DE3817117C2

DE3817117C2 -

Info

Publication number: DE3817117C2
Application number: DE19883817117
Authority: DE
Inventors: Ernst 8904 Friedberg De Zimmer; Markus 8900 Augsburg De Schmid
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-05-19
Publication date: 1992-10-08
Also published as: DE8817048U1; DE3817117A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Im Gebiet der Blechbearbeitung ist es bekannt, zur Pressenentsorgung das Werkstück mittels eines einzelnen Handhabungsgerätes aus der einen Presse zu entnehmen und in die benachbarte zweite Presse einzulegen. In einer Pressenstraße ist diese Anordnung mehrmals hintereinander vorgesehen.

Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Taktzeiten für den Transport zu hoch sind und deutlich über dem Pressentakt liegen.

Die DE-OS 34 45 003 zeigt eine Vorrichtung zur Pressenentsorgung mit einem einzelnen mehrachsigen Handhabungsroboter, der zur Vergrößerung seiner Reichweite auf einem Traghebel schwenkbar gelagert ist. Der Traghebel ist seinerseits um eine vertikale Achse drehbar gegen einen Grundkörper gelagert. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß es Totzeiten gibt und daß außerdem über die sich überlagernden Drehbewegungen des Roboters und des Traghebels ungünstige kinematische Bedingungen, insbesondere variierende Beschleunigungen für das Werkstück bestehen.

Aus der Literaturstelle DE-Z: "Werkstattechnik - Zeitschrift für industrielle Fertigung", 75, 1985, Nr. 2, Seiten 81-82 ist eine andere Vorrichtung zur Pressenentsorgung mit einem Doppelarmroboter bekannt. Beide Arme sitzen auf einem gemeinsamen Gestell und drehen sich um eine gemeinsame Grundachse. Demzufolge drehen beim Werkstücktransport beide Roboterarme gleichsinnig. Dabei müssen die Werkzeuge und Werkstücke auf einer ziemlich weit außenliegenden Bahn transportiert werden. Dies bringt Probleme mit der Kinematik, dem Gewicht und dem Massenträgheitsmoment mit sich.

Die französische Literaturstelle FR-Z.: "Le Nouvelle Automatisme", Mai 1975, Seiten 37-44, zeigt eine Montageanordnung für Staubsaugergehäuse mit zwei Robotern. Die beiden Roboter sind mit ihren Grundachsen auf einer gemeinsamen Schwinge um eine vertikale Mittelachse drehbar gelagert. Sie arbeiten einander zu, indem der eine Roboter Halte- und Spannaufgaben übernimmt, währen der zweite Roboter Teile montiert.

Aus der EP-00 66 014 ist eine weitere Vorrichtung zur Pressenentsorgung bekannt, die einen schwenkbaren Traghebel oder Propeller mit zwei endseitig angeordneten Handhabungsvorrichtungen zeigt. Der Traghebel oder Propeller dreht um die vertikale Mittelachse, wobei die beiden Handhabungsvorrichtungen auf dem Traghebel bzw. Propeller in der Horizontalen ein- und ausfahrbar gelagert sind. Für die Transportphase werden die Handhabungsvorrichtungen zur Propellerdrehachse hin eingezogen. Das Werkzeug und das Werkstück werden aber auch hier bezüglich der Drehbewegung außenseitig gehalten und haben damit einen gewissen Abstand von der Drehachse, was die eingangs erwähnten Probleme mit der Kinematik und den Kräften nach sich zieht.

Der DE-Prospekt der Firma Cloos, "Intelligente Cloos-Schweißroboter der Romat-Typenreihe", Romat 4/85 D-E, zeigt eine Schweißanordnung mit Portalrobotern. Hierbei sind zwei Roboter an einem gemeinsamen Portal und einer gemeinsamen Schiene längsverfahrbar angeordnet. Sie können dadurch gleichzeitig unterschiedliche Schweißaufgaben am Werkstück durchführen. Für die Pressenentsorgung ist eine solche Vorrichtung durch die stark eingeschränkte Kinematik nicht geeignet.

Aus dem DE-Prospekt der Firma Jungheinrich, "Industrie-Roboter - neue Technik mit Zukunft", 10/83 m ist ein mehrachsiger Industrie-Roboter für verschiedenste Einsatzzwecke, darunter auch den Transport von Werkstücken zwischen zwei benachbarten Bearbeitungsstationen bekannt. Für die Transportaufgaben wird ein einzelner Roboter eingesetzt. Für andere Aufgabenbereiche, z. B. Schweißaufgaben, zeigt der Prospekt auch den Einsatz zweier Roboter mit translatorischen Zusatzachsen, die einander zuarbeiten. Die Roboter sind dabei getrennt voneinander auf eigenen und räumlich distanzierten Schlittenführungen angeordnet. Dazwischen findet das zu schweißende Werkstück Platz.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Handhaben von Werkstücken aufzuzeigen, die es ermöglicht, die Taktzeit zu verkürzen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit dem Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruchs.

Mit den beiden getrennt voneinander gegenläufig arbeitenden Handhabungsrobotern wird die Taktzeit fast auf die Hälfte reduziert. Während der eine Roboter das Werkstück aus der einen Bearbeitungsstation entnimmt und in die benachbarte Station transportiert, kehrt der andere Roboter bereits leer zurück. Zugleich erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine Minimierung der Wegstrecken und der Fahrgeschwindigkeit.

Die beiden Roboter sind getrennt steuerbar, dabei jedoch in ihren Bewegungsabläufen gegenseitig angepaßt. Die beiden Roboter schwenken um ihre Grundachse aufeinander zu, so daß sie sich mit ihren Werkzeugen begegnen. Damit läßt sich eine optimale Bewegungsbahn hinsichtlich der Gewichtsverteilung sowie der Fahrgeschwindigkeit und der Wegstreckenlänge erzielen. Zugleich ist auch der Raumbedarf gering. Die beiden Roboter sind in den Bewegungsabläufen ihrer einzelnen Achsen dabei so aufeinander abgestimmt, daß die einzelnen Achsbewegungen einander überlagernd und im wesentlichen gleichmäßig ablaufen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Roboter zueinander spiegelbildlich gleiche Bewegungsbahnen aufweisen, die außerdem für Hin- und Rückweg gleich sind. Dies bedingt nur einen einmaligen Programmieraufwand für die Bewegungsbahn, der außerdem Off-Line programmiert werden kann. Die Gesamtbewegungsabläufe der beiden Roboter folgen dabei einer Hüllkurve, die eine gleichmäßige Bewegung gestattet und Kollisionen mit Sicherheit vermeidet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Handhaben, insbesondere Transportieren von Werkstücken läßt sich in Verbindung mit unterschiedlichsten Arten von Bearbeitungsstationen einsetzen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Pressenentsorgung und Verkettung.

Je nach Abstand der Bearbeitungsstationen und/oder anderer Arbeitsbedingungen, wie beispielsweise Ausweichraum, kann ein vergrößerter Arbeitsbereich der Roboter erforderlich sein. Hierzu werden die Roboter mit ihren Grundachsen verfahrbar auf einer gemeinsamen Schiebeführung angeordnet. Die Schiebeführung hat hierbei den Vorteil geringerer Fliehkräfte und niedrigerer Fahrgeschwindigkeiten als bei den vorbekannten Drehführungen. Sie gestattet auch eine leichtere Anpassung an unterschiedliche Stationsabstände und benötigt einen vergleichsweise kleinen freizuhaltenden Bewegungsraum der Handhabungsroboter, wobei auch die Unfallgefahr herabgesetzt ist. Desgleichen sind die Abstützungsprobleme mit auskragenden Lasten geringer.

Die Roboter verfügen über eine gemeinsame Schiebeführung. Sie ermöglicht mit einer entsprechenden Drehlagerung ein Verschwenken der Schiene, um vor den Bearbeitungsstationen Platz zu einem Werkzeugtausch oder sonstigen Wartungs- und Einstellarbeiten zu schaffen. Um eine innenseitige Begegnung der Roboter mit ihren Werkzeugen zu ermöglichen oder zu vereinfachen, kann die Schiebeführung auch quer zur Verbindungslinie zwischen den Bearbeitungsstationen angeordnet sein. Sofern zur Überbrückung des Abstandes zwischen den Bearbeitungsstationen ein Verfahren längs der Verbindungslinie notwendig ist, kann die gemeinsame Schiene beidseitig konvex gebogen sein.

Für Schiebeführungen auf schmalem Raum für minimalen Abstand der Roboter zueinander empfiehlt es sich, die Roboter mittels ihrer Laufwerke hängend an seitlichen Laufflächen entlang der Schiene(n) anzuordnen. Dies ermöglicht auch die Verwendung eines verlängerten Drehlagerzapfens und damit die Erzielung einer höheren Lagerstabilität.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1-5 Handhabungsvorrichtungen mit beweglich gelagerten Robotern in verschiedenen Variationen und Ansichten und

Fig. 6 den Bewegungsablauf eines Werkstückes und des robotergeführten Spannwerkzeuges zwischen zwei Bearbeitungsstationen.

In den Fig. 1-5 sind zwei benachbarte Bearbeitungsstationen (2, 3), hier in Form zweier Blechpressen, dargestellt, zwischen denen die Werkstücke (12), hier Bleche, mittels einer Handhabungsvorrichtung (1) transportiert werden. Im gezeigten Fall müssen die Bleche (12) auf der Bewegungsbahn außerdem um 180° gedreht werden. Fig. 6 zeigt einen entsprechenden Bewegungsablauf des Bleches (12) und der Spannvorrichtung (11), mittels der das Blech bewegt wird. Es wird vorzugsweise eine möglichst direkte und geradlinige Bewegungsbahn des Werkstückes (11) angestrebt. Eine ähnliche Bewegungsbahn ist aus der DE-OS 34 45 003 bekannt.

Die Handhabungsvorrichtung (1) besteht jeweils aus zwei Handhabungsrobotern (4, 5), die vorzugsweise mehrachsig ausgebildet sind. Sie besitzen zumindest eine vertikale Grundachse (6), um die sich der Grundkörper (7) des Handhabungsroboters (4, 5) drehen kann. Wie nachstehend weiter erläutert, ist die Grundachse (6) ihrerseits beweglich angeordnet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzen die Handhabungsroboter (4, 5) eine Schwinge (8), die um eine horizontale Achse gegenüber dem Grundkörper (7) schwenkbar ist, sowie einen Ausleger (9), der einerseits um eine ebenfalls horizontale Achse gegenüber der Schwinge (8) drehbar gelagert ist. Am vorderen Ende des Auslegers (9) befindet sich eine mehrachsig bewegliche Hand (10), an der ein Werkzeug (11), insbesondere eine Spannvorrichtung, zum Ergreifen des Werkstückes (12) befestigt ist.

Die beiden Handhabungsroboter (4, 5) teilen sich den Arbeitstakt. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1, wie auch in den anderen Figuren, hat der Handhabungsroboter (4) gerade ein Werkstück (12) aus der Bearbeitungsstation (2) entnommen und legt es nun in die Bearbeitungsstation (3) ein. Währenddessen ist der andere Handhabungsroboter (5) von der Bearbeitungsstation (3) nach Abgabe seines Werkstückes leer zurückgekehrt und steht an der Bearbeitungsstation (2) zur Aufnahme eines neuen Werkstückes bereit. Im nächsten Arbeitstakt transportiert der Handhabungsroboter (5) sein Werkstück zur Bearbeitungsstation (3), während der Handhabungsroboter (4) leer zurückkehrt.

Die Handhabungsroboter (4, 5) arbeiten damit gegenläufig. Sie verfügen jeweils über eine eigenständige Steuerung (nicht dargestellt). Sie sind in ihren Bewegungsabläufen mit ihrer Bahnsteuerung jedoch aufeinander angepaßt. Jeder Handhabungsroboter (4, 5) folgt mit seinem Werkzeug (11), insbesondere seinem Werkzeugmittelpunkt, auf Hin- und Rückweg zwischen den beiden Bearbeitungsstationen (2, 3) der gleichen Bewegungsbahn. Die beiden Bahnhälften sind hierbei spiegelsymmetrisch zur Verbindungslinie zwischen den beiden Handhabungsrobotern (4, 5). Die Bewegungsbahnen der beiden Handhabungsroboter (4, 5) untereinander verlaufen außerdem spiegelsymmetrisch zum Mittelpunkt der Verbindungslinie (25).

Jeder Handhabungsroboter (4, 5) zieht beim Verlassen einer Bearbeitungsstation (2, 3) zunächst das Werkzeug (11) durch eine entsprechende Schwenkbewegung der Schwinge (8) und des Auslegers (9) an, wobei er zugleich um seine vertikale Grundachse (6) einwärts entlang der Verbindungslinie (25) schwenkt. In der Mitte ergibt sich eine Begegnungsstellung gem. Fig. 5, die eine Seitenansicht der Vorrichtung von Fig. 4 in Richtung des Pfeiles XI darstellt. Der gezeigte Typ von Handhabungsrobotern ist für diese Art der Begegnung besonders gut geeignet, da die Schwinge (8) und gegebenenfalls auch der Ausleger (9) in eine Anschlagstellung fahren können und damit einfach steuerbar sind. Nach Überschreiten der Mittelpunktstellung dreht der Grundkörper (7) weiter, während die Schwinge (8) und der Ausleger (9) in einer Streckbewegung zurückschwenken, um letztendlich wieder die Streckstellung vor der nächsten Bearbeitungsstation einzunehmen.

In vielen Anwendungsfällen soll das Werkstück (11) beim Transport um 180° gedreht werden (vgl. Fig. 6). Hierzu führt die Hand (10) eine entsprechende gleichmäßige Schwenkbewegung aus. In der Begegnungsstellung werden die Werkstücke (11) hochkant aneinander vorbeibewegt.

Mit diesen mehrfach spiegelsymmetrischen Bewegungsbahnen der Werkzeugmittelpunkte bzw. der entsprechenden Bewegungsabläufe der einzelnen Roboterachsen, läßt sich eine Off-Line-Programmierung der Bahnsteuerung erzielen. Zudem wird der Programmieraufwand verringert, da im Grund nur ein Teil der Gesamtbahn voll programmiert werden muß, während der Rest, d. h. ein Viertel, sich durch Spiegelungsfunktionen ergibt.

Fig. 1-5 zeigen Varianten der Handhabungsvorrichtung (1) im Hinblick auf eine bewegliche Lagerung der Handhabungsroboter (4, 5) mit ihrer Grundachse (6).

Fig. 1 zeigt eine Variante, die ein Begegnen der beiden Handhabungsroboter (4, 5) im Mittenbereich erleichtert. Hierzu ist eine gemeinsame Schiebeführung (16) in Form einer Schiene (17) vorgesehen, die mittig und quer zur Verbindungslinie (25) angeordnet ist. Sobald die Handhabungsroboter (4, 5) aus den gezeigten Endstellungen zu schwenken beginnen, wandern sie mit ihrer Grundachse (6) gleichzeitig nach außen, um bei der Mittenbegegnung die gestrichelt gezeichnete Stellung einzunehmen. In der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Handhabungsroboter (4, 5) auf der Oberseite der Schiene (17) in einem Führungsbett gelagert und werden über einen geeigneten Antrieb, beispielsweise einen Zahnstangentrieb oder dergleichen, in ihrer Verschiebebewegung angetrieben.

Fig. 2 zeigt eine weitere Variante in Form einer längs der Verbindungslinie (25) ausgerichteten Schiebeführung (16). Diese besteht aus einer gemeinsamen Schiene (17), an der beide Handhabungsroboter (4, 5) längsbeweglich gelagert sind. In Variation dazu können auch zwei Schienen nebeneinander angeordnet sein. Fig. 3 zeigt als teilweise geschnittene Seitenansicht gem. Pfeil IX von Fig. 2 wiederum die Begegnungsstellung. In diesem Fall ist der gegenseitige Abstand der Grundkörper (7) der Handhabungsroboter (4, 5) sehr gering gehalten. In Abweichung von den anderen Ausführungsbeispielen kann es sich hierbei empfehlen, die beiden Handhabungsroboter (4, 5) zur Vermeidung einer Begegnung der Werkzeuge (11) außenherum schwenken zu lassen. Dies empfiehlt sich vor allem dann, wenn auch ein Überkopfschwenk in der Begegnungsstellung mit hochaufgerichteten Werkzeugen (11) nicht möglich ist.

Für den Transport verfahren die beiden Handhabungsroboter (4, 5) längs der Schiene (17) und schwenken gleichzeitig um ihre Grundachsen (6).

Wie Fig. 3 zeigt, besteht die gemeinsame Schiene (17) aus einem Kastenprofil, das an beiden Längsseiten eine schwertförmige Lauffläche (18) trägt. Die Handhabungsroboter (4, 5) besitzen jeweils ein Laufwerk (21) mit mehreren Gruppen von jeweils drei Rollen, die die Lauffläche (18) oben und unten formschlüssig umschließen. Das Laufwerksgehäuse erstreckt sich ein Stück nach innen über die Schiene (17) und bietet auf der Oberseite einen Sockel für das Drehlager der Achse (6) in Form eines Zahnkranzes mit großem Stützdurchmesser. Mit dieser abgestuften Anordnung ist ein knapper Abstand zwischen den Handhabungsrobotern (4, 5) erzielbar. Am Laufwerksgehäuse (23) sind ferner noch der Antrieb (27), sowie ein Kabelschlepp (22) angeordnet.

Die Schiene (17) ist in der Mitte auf einem Drehlager (19) um die vertikale Achse schwenkbar gelagert und kann über einen Motor (20) angetrieben werden. In Ruhestellung der Handhabungsroboter (4, 5) ist damit ein Schwenk der Handhabungsvorrichtung (1) um 90° möglich, wodurch der Raum vor den Bearbeitungsstationen (2, 3) für Bedienungspersonal leichter zugänglich wird. Für die Schienenenden können entsprechende Laufbahnen vorgesehen sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante einer gemeinsamen Schiebeführung (16). Im Gegensatz zu Fig. 2, die eine Schiene (17) mit parallel verlaufenden Seitenwänden zeigt, sind bei dieser Ausführungsform die beiden Seitenwände und damit auch die Laufflächen (18) konvex gebogen. Dies ermöglicht einerseits ein Ausweichen der Handhabungsroboter (4, 5) in der Begegnungsstellung quer zu ihrer Fahrtrichtung. Andererseits können die Handhabungsroboter (4, 5) in den beiden Endstellungen auch näher an die zentrale Verbindungslinie (25) heranrücken und damit kinematisch günstig möglichst mittig vor den Bearbeitungsstationen (2, 3) stehen. Fig. 5 zeigt wiederum in Seitenansicht gem. Pfeil XI von Fig. 4 die Begegnungsstellung. Diesmal sind wieder die Werkzeuge (11) einander zugekehrt.

In Variation zum Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist die Lagerung der Grundachse (6) anders getroffen. In Fig. 5 ist hierfür ein vertikaler Drehlagerzapfen (24) vorgesehen, der sich vom Grundkörper (7) nach unten um eine beträchtliche Länge erstreckt und hierdurch eine besonders kippsichere Lagerung mit großer Stützbreite ermöglicht. Die beiden Handhabungsroboter (4, 5) sind dann entsprechend weiter voneinander distanziert.

Stückliste

1 Handhabungsvorrichtung
2 Bearbeitungsstation, Presse
3 Bearbeitungsstation, Presse
4 Handhabungsroboter
5 Handhabungsroboter
6 Grundachse
7 Grundkörper
8 Schwinge
9 Ausleger
10 Hand
11 Werkzeug, Spannvorrichtung
12 Werkstück, Blech
16 Schiebeführung
17 Schiene
18 Lauffläche
19 Drehlager
20 Antriebsmotor
21 Laufwerk
22 Kabelschlepp
23 Laufwerksgehäuse, Schlitten
24 Drehlagerzapfen
25 Mittenlinie, Verbindungslinie
27 Antrieb

Claims

1. Vorrichtung zum Handhaben, insbesondere Transportieren, von Werkstücken zwischen zwei benachbarten Bearbeitungsstationen, mit mindestens einem mehrachsigen Handhabungsroboter, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Handhabungsroboter (4, 5) mit getrennten Grundachsen (6) beidseits neben einer die Bearbeitungsstationen verbindenden Mittenlinie (25) angeordnet sind, wobei die Handhabungsroboter (4, 5) auf einer gemeinsamen Schiebeführung (16) gelagert sind und gegenläufig arbeiten und in ihren Bewegungsabläufen derart angepaßt und gesteuert sind, daß sie sich in einer gleichzeitigen Schwenk- und Fahrbewegung im Mittelbereich begegnen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Handhabungsroboter (4, 5) zueinander spiegelbildlich gleiche Bewegungsbahnen aufweisen und daß die Bewegungsbahnen für Hin- und Rückweg gleich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Schiebeführung (16) in der Mitte drehbar gelagert (19) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiebeführung (16) als Schiene (17) ausgebildet ist, an der die Handhabungsroboter (4, 5) mit je einem Laufwerk (21) seitlich hängend geführt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (17) gerade ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (17) beidseitig konvex gebogen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Handhabungsroboter (4, 5) einen nach unten verlängerten Drehlagerzapfen (24) aufweist.