WO2020011337A1

WO2020011337A1 - Arbeitsvorrichtung mit unter-tisch-roboter

Info

Publication number: WO2020011337A1
Application number: PCT/EP2018/068609
Authority: WO
Inventors: Shahriar Fakher; Miguel Lebrato-Rastrojo; Thomas Albert RÖBBECKE
Original assignee: HELLA GmbH & Co. KGaA
Priority date: 2018-07-10
Filing date: 2018-07-10
Publication date: 2020-01-16
Also published as: DE112018007820A5; US20210129336A1; CN112384333A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Arbeitsvorrichtung zur teilautomatischen Ausführung von Arbeitsschritten umfassend eine Werkbank mit einer Arbeitsplatte und einen oberhalb der Arbeitsplatte angeordneten kollaborativen Arbeitsbereich, in welchem Arbeitsschritte manuell und automatisch ausführbar sind, wobei ein Roboter zur Ausführung der automatischen Arbeitsschritte unterhalb der Arbeitsplatte angeordnet ist, und in der Arbeitsplatte mindestens eine Öffnung vorhanden ist, durch welche der Arbeitsbereich für den Roboter zugänglich ist.

Description

Arbeitsvorrichtung mit Unter-Tisch-Roboter

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Arbeitsvorrichtung zur teilautomatischen Aus- führung von Arbeitsschritten umfassend eine Werkbank mit einer Arbeitsplatte und einen oberhalb der Arbeitsplatte angeordneten kollaborativen Arbeitsbereich, in wel- chem Arbeitsschritte manuell und automatisch ausführbar sind.

STAND DER TECHNIK

Der Einsatz von Industrierobotern ist ein wesentliches Element in der heutigen indust- riellen Güterproduktion. Typische Anwendungen von Industrierobotern umfassen z.B. Schweißen, Bonden, Beschichten, Schneiden, Montieren, Verpacken, Etikettieren, Prüfen oder Fördern und Abfertigen. Ein Industrieroboter weist üblicherweise die fol genden Komponenten auf: eine lasttragende Struktur aus rotatorischen und translato- rischen Achsen, daran angeordnete Antriebseinheiten, einen Manipulatorkopf wie bspw. ein Greifsystem, eine programmierbare Steuerung zur Vorgabe der Roboterak- tionen, sowie eine interne Sensorik zur Überwachung der Stellung der kinematischen Kette.

Traditionell sind im industriellen Fertigungsumfeld die Arbeitsbereiche der Roboter, d.h. diejenigen Räume, welche im Normalbetrieb der Roboter durch irgendeinen Teil ihrer lasttragenden Strukturen, Antriebseinheiten oder Manipulatorköpfe eingenom- men werden, während ihres Betriebes strikt gegen das Eindringen von Personen ge- sichert, um diese vor Arbeitsunfällen mit den Robotern zu schützen. Dazu werden die Arbeitsbereiche der Roboter üblicherweise mit Schutzverkleidungen oder Einhausun- gen eingefasst und ggfs zusätzlich noch mit Sensoren, z.B. Lichtschranken, über- wacht.

Im Zuge fortschreitender Automatisierungsbestrebungen wird das Sicherheitspara- digma streng getrennter Arbeitsbereiche für Roboter und Personen jedoch zuneh- mend durch einen kollaborativen Ansatz ersetzt, welcher eine direkte, physische In- teraktion von Mensch und Maschine propagiert. Ziel dieses Ansatzes ist insbesondere die Steigerung der Fertigungseffizienz, etwa indem der Roboter für den Menschen körperlich anstrengende Tätigkeiten übernimmt, so dass sich dieser verstärkt auf sei- ne überlegenen kognitiven Fähigkeiten konzentrieren kann. Zur Vermeidung von Ar- beitsunfällen im gemeinsam von Mensch und Maschine genutzten Arbeitsbereich sind solche kollaborativen Roboter mit einer externen Sensorik verbunden, welche die Ro- botersteuerung mit Informationen über die Positionen und Bewegungen von im kolla- borativem Arbeitsbereich oder in dessen Umgebung arbeitenden Personen oder de- ren Körperteilen versorgt, so dass die Steuerung den Roboter zum einen zur direkten Interaktion mit einer Person zur gemeinsamen Durchführung von Arbeitsschritten steuern kann, und zum anderen den Roboter in unfallkritischen Situationen augen- blicklich in Stillstand versetzen bzw. weitere geeignete Sicherheitsmaßnahmen auslö- sen kann.

Die empfohlenen Schutzmaßnahmen zur sicheren Inbetriebnahme von Industrierobo- tern sind in der Maschinenrichtlinie DIN EN ISO 12100 und angewandten harmonisier- ten Normen (DIN EN ISO 10218-1 , ISO/TS 15066) ausgeführt. Vorrichtungen zur teil- automatischen Güterfertigung mit einem kollaborativen Arbeitsbereich für Roboter und Personen umfassen nach dem Stand der Technik, welcher z.B. mit den Offenlegungs- schriften WO 2017/163251 A2 und DE 10 2016 002 781 A1 sowie der Gebrauchsmus- terschrift DE 20 2015 101 621 U1 gegeben ist, eine Werkbank mit einer Arbeitsplatte und einen oberhalb der Arbeitsplatte angeordneten kollaborativen Arbeitsbereich, wel- cher sowohl für eine vor der Werkbank stehende oder sitzende Person zugänglich ist, als auch für einen Roboter. Letzterer ist im Stand der Technik oben auf der Arbeits- platte montiert oder oberhalb der Arbeitsplatte angeordnet, z.B. an einer rückwärtigen Struktur der Werkbank oder an einem Portalsystem montiert. Der kollaborative Ar- beitsbereich wird üblicherweise noch von einer Schutzeinhausung umgeben, welche einen verschließbaren Zugang für eine Person umfasst. Eine solche Schutzeinhau- sung stellt eine redundante Sicherheitsmaßnahme dar, welche diejenigen Arbeits- schritte, die von dem Roboter autark und ohne unmittelbare Zusammenarbeit mit ei- nem Menschen durchgeführt werden, zusätzlich gegen Unfälle absichert. Wie im Folgenden ausgeführt wird, bergen derartige Arbeitsvorrichtungen nach dem Stand der Technik eine Reihe von Nachteilen hinsichtlich Flexibilität und Zugänglich- keit, Vorgabezeit, sowie Investitionskosten und Qualifizierungsbedarf.

Die Anordnung des Roboters auf der Arbeitsplatte oder an einer rückwärtigen Verklei- dung der Werkbank stellt bei der Integration der Arbeitsvorrichtung in eine Produkti- onsstraße eine stark einschränkende Randbedingung für die Materiallogistik dar. Letz- tere umfasst bspw. einen Materialfluss aus einem an- und abtransportierten Bauteil sowie zugeführten Komponenten, welche in der Arbeitsvorrichtung an das Bauteil zu montieren sind. Die Zugänglichkeit des kollaborativen Arbeitsbereiches für die Materi- allogistik wird durch das Vorhandensein des Roboters auf der Arbeitsplatte oder an einer rückwärtigen Verkleidung stark beeinträchtigt, so dass eine platzraubende Di- mensionierung der Werkbank vonnöten sein kann, insbesondere da die für den Zu- gang von Personen vorgesehene Seite der Arbeitsvorrichtung aus Sicherheitsgründen möglichst frei zu halten ist und daher nicht für die Materiallogistik verwendet werden sollte.

Eine grundsätzliche Verbesserung der Zugänglichkeit ist bei Verwendung eines ober- halb der Werkbank angeordneten Portalsystems zur Aufnahme des Roboters gege- ben. Nachteilig an dieser Variante des Standes der Technik ist der nach oben signifi kant vergrößerte kollaborative Arbeitsbereich, welcher unweigerlich auch die beson- ders sensible Hals- und Kopfregion einer mitarbeitenden Person umschließt. Es sind in diesem Fall also aufwendigere Schutzmaßnahmen zu treffen, z.B. eine komplexere externe Sensorik eines kollaborativ arbeitenden Roboters oder großflächigere Einhau- sungen. Diese jeweiligen bauartbedingten Nachteile schlagen sich direkt auch in mangelnder Flexibilität der Arbeitsvorrichtung hinsichtlich ihrer Integrierbarkeit in un- terschiedliche Produktionsumgebungen nieder und sind somit auch mittelbar mit ho- hen spezifischen Investitionskosten verbunden. OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur teilautoma- tischen Ausführung von Arbeitsschritten unter Einsatz eines Roboters vorzuschlagen, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwindet, d.h. insbe- sondere die Zugänglichkeit des kollaborativen Arbeitsbereiches und die Flexibilität hinsichtlich der Integrierbarkeit der Vorrichtung verbessert. Insbesondere soll ein sen- sorisch überwachter Arbeitsbereich über der Werkbank möglichst verkleinert werden.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Roboter in der Arbeitsvor- richtung unterhalb der Arbeitsplatte angeordnet ist, durch welche dieser über mindes- tens eine darin vorzuhaltende Öffnung Zugang zum Arbeitsbereich erhält. Die Erfin dung geht dabei von dem Gedanken aus, den sensorisch überwachten, kollaborativen Arbeitsbereich signifikant zu verringern, so dass die zu dessen Absicherung vorzuhal- tenden Maßnahmen im Hinblick auf ihre Komplexität, ihren Bauraum und ihre Investi- tionskosten entsprechend optimiert werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Roboter unterhalb der Arbeits- platte in der Werkbank angeordnet ist, von wo aus dieser lediglich mit einem Teil sei- ner Struktur, insbesondere einem Manipulatorkopf, in den kollaborativen Arbeitsbe- reich eindringt um automatische Arbeitsschritte durchzuführen. Dabei ist als Zugang für den Roboter zum Arbeitsbereich mindestens eine geeignet dimensionierte Öffnung in der Arbeitsplatte vorzuhalten. Ein Großteil der tragenden Struktur und der Antriebs- einheiten des Roboters verbleibt somit während der Ausführung der automatischen Arbeitsschritte unterhalb der Arbeitsplatte, wo dieser durch überaus einfache und kos- tengünstige Schutzvorrichtungen, z.B. eine seitlich umlaufende, starre Verkleidung, geschützt werden kann. Der aufwendig zu schützende kollaborative Arbeitsbereich beschränkt sich erfindungsgemäß auf ein nach oben deutlich reduziertes Volumen oberhalb der Arbeitsplatte, und wird potentiell nur mehr von den Händen einer mitar- beitenden Person penetriert bzw. im Idealfall bloß noch von einem manuell geführten Werkzeug.

Mit der Verlagerung des Roboters unter die Arbeitsplatte und der Reduktion des Bau- raumes von Schutzvorrichtungen für den kollaborativen Arbeitsbereich, etwa Einhau- sungen und Sensorinstallationen, wird die Zugänglichkeit der Arbeitsvorrichtung für Materiallogistik oder auch weitere mitarbeitende Personen gesteigert, da die Arbeits- platte prinzipiell von allen Seiten sowie von oben flexibel zugänglich ist. Daraus ergibt sich ferner eine erhöhte Flexibilität im Hinblick auf die Integrierbarkeit der Arbeitsvor- richtung in eine größere Arbeitsumgebung, welche dadurch weiter gesteigert ist, dass die kompaktere Bauform im Vergleich zu Vorrichtungen nach dem Stand der Technik auch einen insgesamt geringeren Platzbedarf bedingt.

Die verbesserte Zugänglichkeit des kollaborativen Arbeitsbereiches für Materiallogistik und Personal führt im Betriebsablauf zu weiteren ökonomischen Vorteilen dadurch, dass Vorgabe- und Abfertigungszeiten gesenkt werden können und sich die Eintritts- wahrscheinlichkeit für Fehler und die spezifische Gefahrenhöhe reduzieren lassen.

Im Weiteren werden vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Arbeitsvorrich- tung vorgestellt, welche in geeigneter Form miteinander kombiniert werden können.

Die Werkbank sollte mindestens so groß dimensioniert sein, dass der Roboter in de- ren Bauvolumen unterhalb der Arbeitsplatte vollständig Platz findet. Zusammen mit einer an der Werkbank seitlich umlaufenden Schutzeinhausung kann somit eine kom- pakte und abgeschlossene Bauform der Arbeitsvorrichtung realisiert werden, wodurch diese in hohem Maße zur Integration in eine größere Arbeitsumgebung, z.B. eine Pro- duktionsstraße, geeignet ist. Die Werkbank kann bspw. die Gestalt eines verkleideten Tisches haben, d.h. eine auf vier Beinen ruhende Arbeitsplatte mit einer um den Bei- nen umlaufenden Verkleidung. Als Roboter sollte in vorteilhafter Ausführungsform ein Knickarmroboter (auch als Ge- lenkarmroboter bezeichnet) verwendet werden. Knickarmroboter sind Industrieroboter mit einer seriellen Anordnung von typischerweise 5 bis 7 Achsen. Knickarmroboter zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich der von ihnen durchführbaren Arbeitsschritte aus und sie sind in der Lage, mehrere Arbeitsgänge in einem Zuge auszuführen. Je nach Komplexität und avisierter Abfertigungszeit der in der erfin- dungsgemäßen Arbeitsvorrichtung auszuführenden Arbeitsschritte kann der verwen- dete Roboter auch eine Mehrzahl an Knickarmen aufweisen, wobei in diesem Fall die Dimensionierung der Werkbank und insbesondere auch die Anzahl und/oder Größe der in der Arbeitsplatte vorgehaltenen Öffnungen für den Zugang zum kollaborativen Arbeitsbereich anzupassen sind.

Zur Optimierung der Materiallogistik, etwa bei der Integration der Arbeitsvorrichtung in eine Produktionsstraße, kann an der Arbeitsvorrichtung eine Zwischenablage vorge- halten sein, welche aus dem kollaborativen Arbeitsbereich, aus dem Bereich unterhalb der Arbeitsplatte sowie aus einem Bereich außerhalb der Arbeitsvorrichtung zugäng- lich ist. Eine solche Zwischenablage kann die Funktion einer Materialschleuse über- nehmen, z.B. für die An- und Abförderung eines Bauteils und die Zuförderung von in der Arbeitsvorrichtung an einem Bauteil zu montierenden Komponenten. Die Zwi- schenablage sollte vorteilhaft als eine randseitige Ausnehmung in der Arbeitsplatte ausgebildet sein, so dass die eigentliche Ablagefläche der Zwischenablage unterhalb der Oberfläche der Arbeitsplatte angeordnet ist. Um die geforderte Zugänglichkeit zu gewährleisten, sollte die Ausnehmung an zwei Seiten offen ausgebildet sein, also z.B. die Form eines rechteckigen Napfes annehmen, dem zwei gegenüberliegende Seiten- flächen fehlen, durch welche Zugang aus einem Bereich außerhalb der Arbeitsvorrich- tung und aus dem Volumen der Werkbank unterhalb der Arbeitsplatte besteht.

Bei einer Aneinanderreihung von erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtungen mit rand- seitigen Zwischenablagen kann die Förderung eines Werkstücks oder Bauteils entlang der Arbeitsvorrichtungen unterhalb deren Arbeitsplatten vorgenommen werden, wenn die Anordnung derart erfolgt, dass die Zwischenablagen für den Roboter der jeweils angrenzenden Arbeitsvorrichtung zugänglich sind. Dazu müssen an dem jeweils unter der Arbeitsplatte angeordneten Roboter geeignete Manipulationsmittel, bspw. Greifer an einem Knickarm, vorgehalten sein, welche zum Zwecke der Beförderung eines Werkstücks dieses in einer Zwischenablage aufnehmen, unterhalb der Arbeitsplatte durch das Volumen der Werkbank bewegen, und an der nächsten Zwischenablage wieder ablegen können. Durch eine solche Prozedur kann die Abfertigungszeit des Produktionsprozesses reduziert werden, da der kollaborative Arbeitsbereich für die Beförderung von Werkstücken oder Bauteilen zwischen den Arbeitsvorrichtungen nicht penetriert werden muss und somit bspw. für parallel von einer Person durchzu- führende, manuelle Arbeitsschritte zur uneingeschränkten Verfügung steht.

Die Absicherung des kollaborativen Arbeitsbereichs kann in vorteilhafter Ausführung mit Hilfe eines Lichtschrankensystems, etwa in Gestalt eines Lichtgitters, erfolgen. Dieses sollte derart installiert sein, dass solche Objekte detektiert werden, welche aus Bereichen seitlich oder oberhalb des Arbeitsbereiches in diesen eindringen, insbeson- dere die Gliedmaßen einer hineingreifenden Person. Das Lichtschrankensystem ist mit der Steuerung des Roboters zu verbinden und diese derart zu programmieren, dass bei der Detektion eines in den Arbeitsbereich eindringenden Objektes der Robo- ter von der Steuerung in Stillstand versetzt wird und/oder weitere geeignete Sicher- heitsmaßnahmen ausgelöst werden, z.B. ein Stromlos-Setzen des Manipulatorkopfes.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorzuges, den Roboter vollständig in das Volumen innerhalb der Werkbank unterhalb der Arbeitsplatte einfahren und damit zur Gänze außerhalb des kollaborativen Arbeitsbereiches anordnen zu können, kann die Steue- rung des Roboters vorteilhaft derart programmiert sein, dass während der Durchfüh- rung von manuellen Arbeitsschritten das Penetrieren des Lichtgitters, insbesondere durch Gliedmaßen einer Person oder ein von dieser geführtes Werkzeug, nicht zu ei- nem In-Stillstand-Setzen des vollständig unterhalb der Arbeitsplatte befindlichen Ro- boters führt. Dadurch wird die Ausführung von manuellen Arbeitsschritten im Arbeits- bereich parallel zur Beförderung eines Bauteils durch den Roboter unterhalb der Ar- beitsplatte ermöglicht. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Arbeits- vorrichtung zur zeitgleichen Durchführung von Arbeitsschritten innerhalb des kollabo- rativen Arbeitsbereiches durch den Roboter und mindestens eine Person geeignet sein. Dazu ist ein Sensorsystem vorzuhalten, welches eine Positions- und Bewe- gungserfassung der in den gemeinsam genutzten Arbeitsbereich eingeführten Körper- teile der Person durchführt, und die dabei erhobenen Daten der Steuerung des Robo- ters simultan zuführt, so dass diese die Bewegungen und Aktionen des Roboters an die Tätigkeit der Person geeignet anpassen kann.

Ein solches Sensorsystem kann insbesondere auf der optischen Erkennung von Mar- kern basieren. Mittels Triangulation können die Markerpositionen in drei räumlichen Dimensionen berechnet werden und somit auf die entsprechenden Positionen und Bewegungen der die Marker tragenden Objekte schließen, z.B. mit Markern versehe- ne Arbeitshandschuhe oder Werkzeuge. Das Sensorsystem umfasst eine zur mög- lichst lückenlosen Überwachung und Triangulation des kollaborativen Arbeitsberei- ches geeignete Installation von Kameras, sowie aktiv Licht emittierende oder passiv- reflektive Marker.

BEVORZUGTES AUSFUHRUNGSBEISPIEL

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung mit einem im kollaborativen

Arbeitsbereich automatische Arbeitsschritte ausführenden Roboter,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung mit im kollaborativen Arbeitsbe- reich manuelle Arbeitsschritte ausführender Person und vollständig unter- halb der Arbeitsplatte angeordnetem Roboter und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer Produktionsstraße mit aneinandergereihten erfin- dungsgemäßen Arbeitsvorrichtungen.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäße Arbeitsvorrichtung 1 mit ei- nem im kollaborativen Arbeitsbereich 3 automatische Arbeitsschritte ausführendem Roboter 4. Der Arbeitsbereich 3 erstreckt sich oberhalb der Werkbank 2 von der Oberseite der rechteckigen Arbeitsplatte 21 vertikal nach oben, wo er durch das von dem Lichtschrankensystem 5 erzeugte Lichtgitter 51 begrenzt wird. Seitlich wird der Arbeitsbereich 3 durch die Seitenverkleidungen 7 abgeschlossen und vor dem Zugriff durch die Person A geschützt. Entsprechende Seitenverkleidungen sind auch an den beiden parallel zur Figurenebene liegenden Seiten des Arbeitsbereiches 3 vorgehal- ten (in Figur 1 nicht skizziert). Der Zugang zum Arbeitsbereich 3 aus dem unterhalb der Arbeitsplatte 21 befindlichen Volumen der Werkbank 2 wird durch die Öffnung 22 geschaffen. Die Öffnung 22 ist als ein in die Figurenebene gerichteter Schlitz ausge- formt, dessen Dimensionen zur Durchführung der Knickarme 41 des Roboters 4 aus- gelegt sind. Die Knickarme 41 führen an ihren Endgliedern die Manipulatoren 42 zur Bearbeitung der Bauteile C. Der am linken Knickarm 41 vorgehaltene, als ein Greifer ausgeführte Manipulator 42 ist zum Ergreifen des in der Zwischenablage 23 abgeleg- ten Bauteils C geeignet. Die napfförmige Zwischenablage 23 ist an ihren beiden zur Figurenebene parallelen Seiten offen, wodurch Zugang für den Manipulator 42 von unterhalb der Arbeitsplatte 21 ermöglicht wird. Die Zwischenablage 23 erstreckt sich bis an einen der beiden vor oder hinter der Figurenebene liegenden Rand der Arbeits- platte 21 , so dass die Zwischenablage 23 dort auch aus einem Bereich außerhalb der Arbeitsvorrichtung 1 zugänglich ist. Der Roboter 4 umfasst eine Basis 43, welche be- weglich auf einer auf der Bodenplatte 24 der Werkbank 2 montierten Schiene 44 an- geordnet ist, sowie einen in der Höhe verfahrbaren Stempel 45, auf welchem die bei den Knickarme 41 ansetzen. Durch die Verfahrbarkeit entlang der Schiene 44 und entlang des Stempels 45 wird der Aktionsradius des Roboters 4 erweitert, um mit den Manipulatoren 42 einerseits sämtliche gewünschten Positionen im Arbeitsbereich 3 erreichen, und andererseits den Roboter 4 vollständig aus dem Arbeitsbereich 3 in das unter der Arbeitsplatte 21 liegende Volumen der Werkbank 2 zurückziehen zu können. Die Steuerung 40 des Roboters 4 ist ebenfalls innerhalb des Volumens der Werkbank 2 auf der Bodenplatte 24 angeordnet. Die auf den Füßen 25 ruhende Werkbank 2 ist unterhalb der Arbeitsplatte 21 an allen vier Seiten von Seitenverklei- dungen 26 umgeben, wobei diejenige Seitenverkleidung 26, an welcher die Zwi- schenablage 23 angrenzt, im Bereich der Zwischenablage 23 eine entsprechende Aussparung aufweisen muss, um die Zugänglichkeit der Zwischenablage 23 aus ei- nem Bereich außerhalb der Arbeitsvorrichtung 1 zu gewährleisten.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtung 1 mit ei- ner im kollaborativen Arbeitsbereich 3 manuelle Arbeitsschritte ausführenden Per- son A und einem vollständig unterhalb der Arbeitsplatte 21 angeordneten Roboter 4. Das Lichtschrankensystem 5 ist während der Ausführung der manuellen Arbeitsschrit- te deaktiviert. Der kollaborative Arbeitsbereich 3 ist gemäß Figur 1 nach oben durch die von einem Teil des Roboters 4 während der Ausführung der automatischen Ar- beitsschritte eingenommene höchste Position begrenzt. Zur weiteren Überwachung der manuellen Arbeitsschritte ist die dargestellte Arbeitsvorrichtung 1 mit einem Sen- sorsystem 6 ausgestattet, welches die Positionen und Bewegungen der die Arbeits- schritte durchführenden Extremitäten B der Person A detektiert. Das Sensorsystem 6 umfasst eine Mehrzahl an in den Arbeitsbereich 3 gerichteten Kameras 61 , die lau- fend die Position von Markern 62 erfassen, welche an den Extremitäten B der Person A, etwa mittels eines die Marker 62 tragenden Handschuhs, und auch an das Werk- zeug D angeordnet sind. Die derart von dem Sensorsystem 6 erhobenen Daten wer- den von der Steuerung 40 des Roboters 4 verarbeitet. In dieser Arbeitsvorrichtung 1 ist daher auch der nicht dargestellte Fall möglich, dass manuelle und automatische Arbeitsschritte im kollaborativen Arbeitsbereich 3 parallel durchgeführt werden, d.h. dass menschliche Extremitäten B und Teile des Roboters 4 zeitgleich im Arbeitsbe- reich 3 arbeiten. Die von dem Sensorsystem 6 laufend bereitgestellten Positions- und Bewegungsdaten verwendet die Steuerung 40 dazu, die Aktionen des Roboters 4 an die manuellen Arbeitsschritte anzupassen, sei es für die Vermeidung von Arbeitsunfäl- len, etwa in Form von Kollisionen, oder aber für die präzise Steuerung einer planmä- ßigen Interaktion des Roboters 4 mit der Person A. Für die weiteren in Figur 2 enthal- tenen Bezugszeichen sei auf die vorstehende Beschreibung der Figur 1 verwiesen. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer Produktionsstraße mit drei aneinander gereihten erfindungsgemäßen Arbeitsvorrichtungen 1 in der Draufsicht. Die Flussrichtung I der an- und abgeförderten Bauteile C verläuft von links nach rechts in der Figurenebene. Auf jeder der Arbeitsvorrichtungen 1 sind an den Bauteilen C manuelle und automati- sche Arbeitsschritte auszuführen, welche auch die Montage von entlang der Flussrich- tung II zugeführten Komponenten an die Bauteile C umfassen. Der Transport der Bau- teile C zwischen den Arbeitsvorrichtungen 1 verläuft entlang der Flussrichtungen III unterhalb der Arbeitsplatten 21 von einer Zwischenablage 23 zur nächsten Zwischen- ablage 23. Die Zwischenablagen 23 sind durch die in Figur 3 nicht skizzierten Roboter 4 zugänglich, ohne dass diese durch die Öffnungen 22 in den Arbeitsbereich 3 ober- halb der Arbeitsplatten 21 eindringen müssen. Somit ist es für die Person A möglich zeitgleich zu derartigem Bauteiltransport mit ihrer Extremität B in den Arbeitsbereich 3 einzugreifen und mit dem Werkzeug D manuelle Arbeitsschritte auszuführen, ohne einen Arbeitsunfall mit dem Roboter 4 fürchten zu müssen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angege- bene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denk- bar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitsvorrichtung

2 Werkbank

21 Arbeitsplatte

22 Arbeitsplattenöffnung

23 Zwischenablage

24 Bodenplatte

25 Fuß

26 Seitenverkleidung Werkbank

3 kollaborativer Arbeitsbereich

4 Roboter

40 Steuerung Roboter

41 Knickarm

42 Manipulator

43 Basis

44 Schiene

45 Stempel

5 Lichtschrankensystem

51 Lichtschranke

6 Sensorsystem

61 Kamera

62 Marker

7 Seitenverkleidung Arbeitsbereich

A Person

B Körperteil

C Bauteil

D manuell geführtes Werkzeug

I Flussrichtung Bauteil extern

II Flussrichtung Komponenten

III Flussrichtung Bauteil intern

Claims

Arbeitsvorrichtung mit Unter-Tisch-Roboter Patentansprüche

1. Arbeitsvorrichtung (1 ) zur teilautomatischen Ausführung von Arbeitsschritten umfassend eine Werkbank (2) mit einer Arbeitsplatte (21 ) und einen oberhalb der Arbeitsplatte (21 ) angeordneten kollaborativen Arbeitsbereich (3), in wel- chem Arbeitsschritte zugleich manuell und automatisch ausführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Roboter (4) zur Ausführung der automa- tischen Arbeitsschritte unterhalb der Arbeitsplatte (21 ) angeordnet ist, und dass in der Arbeitsplatte (21 ) mindestens eine Öffnung (22) vorhanden ist, durch welche der Arbeitsbereich (3) für den Roboter (4) zugänglich ist.

2. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Werkbank (2) derart dimensioniert ist, dass der Roboter (4) im Bauvolumen der Werkbank (2) unterhalb der Arbeitsplatte (21 ) im Wesentlichen vollstän- dig aufgenommen ist.

3. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Roboter (4) mindestens einen Knickarm (41 ) umfasst.

4. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsplatte (21 ) mindestens eine Zwischenabla- ge (23) umfasst, welche sich unterhalb des Arbeitsbereiches (3) befindet, und welche aus dem Arbeitsbereich (3), vom Bereich unterhalb der Arbeits- platte (21 ) sowie von einem Bereich außerhalb der Arbeitsvorrichtung (1 ) zugänglich ist.

5. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die

Zwischenablage (23) derart randseitig angeordnet ist, dass bei einer Anei- nanderreihung einer Mehrzahl von Arbeitsvorrichtungen (1 ) die Zwischenab- lagen (23) jeweils auch für den Roboter (4) der angrenzenden Arbeitsvorrich- tung (1 ) zugänglich ist.

6. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lichtschrankensystem (5) vorhanden ist, mit wel- chem das Eindringen von Objekten in den Arbeitsbereich (3) aus einem Be- reich oberhalb der Arbeitsplatte (21 ) detektierbar ist.

7. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das

Lichtschrankensystem (5) mit einer Steuerung (40) des Roboters (4) verbun- den ist, und dass der Roboter (4) durch die Steuerung (40) in Stillstand und/oder einen weiteren geeigneten Sicherheitsmodus versetzbar ist, wenn das Lichtschrankensystem (5) das Eindringen eines Objektes in den Arbeits- bereich (3) detektiert und wenn sich wenigstens ein Teil des Roboters (4) innerhalb des Arbeitsbereiches (3) befindet.

8. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorsystem (6) vorhanden ist, mit welchem die Positi onen und die Bewegungen von im Arbeitsbereich (3) befindlichen Körpertei- len (B) einer Person (A) bei der Durchführung der manuellen Arbeitsschritte detektierbar sind.

9. Arbeitsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung (40) die von dem Roboter (4) durchgeführten automati- schen Arbeitsschritte an die von dem Sensorsystem (6) detektierten Positio- nen und Bewegungen von im Arbeitsbereich (3) befindlichen Körperteilen (B) der Person (A) bei der Durchführung der manuellen Arbeitsschritte zur Kolli- sionsvermeidung oder zur planmäßigen Interaktion anpassbar sind.