WO2016193019A1 - Robotergreifer und roboter mit einem solchen robotergreifer - Google Patents

Robotergreifer und roboter mit einem solchen robotergreifer Download PDF

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WO2016193019A1
WO2016193019A1 PCT/EP2016/061353 EP2016061353W WO2016193019A1 WO 2016193019 A1 WO2016193019 A1 WO 2016193019A1 EP 2016061353 W EP2016061353 W EP 2016061353W WO 2016193019 A1 WO2016193019 A1 WO 2016193019A1
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WO
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gripper
structural element
robot
robot gripper
target surface
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PCT/EP2016/061353
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Inventor
Gerald Walter
Fredy Doll
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Ipr - Intelligente Peripherien Für Roboter Gmbh
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Publication date
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0052—Gripping heads and other end effectors multiple gripper units or multiple end effectors
    • B25J15/0061—Gripping heads and other end effectors multiple gripper units or multiple end effectors mounted on a modular gripping structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
    • B25J15/0616—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means with vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C31/00—Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
    • B29C31/04—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
    • B29C31/08—Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity of preforms to be moulded, e.g. tablets, fibre reinforced preforms, extruded ribbons, tubes or profiles; Manipulating means specially adapted for feeding preforms, e.g. supports conveyors
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    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns

Definitions

  • the invention relates to a robot gripper for gripping and transporting a flexible planar structural element and for attaching the structural element to a target surface according to the preamble of claim 1, a robot according to claim 9 and a method to be carried out by means of a robot gripper according to claim 10.
  • the invention is based in particular on a technique which is already known per se.
  • In the automotive industry is trying to reduce the mass of the body in order to reduce fuel consumption of the vehicles.
  • These flat structural elements are usually made of a fiber composite material and are in the form of mats of a few millimeters thickness. The are heated together with the respective sheets after application to form a stable unit. As a result, the mentioned sheets of lesser thickness can be used without thereby reducing the stability.
  • the object of the invention is to provide a way to be able to apply flat structural elements in a consistent and high quality on target surfaces, in particular on body parts.
  • the object underlying the invention is achieved by a robot gripper for gripping and transporting a flexible planar structural element and for attaching the structure solved on a target surface.
  • the robot gripper includes a Greiteroasis with a coupling for attachment to a robotic arm.
  • the robot gripper comprises a formflexible pressure block.
  • This formflexible Anpressblock has a deformable outer surface, which is provided as a holding surface for gripping, transporting and pressing the workpieces.
  • Such a robot gripper thus consists at least of the components required for coupling to the robot arm, in particular the gripper base with coupling, as well as of the form-flexible pressure block, which has an outer surface which is carrier surface for the structural element.
  • the pressure block is made of an elastically deformable material with an E-modulus ⁇ 1 kN / mm 2 , in particular preferably with an E-modulus ⁇ 0.1 kN / mm 2 .
  • the thickness of the Anpressblockes orthogonal to the outer surface is at least 20 mm, preferably at least 30 mm.
  • the pressure block can be made movable relative to the gripper base. Additional mobility of the pressure block as a whole in relation to the urea base further enhances the suitability of the robot gripper for impurity-free application of the structural element to the target surface.
  • This additional mobility can be given by an additional formflexibles element between the gripper base and the Anpressblock.
  • a support for the pressure block may be provided on the gripper base.
  • the carrier and the pressure block may be connected by a plurality of rigid links, which are limitedly pivotally mounted relative to the carrier and the Anpressblock.
  • the rigid links may be formed, for example, plate-like or strut-like.
  • the pivoting mobility on the carrier can be given for example by elastic sleeves, by means of which the connecting members are attached to the carrier.
  • On the side of the Anpressblockes a limited pivoting mobility of the connected to the Anpressblock connecting members is already given due to the elasticity of the material of the Anpressblocks.
  • the outer surface may be divided by grooves in mutually preferably relatively movable surface segments.
  • the grooves mentioned define preferred kinks in the pressure block. Between the grooves are surface segments which are relatively small deformable. If the pressure block is thus pressed against the target surface on one side, the pressure block preferably kinks slightly in the region of the grooves.
  • It may be provided a plurality of grooves which are aligned parallel to each other or orthogonal.
  • mutually parallel grooves that divide the outer surface of the Anpressblocks into a kind of strip are advantageous to come successively in touching contact with the target surface and so in the aforementioned manner when attaching the structural element to squeeze the air between the structural element and the target surface.
  • additional orthogonal grooves, through which the outer surface is divided as it were into square boxes the attachment to three-dimensional target surfaces can be achieved particularly advantageous.
  • a plurality of suction nozzles may be provided in the outer surface which, upon application of a negative pressure, permit retention of the structural member on the outer surface.
  • the suction nozzles allow the structural element to be retained on the outer surface of the pressure block prior to and during attachment to the target surface. As a result, a fast operation of the robot gripper is allowed, since this only has to be initially led to a collision of the structural elements, here picks up a structural element by means of negative pressure and this then presses against the target surface.
  • a plurality of vacuum channels is provided, which are connected to the suction nozzles.
  • Several of the suction nozzles may be commonly connected to one of the vacuum channels.
  • robot arm-side pressure lines can be connected to the robot gripper.
  • the number of required channels can be reduced by connecting a plurality of suction nozzles to a common vacuum channel. In principle, it is possible to connect all vacuum nozzles with the same vacuum channel. However, it is considered advantageous if a plurality of separately switchable vacuum channels are given, which allow the individual or partial deactivation of the negative pressure at some, but not all, suction nozzles.
  • the negative pressure can be deactivated successively when the structural element is progressively attached to the target surface, when the first suction nozzles intentionally lose their contact with the structural element.
  • the formflexible pressure block may have a main material based on polyurethane.
  • the pressure block is preferably produced by means of a casting process.
  • materials based on polyurethane in particular in the present field of application materials based on polyurethane.
  • all elastically deformable materials which have the required modulus of elasticity come into question here, for example rubber or elastomeric plastics.
  • silicone-free materials are preferred.
  • the mentioned casting technique makes it possible to easily achieve an adapted shape.
  • the outer surface of the robot tool is preferably substantially identical to the shape of the structural elements, so that there is no substantial projection of the robot gripper over the structural element. As a result, even in confined spaces the possible.
  • the casting technique makes it easy to create new pressure blocks in the shape of the structural elements to be processed.
  • the casting technique also makes it possible to easily introduce said grooves in the Anpressblock by these are already provided in the mold for casting the Anpressblocks.
  • Such nozzle components made of metal or deviating from the main material of the Anpressblocks plastic are advantageous in order to influence the flow geometry of the nozzle components can accurately.
  • these can be very easily introduced by they are already positioned in the mold accordingly and then surrounded by the introduction of the liquid main material before its solidification of this.
  • Anpressblock connecting components may be embedded, by means of which the Anpressblock is connected to the gripper base.
  • these connecting components can be internally threaded sleeves in order to be able to fasten the said connecting members here. Similar to the nozzle components, these connecting components are preferably also introduced into the mold prior to casting of the main material, so that they are surrounded by this during casting.
  • the suction nozzles may be surrounded by a sealing ring for application to the structural element.
  • the sealing rings surrounding the suction nozzles on the side of the outer surface lead to a particularly good seal on the structural element and thus to a particularly reliable holding. It may be sealing rings with a deviating from the main material of the Anpressblocks material that are already introduced into the mold before casting the main material or attached to this subsequently. It is particularly advantageous if these sealing rings are formed in the form of a raised ring directly from the main material by the mold having a corresponding annular recess.
  • the object underlying the invention is also achieved by a robot for applying a flexible planar structural element on a target surface.
  • the robot includes a robot gripper for gripping and transporting the flexible flat structural element and for attaching the structural element to the substrate.
  • the robot gripper is designed in the manner described above.
  • Such a robot leads the robot gripper described. It is to be designed in such a way that it permits the required movements, which in particular include bringing the robot gripper into a pivoting position, in which, according to the method described below, first brings an edge of the structural element into contact with the target surface and then starting from This edge allows a progressive surface contact between the structural element and the target surface.
  • the object underlying the invention is also achieved by a method for applying a flexible planar structural element on a target surface by means of a robot gripper of the type described above.
  • the robot gripper is guided to the structural element and picks it up.
  • the robot gripper is then guided to the target surface and attaches the structural element of the target surface.
  • the robot gripper described is particularly suitable for this method, since it allows the successive attachment of the structural element. This is primarily due to the deformability of the Anpressblocks, but also in the additional - preferably passive and elastic - mobility of the Anpressblocks relative to the gripper base.
  • the robot gripper can grasp the structural element together with a protective film attached thereto, which protects an adhesive surface of the structural element.
  • the robot gripper is guided to a separating station which has a holder by means of which the protective film is gripped and then released from the structural element by a relative movement of the robot gripper relative to the holder.
  • the use of such a separation station simplifies handling and allows a high degree of automation.
  • the structural elements can thereby be stored in stacked form within reach of the robot.
  • the protective film which covers the adhesive surface preferably provided on the structural elements, is removed at the separating station without the separation of the structural element from the outer surface of the pressure block being necessary for this purpose.
  • the air can be pressed from a gap between the structural element and the target surface, starting from this edge or corner, so that no air pockets to be feared.
  • a negative pressure can be applied to suction nozzles of the robot gripper.
  • the negative pressure at different suction nozzles is preferably released at different times.
  • Fig. 1 shows a robot gripper in a perspective view.
  • Fig. 2 shows the outer surface of the robot gripper, by means of which sheet-like structural elements are detected.
  • Fig. 3 and Fig. 3a show the robot gripper in a side view, wherein Fig. 3a is a partially sectioned view.
  • FIGS. 1 to 3a shows a robot with the robot gripper of FIGS. 1 to 3a.
  • 5a to 5f show the sequence when attaching the planar structural element on a target surface.
  • Fig. 1 shows a robot gripper according to the invention in a perspective view.
  • This robot gripper 20 has a gripper base 30 which is fixedly mounted on the arm of a robot gripper.
  • a coupling 32 is provided, which has a number of vacuum channels 36, which are intended coupled with vacuum channels on the robot arm.
  • an approximately 30 mm thick Anpressblock 40 represents the second main component of the robot gripper 20.
  • This Anpressblock 40 consists for the most part of an elastically deformable material, in this case of an elastically easily deformable polyurethane material.
  • the gripper base 30 and the Anpressblock 40 in mechanical terms via a linkage with a plurality of rods 62 which are mounted resiliently tiltable on a support plate 34 of the gripper base 30 and which are screwed with its opposite end in threaded sleeves, the Anpressblock 40th are provided. Since the connecting rods 62 are thus flexibly mounted on both sides, they allow in the manner outlined below a relative movement between the pressure block 40 as a whole and the gripper base 30.
  • the gripper base 30 and the Anpressblock 40 are still connected by means of vacuum channels.
  • lines 66 are provided, which are connected to the vacuum channels 36 of the coupling 32 on the one hand and are connected at its opposite end to terminals of the Anpressblocks 40.
  • the lines are connected in part by means of Y pieces 64 such that a plurality of the suction openings of the pressure block 40, which are described below, are connected to a vacuum channel 36 of the coupling 32.
  • Fig. 2 shows the Anpressblock 40 from its underside.
  • the pressure block is subdivided into individual presently rectangular segments 44, which are separated from one another by grooves 46a, 46b. This results in a very good deformability of the Anpressblocks 40 in the region of these grooves 46a, 46b.
  • the individual segments 44 each have a suction nozzle 48, which are connected via the lines described individually or in groups with the vacuum channels 36.
  • the Anpressblock 40 consists for the most part of a main material 50, in this case a polyurethane-based material.
  • the Anpressblock 40 is made by casting, which allows different features in terms of design.
  • the connecting rods 62 the aforementioned threaded sleeves 52 are cast.
  • the mobility of the rods 62 relative to the Anpressblock 40 is achieved since the threaded sleeves 52 kippbewegiicn in the elastic material of the Anpressblocks 40 and are also translationally movable to a limited extent.
  • nozzle members 54 which provide the actual nozzle openings. These nozzle components 54 can be found at the end of channels 58 provided in the pressure block 40.
  • the nozzles 48 are surrounded by a raised ring 56, which allows a particularly secure manipulation of the structural elements.
  • FIG. 4 shows a robot 10 with a robot arm 12, which has a coupling 14. At this robot gripper 20 of the preceding figures is attached. Here, the vacuum lines from the side of the robot arm 12 are connected to the clutch 32 in a manner not shown.
  • the structural elements are in a stacked form for further processing, each of the structural elements 92 being provided with a protective layer 94 for covering the adhesive surface.
  • FIG. 5A shows the approach of the robot gripper 20 to the target surface 100.
  • FIG. 5D shows how these connecting rods 62 are deflected in the course of pressing.
  • individual suction nozzles 48 are started to be deactivated, since continued contact between them and the structural element 92 is no longer necessary and would only lead to an undesired higher degree of deformation of the pressure block.
  • Fig. 5E can be seen how continued individual intake nozzles 4ts are disabled individually or in groups.

Abstract

Bekannt sind Robotergreifer (20) zum Ergreifen und Transportieren eines flexiblen flächigen Strukturelements (92) sowie zur Anbringung des Strukturelements (92) auf einer Zieloberfläche (100). Der Robotergreifer (20) umfasst eine Greiferbasis (30) mit einer Kupplung (32) zur Anbringung an einem Roboterarm (12). Es wird vorgeschlagen, dass der Robotergreifer (20) einen formflexiblen Anpressblock (40) umfasst. Der formflexible Anpressblock (40) verfügt über einen verformbare Außenfläche (42), die als Haltefläche zum Ergreifen, Transportieren und Anpressen der Werkstücke vorgesehen ist.

Description

Robotergreifer und Roboter mit einem solchen Robotergreifer
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft einen Robotergreifer zum Ergreifen und Transportieren eines flexiblen flächigen Strukturelements sowie zur Anbringung des Strukturelements auf einer Zieloberfläche nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , einen Roboter nach Anspruch 9 und ein mittels eines Robotergreifers durchzuführendes Verfahren nach Anspruch 10.
Der Erfindung liegt insbesondere eine für sich bereits bekannte Technik zugrunde. Im Automobilbau wird versucht, die Masse der Karosserie zu verringern, um Verbrauchswerte der Fahrzeuge zu reduzieren. Hierbei ist es bereits bekannt, Karosseriebleche zu verjüngen und die dadurch eingebüßte Stabilität durch flexible flächigen Strukturelementen zu kompensieren. Diese flächigen Strukturelemente sind üblicherweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt und liegen in Form vom Matten einiger Millimeter Stärke vor. Die werden gemeinsam mit den jeweiligen Blechen nach Aufbringung erhitzt, um eine stabile Einheit zu bilden. Hierdurch lassen sich die genannten Bleche geringerer Stärke verwenden, ohne hierdurch Stabilitätseinbußen zu erzielen.
Der genannte Vorteil wird jedoch nur erzielt, wenn die flächigen Strukturelemente vollflächig am Blech angebracht werden und Lufteinschlüsse und ähnliche Störstellen vermieden werden. Aus diesem Grund ist die roboterunterstützte Aufbringung der Strukturelemente in der Vergangenheit nicht mit gutem Erfolg geglückt. Vielmehr ist es noch heute üblich, dass die Strukturelemente händisch an den Karosserieteilen angebracht werden. Sofern dies von nicht ausreichend geschulten Mitarbeitern geschieht, besteht jedoch auch hier die Gefahr von Lufteinschlüssen und damit einer signifikanten Schwächung des Karosserieteils.
AUFGABE UND LÖSUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zur Verfügung zu stellen, flächige Strukturelemente in gleichbleibender und hoher Qualität auf Zieloberflächen, insbesondere auf Karosserieteile, aufbringen zu können.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Robotergreifer zum Ergreifen und Transportieren eines flexiblen flächigen Strukturelements sowie zur Anbringung des Struk- turelements auf einer Zieloberfläche gelöst. Der Robotergreifer umfasst eine Greiteroasis mit einer Kupplung zur Anbringung an einem Roboterarm.
Der Robotergreifer umfasst einen formflexiblen Anpressblock. Dieser formflexible Anpressblock verfügt über einen verformbare Außenfläche, die als Haltefläche zum Ergreifen, Transportieren und Anpressen der Werkstücke vorgesehen ist.
Ein solcher Robotergreifer besteht somit zumindest aus den zur Ankopplung an den Roboterarm erforderlichen Komponenten, insbesondere der Greiferbasis mit Kupplung, sowie aus dem formflexiblen Anpressblock, der über eine Außenfläche verfügt, welche Trägerfläche für das Strukturelement ist.
Der Anpressblock ist aus einem elastisch verformbaren Material mit einem E-Modul < 1 kN/mm2, insbesondere vorzugsweise mit einem E-Modul < 0,1 kN/mm2, gefertigt. Dies gestattet es, den Anpressblock auch bei den im Karosseriebau heute üblichen dreidimensionalen Formen flächig anlegen zu können, so dass das anzubringende Strukturelement weitgehend gleichmäßig und gleichzeitig an die Zieloberfläche angepresst werden kann. Die Gefahr von Lufteinschlüssen oder anderen Störstellen ist hierdurch gering.
Insbesondere gestattet es die Verformbarkeit des Anpressblockes und mit ihm seine Außenfläche auch, während des Prozesses des Anbringens des Strukturelements dieses zunächst nur im Bereich einer Ecke oder einer Kante an die Zieloberfläche anzulegen und anschließend bei gleichzeitiger Verformung des Anpressblocks in einer Art Rollbewegung sukzessive ausgehend von besagter Ecke oder Kante weitere Flächenabschnitte an die Zieloberfläche anzubringen. Hierdurch lassen sich Lufteinschlüsse und Störstellen besonders wirksam vermeiden, da das sukzessive Anbringen in der Lage ist, die Luft zwischen Zieloberfläche und Anpressblock hinauszupressen.
Damit der Anpressblock in der gewünschten Weise eine Verformbarkeit entsprechend den dreidimensionalen Strukturen einer Karosserie gestattet, ist es von Vorteil, wenn die Stärke des Anpressblockes orthogonal zur Außenfläche mindestens 20 mm beträgt, vorzugsweise mindestens 30 mm.
Der Anpressblock kann gegenüber der Greiferbasis beweglich ausgestaltet sein. Durch eine zusätzliche Beweglichkeit des Anpressblockes als Ganzem gegenüber der ureirer- basis wird die Eignung des Robotergreifers zum störstellenfreien Anlegen des Strukturelements an der Zieloberfläche noch verbessert.
Diese zusätzliche Beweglichkeit kann durch ein zusätzliches formflexibles Element zwischen der Greiferbasis und dem Anpressblock gegeben sein.
Alternativ kann an der Greiferbasis ein Träger für den Anpressblock vorgesehen sein. Der Träger und der Anpressblock können durch eine Mehrzahl von starren Verbindungsgliedern verbunden sein, die begrenzt schwenkbeweglich gegenüber dem Träger und dem Anpressblock angebracht sind.
Eine solche Gestaltung zur Erzielung der Beweglichkeit des Anpressblocks gegenüber der Greiferbasis hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt. Die starren Verbindungsglieder können beispielsweise plattenartig oder strebenartig ausgebildet sein. Die Schwenkbeweglichkeit am Träger kann beispielsweise durch elastische Hülsen gegeben sein, mittels derer die Verbindungsglieder am Träger angebracht sind. Auf Seiten des Anpressblockes ist eine begrenzte Schwenkbeweglichkeit der mit dem Anpressblock verbundenen Verbindungsglieder bereits aufgrund der Elastizität des Materials des Anpressblocks gegeben.
Die Außenfläche kann durch Nuten in gegeneinander bevorzugt relativbewegliche Flächensegmente untergliedert sein.
Die genannten Nuten definieren bevorzugte Knickstellen im Anpressblock. Zwischen den Nuten sind Flächensegmente, die vergleichsweise gering verformbar sind. Wenn der Anpressblock somit einseitig an der Zieloberfläche angepresst wird, so knickt der Anpressblock vorzugsweise im Bereich der Nuten leicht ein.
Es kann eine Mehrzahl von Nuten vorgesehen sein, die zueinander parallel oder orthogonal ausgerichtet sind.
Zueinander parallele Nuten, die die Außenfläche des Anpressblocks in eine Art Streifen untergliedern, sind von Vorteil, um nacheinander in Berührkontakt mit der Zieloberfläche zu kommen und so in der bereits erwähnten Weise beim Anbringen des Strukturelements die Luft zwischen Strukturelement und Zieloberfläche herauszudrücken. Durch zusätzliche orthogonale Nuten, durch die die Außenfläche gleichsam in Karrees unterteilt wird, lässt sich die Anbringung an dreidimensionalen Zieloberflächen besonders vorteilhaft erzielen. In der Außenfläche kann eine Mehrzahl von Ansaugdüsen vorgesehen sein, die aurcn Anlegen eines Unterdrucks ein Halten des Strukturelements an der Außenfläche gestatten.
Die Ansaugdüsen gestatten es, das Strukturelement vor und während der Anbringung an der Zieloberfläche an der Außenfläche des Anpressblockes zu halten. Hierdurch wird eine schnelle Arbeitsweise des Robotergreifers gestattet, da dieser lediglich zunächst zu einem Stoß der Strukturelemente geführt werden muss, hier ein Strukturelement mittels Unterdruck aufnimmt und dieses anschließend an die Zieloberfläche anpresst.
An der Greiferbasis des Robotergreifers ist eine Mehrzahl von Unterdruckkanälen vorgesehen, die mit den Ansaugdüsen verbunden sind. Mehrere der Ansaugdüsen können gemeinsam mit einem der Unterdruckkanäle verbunden sein.
Durch die Unterdruckkanäle an der Greiferbasis können roboterarmseitige Druckleitungen mit dem Robotergreifer verbunden werden. Die Zahl der erforderlichen Kanäle kann dadurch reduziert werden, dass mehrere Ansaugdüsen mit einem gemeinsamen Unterdruckkanal verbunden sind. Grundsätzlich ist es möglich, alle Unterdruckdüsen mit dem gleichen Unterdruckkanal zu verbinden. Es wird jedoch als vorteilhaft angesehen, wenn mehrere separat schaltbare Unterdruckkanäle gegeben sind, die die einzelne oder abschnittsweise Deaktivierung des Unterdrucks an einigen, jedoch nicht allen, Ansaugdüsen gestatten. So kann der Unterdruck bei einem fortschreitenden Anbringen des Strukturelements an der Zieloberfläche nacheinander deaktiviert werden, wenn die ersten Ansaugdüsen bestimmungsgemäß ihren Kontakt zum Strukturelement verlieren.
Der formflexible Anpressblock kann einen Hauptwerkstoff auf Polyurethanbasis aufweisen.
Der Anpressblock ist vorzugsweise mittels eines Gussverfahrens hergestellt. Hierfür eignen sich insbesondere beim vorliegenden Anwendungsfeld Werkstoffe auf Polyurethanbasis. Grundsätzlich kommen jedoch alle elastisch verformbaren Materialien, die das erforderliche E-Modul aufweisen, hier infrage, beispielsweise Gummi oder Elastomer-Kunststoffe. Von Vorteil sind Silikonfreie Materialien.
Die genannte Gusstechnik gestattet es, auf einfache Weise eine angepasste Formgebung zu erzielen. Die Außenfläche des Roboterwerkzeugs ist vorzugsweise weitgehend identisch mit der Form der Strukturelemente, so dass kein wesentliches Überragen des Robotergreifers über das Strukturelement gegeben ist. Hierdurch ist auch bei beengten Raumverhältnissen die Ver- wendung möglich. Durch die Gusstechnik können einfach neue Anpressblöcke in ApnangigKeit der Form der zu verarbeitenden Strukturelemente erzeugt werden.
Die Gusstechnik gestattet es auch, auf einfache Weise die genannten Nuten in den Anpressblock einzubringen, indem diese bereits bei der Form zum Gießen des Anpressblocks vorgesehen sind.
In den formflexiblen Anpressblock können Düsenbauteile eingebettet sein, die die Ansaugdüsen an der Außenfläche bilden.
Solche Düsenbauteile aus Metall oder einem vom Hauptwerkstoff des Anpressblocks abweichenden Kunststoff sind von Vorteil, um die Strömungsgeometrie an den Düsenbauteilen genau beeinflussen zu können. Durch die Gusstechnik lassen sich diese sehr einfach einbringen, indem sie in der Gussform bereits entsprechend positioniert werden und dann beim Einbringen des flüssigen Hauptwerkstoffs vor dessen Erstarrung von diesem umgeben werden.
In den formflexiblen Anpressblock können Verbindungsbauteile eingebettet sein, mittels derer der Anpressblock mit der Greiferbasis verbunden ist.
Diese Verbindungsbauteile können insbesondere Hülsen mit Innengewinde sein, um die genannten Verbindungsglieder hier befestigen zu können. Ähnlich wie bei den Düsenbauteilen sind auch diese Verbindungsbauteile vorzugsweise bereits vor Gießen des Hauptwerkstoffs in die Form eingebracht, so dass sie von diesem beim Gießen umgeben werden.
Die Ansaugdüsen können von einem Dichtring zum Anlegen an das Strukturelement umgeben sein.
Die die Ansaugdüsen auf Seiten der Außenfläche umgebenden Dichtringe führen zu einer besonders guten Abdichtung am Strukturelement und somit zu einem besonders zuverlässigen Halten. Es kann sich um Dichtringe mit einem vom Hauptwerkstoff des Anpressblocks abweichenden Material handeln, die auch bereits in die Gussform vor Gießen des Hauptwerkstoffs eingebracht sind oder nachträglich an diesem angebracht werden. Von besonderem Vorteil ist es, wenn diese Dichtringe in Form eines erhabenen Rings unmittelbar aus dem Hauptwerkstoff gebildet sind, indem die Gussform eine entsprechende ringförmige Ausnehmung aufweist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch einen Roboter zum Aufbringen eines flexiblen flächigen Strukturelements auf einer Zieloberfläche gelöst. Der Roboter umfasst einen Robotergreifer zum Ergreifen und Transportieren des flexiblen flächigen StruKtureiements sowie zur Anbringung des Strukturelements auf dem Untergrund. Der Robotergreifer ist nach vorstehend beschriebener Art ausgebildet.
Ein solcher Roboter führt den beschriebenen Robotergreifer. Er ist so auszubilden, dass er die erforderlichen Bewegungsabläufe ermöglicht, die insbesondere umfassen, dass der Robotergreifer in eine Schwenkstellung gebracht werden kann, in der er entsprechend dem nachfolgend noch beschriebenen Verfahren zunächst eine Kante des Strukturelements in Kontakt mit der Zieloberfläche bringt und anschließend ausgehend von dieser Kante einen fortschreitenden Flächenkontakt zwischen Strukturelement und Zieloberfläche ermöglicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Aufbringen eines flexiblen flächigen Strukturelements auf einer Zieloberfläche mittels eines Robotergreifers oben beschriebenen Typs gelöst. Der Robotergreifer wird zu dem Strukturelement geführt und nimmt es auf. Der Robotergreifer wird anschließend zur Zieloberfläche geführt und bringt das Strukturelement der Zieloberfläche an.
Der beschriebene Robotergreifer eignet sich für dieses Verfahren insbesondere, da er das sukzessive Anbringen des Strukturelements gestattet. Dies liegt primär in der Verformbarkeit des Anpressblocks begründet, jedoch auch in der zusätzlichen - vorzugsweise passiven und elastischen - Beweglichkeit des Anpressblocks gegenüber der Greiferbasis.
Der Robotergreifer kann das Strukturelement mitsamt einer daran angebrachten Schutzfolie ergreifen, die eine Klebefläche des Strukturelements schützt. Der Robotergreifer wird vor Anbringung des Strukturelements an der Zieloberfläche zu einer Trennstation geführt, die über einen Halter verfügt, mittels dessen die Schutzfolie ergriffen wird und dann durch eine Relativbewegung des Robotergreifers gegenüber dem Halter vom Strukturelement gelöst wird.
Die Verwendung einer solchen Trennstation vereinfacht die Handhabung und erlaubt einen hohen Grad an Automatisierung. Die Strukturelemente können hierdurch in gestapelter Form in Reichweite des Roboters gelagert sein. Die Schutzfolie, die die vorzugsweise an den Strukturelementen vorgesehene Klebefläche abdeckt, wird an der Trennstation entfernt, ohne dass hierfür eine Trennung des Strukturelements von der Außenfläche des Anpressblocks erforderlich wäre.
Beim Anbringen des Strukturelements an der Oberfläche kann der Robotergreifer so geführt werden, dass zunächst ein Randbereich des Strukturelements mit der Zieloberfläche in Kontakt kommt und ausgehend von diesem Randbereich sukzessive angrenzende Bereicne des struK- turelements in Kontakt mit der Zieloberfläche kommen.
Durch das Führen des Robotergreifers derart, dass er zunächst Kontakt zwischen der Zieloberfläche und dem Strukturelement entlang einer Kante oder einer Ecke verursacht, lässt sich ausgehend von dieser Kante oder Ecke die Luft aus einem Zwischenraum zwischen dem Strukturelement und der Zieloberfläche auspressen, so dass keine Lufteinschlüsse zu befürchten sind.
Beim Aufnehmen des Strukturelements durch den Robotergreifer kann ein Unterdruck an Ansaugdüsen des Robotergreifers angelegt werden. Beim Anbringen des Strukturelements an der Zieloberfläche wird der Unterdruck an unterschiedlichen Ansaugdüsen vorzugsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten gelöst.
Dadurch, dass die Ansaugdüsen zu unterschiedlichen Zeitpunkten hinsichtlich des anliegenden Unterdrucks geschaltet werden, kann der Unterdruck an einzelnen Ansaugdüsen erhalten bleiben, während er an solchen Ansaugdüsen, die bestimmungsgemäß bereits von mit der Zieloberfläche verbundenen Bereichen des Strukturelements entfernt wurden, abgeschaltet werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:
Fig. 1 zeigt einen Robotergreifer in einer perspektivischen Darstellung.
Fig. 2 zeigt die Außenfläche des Robotergreifers, mittels derer flächige Strukturelemente erfasst werden.
Fig. 3 und Fig. 3a zeigen den Robotergreifer in einer Seitenansicht, wobei Fig. 3a eine teilgeschnittene Darstellung ist.
Fig. 4 zeigt einen Roboter mit dem Robotergreifer der Fig. 1 bis 3a.
Fig. 5a bis 5f zeigen den Ablauf beim Anbringen des flächigen Strukturelements auf einer Zieloberfläche. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELb
Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Robotergreifer in perspektivischer Darstellung. Dieser Robotergreifer 20 verfügt über eine Greiferbasis 30, die ortsfest am Arm eines Robotergreifers angebracht wird. Hierfür ist eine Kupplung 32 vorgesehen, die über eine Anzahl von Unterdruckkanälen 36 verfügt, die bestimmungsgemäß mit Unterdruckkanälen am Roboterarm gekoppelt werden. Neben der Greiferbasis 30 stellt ein etwa 30 mm starker Anpressblock 40 die zweite Hauptkomponente des Robotergreifers 20 dar. Dieser Anpressblock 40 besteht zum weit überwiegenden Teil aus einem elastisch verformbaren Material, vorliegend aus einem elastisch leicht verformbaren Polyurethanmaterial. Miteinander verbunden sind die Greiferbasis 30 und der Anpressblock 40 in mechanischer Hinsicht über ein Gestänge mit einer Vielzahl von Stangen 62, die an einer Trägerplatte 34 der Greiferbasis 30 elastisch kippbeweglich angebracht sind und die mit ihrem gegenüberliegenden Ende in Gewindehülsen eingeschraubt sind, die am Anpressblock 40 vorgesehen sind. Da die Verbindungsstangen 62 somit beidseitig flexibel angebracht sind, erlauben sie in nachfolgend noch skizzierter Weise eine Relativbewegung zwischen dem Anpressblock 40 als Ganzem und der Greiferbasis 30.
Zusätzlich sind die Greiferbasis 30 und der Anpressblock 40 noch mittels Unterdruckkanälen verbunden. Hierfür sind Leitungen 66 vorgesehen, die an den Unterdruckkanälen 36 der Kupplung 32 einerseits angeschlossen sind und mit ihrem gegenüberliegenden Ende an Anschlüssen des Anpressblocks 40 angeschlossen sind. Dabei sind die Leitungen zum Teil mittels Y- Stücken 64 so verbunden, dass an einem Unterdruckkanal 36 der Kupplung 32 mehrere der nachfolgend noch beschriebenen Ansaugöffnungen des Anpressblocks 40 angeschlossen sind.
Fig. 2 zeigt den Anpressblock 40 von seiner Unterseite. Wie hier gut zu erkennen ist, ist der Anpressblock in einzelne vorliegend rechteckige Segmente 44 untergliedert, die voneinander durch Nuten 46a, 46b getrennt sind. Hieraus ergibt sich eine sehr gute Verformbarkeit des Anpressblocks 40 im Bereich dieser Nuten 46a, 46b. Weiterhin ist zu erkennen, dass die einzelnen Segmente 44 jeweils über eine Ansaugdüse 48 verfügen, die über die beschriebenen Leitungen einzeln oder gruppenweise mit den Unterdruckkanälen 36 verbunden sind.
Der Aufbau des Anpressblocks ergibt sich aus den Fig. 3 und 3A. Wie in Fig. 3A zu sehen ist, besteht der Anpressblock 40 zum überwiegenden Teil aus einem Hauptwerkstoff 50, vorliegend einem polyurethanbasierten Werkstoff. Der Anpressblock 40 ist durch Gusstechnik hergestellt, wobei dies verschiedene Besonderheiten hinsichtlich der Gestaltung ermöglicht. So sind zur Anbringung der Verbindungsstangen 62 die bereits genannten Gewindehülsen 52 eingegossen. Hierdurch wird die Beweglichkeit der Stangen 62 gegenüber dem Anpressblock 40 erzielt, da die Gewindehülsen 52 im elastischen Material des Anpressblocks 40 kippbewegiicn und in Begrenztem Maße auch translativ beweglich sind. Ebenfalls eingegossen sind Düsenbauteile 54, die die eigentlichen Düsenöffnungen zur Verfügung stellen. Diese Düsenbauteile 54 finden sich am Ende von im Anpressblock 40 vorgesehenen Kanälen 58. Außenseitig sind die Düsen 48 von einem erhabenen Ring 56 umgeben, der ein besonders sicheres Manipulieren der Strukturelemente gestattet.
Fig. 4 zeigt einen Roboter 10 mit einem Roboterarm 12, der über eine Kupplung 14 verfügt. An dieser ist der Robotergreifer 20 der vorangegangenen Figuren angebracht. Hierbei sind in nicht näher dargestellter Weise auch die Unterdruckleitungen von Seiten des Roboterarms 12 mit der Kupplung 32 verbunden. Die Strukturelemente liegen zur Weiterverarbeitung in gestapelter Form vor, wobei jedes der Strukturelemente 92 mit einer Schutzschicht 94 zur Abdeckung der Klebefläche versehen ist.
Von hier aus werden die Strukturelemente 92 ergriffen und in nicht näher dargestellter Art und Weise von der Schutzfolie 94 befreit.
Das nachfolgende Anbringen an einer vorliegend nur exemplarisch dargestellten gewölbten Karosseriefläche 100 wird anhand der Fig. 5A bis 5F erläutert.
Fig. 5A zeigt die Annäherung des Robotergreifers 20 an die Zieloberfläche 100.
Statt jedoch unmittelbar in der dargestellten Ausrichtung das Strukturelement 92 anzubringen, wird dieses zunächst mit einer Kante aufgesetzt, wie Fig. 5B zeigt. Anschließend wird der Robotergreifer 20 vom Roboterarm 12 derart geführt, dass bei gleichzeitiger Verformung des Anpressblocks 40 ausgehend von genannter Kante ein angrenzender Flächenabschnitt flächig an die Zieloberfläche 100 angepresst wird. Es ist ersichtlich, dass hierdurch wirksam verhindert wird, dass sich Lufteinschlüsse bilden könnten.
Dieser Vorgang wird fortgesetzt, wobei in der in Fig. 5D ersichtlichen Weise zunehmend eine Rolle spielt, dass nicht nur der Anpressblock 40 in sich verformbar ist, sondern auch im begrenzten Maße eine Relativbeweglichkeit zwischen dem Anpressblock 40 und der Greiferbasis 30 durch die Verbindungsstangen 62 gegeben ist. Fig. 5D zeigt, wie diese Verbindungsstangen 62 im Zuge des Anpressens ausgelenkt werden. Bereits im Zustand der Fig. 5D wird begonnen, einzelne Ansaugdüsen 48 zu deaktivieren, da ein fortgesetzter Kontakt zwischen diesen und dem Strukturelement 92 nicht mehr erforderlich ist und nur zu einem ungewünschten höheren Maß an Verformung des Anpressblocks führen würde. Insbesondere der Fig. 5E ist zu entnehmen, wie fortgesetzt einzelne Ansaugdüsen 4ts einzeln oder gruppenweise deaktiviert werden.
Wie Fig. 5F zeigt, sind gegen Ende nur noch einige wenige Ansaugdüsen im Betrieb, die nach vollständiger Anbringung des Strukturelements 92 auf der Oberfläche 100 deaktiviert werden können.

Claims

Patentansprüche
Robotergreifer (20) zum Ergreifen und Transportieren eines flexiblen flächigen Strukturelements (92) sowie zur Anbringung des Strukturelements (92) auf einer Zieloberfläche (100) mit den folgenden Merkmalen: a. der Robotergreifer (20) umfasst eine Greiferbasis (30) mit einer Kupplung (32) zur Anbringung an einem Roboterarm (12), gekennzeichnet durch die Merkmale: b. der Robotergreifer (20) umfasst einen formflexiblen Anpressblock (40) und c. der formflexible Anpressblock (40) verfügt über einen verformbare Außenfläche (42), die als Haltefläche zum Ergreifen, Transportieren und Anpressen der Werkstücke vorgesehen ist.
Robotergreifer (20) nach Anspruch 1 mit dem Merkmal: a. der Anpressblock (40) ist gegenüber der Greiferbasis (30) beweglich.
Robotergreifer (20) nach Anspruch 2 mit den Merkmalen: a. an der Greiferbasis (30) ist ein Träger (34) für den Anpressblock (40) vorgesehen und b. der Träger (34) und der Anpressblock (40) sind durch eine Mehrzahl von starren Verbindungsgliedern (62) verbunden, die begrenzt schwenkbeweglich gegenüber dem Träger (34) und dem Anpressblock (40) angebracht sind.
Robotergreifer (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. die Außenfläche (42) ist durch Nuten (46a, 46b) in gegeneinander bevorzugt relativbewegliche Flächensegmente (44) untergliedert.
5. Robotergreifer (20) nach Anspruch 4 mit einem der Merkmale: a. es ist eine Mehrzahl von Nuten (46a, 46b) vorgesehen, die zueinander parallel ausgerichtet sind und/oder b. es sind eine Mehrzahl von Nuten (46a, 46b) vorgesehen, die zueinander orthogonal ausgerichtet sind.
6. Robotergreifer (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem Merkmal: a. in der Außenfläche (42) sind eine Mehrzahl von Ansaugdüsen (48) vorgesehen, die durch Anlegen eines Unterdrucks ein Halten des Strukturelements (92) an der Außenfläche (42) gestatten.
7. Robotergreifer (20) nach Anspruch 6 mit dem Merkmal: a. an der Greiferbasis (30) des Robotergreifers (20) ist eine Mehrzahl von Unterdruckkanälen (36) vorgesehen, die mit den Ansaugdüsen (48) verbunden sind, vorzugsweise mit dem Merkmal: b. mehrere der Ansaugdüsen (48) sind gemeinsam mit einem der Unterdruckkanäle (36) verbunden.
8. Robotergreifer (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche mit mindestens einem der Merkmale: a. der formflexible Anpressblock (40) weist einen Hauptwerkstoff auf Polyurethanbasis auf, oder b. in den formflexiblen Anpressblock (40) sind Düsenbauteile (54) eingebettet, die die Ansaugdüsen (48) an der Außenfläche bilden, oder c. in den formflexiblen Anpressblock (40) sind Verbindungsbauteile (52) eingebettet, mittels derer der Anpressblock (40) mit der Greiferbasis (30) verbunden ist, oder d. die Ansaugdüsen (48) sind von einem Dichtring (56) zum Anlegen an das Strukturelement (92) umgeben.
9. Roboter zum Aufbringen eines flexiblen flächigen Strukturelements (92) auf einer Zieloberfläche (100) mit den Merkmalen: a. der Roboter umfasst einen Robotergreifer (20) zum Ergreifen und Transportieren des flexiblen flächigen Strukturelements (92) sowie zur Anbringung des Strukturelements (92) auf dem Untergrund (100), gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: b. der Robotergreifer (20) ist nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet.
10. Verfahren zum Aufbringen eines flexiblen flächigen Strukturelements (92) auf einer Zieloberfläche (100) mittels eines Robotergreifers (20) mit den Merkmalen: a. der Robotergreifer (20) wird zu dem Strukturelement (92) geführt und nimmt es auf und b. der Robotergreifer (20) wird zur Zieloberfläche (100) geführt und bringt das Strukturelement (92) an der Zieloberfläche an, gekennzeichnet durch das Merkmal: c. der Robotergreifer (20) ist nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10 mit den Merkmalen: a. der Robotergreifer (20) ergreift das Strukturelement (92) mitsamt einer daran angebrachten Schutzfolie (94), die eine Klebefläche des Strukturelements (92) schützt, und b. der Robotergreifer (20) wird vor Anbringung des Strukturelements (92) an der Zieloberfläche (100) zu einer Trennstation geführt, die über einen Halter verfügt, mittels dessen die Schutzfolie (94) ergriffen wird und dann durch eine Relativbewegung des Robotergreifers (20) gegenüber dem Halter vom Strukturelement (92) gelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 mit den Merkmalen: a. beim Anbringen des Strukturelements (92) an der Oberfläche (100) wird der Robotergreifer (20) so geführt, dass zunächst ein Randbereich des Strukturelements (92) mit der Zieloberfläche (100) in Kontakt kommt und ausgehend von diesem Randbereich sukzessive angrenzende Bereiche des Strukturelements (92) in Kontakt mit der Zieloberfläche (100) kommen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12 mit den Merkmalen: a. beim Aufnehmen des Strukturelements (92) durch den Robotergreifer (20) wird ein Unterdruck an Ansaugdüsen (48) des Robotergreifers angelegt, und a. beim Anbringen des Strukturelements (92) an der Zieloberfläche (100) wird der Unterdruck an unterschiedlichen Ansaugdüsen (49) zu unterschiedlichen Zeitpunkten gelöst.
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