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Die Erfindung betrifft eine Prozesseinrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus der Praxis sind Prozesseinrichtungen bekannt, bei denen ein programmierbarer Industrieroboter mit einem Prozesswerkzeug einen Prozess an einem Werkstück ausführt, das von einem Werkstückhalter in einer vorgegebenen Position gehalten wird. Der programmierbare Industrieroboter hat einen begrenzten Arbeitsbereich. Zu dessen Vergrößerung ist es bekannt, den Roboter auf eine Zusatzachse, insbesondere eine Fahrachse, zu setzen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Prozesstechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch. Die beanspruchte Prozesstechnik, d.h. die Prozesseinrichtung, das Prozessverfahren sowie der Werkzeughalter haben verschiedene Vorteile.
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Der Industrieroboter kann seinen Arbeitsbereich vergrößern, indem er die beweglich und arretierbar am Gestell geführte Werkstückaufnahme mit den ein oder mehreren Werkstücken verstellt, insbesondere verschiebt und/oder verschwenkt, und in der neuen Position arretiert.
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Bei der Verstellung wird die Lage der Werkstückaufnahme und des oder der Werkstücke relativ zum Industrieroboter geändert, sodass Werkstückbereiche in dessen Arbeitsbereich gelangen, die vorher außerhalb lagen und nicht erreichbar waren. Der programmierbare Industrieroboter braucht hierfür seine Position nicht zu ändern.
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Die Arretierung bewirkt eine Sicherung der neuen Position der Werkstückaufnahme, die auf beliebig geeignete Weise erreicht werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Arretierung durch Formschluss und/oder durch Kraftschluss, insbesondere Reibschluss oder Klemmschluss. Die Arretierung kann vorzugsweise geöffnet und geschlossen oder auf andere Weise deaktiviert und aktiviert werden.
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Bei einer Betätigung der Stell- und Arretiereinrichtung durch den Industrieroboter kann dieser sowohl die Verstellung, als auch die Arretierung der Werkstückaufnahme bewirken. Er kann die Arretierung für die Verstellung der Werkstückaufnahme lösen oder öffnen und in deren neuer Position wieder schließen. In seiner Robotersteuerung kann hierfür ein entsprechendes Programm gespeichert sein. Eigenständig angetriebene und gesteuerte Zusatzeinrichtungen für Verstellung und/oder Arretierung können entbehrlich sein.
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Die Verstellung und Bewegung der Werkstückaufnahme durch den programmierbaren Industrieroboter erfolgt gesteuert und kontrolliert, wobei die neue räumliche Position der Werkstückaufnahme über die Roboterpositionen bzw. die Roboterbewegung und den Verstellweg, insbesondere den bei der Verstellung vom Tool-Center-Point (TCP) zurückgelegten Verstellweg, detektiert wird. Alternativ kann hierfür eine separate Messeinrichtung vorhanden sein, die mit einer verantwortlichen Steuerung, insbesondere der Robotersteuerung, verbunden ist.
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Die Stell- und Arretiereinrichtung vereint vorzugsweise beide Funktionen der Verstellung bzw. der Mitnahmemöglichkeit durch den Roboter und der lösbaren Arretierung in einer Vorrichtung. Alternativ sind getrennte Vorrichtungen möglich.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Betätiger, vorzugsweise ein Schwenkhebel, vorhanden, an dem der Industrieroboter mit seinem Prozesswerkzeug und/oder einem Hilfswerkzeug zur Betätigung angreifen kann. Der Betätiger kann hierfür ein adaptiertes Angriffselement, z.B. einen Hebelkopf, aufweisen, das für einen formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Angriff des Prozesswerkzeugs und/oder Hilfswerkzeugs passend ausgebildet ist. Ein Hilfswerkzeug kann bedarfsweise vorhanden sein, wobei es am Prozesswerkzeug oder an anderer Stelle angeordnet sein kann.
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Die Arretierung des Betätigers, insbesondere Schwenkhebels, kann selbsttätig nach Loslassen des Industrieroboters oder durch eine aktive Roboterbewegung erfolgen. In einer besonders einfachen Ausführung greift hierfür am Betätiger ein Rückstellelement, insbesondere eine Feder, an. Die Arretierung kann in beliebig geeigneter Weise erfolgen, z.B. durch aufeinander abgestimmte formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenwirkende Arretierelemente am Betätiger und am Gestell des Werkstückhalters.
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Der programmierbare Industrieroboter kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet und angeordnet sein. Bevorzugt wird eine Ausbildung als taktiler Roboter, der durch eine zugeordnete und äußere Belastungen aufnehmende Sensorik sensitive Eigenschaften hat. Diese können sowohl im Prozess, als auch bei der Verstellung und Arretierung der beweglichen Werkstückaufnahme eingesetzt werden. Hierüber können auch Prozess- oder Betätigungsschritte, z.B. die Einnahme der Arretierstellung des Betätigers, detektiert und verifiziert werden. Dies ist auch für die Qualitätssicherung von Vorteil.
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Der beanspruchte taktile Industrieroboter, vorzugsweise mit integrierter Sensorik, ist auch für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration geeignet und kann entsprechend ausgebildet sein. Er kann ferner als Leichtbauroboter mit niedrigem Gewicht und einem hohen Mobilitätsgrad ausgeführt sein.
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In einer besonders günstigen Ausführungsform ist der programmierbare Industrieroboter auf einem Fahrwagen angeordnet und kann mit diesem in eine vorgegebene Position gegenüber dem Werkstückhalter bewegt werden. Dies kann manuell oder mittels eines ggf. ferngesteuerten Antriebs erfolgen. In der eingenommenen Arbeitsposition kann ein taktiler Industrieroboter auf besonders einfache Weise von einem Bediener geteacht und mit seinem TCP von Hand an eine Bezugsstelle an einem Werkstück bewegt werden.
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Für eine bevorzugt stehende und ggf. auf einem Unterbau befindliche Anordnung des Industrieroboters ist eine aufrechte Stellung der Werkstückaufnahme mit vertikaler oder schräger Ausrichtung von Vorteil. Hierdurch können das oder die Werkstücke besonders günstig im Arbeitsbereich des Industrieroboter platziert werden.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: eine Prozesseinrichtung mit einem Werkstückhalter, mehreren Werkstücken und einem Industrieroboter in Seitenansicht,
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2: den Werkstückhalter von 1 in einer perspektivischen Frontansicht,
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3: den Werkstückhalter von 2 mit abgenommener Werkstückaufnahme,
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4: die Werkstückaufnahme in einer perspektivischen Rückansicht
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5: den Werkstückhalter in einem perspektivischen Schnittdarstellung und
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6: einen taktilen Industrieroboter in einer Streckstellung.
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Die Erfindung betrifft eine Prozesseinrichtung (1) und ein zugehöriges Verfahren. Die Erfindung betrifft ferner einen Werkstückhalter (2).
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Die Prozesseinrichtung (1) ist in 1 dargestellt. Sie weist einen Werkstückhalter (2) für ein Werkstück (3) und einen programmierbaren Industrieroboter (4) auf. Die genannten Komponenten können auch mehrfach vorhanden sein.
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Am Werkstückhalter (2) können ein oder mehrere Werkstücke (3) an einer Aufnahmefläche in beliebig geeigneter Weise aufgenommen und lösbar fixiert werden. Hierfür können z.B. Spannmittel (nicht dargestellt) vorhanden sein, welche steuerbar sind und von einer z.B. in (4) dargestellten nachführbaren Versorgung, z.B. einer Schleppkabelverbindung, mit Betriebsmitteln, insbesondere Steuersignalen und Energie, z.B. Druckluft, elektrischen Strom oder dgl. versorgt werden.
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Wie 1 bis 4 verdeutlichen, weist der Werkstückhalter (2) ein Gestell mit einer daran beweglich und arretierbar geführten (10) Werkstückaufnahme (9) und mit einer Stell- und Arretiereinrichtung (13) auf. Das Gestell (8) ist vorzugsweise stationär angeordnet und kann flurgebunden sein.
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Die Werkstückaufnahme (9) ist z.B. plattenartig ausgebildet und ist am Gestell (8) in einer oder mehreren Bewegungsachsen beweglich gelagert und geführt. Der Werkstückhalter (2) weist hierfür eine einachsige oder mehrachsige Führung (10) zwischen dem Gestell (8) und der Werkstückaufnahme (9) auf. Die Führung (10) kann eine oder mehrere translatorische und/oder rotatorische Führungsachsen aufweisen. Vorzugsweise ist die Führung (10) als einachsige oder mehrachsige Linearführung ausgebildet.
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Wie 3 und 4 verdeutlichen, weist die z.B. einachsige lineare Führung (10) ein oder mehrere Führungselemente (11) an der Werkstückaufnahme (9), vorzugsweise an deren Rückseite, sowie ein oder mehrere Führungselemente (12) am Gestell und an dessen in 3 gezeigter Stützplatte (8') auf. Die Führungselemente (11) sind z.B. als Schienen und die gestellfesten Führungselemente (12) als Gleit- oder Rolllager für die Schienen ausgeführt. Die Anordnung kann auch umgedreht sein. Zudem können die Führungselemente (11, 12) in beliebig anderer Weise ausgebildet sein.
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Durch die Führung (10) ist die Werkstückaufnahme (9) horizontal und in den in 2 und 5 mit Pfeilen gezeigten Richtungen für eine Seitenverstellung verschieblich am Gestell (8) gelagert und geführt. Zusätzlich kann die Führung (10) z.B. eine aufrechte Schiebeführung für eine Höhenverstellung oder eine Schwenklagerung für eine Kippverstellung nach hinten aufweisen. Eine solche Schiebe- oder Schwenklagerung wäre zwischen der Stützplatte (8') und dem Gestell (8) angeordnet.
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Der Industrieroboter (4) ist dazu vorgesehen und ausgebildet, die Werkstückaufnahme (9) mit dem oder den Werkstück(en) (3) zur Vergrößerung seines Arbeitsbereiches zu verstellen und zu arretieren. Dies erfolgt durch die roboterseitige Betätigung der Stell- und Arretiereinrichtung (13).
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Die Stell- und Arretiereinrichtung (13) hat eine Verstellfunktion und eine Arretierfunktion, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in einer einzigen Vorrichtung zusammengefasst sind. Alternativ kann die Stell- und Arretiereinrichtung (13) hierfür funktional und konstruktiv getrennte Vorrichtungen aufweisen, die ggf. nacheinander betätigt werden.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen zeigt die Stell- und Arretiereinrichtung (13) einen im Arbeitsbereich des Industrierobotors (4) befindlichen Betätiger (14) auf, der an der Werkstückaufnahme (9) angeordnet ist. Der Betätiger (14) ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen als Schwenkhebel ausgebildet. Er kann alternativ eine beliebige andere geeignete Ausbildung haben. Er befindet sich vorzugsweise am oberen Rand der Werkstückaufnahme (9).
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Der Betätiger (14) bildet mit der gezeigten kombinierten Funktion einerseits einen Mitnehmer, an dem der Industrieroboter (4) angreifen und damit die Werkstückaufnahme (9) entlang der Führung (10) ein- oder mehrachsig bewegen und verstellen kann. Der Betätiger (14) ist in der gezeigten Ausführungsform anderseits zugleich ein Arretiermittel, mit dem die Werkstückaufnahme (9) in der verstellten Position arretiert werden kann. Der Betätiger (14) kann vor dem Verstellen auch die in der Ausgangsposition bestehende Arretierung lösen.
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Der Industrieroboter (4) führt ein Prozesswerkzeug (5) und/oder ein Hilfswerkzeug (6), wobei er die Stell- und Arretiereinrichtung (13) insbesondere den Betätiger (14), mit dem Prozesswerkzeug (5) und/oder dem Hilfswerkzeug (6) betätigt. In 1 und 2 ist ein Prozesswerkzeug (5) dargestellt, an dem ein Hilfswerkzeug (6) angebaut ist. Alternativ kann auch auf das Hilfswerkzeug (6) verzichtet werden. In weiterer Variation kann der Industrieroboter (4) das Prozesswerkzeug (5) gegen ein anderes und eigenständiges Hilfswerkzeug (6) wechseln, was z.B. mittels einer automatischen Wechselkupplung möglich ist. Ferner ist es möglich, einen zweiten programmierbaren und z.B. gleichartigen Industrieroboter vorzusehen, wobei der eine Industrieroboter (4) ein Prozesswerkzeug (5) und der andere Industrieroboter ein Hilfswerkzeug (6) trägt.
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Der Industrieroboter (4) kann mit dem Prozesswerkzeug (5) einen beliebigen Prozess an den ein oder mehreren Werkstücken (3) an der Werkstückaufnahme (9) ausführen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist dies z.B. ein Schraub- oder Nietprozess, wobei das Prozesswerkzeug (5) als Schraub- oder Nietwerkzeug ausgebildet ist und z.B. einen axial vorstehenden schlanken Schrauben- oder Nietenhalter aufweist. Andere Prozesse können z.B. Montageprozesse, Fügeprozesse (Schweißen, Löten, Kleben, Clinchen etc.), Auftrage- oder Abtrageprozesse, Umformprozesse oder dgl. sein. Das Prozesswerkzeug (5) ist hierfür entsprechend geeignet ausgebildet.
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Der Betätiger (14) weist ein Angriffselement (18) auf, das für einen formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Angriff des Prozesswerkzeugs (5) und/oder des Hilfswerkzeugs (6) adaptiert ist. Ein kraftschlüssiger Angriff kann z.B. durch Klemmschluss oder Reibschluss erfolgen. Dies ermöglicht die Bedienung des Betätigers (14) mit dem vorhandenen Prozesswerkzeug (5) und/oder Hilfswerkzeug (6). Das Angriffselement (18) ist z.B. am oberen freien Ende des Betätigers (14), insbesondere Schwenkhebels, angeordnet. Es kann in beliebig geeigneter Weise, z.B. als verdickten Hebelkopf, ausgebildet sein.
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In der gezeigten Ausführungsform weist das Angriffselement (18) außenseitig eine oder mehrere Bohrungen auf. Dies können z.B. den Bohrungen im Werkstückmantel (3) für den genannten Schraub- oder Nietprozess entsprechen. 2 zeigt diese Bohrungsanordnungen an den Werkstücken (3).
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Bei der in 1 gestrichelt dargestellten Betätigungsstellung des Prozesswerkzeugs (5) kann der Industrieroboter (4) dessen Schrauben- oder Niethalter oder eine eventuell dort gehaltene Schraube oder Niet in die besagte Bohrung am Angriffselement (18) einführen und dadurch eine formschlüssige Verbindung mit dem Betätiger (14) herstellen. Mittels dieser formschllüssigen Verbindung kann der Industrieroboter (4) anschließend durch eine Seitenbewegung die Werkstückaufnahme (9) in der genannten Art bewegen und verstellen. Der Industrieroboter (4) kann ferner in den gezeigten Ausführungsbeispielen durch Angriff und Bewegung, z.B. Verschwenken, des Betätigers (14) die Arretierung lösen und ggf. wieder schließen.
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Die Schließstellung kann durch eine Rastung oder dergleichen fixiert werden, so dass sie bei Lösen des Industrieroboters (4) vom Betätiger (14) geschlossen bleibt. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist die Stell- und Arretiereinrichtung (13) ein Rückstellelement (15), z.B. in Form einer Feder, für den Betätiger (14) auf.
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Der Betätiger (14) ist als Schwenkhebel ausgebildet, dessen horizontales Lager (14') an der Oberkante der Werkstückaufnahme (9) durch einen Beschlag (8") befestigt ist. Der Schwenkhebel (14) weist zwei Arme auf, die in entgegengesetzten Richtungen vom zentralen Lager (14') abstehen. Der obere und ggf. zum frontseitigen Industrieroboter (4) hin geneigte Hebelarm trägt am Ende das Angriffsmittel (18). Der untere Hebelarm erstreckt sich an der Rückseite der Werkstückaufnahme (9) von deren Oberkante nach unten. Er ist mit dem Rückstellelement (15) verbunden, welches z.B. als Zugfeder zwischen dem Hebelarm und der Werkstückaufnahme (9) ausgebildet ist.
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Die Stell- und Arretiereinrichtung (13) weist ein Fixierelement (16) am Betätiger (14) und ein Fixierelement (17) am Gestell (8) auf. Die Fixierelemente (16, 17) können kraftschlüssig und/oder formschlüssig zusammenwirken. Sie können z.B. als Zahnklaue und Zahnleiste oder als Klemmbacke und Klemmleiste oder in anderer beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel des als Schwenkhebel ausgebildeten Betätigers (14) ist das Fixierelement (14) am äußeren Ende des unteren Hebelarms angeordnet. Dieser Hebelarm hintergreift die in 3 dargestellte Stützplatte (8') am Gestell (8). Das Fixierelement (17) ist in der in 5 gezeigten Weise an der Rückseite dieser Stützplatte (8') angeordnet.
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Zum Lösen der Arretierung in der Ausgangsstellung schwenkt der Industrieroboter (4) den Betätiger (14) gegen die rückstellende Kraft der Feder (15) und löst dabei die Eingriffstellung der Fixierelemente (16, 17). Wenn der Industrieroboter (4) in der Endposition den Betätiger (14) wieder freigibt, zieht die Feder (15) den Betätiger (14) in die Arretierstellung und bringt die Fixierelemente (16, 17) wieder in Eingriff.
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In der gezeigten und bevorzugten Anordnung gemäß 1 steht der Industrieroboter (4) vor der Werkstückaufnahme (9). Die Werkstückaufnahme (9) nimmt eine aufrechte Stellung mit vertikaler oder schräger Ausrichtung ein. Sie ist dabei z.B. etwas schräg nach hinten und vom Industrieroboter (4) weggeneigt. Der Industrieroboter (4) ist stehend auf dem Untergrund oder auf einem Unterbau (7) angeordnet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist der Unterbau (7) als lenkbarer und arretierbarer Fahrwagen ausgebildet. Er kann von einem Werker manuell bewegt und an der in 1 gezeigten Arbeitsposition durch Bremsen, ausfahrbare Stützfüße oder dgl. arretiert werden. Alternativ kann der Fahrwagen (7) einen motorischen und ggf. vom Bediener fernsteuerbaren Antrieb aufweisen. Der Unterbau (7) kann alternativ stationär angeordnet sein oder entfallen.
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Im Unterbau (7), insbesondere Fahrwagen, können Versorgungseinrichtungen für den Industrieroboter (4), z.B. eine Betriebsmittelversorgung für den Industrieroboter (4) und/oder dessen Werkzeug(e) (5, 6) angeordnet sein. Betriebsmittel können z.B. elektrische Signal- und/oder Leistungsströme, Fluide, insbesondere Druckluft, Hydrauliköl, Kühl- oder Schmiermittel oder dgl. sein. Die Betriebsmittelversorgung kann auch einen Energiespeicher, z.B. eine Batterie oder auch Anschlüsse für externe Leitungen für eine Betriebsmittelzufuhr aufweisen.
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Der Industrieroboter (4) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist er als taktiler Industrieroboter ausgebildet. Er ist ferner als Leichtbauroboter ausgeführt.
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Der programmierbare Industrieroboter (4) weist mehrere Roboterglieder (19–22) und mehrere Roboterachsen (I–VII) sowie eine Robotersteuerung (26) auf, welche die Roboterachsen (I–VII) und deren Achsantriebe steuert. Ferner beinhaltet der Industrieroboter (4) Sensoren an den Roboterachsen (I–VII) zur Detektion der Achspositionen und Achsbewegungen und der daraus sich ergebenden Roboterpositionen sowie TCP-Positionen.
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Die Positionierung der Werkstückaufnahme (9) und der ein oder mehreren Werkstücke (3) am Ende der Verstellbewegung und die Referenzierung dieser neuen Werkstücklage wird durch den Industrieroboter (4) vorgenommen. Aus den aufgenommenen Roboterpositionen, insbesondere TCP-Positionen, am Anfang und Ende der Verstellbewegung kann der Verstellweg errechnet und hierüber die neue Position des oder der Werkstücke (3) ermittelt werden. Der Industrieroboter (4) kann dadurch seinen Prozess an der neuen Werkstückposition sofort und ohne erneutes Einmessen fortsetzen. Das in der Robotersteuerung (26) gespeicherte Bahn- und Prozessprogramm ist entsprechend adaptiert. Alternativ können Messeinrichtungen für die Verstellbewegung an geeigneter Stelle, z.B. am Werkstückhalter (2), angeordnet und mit einer Steuerung, insbesondere der Robotersteuerung (26), verbunden sein.
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Der taktile Industrieroboter (4) weist mehrere, z.B. drei, vier oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Roboterglieder (19–22) auf. Er hat ferner mehrere, z.B. fünf, sechs, sieben oder mehr, angetriebene Roboterachsen (I–VII). Diese können rotatorisch und/oder translatorisch sein und in beliebiger Zahl und Kofiguration vorliegen. Die Roboterglieder (19–22) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen (I–VII) miteinander und mit einem Sockel verbunden. Der Sockel kann einen Anschluss für Betriebsmittel haben und kann ggf. die Robotersteuerung (26) aufnehmen. Es ist ferner möglich, dass einzelne Roboterglieder (20, 21) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse verdrehbar, ausgebildet sind.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter (4) als Gelenkarm- oder Knickarmroboter ausgebildet und weist sieben angetriebene Roboterachsen bzw. Bewegungsachsen (I–VII) auf. Die Roboterachsen (I–VII) sind mit der Robotersteuerung (26) verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Der Industrieroboter (4) hat vorzugsweise eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen (I–VII).
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Das abtriebsseitige Endglied (22) des Industrieroboters (4) ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist ein um eine Abtriebsachse (24) drehbares Abtriebselement (23), z.B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Abtriebsachse (24) bildet die letzte Roboterachse VII. Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (23) und ggf. andere Roboterglieder (19–22) können in einer internen Leitungsführung (27) eine oder mehrere Leitungen für Betriebsmittel, z.B. Leistungs- und Signalströme, Fluide etc. verlegt sein und am Abtriebselement (23) nach außen treten sowie zum Prozesswerkzeug (5) geführt sein.
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Der Industrieroboter (4) weist ein mit dem Untergrund bzw. Unterbau (7) über einen Sockel verbundenes Basisglied (19) und das vorerwähnte Endglied (22) sowie zwei Zwischenglieder (20, 21) auf. Die Zwischenglieder (20, 21) sind mehrteilig und in sich verdrehbar mittels Achsen (III) und (V) ausgebildet. Die Zahl der Zwischenglieder (20, 21) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (20, 21) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Roboterglieder (19–22) können eine gerade oder gemäß 6 abgewinkelte Form haben. Der Industrieroboter (4) kann gemäß 1 stehend oder alternativ in einer beliebigen anderen Lage, z.B. hängend angeordnet sein.
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Der taktile Industrieroboter (4) weist eine zugeordnete, vorzugsweise integrierte Sensorik (25) zur Erfassung von außen einwirkender mechanischer Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, auf. Die Sensorik (25) ist mit der Steuerung für den Prozess, vorzugsweise der Robotersteuerung (26), signaltechnisch verbunden. Sie ist vorzugsweise in den Industrieroboter (4), insbesondere in dessen Roboterglieder (19–22) integriert. Sie kann alternativ an anderer Stelle, z.B. an seinem Abtriebselement (11) oder am Prozesswerkzeug (5) angeordnet sein. Die Sensorik (25) kann einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Kraftsensoren und/oder Momentensensoren und ggf. Weg- oder Positionssensoren aufweisen.
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Die Roboterachsen (I–VII) weisen jeweils ein Achslager, z.B. ein 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 zugeordnete ggf. redundante Sensorik (25) zur Detektion von extern einwirkenden mechanischen Belastungen haben. Die in 6 schematisch angedeutete integrierte Sensorik (25) kann einen oder mehrere Sensoren an jeweils 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.
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Der Industrieroboter (4) kann eine oder mehrere nachgiebige Roboterachsen (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 Roboterachse (I–VII) ist für die Detektion der im Montageprozess auftretenden Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente in Verbindung mit der jeweils aktuellen Roboter- oder Achsposition einsetzbar und erlaubt eine prozessgerechte Reaktion auf evtl. Abweichungen der detektierten Werte von einer Vorgabe.
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Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I–VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (23) des Endglieds (22) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.
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Der taktile Industrieroboter (4) kann verschiedene Betriebsmodi mit unterschiedlichen Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten seiner Roboterachsen (I–VII) haben. Dies kann z.B. ein Handführmodus (z.B. zum Teachen), ein Positionier- oder Suchmodus und ein Steifigkeitsmodus sein. Zwischen den Betriebsmodi kann bedarfsweise umgeschaltet werden.
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Eine nachgiebige Roboterachse (I–VII) vermeidet ferner Unfälle mit Personen und Crashs mit Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall unverhergesehener Kollisionen. Der taktile Industrieroboter (4) kann dadurch auch für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK), z.B. bei einer Teilautomatisierung, eingesetzt werden. Der MRK-taugliche Industrieroboter (4) kann einen Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper oder anderen Hindernissen detektieren und hierauf reagieren. Er kann dabei z.B. stehen bleiben oder sich ggf. auch von der Kontaktstelle entfernen, insbesondere zurückbewegen. Für die Reaktion auf einen Berührungskontakt kann es unterschiedlich hohe Belastungs- und Reaktionsschwellen geben. Der taktile Industrieroboter (4) kann mit einem Werker in einem offenen Arbeitsbereich ohne Zaun oder andere Maschinengrenze zusammenarbeiten ohne diesen zu verletzen. Es kann dabei auch zu schmerzfreien Kontakten kommen.
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Der dargestellte, bevorzugt taktile Industrieroboter (4) kann als Leichtbauroboter ausgebildet sein und aus leichtgewichtigen Materialien, z.B. Leichtmetallen und Kunststoff bestehen. Er hat auch eine kleine Baugröße. Zudem kann er eine niedrige Tragkraft von z.B. 5 bis ca. 20 kg haben. Das in seiner Konstruktion und Funktion vereinfachte Prozesswerkzeug (5) hat ebenfalls ein geringes Gewicht. Der Industrieroboter (4) mit seinem Prozesswerkzeug (5) ist dadurch insgesamt leichtgewichtig. Das Gewicht von Industrieroboter (4) und Prozesswerkzeug (5) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen.
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Der Leichtbauroboter ist mit oder ohne Fahrwagen (7) hochmobil und kann ohne größeren Aufwand transportiert und von einem Einsatzort zum anderen verlegt werden. Durch die Möglichkeit des manuellen Teachens kann die Prozesseinrichtung (1) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Prozesse angepasst werden.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele und der vorgenannten Varianten beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden.
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Der Betätiger (14) kann eine andere Ausbildung und ggf. eine andere Kinematik haben. Das Angriffselement kann einen oder mehrere Vorsprünge aufweisen, an denen eine zangen- oder gabelartiges Element am Prozess- oder Hilfswerkzeug (5, 6) angreift. Variabel ist auch die Gestaltung von anderen Komponenten der Prozesseinrichtung (1) bzw. des Werkstückhalters (2), insbesondere der Führung (10), des Rückstellelements (15).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Prozesseinrichtung
- 2
- Werkstückhalter
- 3
- Werkstück
- 4
- Industrieroboter
- 5
- Prozesswerkzeug
- 6
- Hilfswerkzeug
- 7
- Unterbau
- 8
- Gestell von Werkstückhalter
- 8'
- Stützplatte
- 8"
- Beschlag
- 9
- Werkstückaufnahme
- 10
- Führung
- 11
- Führungselement, Schiene
- 12
- Führungselement, Lager
- 13
- Stell- und Arretiereinrichtung
- 14
- Betätiger, Stellhebel
- 14'
- Lager
- 15
- Rückstellelement, Feder
- 16
- Arretierelement, Zahnklaue, Klemmbacke
- 17
- Arretierelement, Zahnleiste, Klemmleiste
- 18
- Angriffselement
- 19
- Roboterglied, Basisglied
- 20
- Roboterglied, Zwischenglied
- 21
- Roboterglied, Zwischenglied
- 22
- Roboterglied, Endglied
- 23
- Abtriebselement
- 24
- Abtriebsachse
- 25
- Sensorik
- 26
- Robotersteuerung
- 27
- interne Leitungsführung
- I–VII
- Roboterachse
