JP2004195644A - 組立てる構成部品を位置付けするための方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作製技術に新たな道を切開くことをその課題としており、特に高いモデル適応性、空間の節約、良好な接近性、および作製プロセスの高速化を可能とする組合わせる車体構成部品を位置付けするための方法及び装置を提供する。
【解決手段】自動車の車体構成部品などの、組立てる構成部品を位置付けするための装置１は、少なくとも１つの可動の中心モジュール1.1と、これに接続され空間内を動くことができる複数のアーム1.2,1.2'とを備え、これらアームが構成部品を保持するための少なくとも１つの保持要素1.3をそれぞれ有する。装置１は、下側関節式アーム１．２´により未処理車体２の床２．２上に直接支持される。中心モジュール１．１は、測定信号および制御信号、すなわち電磁エネルギーを送受信するための送信／受信ユニット１．４を有する。
【選択図】図１ａ

Description

この発明は、たとえば自動車製造における車体外殻を作製するための車体構成部品などの、組立てる構成部品を位置付けするための方法および装置に関する。

上記のような方法および装置は公知であり、自動車製造において車体のさまざまな部分構成要素を溶接して車体を形成する中で規則的に使用される。車体外殻作製の進行はおよそ以下のとおりである。すなわち車両の部分構成要素、たとえば床の裏面部または取付部などが、これらのために設けられた個々の設備において予め作製される。続いて作製の組立位置、いわゆる「ジオ・ステーション（Geo-Station）」内で車体全体の組立が行なわれる。さらにこの後に行なわれる、溶着線での作製プロセス（溶接、レーザ加工、接着、またはリベット止めなど）によって、車体の十分な剛性を得る。

「ジオ・ステーション」は、組立てられた車体全体の幾何学的関係を確保するように適合された器具を備える。まず、車体の定められた部分構成要素が「ジオ・ステーション」において定置の固定装置、たとえば変位可能／回転可能固定装置またはＮＣ制御固定場所（表１を参照）によって所望の位置へと動かされ、それから接合される。その後さらなる部分構成要素、たとえば床の裏面部などが、「ジオ・ステーション」内で数値制御固定場所により位置付けされる。さらなる部分構成要素たとえば側部などが、個々の可動の固定フレームまたは固定パレットによって「ジオ・ステーション」内に導入され（表１）、ここで対応する部分構成要素が保持され、作業プロセス内で適当に同期をとられる。構成部品の全車体への接合が行なわれた後、固定フレームあるいは固定パレット上に配置されたグリッパが開けられ、「ジオ・ステーション」を通過した後に固定フレームあるいは固定パレットが車体から切離され、新たに作製プロセスへと導入される。

組立てる構成部品の位置付けについてのさらなる変形例では、構成部品は定置の固定台（表参照）のまわりを定常の幾何学的関係で配置され、この固定台によって接合中に定位置に保持される。

組立てる構成部品を位置付けするための既に公知の方法および装置には原理的にいくつかの欠点があり、これらをまとめて表１に示す（出典：アギプラーン、「自動車工業、特に生産自動化」第４７号、２００２年４月（Agiplan, Automobil Industrie Spezial Fabrikautomation, 47. Jahrgang, April 2002））。これによると、定置の固定装置のモデル適応性は限定的なものでしかなく、多数の幾何学的関係には不適当である。数値制御固定場所には、設備の利用可能性およびプロセス安全性について欠点がいくつかある。特定タイプ用の固定パレットでは、組立位置に対して限定的な接近しか可能ではなく、操業費が高くつく。特定タイプ用の固定台は多数の幾何学的関係に対して限定的にしか適しておらず、操業費が高く、大きな使用面積を特徴としている。

この発明は、先行技術の原理的な欠点を克服し、作製技術に新たな道を切開くことをその課題としており、特に高いモデル適応性、空間の節約、良好な接近性、および作製プロセスの高速化を特徴とする。

冒頭に述べた種類の方法において、組立てる構成部品の所望の構成内の或る位置から、複数の関節式アーム（固定装置）を有する少なくとも１つの中心モジュールによって構成部品を保持することにより、上記課題を解決する。冒頭で述べた種類の装置において、この装置が可動の中心モジュールと、これに接続され空間内で動くことができる関節式アームとを備え、これらアームが、構成部品を保持するための少なくとも１つの保持要素をそれぞれ含むことにより、上記課題を解決する。

中心モジュールという概念は、モジュールであって、組立てる構成部品を保持するために、正にこの中心モジュールで保持される構成部品の組立構成内の中心に配置されるモジュールであること、したがって組立てる構成部品が中心モジュールを取囲むことを包含する。

このようにして、この発明に従う方法あるいはこの発明に従う装置の使用により、高いモデル適応性、たとえば需要変動に対する適応またはニッチモデルの統合などが達成できる。特定タイプ用の固定手段や装置またはかさばる数値制御固定軸をなくすことにより、この発明に従う装置は空間の節約をかなりの程度達成する。加えて、複雑な測定を行なったり、あるいは個々の固定フレームを組にして寸法どおりの固定ボックスを形成したりすることはもはや必要ではない。誤差の原因、たとえば公差外の固定フレームについての煩わしい調査はなくなる。車体当たりそれぞれ４つの固定フレーム（側部、床、屋根）の代
わりに、車体部品を固定するために好ましくはただ一つの装置しか必要ではなく、加えてこの装置は車体内に配置されることによって、組立プロセス場所に対する外部からの良好な接近を可能にする。さらに、車体構造内の位置から構成部品を保持することによって、予めラッカーを塗布した板金を保護するための追加的な覆いが必要でなくなる。

さらに、或る数のアームは、組立てられた構成部品を結合するための少なくとも１つの工具をそれぞれ含み得る。こうしてこの発明は、統合的な形で、たとえば溶接、クリンチ、または接着などにより構成部品を組立てかつ結合するために好適な装置であって、したがってその後他の操作機器を使用することを少なくとも部分的に不必要にする装置を提供する。これに従い、接合を固定装置自体により好適な工具を用いて行なうことが好ましい。これは時間、空間および費用の節約につながる。好適な工具は、車体外殻の製造に用いられるあらゆる工具であることができ、たとえばスポット溶接用の工具（ペンチ）、融接、レーザ溶接、摩擦溶接、ボルト溶接、リベット止め、クリンチ、接着などである。

この発明に従う方法の一変形例では、最初の静止姿勢にある固定装置は、アームを折畳んで、および／またはアームを中心モジュールに対して引付けて、予め定められた静止位置で待機し、引続き、組立てる構成部品が他の好適な操作機器、たとえば産業用ロボットなどで少なくとも粗く組立てられ、ここで固定装置は、組立てる構成部品内の空間内に配置され、それからこの空間内でアームを適当に位置付けして構成部品を固定する。ここで固定装置は、この発明に従うと構成部品構造の床部分上に直接支持され、この目的のために、ボルト、スタッド、またはその他適当に形成された支持器具を有することが好ましい。代替的または追加的に、たとえば車体床などの床の負荷を軽減するために、構成部品を担持する搬送要素、たとえばフレーム要素などの上に固定装置を支持することも可能である。後者の場合、この発明に従う固定装置は、関節式および／または入れ子式アームの形の好適に形成された支持器具を有することが好ましい。

さらにこの発明に従う方法では、構成部品同士が遭遇する前に、組立てる構成部品に対して位置測定を行ない、位置のずれが認められた場合は固定装置により能動的に位置修正を行なうことができる。ここで、位置測定の測定値を一時的に記憶させて、ずれの傾向を認識した後で、これら測定値を用いて固定装置用の制御プログラムを修正、および／または品質保証ユニットに通知することが好ましい。したがって、この発明に従う装置は好ましくはアームにおいて、構成部品についての位置測定値を入手するためのセンサと、さらに変形例では、位置値を一時的に記憶するための、揮発性記憶装置または大容量記憶装置などの記憶ユニットとを備える。位置測定に加えて、力の測定および／または材料検査が、たとえば結合点に対して行なわれ記憶され得る。

この発明に従う方法の好ましい形態では、固定装置は、その後の接合またはさらに後に行なわれる作製プロセス、たとえば溶接などの後に、構成部品内の上記空間から独力で再び外へ移動する。これに代えて、この発明に従う方法の別の形態では、固定装置は、その後の接合またはさらに後に行なわれる作製プロセス、たとえば溶接などの後に、産業用ロボットなど別の操作機器によって、構成部品内の上記空間から再び外へ動かされてもよい。特に、これら両方の代替例のうち最初のものの枠内では、この発明に従う装置は車体外殻の組立中にこの中を「一緒に動く（mitfaehrt）」ことができ、このようにしてサイクル作業生産から流れ作業生産への転換が可能となる。このようにして個々のプロセス工程を１つの作業位置から複数の作業位置へとゆるめることができ、こうしてさらに、これまでのボトルネックであった「ジオ・ステーション」の望ましい拡大がもたらされる。

この発明に従う方法のさらなる好ましい形態では、制御ユニットに従ってアームが上記空間内で同期的に位置付けされる。代替的または追加的に、制御ユニットに従ってアームが上記空間内で非同期的に位置付けされ得る。この発明の方法のさらなる好ましい形態で
は、アームの動きは、それぞれ少なくとも３自由度で生じる。したがって流れ作業生産の中で構成部品を連続的に組立て、かつ複雑な幾何学的関係をも確実に固定することが可能となる。

この発明に従う装置の関節式アームは、それぞれ少なくとも３自由度で動くように形成されることが好ましい。

この発明に従う装置の好ましい一形態では、この装置は組立てる構成部品の所望の構成内の空間に導入可能であり、かつ、続いて構成部品同士を接合した後、またはさらに後に行なわれる作製プロセスの後に、そこから再び取出すことが可能である。したがってこの発明に従う装置は、アームが折畳まれ得る、および／または中心モジュールに対して引付けられ得るように形成されることが好ましい。こうして、接合で未処理車体を完成させた後、この発明に従う装置を、組立てられた構成部品内の上記空間から容易に取出すことが確実になる。これは基本的に、この装置から独立の補助手段、たとえば手動、ロボット、クレーン、スライダ、または類似の装置によって行なわれ得る。好ましい形態でこの装置は、組立てる構成部品内の空間内に独力で入るように構成され、かつ／または組立てる構成部品内の上記空間から独力で外へ出るように構成される。これは、この装置が独力で外部の助けなしにその作業場所へと動く、あるいは部品同士の組立が行なわれた後にはこれらにより形成されたユニットから外へ出ることを意味する。

この発明に従う装置の好ましい変形例では、この装置は計算機支援の制御ユニットを有する。このような形態の枠内では、この発明に従う装置を固定用ロボットとみなすことができ、プログラム制御により柔軟にロボットを使用できることで、これに対応した高いモデル適応性を達成し、さらにモデル変更をより素早く行なうことが可能となるが、それは、これを行なうためには以前は完全なハードウェア交換が必要であったのに対して、単にプログラムの交換（ソフトウェアの交換）、場合によってはこれに伴い保持要素および／または工具のソフトウェア制御または手動による交換しか必要でないからであり、これのためにこの発明に従う装置は、対応して好適な交換用連結器を有することが好ましい。こうして、（新たなモデル幾何学的関係を有する）新たなモデルの開発から生産の進行までの時間が、ここに記載したようにオフラインでプログラミングできることで短縮可能となる。

この発明に従う装置のさらなる形態では、アームは、固定要素および／または工具への媒体導入用の器具を有し、ここで中心モジュールは、アームへの媒体供給用の器具を有することが好ましい。さらに、この発明に従う装置の極めて好ましい形態では、中心モジュールは電流供給ユニットを有する。電流供給ユニットは特に自足的に形成され得るので、この発明に従う装置の自足的な媒体供給とともに、この装置がさまざまな作業位置間で、作製プロセスの枠内において独力かつ柔軟に動き得ることが確実となり、これは既に述べたようにプロセス工程を大幅にゆるめることに寄与し、さらにこれに従い経済的なプロセス形成に寄与する。

自動車製造のように、構成部品同士を組立てる際に高い保持力が必要となる応用の枠内でも使用可能となるために、この発明に従う装置の特に好ましい形態に従うと、アームは最高３０００Ｎの高い静止保持力をもたらすように形成される。このような措置としては、公知のように、トーションおよびねじれに強い構造要素を用いたり、関節に高い剛性の伝動装置を用いたり、追加的または対応した寸法の保持ブレーキを用いる。

この発明に従う方法の枠内で特に柔軟に利用可能とするために、制御技術上の観点から、各々のアームが固有の制御上重要な点（ＴＣＰ）を有することが好ましい。ＴＣＰは、ロボットアームまたはここに取付けられた工具の端部における本来の作用点を表わす。こ
の点は機械的部分の内側にあっても外側にあってもよく（たとえば開いた溶接ホルダにおける電極接触の仮想的な点、レーザ工具における焦点、または不活性ガス溶接バーナーにおけるアークの場所）、制御部でプログラミングされ、管理されてプログラムの開始で再生成される。ロボットアームまたは構造全体のその他すべての点は制御部には知られていない。このようにこの発明に従う装置は、制御技術的には複数の腕や軸があるロボットとして挙動し、このようにして作製技術、特に自動車製造における車体組立に新たな道を切開く。

この発明のさらなる利点および特徴が、添付の図面および対応する実施例の記載から明らかとなるであろう。

図１ａから図１ｄは、構成部品を位置付けするためのこの発明に従う装置１を概略的に示し、構成部品はここでは具体的に、自動車の車体２の側部２．１、床部２．２および屋根２．３などの構成部品であり、これらを２つの例（２つの異なる大きさの車両タイプ）を用いて示す。

この発明に従う装置１は、中心モジュール１．１と、これに接続され、空間内で移動可能な、関節式アームの形をとる複数のアーム１．２とを有し、これらアームはその遠端に、構成部品２．１，２．２，２．３を固定するための保持要素１．３をそれぞれ有する。装置１は、下側関節式アーム１．２′により未処理車体２の床２．２上に直接支持される。中心モジュール１．１は、図１ａ〜１ｄの実施例ではさらに、測定信号および制御信号、すなわち電磁エネルギーを送受信するための送信／受信ユニット１．４を有する。さらにこの装置は、組立てる構成部品２．１，２．２，２．３についての位置測定値を捕捉するためのセンサ１．５、たとえば超音波センサなどを有する。

図１ａから図１ｄに示すこの発明に従う装置１のアーム１．２，１．２′はそれぞれ或る数の連接棒１．６を含み、これら連接棒は互いに対し、および中心モジュール１．１に、関節１．７で関節式に結合される。アーム１．２，１．２′はそれぞれ３から６までの自由度でもって空間内で移動できるので、この発明に従う装置１は、複数の腕を有する可動の固定用ロボットとみなされ得る。このように、内部または外部の計算機支援の制御ユニット（図５，６の１．８）に従って、大きく異なる幾何学的関係の車体を組立あるいは固定することが同一の装置１で可能となり、ここで、一方の図１ａ，ｂと他方の図１ｃ，ｄとの比較が示すように、ハードウェアについて最小限の適合しか必要ではない。

アーム１．２に配置された工具（図示せず）および／または外部の工具によって車体構成部品２．１，２．２，２．３同士の接合が行なわれた後、この発明に従う装置１は、図２ａ，２ｂによりアーム１．２を折畳んで、あるいは引付けてから、車体２の内部空間から、たとえば産業用ロボットなど別の操作機器（図示せず）などによって容易に取出され得る。しかしこの発明に従う装置１を、（アーム１．２を折畳んで、あるいは引付けてから）独力で車体１．２から出ることができるようにも形成できる。車体構成部品２．１，２．２，２．３の最初の位置付けは、産業用ロボットなど好適な操作機器によって完全に外部から行なわれ得るが、この発明に従う装置は好ましくは独力で、または別の操作機器によって、車体２内に生じる内部空間の中に入る。これに代えて、この発明に従う装置が或る種の待機位置にあってもよく、車体２はこの発明の装置１の、いわば「まわりに作られる」ことになる。ここで、車体構成部品２．１，２．２，２．３の導入を外部の操作機器によって或る「前位置」にまで行なうことも可能であり、この前位置において車体構成部品はこの発明の装置によって能動的に引受けられ、最終的に位置付けられる。

この発明に従う装置１は、図１ａから図１ｄの実施例ではまず車体床２．２上に置かれ
てから、既に述べたように、車体２を接合した後でアーム１．２を引付けて、たとえばフロントガラス用の開口部を通じて再び外部へと取出され、または完成した車体外殻２から自分自身の動きによって外部に達する。車体外殻２内で固定用ロボット１を支持する（安定させる）には、以下の選択的または組合せ可能ないくつかのやり方がある。

固定用ロボット１の床には、車体床２．２との結合を行なうためのボルト、スタッドまたは把持器具１．１６（図１０）が設けられ得る。また図１〜３に従うと、車体床との結合は関節式アーム１．２′によっても行なわれ得る。図４ａ，４ｂの実施例でこの発明に従う固定用ロボット１は、特定的に形成された下側の関節式／入れ子式アーム１．２′によって、車体２を担持する搬送要素、たとえばフレーム要素５、または搬送装置（図示せず）のその他の部分に支持される。これにより車体床の負担の軽減が達成されるため、裏地または追加的な車体床の支持体を設ける必要がなくなる。

この発明に従うと、構成部品２．１，２．２，２．３の把持および保持は、少なくとも１つのこの発明の固定装置１（固定用ロボット）によって内部から、すなわち組立てる構成部品の所望の構成内における或る位置から行なわれるため、外からの最適な接近が確実となり、これに伴い所要面積は、組立てる構成部品２．１，２．２，２．３のみによって予め与えられる最小限の面積となり、さらに、予めラッカーを塗布された構成部品のために追加的な保護措置を講じる必要が全くない。特に大型の車体の場合、および多数の固定点が必要な場合、この発明に従う固定用ロボット１は複数個使用可能である。

この発明に従う固定用ロボット１は、導入された部品を保持し安定させる他に、これら部品を能動的に、場合によってはセンサ１．５による監視下で位置付けすることもできる。これにより逐次的、部分的な組立工程と、中間または後に行なわれる測定工程とを有するプロセスが可能となる。たとえば最初の結合点を設定した後から重要な位置を測定し、固定用ロボットにより需要に応じて位置修正を行なうことができる。測定は内部センサ１．５（固定用ロボットの本体上またはアーム上）で行なっても、または外部センサ（固定用ロボットとは独立に車体の外、図示せず）で行なってもよい。これは早期かつプロセスに近い品質管理に対応する。

図３ａ，３ｂは、関節式／入れ子式アーム１．２，１．２′を有する一形態におけるこの発明の固定用ロボット１を示し、これらアームはその端部に、車体部品２．１，２．２，２．３を固定または組立てるための保持要素１．３または工具（図示せず）を有する。先の図の実施例と同様、固定用ロボット１は下側のアーム１．２′によって車体床２．２上に直接支持される。図１ａ〜ｄおよび図２ａ，ｂの実施例とは逆に、エネルギー供給およびデータ転送はケーブルアレイ３経由で行なわれ、このケーブルアレイは接続要素４を用いて、切離し可能または永久的に固定用ロボット１の中心ユニット１．１と結合され得る。

図１ａから図４ｂは、自動車車体２の構成部品２．１，２．２，２．３を位置付けするためのこの発明に従う装置１の使用に関する。しかしながら、この発明に従う方法あるいはこの発明に従う装置を使用することで可能となるような流れ作業生産の際には、自動車製造の従来の車体作製の際に「ジオ・ステーション」でボトルネックを生じさせていたように、或る共通の時点で組立てる車体構成部品すべてが作業位置にあることは必須ではない。この発明に従う解決策の枠内ではさらに、実質的に少数の構成部品２．３たとえば屋根を除き車体２を接合してから、残った開口部、たとえば屋根を通じてこの発明の装置を取出し、それから最後の作業工程において車体外殻２の組立を完結させることもまた可能となる。

自動車の車体構成部品などの組立てる構成部品を位置付ける上記の新規の手法は、上述
のように既存の作製概念の原理的な欠点を回避する。これは、従来の作製技術では必然的に生じる停止が引起す「ボトルネック」を、流れ作業生産へ移行した結果として回避することにかなりの程度関わる。

この発明に従う固定用ロボット１内に設置された制御知能、ならびにエネルギー供給およびデータ転送の態様に関しては、以下の変形例を個々にあるいは組合せて行なうことが可能である。

固定用ロボットは固有の知能がなくても、または最小限設置された知能を備えていてもよく、すなわち固定用ロボットは動作体（関節駆動装置、グリッパ駆動装置、場合によって工具駆動装置）およびこれに関する出力電子機器のみを含む。制御知能全体は固定用ロボットの外側に位置する。このため、制御部との恒常的なデータ結合または、少なくとも本来の固定工程段階中における一時的なデータ結合が必要となる。前者は、組立工程中に能動的な測定および反応が必要であれば、いずれの場合にも必須である。この時点よりも後では、能動的な工程を必須でなくしてデータ結合を終了させることができる。エネルギー供給部の切断は、内蔵の電気エネルギー貯蔵装置および場合により（気体力学的または水力学的動作体の場合）圧力媒体用貯蔵装置によって可能となる。この場合、動作体は制御部により以前に動かされた位置を保つ。

この発明に従う装置の対応する実施例を図５および図６に示す。図５および図６に従うと、この発明の固定用ロボット１は独自の制御部を備えることが好ましい。この場合、制御機能はその大部分または全体が固定用ロボット１内で実現される。図５はこの発明の固定用ロボット１の一実施形態の中心ユニット１．１の断面図を示し、ロボットは外部エネルギー供給部３，４（図３ｂおよび図４ｂを参照）と単に一時的に接続されている。

この目的のために、固定用ロボット１の中心ユニット１．１は制御ユニット１．８、たとえばＰＣ制御ユニットを含み、これは記憶ユニット１．８′、たとえば揮発性記憶装置または大容量記憶装置を有し、中心ユニットはさらに電気エネルギー貯蔵装置１．９を含み、これはたとえば蓄電池の形をとり、中心ユニットはさらに、アーム１．２，１．２′にある、たとえば圧力空気または冷却水による気体力学的または水力学的動作体（図示せず）の媒体供給用器具を含み、これは圧力貯蔵装置１．１０およびここに接続された供給ホース１．１０′の形をとり、中心ユニットはさらに、この装置の気体力学系あるいは水力学系に関する、制御ユニット１．８に結合された換気制御部１．１１を含む。

電気エネルギー貯蔵装置１．９は、図３ｂおよび図４ｂで示す接続ユニット４経由で、外部の電気エネルギー供給部と少なくとも一時的に結合可能である。エネルギー貯蔵装置１．９に貯蔵されたエネルギーは、その後制御部１．８，１．１１に対して少なくとも一時的に自足的に供給を行なうことで、アーム１．２を関節式に動かして調節し、こうして車体外殻２内でこの発明の装置を固定するために利用可能である。制御ユニット１．８にケーブル１．１２経由で結合されたセンサ１．５は、ここから供給される位置信号が制御ユニット１．８により適切に処理された後における、この発明の固定用ロボット１による能動的な位置付け、たとえば位置修正の実行などを可能にする。ＰＣベースの制御ユニット１．８はオフラインプログラミング可能であり、このため開発から生産開始までの時間が短縮される。この発明に従うと制御ユニット１．８は、ずれの傾向を認識するようにソフトウェア技術で適合され、位置信号に基づき、制御ユニットで走行する制御プログラムの修正が可能となる。これに加えまたはこれに代えて、好ましくは外部に配置される品質保証用ユニット（図示せず）、たとえば光または音を用いた警報器具またはソフトウェアログへと通知が伝達され得る。

図６に示す実施例に従うと、この発明の固定用ロボット１は、図５に示す形態と比較し
て追加的にアンテナの形をとる送信／受信ユニット１．４を有し、これにより外部に配置されたエネルギー源から電磁エネルギーを受取ることが可能となる。このようにこの発明の固定用ロボット１は、図３ｂ，４ｂ，５に示すケーブルアレイ３なしにエネルギーの導入が可能であり、これによりこの装置の応用領域はさらに拡大される。自足的な電流供給ユニット１．９（図６）を伴う形態では、この発明の装置はその作業位置を問わず、一連の（空間的）プロセスの中でほとんど任意の位置で使用可能であるため、プロセス工程を同時的にゆるめることによって流れ作業生産が可能となり、すなわちすべての部分は常に０よりも大きい速度で直線上に動いている。このような形態において外部へのデータ結合は、次に加工されるべき車体についてのデータを外部のマスタコンピュータから受取り、場合によっては得られた測定データをそこへ伝達させるために短期間しか必要ではない。内蔵のエネルギー貯蔵装置が十分な容量を有していれば、エネルギー供給部を一時的に切離すことも可能である。

したがって、この発明の固定用ロボット１のエネルギー供給は原理的に以下の態様で行なわれ得る。

図５に従い固定用ロボット１は、電気エネルギーおよび圧力媒体を導入するための外部へのケーブルおよび場合によりホース結合３を有する（図４ｂを参照）。結合ケーブルアレイ３は、車体外殻２内で固定用ロボット１が一緒に動く区間をカバーするのに十分長いものである必要がある。さらに固定用ロボットの動きに制限が生じる。これに代えてさらに、外部へのケーブル結合および場合によりホース結合を一時的なものにすることも可能であり、ここで結合が存在するのは、次の車体までの待機時間中か、または高いエネルギー需要を伴う固定の開始段階中のみであり、接続要素４の切断によりいつでも中断させることができる。結合期間が制限されているので、一緒に動く区間はより短くなり、これに伴いケーブルの長さが短縮される。この後固定用ロボット１は自由に動くことができる。結合が切断されている間、または図６に従い固定用ロボットにホース結合またはケーブル結合がない場合、固定用ロボット１においては、内蔵の電気エネルギー貯蔵装置（電池、蓄電池、燃料電池など。図６の１．９）によって、および、場合により必要となる圧力媒体（ガス、作動液）用の貯蔵装置１．１０によって、必要なエネルギーを用意する必要がある。固定サイクルの終了後に固定用ロボット１が車体２から切離されると、結合が再び形成され、エネルギー貯蔵装置１．９を次のサイクルのために回復させることができる。図６の実施例では、固定用ロボット１はそのエネルギーを電磁放射の形で受取るが、ロボットはこれを送信／受信ユニット１．４を用いて受取る。

固定用ロボット１から、場合により存在する外部の制御器具へのデータ転送には、以下の選択的な形態が可能である。

（永久的）ケーブル結合（図３ｂ，４ｂ，５）の場合にはワイヤ結合のデータ転送を用いることができ、一時的に切離されるケーブル結合の場合、ワイヤレス転送機構たとえば誘導性、赤外線または無線転送機構（図６）などが使用される。

切離し段階中にデータのやり取りを必要としなければ、上述のデータ転送手段もまた必須ではない。

図７は、図３ａ，ｂ、図４ａ，ｂおよび図６に従うこの発明の装置１において使用される関節式／入れ子式アーム１．２の拡大概略図を示す。このような関節式／入れ子式アーム１．２は、たとえば気体力学的または水力学的な複数のモータ伝動装置構成を含み、これらはそれぞれ１つのモータ１．１３および１つの伝動装置１．１３′を有し、これらはアーム１．２内での形成および構成に応じて回転運動Ｄ、線形運動Ｌまたは旋回運動Ｓをするように形成される。アーム１．２の遠端１．１４には、この発明に従うと、グリッパ
、連結器または磁石などの形をとる保持要素１．３が配置される。これに代えてアーム１．２はこの場所に、（ボルト）溶接、接着剤塗布またはクリンチなどのための工具（図示せず）を有してもよい。アーム１．２はその他端において、この装置の中心モジュール１．１上に（関節式に）安定させられる。

さらにアーム１．２には、力センサまたはモーメントセンサなどからなる好適なセンサが統合されることが好ましい。図７に従う関節式／入れ子式アーム１．２は、合計５つの自由度で動くように形成される。

図８は、この発明の装置１のアーム１．２の代替的な形態を示す。図８に従うアーム１．２は三脚アームとして形成され、アーム１．２の遠端１．１４に配置された保持要素１．３または工具に関連付けられた工具中心点（ＴＣＰ）の位置付けは、３つの線形の要素（入れ子要素）１．１５のさまざまな長さ変更Ｌによって行なわれる。

図９は関節式アーム１．２の対応する図であって、図１ａ〜ｄ、図２ａ，ｂおよび図５に従うこの発明の装置１の形態で使用される関節式アームを示す。

図１０は、特定の把持器具１．１６が中心ユニット１．１の下面１．１７に配置された、この発明に従う固定用ロボット１の斜視図を示す。図示の把持器具１．１６は保持要素１．３として形成しても、連結器または磁石として形成してもよく、これを用い、場合によってはさらに追加のボルトまたはスタッド（図示せず）を用いて、この発明の固定用ロボット１は車体外殻２の床２．２と結合され、固定アーム１．２から独立して支持され安定させられ得る。

図１１は作業サイクルの過程において、すなわちこの発明の固定用ロボットを使用した車体外殻２の組立の際に行なわれる動作を流れ図で示す。図１１ではこの発明の固定用ロボット１を、その蜘蛛のような外観に基づきＳＰＩＤＥＲと称する。

工程Ｓ１で、組立てる車両車体の床群が搬送システム上に用意され、ここでたとえば図４ａ，４ｂに示すフレーム要素５を用いる。工程Ｓ２で、ＳＰＩＤＥＲ１が車体２の床群２．２に対して係留され、ここでたとえば図１０に示す把持器具１．１６を用いる。続く工程Ｓ３で、さらなる構成部品２．１，２．３が導入され、工程Ｓ４で引受けられる。ここで工程Ｓ４の引受は、この発明の固定装置１により能動的に（工程Ｓ４．１）、または産業用ロボットなど追加的な操作機器により「受動的」に（工程Ｓ４．２）行なわれる。続く工程Ｓ５で構成部品２．１，２．２，２．３が位置付けられ（工程Ｓ５）、この後工程Ｓ６で、好ましくはセンサ１．５、あるいは装置１のアーム１．２に含まれるさらなるセンサによって、位置の取込が行なわれる。

組立てる構成部品が正しく位置付けされるとすぐに、工程Ｓ７で構成部品の結合が行なわれるが、これは、この発明の固定装置１が好適な工具をアーム１．２に持っていれば固定装置自体により行なわれても（工程Ｓ７．１）、または工業用ロボットなどの外部のシステムにより行なわれてもよい（工程Ｓ７．２）。結合の後、工程Ｓ８で位置検査および品質検査が（たとえばセンサ１．５を用いて）行なわれる。

工程Ｓ９で、この発明の固定装置１と、組立てられた車体外殻２とが切離された後、この発明の固定装置１は独力で車体２から出る（工程Ｓ９．１）か、または外部の操作機器によってここから取出される（工程Ｓ９．２）。この後工程Ｓ１０で固定用ロボット１が開始位置へ戻され、場合によりこれに伴い工程Ｓ１１で貯蔵ユニットおよび／または動作データの回復、工具の交換、または較正が行なわれる。この後この発明の固定用ロボット１は、次に加工されるべき床群が来るまで開始位置で待機する（工程Ｓ１）。

自動車の車体部品を位置付けするためのこの発明に従う装置の第１の形態を示す概略図である。 自動車の車体部品を位置付けするためのこの発明に従う装置の第１の形態を示す概略図である。 自動車の車体部品を位置付けするためのこの発明に従う装置の第１の形態を示す概略図である。 自動車の車体部品を位置付けするためのこの発明に従う装置の第１の形態を示す概略図である。 自動車の車体に出し入れするためにアームを折畳み引付けた固定用ロボットおよび車体を示す概略図である。 自動車の車体に出し入れするためにアームを折畳み引付けた固定用ロボットおよび車体を示す概略図である。 関節式／入れ子式アームを有するこの発明の固定装置の第２の実施形態を示す概略図である。 関節式／入れ子式アームを有するこの発明の固定装置の第２の実施形態を示す概略図である。 車体の外側で搬送要素上に支持されたこの発明の装置の別の実施形態を示す概略図である。 車体の外側で搬送要素上に支持されたこの発明の装置の別の実施形態を示す概略図である。 （一時的に）自足的な動作のための、関節式アーム技術によるこの発明の固定用ロボットの概略的な断面図であって、単に一時的に接続されたエネルギー供給部を示す図である。 （一時的に）自足的な動作のための、関節式／入れ子式アーム技術によるこの発明の固定用ロボットを示す断面図である。 この発明の固定用ロボットの関節式／入れ子式アームを示す概略図である。 この発明の固定用ロボットの三脚アームを示す概略図である。 この発明の固定用ロボットの関節式アームを示す概略図である。 車体床に直接置くための支持器具を有する、関節式アーム技術によるこの発明の固定用ロボットを示す底面図である。 この発明の装置を使用した組立プロセスを示す流れ図である。

符号の説明

１ 固定装置、１．１ 中心モジュール、１．２，１．２′ アーム、１．３ 保持要素、１．４ 送信／受信ユニット、１．５ センサ、１．６ 連接棒、１．７ 関節、１．８ 制御ユニット、１．９ エネルギー貯蔵装置、１．１０ 圧力貯蔵装置、１．１０′ 供給ホース、１．１１ 換気制御部、１．１２ ケーブル、１．１３ モータ、１．１３′ 伝動装置、１．１４ （１．２の）遠端、１．１５ 入れ子要素、１．１６ 把持器具、１．１７ （１．１の）下面、２ 車体外殻、２．１ 側部、２．２ 床、２．３ 屋根、３ ケーブルアレイ、４ 接続ユニット、５ フレーム要素、Ｄ 回転運動、Ｌ 線形運動、Ｓ 旋回運動。

Claims (28)

1. 組立てる構成部品を位置付けするための方法であって、前記構成部品が、組立てる構成部品の所望の配置内の或る位置から、複数の関節式アームを有する少なくとも１つの中心モジュール（固定装置）によって保持されることを特徴とする、方法。
2. 最初の静止姿勢にある前記固定装置が、アームを折畳んで、かつ／または中心モジュールに対して引付けて、予め定められた静止位置で待機し、引続き、組立てる構成部品が他の好適な操作機器で少なくとも粗く組立てられ、前記固定装置が前記組立てる構成要素内の空間内に配置され、それから前記空間内のアームの適当な位置付けにより前記構成部品が固定されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記構成部品の接合前に、前記組立てる構成部品の位置測定が行なわれ、位置のずれが認められた場合、固定装置による能動的な位置修正が行なわれることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記位置測定の測定値が一時的に記憶され、ずれの傾向を認識した後、前記固定装置用の制御プログラムの修正のために、および／または品質保証ユニットに対する通知のために前記測定値が使用されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 続いて前記構成部品を接合した後、またはさらに後に行なわれる作製プロセスの後に、前記固定装置が独力で前記構成部品内の前記空間から再び外へ動くことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 続いて前記構成部品を接合した後、またはさらに後に行なわれる作製プロセスの後に、前記固定装置が別の操作機器により前記構成部品内の前記空間から再び外へ動かされることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
7. 前記接合が、前記固定装置自体により、適当な工具を用いて行なわれることを特徴とする、請求項３から請求項６のいずれかに記載の方法。
8. 前記アームが、制御ユニットに従って同期的に前記空間内で位置付けされることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
9. 前記アームが、制御ユニットに従って非同期的に前記空間内で位置付けされることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
10. 前記アームの動きが、それぞれ少なくとも３自由度で生じることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
11. 前記固定装置が構成部品構造の床部分上に直接支持されることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記固定装置が、前記構成部品を担持する搬送要素上に支持されることを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 組立てる構成部品を位置付けするための装置であって、可動の中心モジュール（１．１）と、これに結合されて空間内で動くことができる関節式アーム（１．２，１．２′）とを備え、前記アームが、構成部品（２．１，２．２，２．３）を保持するための少なくとも１つの保持要素（１．３）をそれぞれ含むことを特徴とする、装置。
14. 前記アーム（１．２，１．２′）が、それぞれ少なくとも３自由度で動くように形成されることを特徴とする、請求項１３に記載の装置。
15. 或る数のアーム（１．２，１．２′）が、組立てられた構成部品（２．１，２．２，２．３）を結合するための少なくとも１つの工具をそれぞれ含むことを特徴とする、請求項１３または請求項１４に記載の装置。
16. 組立てる構成部品（２．１，２．２，２．３）の所望の構成内の空間に導入可能であり、かつ、続いて前記構成部品（２．１，２．２，２．３）を接合した後、またはさらに後に行なわれる作製プロセスの後に、そこから再び取出すことが可能であることを特徴とする、請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の装置。
17. 計算機支援の制御ユニット（１．８）を備えることを特徴とする、請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の装置。
18. 前記アーム（１．２）が、保持要素（１．３）および／または工具への媒体導入手段（１．１０，１．１０′）を備えることを特徴とする、請求項１３から請求項１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記中心モジュール（１．１）が、前記アーム（１．２，１．２′）への媒体供給手段（１．１０，１．１０′）を含むことを特徴とする、請求項１３から請求項１８のいずれかに記載の装置。
20. 前記中心モジュール（１．１）が電流供給ユニット（１．９）を含むことを特徴とする、請求項１３から請求項１９のいずれかに記載の装置。
21. 前記アーム（１．２，１．２′）が、最高３０００Ｎの高い静止保持力をもたらすように形成されることを特徴とする、請求項１３から請求項２０のいずれかに記載の装置。
22. 各々のアーム（１．２，１．２′）が固有の制御上重要な点（ＴＣＰ）を有することを特徴とする、請求項１３から請求項２１のいずれかに記載の装置。
23. 前記組立てる構成部品（２．１，２．２，２．３）内の空間内に独力で入るように形成されることを特徴とする、請求項１３から請求項２２のいずれかに記載の装置。
24. 前記組立てる構成部品（２．１，２．２，２．３）内の前記空間から独力で出るように形成されることを特徴とする、請求項１３から請求項２３のいずれかに記載の装置。
25. 前記アーム（１．２，１．２′）が折畳まれ得る、かつ／または中心モジュール（１．１）に対して引付けられ得ることを特徴とする、請求項１３から請求項２４のいずれかに記載の装置。
26. 前記構成部品構造の構成部品（２．２）および／または構成部品担持用搬送要素（５）上に固定装置を支持するための少なくとも１つの支持手段（１．２′，１．１６）を備えることを特徴とする、請求項１３から請求項２５のいずれかに記載の装置。
27. アーム（１．２，１．２′）および／または中心モジュール（１．１）上に、構成部品（２．１，２．２，２．３）についての位置測定値および／または後に行なわれる作製プロセスの品質保証に関して重要な他の測定値を入手するためのセンサ（１．５）が配置さ
    れることを特徴とする、請求項１３から請求項２６のいずれかに記載の装置。
28. 前記測定値を一時的に記憶するための記憶ユニット（１．８′）を備えることを特徴とする、請求項２６に記載の装置。

Images