechenden Achsantrieben besitzen.The industrial robot ( 3 ) may also have a different number and design of its links and robot axes. It can have any number and combination of rotary and / or translatory robot axes with corresponding axis drives.
Die Ausbildung und Funktion des Prozesswerkzeugs (4), insbesondere des Endeffektors (21) und des Fixiermittels (27), können variieren.The training and function of the process tool ( 4 ), in particular the end effector ( 21 ) and the fixing agent ( 27 ), may vary.
Die Arbeitsvorrichtung (2) kann zwei oder mehr Industrieroboter (3) aufweisen, die ggf. kooperieren. Die Bezugsstelle (8) für den durchzuführenden Arbeitsprozess kann in anderer Weise ausgebildet sein, z. B. als Anschlag. Auch die Arbeits- oder Prozessstelle (6) kann eine andere Lage und Ausbildung am Werkstück (5) haben. Sie kann auch mehrfach vorhanden sein. Die Hilfsvorrichtung (9) kann ebenfalls abgewandelt werden, wobei sie z. B. eine Bewegungseinrichtung mit einer anderen, insbesondere linearen, Kinematik sein kann. Eine Hilfsvorrichtung (9) kann mehrfach vorhanden sein. Sie kann außerdem entfallen.The working device ( 2 ), two or more industrial robots ( 3 ), which cooperate if necessary. The reference point ( 8th ) for the work process to be performed may be formed in another way, for. B. as a stop. The work or process station ( 6 ) can be a different position and training on the workpiece ( 5 ) to have. It can also be present several times. The auxiliary device ( 9 ) can also be modified, wherein z. B. may be a movement device with another, in particular linear, kinematics. An auxiliary device ( 9 ) can be present several times. It can also be omitted.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Arbeitsstationworkstation
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22
-
Arbeitsvorrichtungworking device
-
33
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Roboter, taktiler Roboter, LeichtbauroboterRobots, tactile robots, lightweight robots
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44
-
Prozesswerkzeug, Fügewerkzeug, SchrauberProcess tool, joining tool, screwdriver
-
55
-
Werkstückworkpiece
-
66
-
Arbeitsstelle, ProzessstelleJob, process office
-
77
-
Erfassungseinrichtungdetector
-
88th
-
Gehäuseöffnung, BezugsstelleHousing opening, reference point
-
99
-
Hilfsvorrichtung, DreheinrichtungAuxiliary device, rotating device
-
1010
-
Werkstückteil, MotorWorkpiece part, motor
-
1111
-
Werkstückteil, AutomatikgetriebeWorkpiece part, automatic transmission
-
1212
-
Fördermittel für WerkstückConveyor for workpiece
-
1313
-
Aufhängungsuspension
-
1414
-
Glied, BasisgliedLimb, base member
-
1515
-
Glied, ZwischengliedLink, link
-
1616
-
Glied, ZwischengliedLink, link
-
1717
-
Glied, Endglied, HandLimb, end member, hand
-
1818
-
Abtriebselement, Abtriebsflansch, DrehflanschOutput element, output flange, rotary flange
-
1919
-
Drehachseaxis of rotation
-
2020
-
Sensoriksensors
-
2121
-
Endeffektor, SchraubspindelEnd effector, screw spindle
-
2222
-
Antrieb, SchraubantriebDrive, screw drive
-
2323
-
Magazinmagazine
-
2424
-
Arbeitsmittel, SchraubeWork equipment, screw
-
2525
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Roboteranschlussrobot connection
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2626
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Gestell, GehäuseFrame, housing
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2727
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Fixiermittel, SpannvorrichtungFixing agent, clamping device
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2828
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Führungsvorrichtungguiding device
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2929
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Führungselement, SchlittenführungGuide element, slide guide
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3030
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Führungselement, SchlittenführungGuide element, slide guide
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3131
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Führungsachseguide axis
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3232
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Führungsachse, ZustellachseGuide axle, infeed axle
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3333
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Bedieneinrichtung, GriffOperating device, handle
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3434
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Kamerasystemcamera system
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3535
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Messeinrichtung an FührungsachseMeasuring device at guide axis
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3636
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Trageinrichtung, PortalCarrying device, portal
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3737
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Transportvorrichtungtransport device
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38 38
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Koppelungcoupling
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3939
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Ruhestellungrest position
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4040
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Werkerimprovement
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4141
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Förderrichtungconveying direction
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4242
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Markierung, BezugsstelleMarking, reference
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I–VIII-VII
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Achse von RoboterAxis of robot
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DD 112009000506 T5 [0003] DD 112009000506 T5 [0003]
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DE 10313464 B3 [0004] DE 10313464 B3 [0004]
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DE 102007014023 A1 [0005, 0006, 0041] DE 102007014023 A1 [0005, 0006, 0041]
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DE 102007063099 A1 [0006, 0041] DE 102007063099 A1 [0006, 0041]
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DE 102007028758 B4 [0006, 0041] DE 102007028758 B4 [0006, 0041]
