JP2019520224A - 組立装置および組立装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの製造セル（１）を備えた、電気機械式、電磁式および／または電気油圧式器具の完全自動組立用の組立装置に関し、製造セル（１）は、少なくとも１つの下部長手方向部材（５５）および少なくとも１つの上部長手方向部材（５４）と、上部長手方向部材（５５）に配置された第１の直線軸システム（２）と、第１の直線軸システム（２）上で動作可能な少なくとも１つの第１のキャリッジ（３）と、第１のキャリッジ（３）に配置された第１の多軸ロボット（４）と、第１の直線軸システム（２）上の第１のキャリッジ（３）の動作を駆動するための少なくとも１つの駆動ユニット（６）とを備える。異なる器具の経済的、空間節約的および柔軟な組み立てを可能にする組立装置が本発明により新規に作り出され、駆動ユニット（６）はリニアモータとして設計される。

Description

本発明は、独立特許請求項１の前提部による組立装置に、および組立装置を制御する方法に関する。組立装置は高い単位量での器具の完全自動組立に使用される。

独国実用新案第２０ ２０１５ ０００ ７８７ Ｕ１号明細書には、処理モジュールへのフィードも提供する多軸ロボットによる組立プロセス用の、ならびに構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具の搬送用のセルを有する、器具の完全自動組立用の組立装置が示されている。示される組立装置は、４本の脚部と、少なくとも１つの上部長手方向部材と、１つの下部長手方向部材とを有する製造フレームを備え、上部長手方向部材に沿って複数の多軸ロボットが固定式に配置され、これらの複数の多軸ロボットは、作業用ワークピースまたは予備組み立てされたユニットを、器具のさらなる処理または製造のために処理モジュールの上に搬送する。示される組立装置の欠点は、固定式に設置された多軸ロボットの動作半径が制限されることであり、その結果、特に組立装置内の比較的長い距離にわたる搬送に関して、対応する複数の多軸ロボットが必要とされる。

前記のタイプの組立装置の設計において、装置の小さな空間要件に対する要求と、セル内の空間の良好な利用に対する要求とが衝突する。それというのも、組立装置の小さな空間要件を達成するために、使用される多軸ロボットは小型であるべきであるが、良好な空間利用のために、多軸ロボットは適切に広い到達範囲を示すべきだからである。

実際には、６軸システムを通常は使用する多軸ロボットシステムが使用され、その結果、適切な動作性と、同時に良好な空間利用とが実現される。要求される広い到達範囲を同時に実現するために、特に細長い製造ラインを備える組立装置において、従来知られている多軸ロボットシステムは、直線状に動作可能なキャリッジ上に取り付けられる。ここでは、前記キャリッジは直線軸システムに沿って駆動され、駆動装置は回転サーボモータを備え、その回転駆動運動は、例えば歯付きベルト、歯付きラックおよびスピンドルシステムなどの適切な機械的手段によって、所望の直線運動に変換される。直線軸システムおよび関連する駆動システムは、この場合において、従来知られている組立装置の場合、床に設置され、機械的構成要素の摩耗の結果として形成されるちりが、地面に、または地面の近くに配置された収集装置内に落下する。したがって、製造プロセスはちりによって悪影響を受けることはない。悪影響を有するものは、多軸ロボットシステムおよび対応して天井から懸吊されるように取り付けられる直線軸システムの場合に必要とされる偏向システムに起因して生じるちりである。ここでは、動作中、歯車部品の磨耗の結果として形成されるちりが、その下に位置する作業空間に落下し、したがって組み立てられる構成要素を汚す。回転駆動システムの使用のさらなる基本的な欠点はまた、多軸ロボットシステムを支持する３つ以上のキャリッジの独立した動作の場合のコストが大幅に増加することである。それというのも、さらなるリニア機構が必要とされ、これがさらに非常に大きな空間を同様に占めるからである。

本発明の目的は、組立装置、組立装置を制御するための方法、および組立装置において構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を製造するための方法を特定することであり、これにより異なるユニットおよび器具の安価で構造的空間を節約した柔軟な組み立てが可能になる。

前記目的は、独立請求項１、９および１０の特徴をそれぞれ有する、組立装置、組立装置を制御するための方法および組立装置を制御するための方法、および組立装置において構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を製造するための方法によって本発明により達成される。組立装置のおよび方法の有利な改良形態は、従属請求項に特定されている。

本発明の一態様によれば、少なくとも１つの製造セルを備えた、電気機械式、電磁式および／または電気油圧式器具の完全自動組立用の組立装置が作られ、製造セルは、少なくとも１つの下部長手方向部材と、少なくとも１つの上部長手方向部材とを有する製造フレームを備える。さらに、本発明による組立装置は、上部長手方向部材に配置された第１の直線軸システムと、第１の直線軸システム上で動作可能な少なくとも１つの第１のキャリッジと、第１のキャリッジに配置された第１の多軸ロボットと、第１の直線軸システム上の第１のキャリッジの動作を駆動するための少なくとも１つの駆動ユニットとを備える。ここで駆動ユニットはリニアモータとして形成される。回転駆動装置が使用される場合に必要とされる、回転運動を並進運動に変換する歯車構成要素は、有利に排除される。これは、直線軸システムおよびその上で動作可能な多軸ロボットが製造セルの上部長手方向部材に配置される場合に特に有利である。それというのも、通常であれば歯車構成要素の摩耗の結果として生じるちりが、多軸ロボットシステムによってその下で機械加工される構成要素に落下し得るからである。さらなる利点は、リニアモータによって駆動される複数のキャリッジが直線軸システム上で互いに独立して駆動されることができることである。最後に、リニアモータおよび関連する直線軸システムは、機械的により単純な構成であり、従来の同様の軸システムと比較してより小さい。

したがって、小さな空間要件と良好な空間利用との間の衝突は、多軸ロボットがリニアモータの形態の駆動ユニットによって直線軸システム上で動作されることによって有利に解決され、ここで前記ロボットの到達範囲は組立セル内で長手方向にも横方向にも空間要件を増大することなく大幅に増大され、高さ方向にのみわずかな追加の空間要件がある。

１つの改良において、少なくとも１つの第２の多軸ロボットが製造セル内に設けられる。この方法で、有利に達成されるのは、複数の作業プロセスを１つの製造セル内で同時に行うことができることである。１つの好都合な改良において、第２の多軸ロボットは、第１の直線軸システム上を動作可能な第２のキャリッジ上に配置されることが提供される。この方法で、構造的空間は、少なくとも直線軸システムの長手方向の範囲を横切る方向において有利に節約され、製造コストの節約もこの方法において達成される。

特に好ましい改良において、第２の多軸ロボットは、第１の直線軸システムと平行に配置された第２の直線軸システム上に動作可能に配置された第２のキャリッジ上に配置される。したがって、２つの多軸ロボットのそれぞれは製造セル内で互いに衝突することなく直線軸システムの長手方向において互いに独立して動作されることが有利に可能である。このようにして、製造される器具の製造または組み立ての柔軟性が対応して増す。

特に好ましい改良において、第３のキャリッジ上で動作可能な第３の多軸ロボットが製造セル内に設けられる。かくして、さらにより多くの数の処理ステップを１つの製造セル内で同時に行うことが有利に可能である。第３のキャリッジは、この場合、好ましくは、第１および第２の直線軸システムのどちらかに動作可能に配置される。

少なくとも１つの処理モジュールを少なくとも１つの下部長手方向部材上に製造セル内で配置することが好都合であり、ここで処理モジュールは組立プロセスまたは検査プロセスを自動で実行する。複数の好ましくは最大８個の処理モジュールを製造セル内に配置することが、特に好ましくはここで可能である。このようにして、製造される器具に必要な構成要素を、製造セル内で動作可能な多軸ロボットによって処理モジュールへ搬送し、そこで対応する組立または他の検査プロセスが自動で実行されることが有利に可能である。ここで、提供される処理モジュールの数に応じて、製造される異なる器具の複数の組立プロセスまたは検査プロセスを同時に実行することが可能である。

多軸ロボットが処理モジュールに器具の構成要素および／または予備組み立てされたユニットを投入しまたは取り出しおよび／または組み立てられた器具を処理モジュールから取り出しそれをフレームに配置するように直線軸システムおよび多軸ロボットが構成されると好都合である。このため多軸ロボットは有利に１つまたは複数のグリッパを有する。直線軸システムおよび多軸ロボットは、多軸ロボットがグリッパを用いて器具の構成要素、予備組み立てされたユニットおよび／または器具を把持し、回転させおよび／または搬送するように特に好ましくは構成される。

多軸ロボットのグリッパは、器具系列の複数の異なる構成要素、予備組み立てされたユニット、または器具を把持し、回転させ、および搬送することができるように好ましくは構成される。１つの改良において、組立装置は、互いに隣接して配置された複数の製造セルを特に有利に備える。製造セルは、直線軸システムの直線軸が互いに整列するように互いに方向付けられると特に好ましい。したがって、１つの多軸ロボットを相互に整列された直線軸に沿って複数のセルを横切って動作させることができることが特に有利に可能である。したがって、建設コストをさらに削減することが有利に可能であり、ここで特に、組立装置の完全自動転換がさらに依然として可能である。

多軸ロボットと直線軸システムとの組み合わせは新たな目的をもたらす。すなわち、具体的には、多軸ロボットおよび直線軸システムは、多軸ロボットのグリッパが意図したとおりに動くように共同して制御される必要がある。

組立装置は特に好ましくは、直線軸システムに沿った多軸ロボットの動作および多軸ロボットの多軸動作のためのコントローラを備える。前記コントローラはこの場合好都合にプログラマブル論理コントローラの形態である。

ここで、プログラマブル論理コントローラは、直線軸システムに沿ったキャリッジの動作を制御するための第１の制御モジュールを好都合に備える。したがって、直線軸システムに沿った多軸ロボットの動作は、処理モジュールの最適な投入および取り出しが可能になるようにプログラムまたは制御されることが有利に可能である。さらに、プログラマブル論理コントローラが多軸ロボットの多軸動作を制御するための第２の制御モジュールを備えることが特に好ましくは提供される。このようにして、１つの共通のプログラマブル論理コントローラを用いて、製造セル内の組立プロセス中に多軸ロボットの動作が互いに妨げ合わないように、直線軸システムに沿った多軸ロボットの動作および多軸ロボットの多軸動作を互いに調整できることが有利に達成される。

本発明の一態様によれば、組立装置を制御するための方法であって、組立装置が、それぞれリニアモータによって駆動される方法で直線軸システム上で動作可能である少なくとも１つの第１の多軸ロボットおよび１つの第２の多軸ロボットと、プログラマブル論理コントローラとを備える、方法。ここで、本発明による制御方法は、第１のステップにおいて、直線軸システム上の多軸ロボットの現在の位置を、リニアモータのドライバ段から、プログラマブル論理コントローラへ送信することを含む。第２のステップにおいて、多軸ロボットの軸の現在の位置が、多軸ロボットの多軸コントローラのドライバ段から、プログラマブル論理コントローラへ送信される。第３のステップにおいて、実行されるべき作業ステップに必要とされる直線軸システム上の多軸ロボットの位置および多軸ロボットの軸の位置の変更が計画される。第４のステップにおいて、実行されるべき位置の変更の経時的シーケンスが、多軸ロボットの衝突が排除されるように決定される。第５のステップにおいて、リニアモータのドライバ段によってリニアモータへ、および多軸ロボットの多軸コントローラのドライバ段によって多軸マニピュレータへ電気エネルギが供給され、位置の変更を実行する。

組立装置を制御する方法の１つの好都合な改良において、電気式プログラマブル論理コントローラが以下のようにプログラムされることが提供される、すなわち、器具の構成要素が処理モジュールに投入され、そこから取り出され、器具の予備組み立てされたユニットが投入されおよび取り出され、組み立てられた器具が処理モジュールから取り出されフレーム内に配置され、器具の構成要素、予備組み立てされたユニットおよび／または器具が回転されて搬送されるようにプログラムされることが提供される。

処理モジュールのコントローラと相互作用する電気式プログラマブル論理コントローラは、好ましくは、処理モジュール内での器具の完全自動組立および器具の検査の両方を、ならびにまた処理モジュールの完全自動セットアップを実行する。

組立装置を制御する方法の１つの好都合な改良において、多軸ロボットのおよび直線軸システムおよび処理モジュールのコントローラのプログラマブル論理コントローラが、異なる器具が組み立てられるように、処理モジュールのセットアッププロセス中および器具の組立中に組立装置を制御するための異なるプログラムモジュールを含むプログラムを備えることが提供される。

さらに、好ましくは、一方で直線軸システムの、および多軸ロボットのコントローラ用の、および他方で処理モジュールのコントローラ用の異なるプログラムモジュールが、組立装置の器具特有の制御のために、データベースに提供されることが提供される。

本発明の一態様によれば、組立装置、特に上記のような組立装置内で構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を製造するための方法が規定され、この方法中、組立装置は多数の相互に隣接する処理モジュールと、構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を把持し、回転させ、および／または搬送するための少なくとも１つのグリッパを有する少なくとも１つの第１の多軸ロボットと、プログラマブル論理コントローラとを備える。本発明による方法において、第１の処理モジュールの投入および取り出しは、第１の構成要素、第１の予備組み立てされたユニットまたは第１の器具を、第１の作業位置において第１の多軸ロボットのグリッパによって把持し、回転させ、搬送することによって実行される。本発明による方法は、ここで以下において特徴付けられる、すなわち、第１の多軸ロボットが直線軸システムにおいて上部長手方向部材上で第２の作業位置へ移動され、第２の作業位置で、第１の処理モジュールに隣接して配置された第２の処理モジュールの投入および取り出しが、第２の構成要素、第２の予備組み立てされたユニットまたは第２の器具を、第１の多軸ロボットのグリッパによって把持し、回転させ、搬送することによって実行され、多軸ロボットはリニアモータによって駆動されることにおいて特徴付けられる。このようにして、第１の処理モジュール内で製造される第１の器具の製造から、第２の処理モジュール内で製造される第２の器具の製造への転換の間、多軸ロボットの動作半径が第１の処理モジュールと第２の処理モジュールとの間の距離よりも短い場合でも第２の多軸ロボットは必要とされないことが有利に達成される。直線軸システム上の多軸ロボットの動作、および把持、回転および／または搬送のためにグリッパを用いて行われる動作は好ましくは同時に起こる。したがって、転換時間をさらに短縮することが有利に可能である。直線軸システム上で移動可能な複数の多軸ロボットを製造セル内に配置することが特に好ましくは同じく可能である。したがって、異なる器具の多数の転換プロセスまたは製造プロセスを同時に実行することが有利に可能である。

本発明のさらなる利点、特徴および特性は、好ましい例示的な実施形態の以下の記載から、および従属請求項から明らかになるだろう。

本発明は本発明の好ましい例示的な実施形態に基づく添付の図面を参照して以下でより詳細に考察される。

組立装置内で使用するための製造セルの例示的な実施形態を示す。 図１に示す製造セルのさらなる図を示し、ここではコントローラの図が改善されている。 製造セル内の処理モジュールを示す。

電気機械式、電磁式および／または電気油圧式器具の完全自動組立用の図１、図２および図３に従う本発明による組立装置の例示的な実施形態は、複数の製造セル１から構成され、その少なくとも１つは少なくとも２つの直線軸システム２を有し、その少なくとも２つのキャリッジ３はそれぞれ１つの多軸ロボット４を支持している。ここでは、製造セル１は、４本の垂直脚部５１と、２本の上部水平横方向部材５２と、２本の水平横方向部材５３と、少なくとも１本の上部長手方向部材５４と、少なくとも１本の下部長手方向部材５５とを有する製造フレーム５０を備え、直線軸システム２は上部長手方向部材５４の下側に配置されている。それぞれにおいて、リニアモータの形態の１つの駆動ユニット６が、キャリッジ３に一体化され、その結果、キャリッジ３は、したがってキャリッジ３に取り付けられた多軸ロボット４は、下部長手方向部材５５に沿って配置された処理モジュール５にフィードするために、直線軸システム２に沿って動作可能である。ここでは、最大８個の処理モジュール５が、製造セル１内で少なくとも１つの下部長手方向部材５５に配置され、処理モジュールは組立プロセスまたは試験プロセスを実行する。

ここでは、直線軸システム２および多軸ロボット４は、以下のように構成されている、すなわち、多軸ロボット４が、処理モジュール５に、組み立てられる器具の構成要素および／または予備組み立てされたユニットを投入しまたは取り出し、および／または組み立てられた器具を処理モジュール５から取り出し、下側長手方向部材５５上に配置されているフレーム１４内に配置するように構成されている。

さらに、直線軸システム２および多軸ロボット４は、図１に示す例示的実施形態において、多軸ロボット４が、グリッパ１５によって、器具の構成要素、予備組み立てされたユニットおよび／または器具を、把持し、回転し、および／または搬送するように構成されている。

多軸ロボットのグリッパ１５は、好ましくは、器具系列の複数の異なる構成要素、組み立てられたユニットまたは器具を把持し、回転し、搬送できるように構成される。

電気機械式、電磁式または電気油圧式器具の完全自動組立および検査用の組立装置を操作するために、組立装置の多軸ロボット４および直線軸システム２は、電気式プログラマブル論理コントローラ２０によって制御される。電気式プログラマブル論理コントローラ２０は以下のようにプログラムされる：
・器具の構成要素が、処理モジュール５に投入され、そこから取り出される、
・器具の予備組み立てされたユニットが投入され、取り出される、
・組み立てられた器具が処理モジュールから取り出され、フレーム１４内に配置される、
・器具の構成要素、予備組み立てされたユニットおよび／または器具が回転および搬送される。

電気式プログラマブル論理コントローラ２０は、処理モジュール５のコントローラ２１と相互作用して、好ましくは、多軸ロボット４およびそれを支持する直線軸システム２の動作を制御することによって、処理モジュール５における器具の完全自動組立と、器具の検査との両方を実行するとともに、処理モジュール５の完全自動セットアップも実行する。

この目的のために、多軸ロボット４の、および直線軸システム２のプログラマブル論理コントローラ２０と、処理モジュール５のコントローラ２１は、異なる器具が組み立てられるように、処理モジュール５のセットアッププロセス中および器具の組立中に組立装置を制御するための異なるプログラムモジュールを含むプログラムを備える。

一方で直線軸システム２の、および多軸ロボット４のコントローラ２０用の、および他方で処理モジュール５のコントローラ２１用の異なるプログラムモジュールが、組立装置の器具特有の制御のために、データベースに好ましくは提供される。

１ 組立装置の製造セル
２ 直線軸システム
３ キャリッジ
４ 多軸ロボット
５ 処理モジュール
６ 駆動ユニット
１４ フレーム
１５ グリッパ
２０ 直線軸システムのおよび多軸ロボットのコントローラ
２１ 処理モジュールのコントローラ
５１ 垂直脚部
５２ 上部水平横方向部材
５３ 下部水平横方向部材
５４ 上部長手方向部材
５５ 下部長手方向部材

Claims (10)

1. 電気機械式、電磁式および／または電気油圧式器具の完全自動組立用の組立装置であって、
   少なくとも１つの製造セル（１）であって、少なくとも１つの下部長手方向部材（５５）と、少なくとも１つの上部長手方向部材（５４）とを備える少なくとも１つの製造セル（１）と、
   前記上部長手方向部材（５５）に配置された第１の直線軸システム（２）と、
   前記第１の直線軸システム（２）上で動作可能な少なくとも１つの第１のキャリッジ（３）と、
   前記第１のキャリッジ（３）に配置された第１の多軸ロボット（４）と、
   前記第１の直線軸システム（２）上の前記第１のキャリッジ（３）の動作を駆動するための少なくとも１つの駆動ユニット（６）と
   を備える組立装置において、
   前記駆動ユニット（６）がリニアモータとして形成されることを特徴とする、組立装置。
2. 少なくとも１つの第２の多軸ロボット（４）が前記製造セル（１）内に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の組立装置。
3. 前記第２の多軸ロボット（４）が、前記第１の直線軸システム（２）上で動作可能な第２のキャリッジ（３）に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の組立装置。
4. 前記第２の多軸ロボット（４）が、前記第１の直線軸システム（２）と平行に配置された第２の直線軸システム（２）上に動作可能に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の組立装置。
5. 第３のキャリッジ（３）上で動作可能な第３の多軸ロボット（４）が前記製造セル内に設けられることを特徴とする、請求項３または４に記載の組立装置。
6. 前記第３のキャリッジ（３）が、前記第１および第２の直線軸システム（２）のどちらかに動作可能に配置されることを特徴とする、請求項５に記載の組立装置。
7. 少なくとも１つの処理モジュール（５）が前記製造セル（１）内で少なくとも１つの下部長手方向部材（５５）上に配置され、前記少なくとも１つの処理モジュールは組立プロセスまたは検査プロセスを自動で実行することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の組立装置。
8. 前記直線軸システム（２）に沿った前記多軸ロボット（４）の動作用の、および前記多軸ロボット（４）の多軸動作用のコントローラ（２０）を備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の組立装置。
9. 組立装置を制御するための方法であって、前記組立装置が、それぞれリニアモータ（６）によって駆動される方法で直線軸システム（２）上で動作可能な少なくとも１つの第１の多軸ロボット（４）および１つの第２の多軸ロボット（４）と、コントローラ（２０）とを備える、方法において、
   前記直線軸システム（２）上の前記多軸ロボット（４）の現在の位置を、前記リニアモータ（６）のドライバ段から、前記コントローラ（２０）へ送信するステップと、
   前記多軸ロボット（４）の各軸の現在の位置を、前記多軸ロボット（４）の多軸コントローラのドライバ段から、前記コントローラ（２０）へ送信するステップと、
   実行すべき作業ステップに必要とされる前記直線軸システム（２）上の前記多軸ロボット（４）の位置および前記多軸ロボット（４）の前記各軸の位置の変更を計画するステップと、
   実行すべき位置の変更の経時的シーケンスを、前記多軸ロボット（４）の衝突が排除されるように決定するステップと、
   前記リニアモータの前記ドライバ段によって前記リニアモータ（６）へ、および前記多軸ロボット（４）の前記多軸コントローラの前記ドライバ段によって前記多軸マニピュレータへ電気エネルギを供給し、位置の前記変更を実行するステップと
   によって特徴付けられる方法。
10. 組立装置、特に請求項１〜８のいずれか一項に記載の組立装置内で構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を製造するための方法であって、
    前記組立装置が、
    多数の相互に隣接する処理モジュール（５）と、
    構成要素、予備組み立てされたユニットおよび器具を把持、回転、および／または搬送するための少なくとも１つのグリッパ（１５）を有する少なくとも１つの第１の多軸ロボット（４）と、
    プログラマブル論理コントローラ（２０）とを備え、
    第１の処理モジュール（５）の投入および取り出しが、第１の構成要素、第１の予備組み立てされたユニットまたは第１の器具を、第１の作業位置において前記第１の多軸ロボット（４）の前記グリッパ（１５）によって把持、回転、および搬送することによって実行される方法において、
    直線軸システム（２）における上部長手方向部材（５４）上の前記第１の多軸ロボット（４）を第２の作業位置へ移動するステップであって、
    前記第２の作業位置で、前記第１の処理モジュール（５）に隣接して配置された第２の処理モジュール（５）の投入および取り出しが、第２の構成要素、第２の予備組み立てされたユニットまたは第２の器具を、前記第１の多軸ロボット（４）の前記グリッパ（１５）によって把持、回転、および搬送することによって実行され、
    前記多軸ロボットはリニアモータ（６）によって駆動されるステップ
    によって特徴付けられる、方法。

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