WO2020243762A2 - Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung - Google Patents

Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung Download PDF

Info

Publication number
WO2020243762A2
WO2020243762A2 PCT/AT2020/060224 AT2020060224W WO2020243762A2 WO 2020243762 A2 WO2020243762 A2 WO 2020243762A2 AT 2020060224 W AT2020060224 W AT 2020060224W WO 2020243762 A2 WO2020243762 A2 WO 2020243762A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation
assembly
axes
tcp
actuator
Prior art date
Application number
PCT/AT2020/060224
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2020243762A3 (de
Inventor
Ronald Naderer
Original Assignee
Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh filed Critical Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh
Priority to CN202080042169.7A priority Critical patent/CN113924458B/zh
Priority to JP2021572439A priority patent/JP2022536300A/ja
Priority to KR1020217039932A priority patent/KR20220017407A/ko
Priority to US17/616,895 priority patent/US20220314442A1/en
Priority to EP20803736.6A priority patent/EP3980227A2/de
Publication of WO2020243762A2 publication Critical patent/WO2020243762A2/de
Publication of WO2020243762A3 publication Critical patent/WO2020243762A3/de

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
    • B25J11/0065—Polishing or grinding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1641—Programme controls characterised by the control loop compensation for backlash, friction, compliance, elasticity in the joints
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B23/00—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor
    • B24B23/02—Portable grinding machines, e.g. hand-guided; Accessories therefor with rotating grinding tools; Accessories therefor
    • B24B23/022—Spindle-locking devices, e.g. for mounting or removing the tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B27/00—Other grinding machines or devices
    • B24B27/0038—Other grinding machines or devices with the grinding tool mounted at the end of a set of bars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0208—Compliance devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0275—Universal joints, e.g. Hooke, Cardan, ball joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1628—Programme controls characterised by the control loop
    • B25J9/1633—Programme controls characterised by the control loop compliant, force, torque control, e.g. combined with position control
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39177—Compensation position working point as function of inclination tool, hand
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45062—Surface finishing robot

Definitions

  • the present invention relates to the field of robotics and in particular to the robot-assisted machining of workpiece surfaces.
  • a machine tool such as e.g. a grinding or polishing machine (e.g. an electrically operated grinding machine with a rotating grinding wheel as a grinding tool) is guided by a manipulator, for example an industrial robot.
  • the machine tool can be coupled to the so-called TCP (Tool Center Point) of the manipulator in different ways; the manipulator can usually set the position and orientation of the machine practically at will and the machine tool e.g. move on a trajectory parallel to the surface of the workpiece.
  • Industrial robots are usually position-controlled, which enables precise movement of the TCP along the desired trajectory.
  • a regulation of the process force is necessary in many applications, which is often difficult to achieve with sufficient accuracy with conventional industrial robots.
  • the large and heavy arm segments of an industrial robot have too great a mass inertia for a closed-loop controller to be able to react quickly enough to fluctuations in the process force.
  • a line actuator which is smaller than the industrial robot and which couples the TCP of the manipulator with the machine tool, can be arranged between the TCP of the manipulator and the machine tool.
  • the linear actuator only regulates the process force (i.e.
  • the inventors have set themselves the task of developing an improved device for robot-assisted surface treatment and a corresponding method.
  • the device has a holder with a base plate designed for mounting on a manipulator and an assembly comprising a machine tool suspended from the holder.
  • the holder has a tilting mechanism that couples the assembly to the holder so that the assembly is tiltable relative to the base plate about two axes of rotation, the two axes of rotation can intersect and run below the base plate through the assembly.
  • the device comprises a holder with a base plate designed for mounting on a manipulator and an assembly suspended from the holder comprising a machine tool.
  • the holder has a tilting mechanism that couples the assembly to the holder so that the assembly can be tilted relative to the base plate about two axes of rotation, the tilting mechanism having a stop so that tilting about the two axes of rotation is only possible up to defined maximum angles , and wherein the Kippmechanis mus can be locked so that tilting is blocked.
  • the system comprises a manipulator, an assembly with a machine tool coupled to a tool center point (TCP) of the manipulator, and a controller for controlling the movement of the TCP of the manipulator.
  • the control is designed to determine an angular deviation between a longitudinal axis of the machine tool and a normal to a workpiece surface, while a tool mounted on the machine tool is touching the workpiece surface.
  • the controller is further designed to adapt the orientation of the TCP based on the determined angular deviation, so that the angular deviation becomes smaller.
  • the system comprises a manipulator and a device coupled to a TCP of the manipulator, which device has a holder with a base plate designed for mounting on the manipulator and an assembly comprising a machine tool suspended from the holder.
  • the holder has a tilting mechanism that couples the assembly to the holder in such a way that the assembly can be tilted relative to the base plate about two axes of rotation, the two axes of rotation being able to intersect and extend through the assembly below the base plate.
  • the device further comprises sensors which are designed to determine the tilt angles assigned to the two axes of rotation.
  • FIG. 1 illustrates an example of a robot-assisted grinding device.
  • FIG. 2 uses an example to illustrate the compensation of an angular error in the orientation of the tool center point (TCP) of a robot-assisted grinding device relative to the workpiece surface by adapting the TCP.
  • FIG. 3 uses an example to illustrate the compensation of an angular error in the orientation of the tool center point (TCP) by means of a universal joint, so that no adaptation of the TCP is necessary.
  • FIG. 4 illustrates an example of a coupling of a grinding machine to the TCP of a manipulator according to FIG. 3 in more detail, the coupling being carried out via a holder with a universal joint that can be locked.
  • FIG. 5 shows the example from FIG. 4 with an unlocked universal joint and a tilted grinding machine.
  • Figure 6 illustrates an isometric representation of a further example of a robot-assisted grinding device with a universal joint to compensate for angular errors.
  • FIG. 7 is a sectional view to illustrate a locking device (in the unlocked state) for fixing the universal joint in the exemplary embodiment according to FIG. 6.
  • FIG. 8 shows the locking device from FIG. 7 in more detail.
  • FIG. 9 shows the example from FIG. 7, the locking device locking the universal joint so that the grinding machine cannot tilt relative to the TCP.
  • the device comprises a manipulator 1, for example an industrial robot and a grinding machine 10 with a rotating grinding tool (eg an orbital grinding machine), this with the so-called tool center point (TCP) of the Manipulator 1 is coupled via a compensation device 20, which is implemented in the present example as a linear actuator.
  • TCP tool center point
  • the TCP is not a point, but a vector and can be described, for example, by three spatial coordinates and three angles.
  • generalized coordinates usually six joint angles of the robot
  • the position and orientation of the TCP are sometimes referred to as a "pose".
  • the compensation device 20 is designed to compensate for changes in the position of the position of the TCP relative to the workpiece surface. Furthermore, the compensation device 20 is designed to generate a process force between the machine tool (in the present example the grinding machine 10) and the workpiece surface.
  • the compensation device 20 can be a spring.
  • the above-mentioned linear actuator allows precise control of the process force.
  • the compensating device 20 can contain a force measuring system which is able to measure the process force.
  • the force measuring system can have a pressure sensor that measures the air pressure in the actuator, from which the process force can be determined (taking into account the characteristics of the actuator).
  • a spring could also be combined with a load cell. In this case, the force control would have to be effected by the manipulator.
  • the function of the compensation device can also be provided by the manipulator itself if it is able to carry out a force control.
  • the robot usually requires force-torque sensors and a correspondingly complex control.
  • the manipulator can be constructed from four segments 2a, 2b, 2c and 2d, which are each connected via joints 3a, 3b and 3c.
  • the first segment is usually rigidly connected to a foundation 41 (which, however, does not necessarily have to be the case).
  • the joint 3c connects the segments 2c and 2d.
  • the joint 3c can be 2-axis and enable a rotation of the segment 2c about a horizontal axis of rotation (elevation angle) and a vertical axis of rotation (azimuth angle).
  • the joint 3b connects the segments 2b and 2c and enables a pivoting movement of the segment 2b relative to the position of the segment 2c.
  • the joint 3a connects the segments 2a and 2b.
  • the joint 3a can be 2-axis and therefore (similar to the joint 3c) enable a pivoting movement in two directions.
  • the TCP has a fixed position relative to segment 2a, this usually also having a rotational steering (not shown), which enables a rotary movement about a longitudinal axis A of the segment 2a (shown in Fig. 1 as a dot-dash line, corresponds to the axis of rotation of the grinding tool).
  • Each axis of a joint is assigned an actuator that can cause a rotary movement about the respective joint axis.
  • the actuators in the joints are controlled by a robot controller 4 according to a robot program.
  • Various industrial robots / manipulators and associated controls are known per se and are therefore not explained further here.
  • the manipulator 1 is usually position-controlled, i.e. the robot controller can determine the pose (location and orientation) of the TCP and move it along a predefined trajectory.
  • the longitudinal axis of the segment 2a on which the TCP lies with A is designated.
  • the pose of the TCP also defines the pose of the grinding machine 10 (and also of the grinding wheel 11).
  • the actuator 20 serves to set the contact force (process force) between tool and workpiece 40 to a desired value during the grinding process.
  • a direct force control by the manipulator 1 is usually too imprecise for grinding applications, since the high inertia of the segments 2a-c of the manipulator 1 means that rapid compensation of force peaks (e.g. when the grinding tool is placed on the workpiece 40) with conventional manipulators is practical not possible.
  • the robot controller 4 is designed to regulate the pose (position and orientation) of the TCP of the manipulator 1, while the force regulation is carried out exclusively by the actuator 20.
  • the contact force FK between grinding tool and workpiece 40 with the help of the (linear) actuator 20 and a force control (which can be implemented in the controller 4, for example) can be set so that the Contact force FK (in the direction of the longitudinal axis A) between the grinding tool and workpiece 40 corresponds to a predefinable setpoint.
  • the contact force FK is a reaction to the actuator force FA with which the linear actuator 20 presses on the workpiece surface. If there is no contact between workpiece 40 and tool, due to the lack of contact force on workpiece 40, actuator 20 moves against an end stop (not shown because it is integrated in actuator 20) and presses against it with a defined force.
  • the position control of the manipulator 1 (which can also be implemented in the controller 4) can work completely independently of the force control of the actuator 20.
  • the actuator 20 is not responsible for the positioning of the grinding machine 10, but only for setting and maintaining the desired contact force FK during the grinding process and for detecting contact between the tool and the workpiece.
  • a contact can, for example, easily be recognized by the fact that the actuator has moved away from the end position (actuator deflection a is smaller than the maximum deflection aMAx at the end stop).
  • the actuator can be a pneumatic actuator, e.g. a double-acting pneumatic cylinder.
  • pneumatic actuators can also be used, e.g. Balgzy linder and air muscles.
  • electrical direct drives can also be considered.
  • the effective direction of the actuator 20 does not necessarily have to coincide with the longitudinal axis A of the segment 2a of the manipulator.
  • the force control can be implemented in a manner known per se with the aid of a control valve, a controller (implemented in the controller 4) and a compressed air reservoir. Since the inclination to the perpendicular is relevant for taking into account the force of gravity (i.e. the weight of the grinding machine 10), the actuator 20 can contain an inclination sensor. The measured inclination is taken into account by the force regulator.
  • the specific implementation of the force control is known per se and is not important for the further explanation and is therefore not described in more detail.
  • the grinding machine 10 usually has an electric motor that drives the grinding wheel 11.
  • the grinding wheel 11 is mounted on a carrier plate (grinding plate 12), which in turn is connected to the motor shaft of the electric motor.
  • Asynchronous motors or synchronous motors come into consideration as electric motors. Synchronous motors have the advantage that the speed does not change with the load (only the slip angle), whereas with Asynchronma machines the speed decreases with increasing load.
  • the load on the motor is essentially proportional to the contact force FK and the friction between the grinding wheel 11 and the surface of the workpiece 40 to be machined.
  • grinding machines with a pneumatic motor can also be used.
  • compressed air operated grinding machines can be built relatively compact, since compressed air motors usually have a low power to weight ratio.
  • Speed control is easily possible by means of a pressure control valve (e.g., electrically controlled by controller 4) (additionally or alternatively also by means of a throttle), whereas synchronous and asynchronous motors (e.g. electrically controlled by controller 4) require frequency converters for speed control.
  • the manipulator 1 moves the TCXP (and thus the grinding machine 10) along a predefined trajectory that follows the surface (contour) of the workpiece.
  • the TCP does not exactly follow the surface and angular deviations occur. These angular deviations can, on the one hand, be a consequence of positional tolerances of the workpiece 40 or an (intentionally or unintentionally) inaccurate programming of the trajectory.
  • Fig. 2 shows an example of a situation in which the trajectory x (t) is not parallel to the workpiece surface, but is tilted by an angle f. This means that the TCP is also normally tilted by the angle f relative to the surface, i.e.
  • the effective direction of the actuator 20 is not at right angles to the workpiece surface, but at an angle of 90 ° -f.
  • the actuator 20 has a deflection of a (to) at the time to at a TCP position x (to).
  • the TCP and thus the entire grinding machine 10 including the actuator 20
  • the angle can also be measured, for example by measuring the distance between the TCP and the workpiece surface on opposite sides of the grinding machine.
  • the tilt angle can be determined from the difference between the measured distances.
  • a measurement is not absolutely necessary, since the angle from variables (e.g. Aa and Ax) that are already known to the robot controller, can be calculated.
  • the robot controller “knows” both variables Aa and Ax, since the movement component performed by the linear actuator in this case is from Robots themselves.
  • the angle f of the tilt between the workpiece surface and the TCP trajectory is equal to the angular deviation of the effective direction of the actuator 20 (and thus the direction of the process force) from the surface normal.
  • the robot controller can correct the pose of the TCP so that the process force acts on the surface at a right angle. This situation is shown on the right in FIG. 2, in which the TCP has been moved to position x (t2) and the angular deviation f has been corrected.
  • Fig. 2 shows a simplified example with a one-dimensional robot movement. This angle correction can also take place in several spatial directions.
  • FIG. 2 illustrates the “active” determination and correction of angular deviations by the robot controller.
  • FIG. 3 illustrates a “passive” approach in which the grinding machine 10 (including the actuator 20) is “suspended” from the TCP so that it can be pivoted to orientate the TCP.
  • a holder 30 with a type of cardan joint can be used for the suspension in order to enable tilting in two directions (in the feed direction and transversely to the feed direction, ie along the trajectory and across it).
  • the grinding machine 10 will align itself “automatically” (passive, without active positioning) parallel to the surface normal Ns so that the contact force FK acts normally on the surface. Angular errors can thus be compensated for without the robot controller having to know about it; the NT TCP orientation can remain unchanged and does not have to be actively adapted. Changes in the normal distance between the surface and the TCP are also "automatically" compensated for by the actuator 20 and the force control, since the force controller always controls the actuator 20 so that the contact force FK corresponds to a target force.
  • FIGS. 4 and 5 The coupling of the TCP of the robot with the assembly, comprising the grinding machine 10 and the actuator 20, is shown in more detail in FIGS. 4 and 5.
  • this coupling takes place by means of a holder 30, which has a type of universal joint, so that the grinding machine 10 together with the actuator 20 can be tilted about two axes R x , R y relative to the orientation NT of the TCP, whereby in a zero position (no tilting) the two axes R x , R y are perpendicular to each other and both axes R x , R y are perpendicular to the orientation NT of the TCP.
  • the bracket 30 has an L-shaped mounting bracket 31 (L-shaped bracket), a base plate 31 a and a bracket 31 b forming the two legs of the mounting bracket 31.
  • the base plate 31a is rigidly connected to the TCP of the robot 1 (for example by means of screw connections), where the extension arm 3 lb (in the non-tilted state) is essentially parallel to the orientation NT of the TCP.
  • the top of the base plate rests against the front of the arm segment 2a of the robot 1, whereas in the example according to FIG. 1, the upper mounting plate 22 (flange) of the actuator 20 is coupled directly to the manipulator.
  • cantilever 3 lb and base plate 31a form a right angle.
  • the first axis of rotation R x of the aforementioned universal joint runs through the boom 3 lb, on which a further mounting bracket 32 (bracket) is rotatably mounted (about the axis of rotation R x ) ge.
  • a first leg of the mounting bracket 32 (not visible in FIGS. 4 and 5) is rotatably mounted on the arm 31b; and on the second leg of the mounting bracket 32, which protrudes at right angles from the boom 3 lb, a third mounting bracket 33 (or a mounting bar, mounting bar) is rotatably mounted (about the axis of rotation R y ).
  • the third mounting bracket 33 can thus be tilted both about the axis of rotation R x and about the axis of rotation R y , whereby a universal joint is formed.
  • the actuator 20 is connected with its upper mounting plate 22 to the mounting bracket 33 that (in the non-tilted state) the effective direction of the actuator 20 (and thus also the axis of rotation of the grinding disk 11) is coaxial with the orientation NT of the TCP.
  • the grinding machine 10 is connected to the lower mounting plate 21 (flange) of the actuator 22 (for example by means of a screw connection).
  • the axes of rotation R x and R y intersect below the base plate 31a.
  • the point of intersection of the axes of rotation R x and R y can lie above the grinding machine 10, that is to say inside the actuator 20. In other examples, the point of intersection can lie further down, that is, inside the grinding machine 10.
  • the grinding machine 10 can "automatically" adapt to the workpiece surface by tilting around the axes of rotation R x and R y when the grinding machine 10 with the grinding wheel 11 is pressed against the workpiece surface. However, there are situations in which this tilting is not desired. According to the example shown in Fig.
  • a locking mechanism (locking mechanism) is provided, which is suitable to lock the bracket 30 so that a Tilting about the axes of rotation R x and R y is no longer possible and the grinding machine 10 is rigid (cannot be moved / tilted) with the TCP of the robot 1.
  • the locking mechanism comprises an actuator 53 which is fastened, for example, to the top of the actuator 20 and which has a bolt (spawn).
  • This bolt is designed - in an extended state of the actuator 53 - to engage in a corresponding recess 51 in the underside of the base plate 31a and in this way to fix the actuator 20 on the base plate 3 la.
  • the actuator 53 can e.g. be a pneumatic actuator or a solenoid actuator (solenoid actuator), which is suitable to move the bolt 52 between a retracted end position (unlocked state) and an extended end position (locked state) back and forth.
  • the recess 51 can have a symmetrical shape with respect to the longitudinal axis of the actuator 20 (and the axis of rotation of the grinding machine 10 in the non-tilted state).
  • the recess can have a conical, cylindrical or pyramidal shape or the shape of a spherical segment (concave shapes).
  • the bar 52 also has a symmetrical (convex) shape (e.g. cylindrical, spherical segment, pyramidal, etc.).
  • recess 51 and bolt 52 can, however, be constructed in such a way that the actuator 20 and the grinding machine 10 (ie their axis of rotation) are “automatically” aligned coaxially to the TCP (normal vector NT) when the actuator 53 moves the bolt 52 presses into the recess 51.
  • the locking mechanism is therefore self-aligning.
  • the device In the left part of Figure 4, the device is shown in the unlocked state (ie actuator 20 and grinding machine 10 can be tilted); in the right part of Fig. 4 the device is shown in the locked state (ie actuator 20 and grinding machine 10 are rigidly coupled to the TCP).
  • a lock can be particularly desirable in situations in which the grinding wheel 11 is intentionally not intended to rest tangentially on the workpiece surface, for example when grinding narrow edges.
  • a lock can also be desirable when the robot 1 moves the grinding machine 10 to a changing station moved to remove the grinding wheel 11 and mount a new grinding wheel 11. Suitable changing stations for automatic changing of grinding wheels 11 are known per se.
  • the bolt 52 and the recess 51 can also be shaped such that the edges of the recess 51 for the bolt 52 form a stop collar which limits the tilt angle f to a maximum tilt angle FMAC.
  • the left part of FIG. 5 is practically identical to the left part of FIG. 4.
  • the right part of FIG. 5 shows the grinding machine 10 and the actuator 20 in a tilted position in which the bolt 52 is on an edge of the recess 51 (which forms the mentioned stop) is applied. In the situation shown, the tilt angle corresponds to the maximum tilt angle FMAC.
  • Fig. 6 is an isometric view of another example of a robotic grinding apparatus having a universal joint to compensate for angular errors.
  • the grinding machine 10 is shown with the carrier disk 12 on which a grinding wheel can be mounted.
  • the grinding machine 10 is connected to the lower mounting plate 21 of the actuator 20 (for example by means of screw connections);
  • a first leg of the mounting bracket 33 is connected to the upper mounting plate 22 of the actuator 20 (for example likewise by means of screw connections).
  • a second leg of the mounting bracket 33 is pivotable about the axis of rotation R y with the mounting bracket 32 (in Fig. 6 ver covered by the actuator 20, see Fig. 5), and the mounting bracket 32 is in turn pivotable about the axis of rotation Rx with the boom 3 lb of the mounting bracket 31 connected.
  • the base plate 31a of the mounting bracket 31 lies essentially parallel to the mounting plate 22 of the actuator 20.
  • the two axes of rotation R x and R y can enclose a right angle, as a result of which a universal joint is formed, as already described above with reference to FIG. 4 and 5 has been described.
  • one or more hoses and / or cables, which are connected to the grinding machine 10 can be attached to the mounting bracket 31 (for example to the boom 31b).
  • the hose 15 shown in FIG. 6 can be used, for example, to extract dust.
  • the cables serve under among other things the supply of the electric motor of the grinding machine.
  • the screws 310 can also be seen with which the mounting bracket 31 can be attached to the TCP of a manipulator.
  • FIG. 7 illustrates the device from FIG. 6 in a side view, with a partial longitudinal section, so that the locking mechanism already described above with reference to FIGS. 4 and 5 can be seen. Furthermore, the assembly angle 32 can be seen in this view.
  • FIG. 8 is an enlarged illustration of the upper part of FIG. 7. In the situation shown, the actuator 53 is retracted and the bolt 53 is therefore at its lower end position. Grinding machine 10 and actuator 20 are tilted about the axis R y by the maximum angle FMAC, so that the (symmetrical and convex) bulge 521 of the bolt 52 rests on an edge of the (concave) recess of the component 50.
  • the recess 51 is not arranged directly in the base plate 31 in this example, but in the component 50, which forms the counterpart to the bolt 52 and which is connected to the base plate 3 la.
  • the counterpart 50 and the base plate 31a can also be an integral component.
  • the component 50 for example, the maximum tilt angle FMAC can be adapted.
  • the device can be operated with different actuators 20 and grinding machines 10 if the geometry of the component 50 can be adapted to the dimensions of the actuator 20 and grinding machine 10.
  • Fig. 9 shows the same example as in Fig. 7, wherein the actuator 53 is extended and the bolt 52 engages in the recess 51 of the component 50 that a tilting movement of the grinding machine 10 and the actuator 20 is no longer possible is. In this state, the grinding machine 10 and the actuator 20 are rigidly connected to the TCP of the robot 1.
  • FIGS. 7 to 9 it can also be clearly seen that the intersection of the axes of rotation R x and R y lies well below the base plate 3 la in the interior of the actuator 20 or in the interior of the grinding machine 10.
  • the longitudinal axis of the grinding machine 10 (and thus also the The effective direction of the actuator 20) is normal to the workpiece surface and a tilt angle f ⁇ FMAC is established between the surface normal Ns and the orientation NT of the TCP. If the tilt angle reaches the maximum value FMAC, it is no longer ensured that the longitudinal axis of the grinding machine 10 is essentially perpendicular to the workpiece surface (and thus the grinding wheel lies tangentially on the surface).
  • the robot controller can take various measures, such as lifting the grinding machine until the contact between the grinding tool and the workpiece surface is broken.
  • angle sensors can be coupled to the rotary joints with the axes of rotation Rx and R y , which provide the controller 4 with information about the actual tilt angle.
  • the angle sensors are not shown in the figures. However, it is known to a person skilled in the art how the angle that the rotatable parts enclose to one another can be measured on a swivel joint, which is why the sensor technology is not discussed further here.
  • the “active” approach according to FIG. 2 and the “passive” approach according to FIGS. 3-5 can be combined. This means that, even with a device according to FIG. 3, the robot controller can always readjust the orientation of the TCP in such a way that the tilt angles f remain below a predefinable threshold value. That is, before the tilt angle f reaches the maximum tilt angle FMAC (and the bulge 521 abuts an edge of the recess 51, see FIG. 8), the robot controller can adjust the TCP so that the tilt angle f is reduced. If the tilt angles are known (e.g. based on a measurement), the tilt angles f can be regulated to almost zero (taking into account unavoidable tolerances).
  • the controller 4 can be designed to reduce the tilt angle f only by adapting the TCP when the measured angle f has reached a threshold value fii, wherein the threshold value fii can be smaller than the maximum angle FMAC.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Im Folgenden wird eine Vorrichtung zur robotergestützten Bearbeitung von Oberflächen beschrieben. Gemäß einem Beispiel weist die Vorrichtung eine Halterung mit einer Basisplatte ausgebildet zur Montage an einem Manipulator sowie eine an der Halterung aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werkzeugmaschine auf. Die Halterung weist einen Kippmechanismus auf, der die Baugruppe so mit der Halterung koppelt, dass die Baugruppe relativ zur Basisplatte um zwei Drehachsen verkippbar ist, wobei die beiden Drehachsen sich schneiden können und unterhalb der Basisplatte durch die Baugruppe hindurch verlaufen.

Description

AUSGLEICH VON LAGETOLERANZEN BEIM DER ROBOTERGESTUTZTEN
OBERFLÄCHENBEARBEITUNG
TECHNISCHES GEBIET
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Robotik und insbesondere das robotergestützte Bearbeiten von Werkstückoberflächen.
HINTERGRUND
[0002] Bei der robotergestützten Oberflächenbearbeitung wird eine Werkzeugmaschine wie z.B. eine Schleif- oder Poliermaschine (z.B. eine elektrisch betriebene Schleifmaschine mit rotierender Schleifscheibe als Schleifwerkzeug) von einem Manipulator, beispielswei se einem Industrieroboter, geführt. Dabei kann die Werkzeugmaschine auf unterschiedli che Weise mit dem sogenannten TCP ( Tool Center Point) des Manipulators gekoppelt sein; der Manipulator kann in der Regel Position und Orientierung der Maschine praktisch beliebig einstellen und die Werkzeugmaschine z.B. auf einer Trajektorie parallel zur Ober fläche des Werkstücks bewegen. Industrieroboter sind üblicherweise positionsgeregelt, was eine präzise Bewegung des TCP entlang der gewünschten Trajektorie ermöglicht.
[0003] Um beim robotergestützten Schleifen ein gutes Ergebnis zu erzielen, ist in vielen Anwendungen eine Regelung der Prozesskraft (Schleifkraft) nötig, was mit herkömmli chen Industrierobotern oft nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu realisieren ist. Die großen und schweren Armsegmente eines Industrieroboters besitzen eine zu große Massen trägheit, als dass ein Regler (closed-loop Controller) rasch genug auf Schwankungen der Prozesskraft reagieren könnte. Um dieses Problem zu lösen, kann zwischen TCP des Ma nipulators und der Werkzeugmaschine ein im Vergleich zum Industrieroboter kleiner Line araktor angeordnet sein, der den TCP des Manipulators mit der Werkzeugmaschine kop pelt. Der Linearaktor regelt während der Oberflächenbearbeitung lediglich die Prozesskraft (also die Anpresskraft zwischen Werkzeug und Werkstück) während der Manipulator die Werkzeugmaschine samt Linearaktor positionsgeregelt entlang der gewünschten Trajekto rie bewegt. [0004] Es gibt Situationen, in denen die Trajektorie, entlang der der Manipulator die Werkzeugmaschine bewegt, nicht parallel zur Oberfläche verläuft und folglich die Wir krichtung des Linearaktors (und damit die Richtung der Prozesskraft) nicht rechtwinklig zur Werkstückoberfläche ist. Diese Winkelabweichung (Abweichung vom rechten Winkel zur Oberfläche) kann eine fehlerhafte Oberflächenbearbeitung sowie eine verschlechterte Bearbeitungsqualität zur Folge haben.
[0005] Die Erfinder haben es sich zur Aufgabe gemacht, eine verbesserte Vorrichtung für die robotergestützte Oberflächenbearbeitung sowie ein entsprechendes Verfahren zu ent wickeln.
ZUSAMMENFASSUNG
[0006] Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 18 sowie durch ein System gemäß Anspruch 15 oder 17 gelöst. Unterschiedliche Ausfüh rungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
[0007] Im Folgenden wird eine Vorrichtung zur robotergestützten Bearbeitung von Ober flächen beschrieben. Gemäß einem Beispiel weist die Vorrichtung eine Halterung mit einer Basisplatte ausgebildet zur Montage an einem Manipulator sowie eine an der Halterung aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werkzeugmaschine auf. Die Halterung weist einen Kippmechanismus auf, der die Baugruppe so mit der Halterung koppelt, dass die Baugrup pe relativ zur Basisplatte um zwei Drehachsen verkippbar ist, wobei die beiden Drehach sen sich schneiden können und unterhalb der Basisplatte durch die Baugruppe hindurch verlaufen.
[0008] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung eine Halte rung mit einer Basisplatte ausgebildet zur Montage an einem Manipulator sowie eine an der Halterung aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werkzeugmaschine. Die Halterung weist einen Kippmechanismus auf, der die Baugruppe so mit der Halterung koppelt, dass die Baugruppe relativ zur Basisplatte um zwei Drehachsen verkippbar ist, wobei der Kippmechanismus einen Anschlag aufweist, sodass eine Verkippung um die zwei Dreh achsen nur bis zu definierten Maximalwinkeln möglich ist, und wobei der Kippmechanis mus verriegelbar ist, sodass eine Verkippung blockiert ist. [0009] Des Weiteren wird ein System zur robotergestützten Bearbeitung von Oberflächen beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das System einen Manipulator, eine mit einem Tool-Center-Point (TCP) des Manipulators gekoppelte Baugruppe mit einer Werkzeugmaschine sowie eine Steuerung zur Steuerung der Bewegung des TCPs des Ma nipulators. Die Steuerung ist dazu ausgebildet eine Winkelabweichung zwischen einer Längsachse der Werkzeugmaschine und einer Normalen einer Werkstückoberfläche zu ermitteln, während ein auf der Werkzeugmaschine montiertes Werkzeug die Werkstück oberfläche berührt. Die Steuerung ist weiter dazu ausgebildet, basierend auf der ermittelten Winkelabweichung die Orientierung des TCPs anzupassen, sodass die Winkelabweichung kleiner wird.
[0010] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das System einen Manipula tor und eine mit einem TCP des Manipulators gekoppelte Vorrichtung, die eine Halterung mit einer Basisplatte ausgebildet zur Montage an den Manipulator sowie eine an der Halte rung aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werkzeugmaschine aufweist. Die Halterung weist einen Kippmechanismus auf, der die Baugruppe so mit der Halterung koppelt, dass die Baugruppe relativ zur Basisplatte um zwei Drehachsen verkippbar ist, wobei die beiden Drehachsen sich schneiden können und unterhalb der Basisplatte durch die Baugruppe hindurch verlaufen. Die Vorrichtung umfasst weiter Sensoren, die dazu ausgebildet sind, die den beiden Drehachsen zugeordneten Kippwinkel zu ermitteln.
KURZE BESCHREBIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[0011] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestell ten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. Zu den Abbildungen:
[0012] Figur 1 illustriert ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung.
[0013] Figur 2 illustriert an einem Beispiel den Ausgleich eines Winkelfehlers der Orien tierung des Tool-Center-Points (TCPs) einer robotergestützten Schleifvorrichtung relativ zur Werkstückoberfläche durch Anpassung des TCPs. [0014] Figur 3 illustriert an einem Beispiel den Ausgleich eines Winkelfehlers der Orien tierung des Tool-Center-Points (TCPs) mittels eines Kreuzgelenks, sodass keine Anpas sung des TCPs nötig ist.
[0015] Figur 4 illustriert ein Beispiel einer Ankopplung einer Schleifmaschine an den TCP eines Manipulators gemäß Fig. 3 detaillierter, wobei die Ankopplung über eine Halte rung mit einem Kreuzgelenk erfolgt, das verriegelt werden kann.
[0016] Figur 5 zeigt das Beispiel aus Fig. 4 mit entriegeltem Kreuzgelenk und verkippter Schleifmaschine.
[0017] Figur 6 illustriert eine isometrische Darstellung eines weiteren Beispiels einer robotergestützten Schleifvorrichtung mit einem Kreuzgelenk zum Ausgleich von Win kelfehlern.
[0018] Figur 7 ist eine Schnittdarstellung zur Illustration einer Verriegelungsvorrichtung (im nicht verriegelten Zustand) zum Fixieren des Kreuzgelenks in dem Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 6.
[0019] Figur 8 zeigt die Verriegelungsvorrichtung aus Fig. 7 detaillierter.
[0020] Figur 9 zeigt das Beispiel aus Fig. 7, wobei die Verriegelungsvorrichtung das Kreuzgelenk verriegelt, sodass keine Verkippung der Schleifmaschine relativ zum TCP möglich ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
[0021] Bevor verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert werden, wird zunächst ein Beispiel einer robotergestützten Schleifvorrichtung beschrieben. Es versteht sich, dass die hier beschriebenen Konzepte auch auf andere Arten von Oberflächenbearbeitung (z.B. Polieren, Fräsen, etc.) übertragbar und nicht auf Schlei fen beschränkt ist.
[0022] Gemäß Fig. 1 umfasst die Vorrichtung einen Manipulator 1, beispielsweise einen Industrieroboter und eine Schleifmaschine 10 mit rotierendem Schleifwerkzeug (z.B. eine Orbitalschleifmaschine), wobei dieses mit dem sogenannten Tool-Center-Point (TCP) des Manipulators 1 über eine Ausgleichsvorrichtung 20 gekoppelt ist, die im vorliegenden Bei spiel als Linearaktor implementiert ist. Der TCP ist genau genommen kein Punkt, sondern ein Vektor und kann z.B. durch drei Raumkoordinaten und drei Winkel beschrieben wer den. In der Robotik werden zur Beschreibung der Lage des TCPs manchmal auch generali sierte Koordinaten (meist sechs Gelenkwinkel des Roboters) im Konfigurationsraum ver wendet. Position und Orientierung des TCPs werden manchmal auch als„Pose“ bezeich net. Ganz allgemein ist die Ausgleichsvorrichtung 20 dazu ausgebildet, Veränderungen der Position der Lage des TCP relativ zur Werkstückoberfläche auszugleichen. Des Weiteren ist die Ausgleichsvorrichtung 20 dazu ausgebildet, eine Prozesskraft zwischen Werkzeug maschine (im vorliegenden Beispiel die Schleifmaschine 10) und der Werkstückoberfläche zu erzeugen. Im einfachsten Fall kann die Ausgleichsvorrichtung 20 eine Feder sein. Der oben erwähnte Linearaktor erlaubt eine präzise Regelung der Prozesskraft. Für eine Feed back-Regelung kann die Ausgleichsvorrichtung 20 ein Kraftmesssystem enthalten, das in der Lage ist, die Prozesskraft zu messen. Im Falle eines pneumatischen Linearaktors kann das Kraftmesssystem einen Drucksensor aufweisen, der den Luftdruck im Aktor misst, woraus die Prozesskraft ermittelt werden kann (unter Berücksichtigung der Charakteristik des Aktors). Jedoch ließe sich auch eine Feder mit einer Kraftmessdose ( load cell) kombi nieren. In diesem Fall müsste die Kraftregelung durch den Manipulator bewirkt werden.
[0023] Die Funktion der Ausgleichsvorrichtung kann auch von dem Manipulator selbst bereitgestellt werden, wenn dieser in der Lage ist, eine Kraftregelung durchzuführen. Dazu benötigt der Roboter in der Regel Kraft-Momenten-Sensoren ( Force-Torque-Sensors ) und eine entsprechend aufwändige Regelung.
[0024] Im Falle eines Industrieroboters mit sechs Freiheitsgraden kann der Manipulator aus vier Segmenten 2a, 2b, 2c und 2d aufgebaut sein, die jeweils über Gelenke 3a, 3b und 3c verbunden sind. Das erste Segment ist dabei meist starr mit einem Fundament 41 ver bunden (was jedoch nicht zwangsläufig der Fall sein muss). Das Gelenk 3c verbindet die Segmente 2c und 2d. Das Gelenk 3c kann 2-achsig sein und eine Drehung des Segments 2c um eine horizontale Drehachse (Elevationswinkel) und eine vertikale Drehachse (Azimut winkel) ermöglichen. Das Gelenk 3b verbindet die Segmente 2b und 2c und ermöglicht eine Schwenkbewegung des Segments 2b relativ zur Lage des Segments 2c. Das Gelenk 3a verbindet die Segmente 2a und 2b. Das Gelenk 3a kann 2-achsig sein und daher (ähnlich wie das Gelenk 3c) eine Schwenkbewegung in zwei Richtungen ermöglichen. Der TCP hat eine feste Relativposition zum Segment 2a, wobei dieses üblicherweise noch ein Drehge- lenk (nicht dargestellt) umfasst, welches eine Drehbewegung um eine Längsachse A des Segments 2a ermöglicht (in Fig. 1 als strichpunktierte Line eingezeichnet, entspricht der Drehachse des Schleifwerkzeugs). Jeder Achse eines Gelenks ist ein Aktor zugeordnet, der eine Drehbewegung um die jeweilige Gelenksachse bewirken kann. Die Aktoren in den Gelenken werden von einer Robotersteuerung 4 gemäß einem Roboterprogramm angesteu ert. Verschiedene Industrieroboter/Manipulatoren und dazugehörige Steuerungen sind an sich bekannt und werden daher hier nicht weiter erläutert.
[0025] Der Manipulator 1 ist üblicherweise positionsgeregelt, d.h. die Robotersteuerung kann die Pose (Ort und Orientierung) des TCP festlegen und diesen entlang einer vordefi nierten Trajektorie bewegen. In Fig. 1 ist die Längsachse des Segments 2a, auf der der TCP liegt mit A bezeichnet. Wenn der Aktor 20 an einem Endanschlag anliegt, ist mit der Pose des TCP auch die Pose der Schleifwerkmaschine 10 (und auch der Schleifscheibe 11) defi niert. Wie eingangs bereits erwähnt, dient der Aktor 20 dazu, während des Schleifprozes ses die Kontaktkraft (Prozesskraft) zwischen Werkzeug und Werkstück 40 auf einen ge wünschten Wert einzustellen. Eine direkte Kraftregelung durch den Manipulator 1 ist für Schleifanwendungen in der Regel zu ungenau, da durch die hohe Massenträgheit der Seg mente 2a-c des Manipulators 1 eine schnelle Kompensation von Kraftspitzen (z.B. beim Aufsetzen des Schleifwerkzeugs auf das Werkstück 40) mit herkömmlichen Manipulatoren praktisch nicht möglich ist. Aus diesem Grund ist die Robotersteuerung 4 dazu ausgebildet, die Pose (Position und Orientierung) des TCP des Manipulators 1 zu regeln, während die Kraftregelung ausschließlich vom Aktor 20 bewerkstelligt wird.
[0026] Wie bereits erwähnt, kann während des Schleifprozesses die Kontaktkraft FK zwi schen Schleifwerkzeug und Werkstück 40 mit Hilfe des (Linear-) Aktors 20 und einer Kraftregelung (die beispielsweise in der Steuerung 4 implementiert sein kann) so einge stellt werden, dass die Kontaktkraft FK (in Richtung der Längsachse A) zwischen Schleif werkzeug und Werkstück 40 einem vorgebbaren Sollwert entspricht. Die Kontaktkraft FK ist dabei eine Reaktion auf die Aktorkraft FA, mit der der Linearaktor 20 auf die Werk stückoberfläche drückt. Bei fehlendem Kontakt zwischen Werkstück 40 und Werkzeug fährt der Aktor 20 aufgrund der fehlenden Kontaktkraft am Werkstück 40 gegen einen Endanschlag (nicht dargestellt da im Aktor 20 integriert) und drückt mit einer definierten Kraft gegen diesen. In dieser Situation (kein Kontakt) ist die Aktorauslenkung a daher ma ximal (a=aMAx) und der Aktor 20 befindet sich in einer (äußeren) Endposition. [0027] Die Positionsregelung des Manipulators 1 (die ebenfalls in der Steuerung 4 im plementiert sein kann) kann vollkommen unabhängig von der Kraftregelung des Aktors 20 arbeiten. Der Aktor 20 ist nicht verantwortlich für die Positionierung der Schleifmaschine 10, sondern lediglich für das Einstellen und Aufrechterhalten der erwünschten Kontakt kraft FK während des Schleifprozesses und zur Erkennung von Kontakt zwischen Werk zeug und Werkstück. Ein Kontakt kann z.B. in einfacher Weise dadurch erkannt werden, dass der Aktor sich aus der Endposition wegbewegt hat (Aktorauslenkung a ist kleiner als die maximale Auslenkung aMAx am Endanschlag).
[0028] Der Aktor kann ein pneumatischer Aktor sein, z.B. ein doppeltwirkender Pneuma tikzylinder. Jedoch sind auch andere pneumatische Aktoren anwendbar wie z.B. Balgzy linder und Luftmuskel. Als Alternative kommen auch elektrische Direktantriebe (getriebe los) in Betracht. Es versteht sich, dass die Wirkrichtung des Aktors 20 nicht notwendiger weise mit der Längsachse A des Segments 2a des Manipulators zusammenfallen muss. Im Falle eines pneumatischen Aktors kann die Kraftregelung in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Regelventils, eines Reglers (implementiert in der Steuerung 4) und eines Druckluftspeichers realisiert werden. Da für die Berücksichtigung der Schwerkraft (d.h. der Gewichtskraft der Schleifmaschine 10) die Neigung zur Lotrechten relevant ist, kann der Aktor 20 einen Neigungssensor enthalten. Die gemessene Neigung wird von dem Kraftregler berücksichtigt. Die konkrete Implementierung der Kraftregelung ist an sich bekannt und für die weitere Erläuterung nicht wichtig und wird daher auch nicht detaillier ter beschrieben.
[0029] Die Schleifmaschine 10 hat üblicherweise einen Elektromotor, der die Schleif scheibe 11 antreibt. Bei einer Orbitalschleifmaschine ist die Schleifscheibe 11 an einer Trägerplatte (Schleifteller 12) montiert, die wiederum mit der Motorwelle des Elektromo tors verbunden ist. Als Elektromotoren kommen Asynchronmotoren oder Synchronmoto ren in Betracht. Synchronmotoren haben den Vorteil, dass sich die Drehzahl nicht mit der Belastung ändert (sondern lediglich der Schlupfwinkel), wohingegen bei Asynchronma schinen die Drehzahl bei steigender Belastung sinkt. Die Belastung des Motors ist dabei im Wesentlichen proportional zur Kontaktkraft FK und der Reibung zwischen der Schleif scheibe 11 und der zu bearbeitenden Oberfläche des Werkstücks 40.
[0030] Alternativ zu Schleifmaschinen mit elektrischem Antrieb können auch Schleifma schinen mit pneumatischem Motor (Druckluftmotor) verwendet werden. Mit Druckluft betriebene Schleifmaschinen können relativ kompakt gebaut werden, da Druckluftmotoren in der Regel ein geringes Leistungsgewicht aufweisen. Eine Drehzahlregelung ist mittels eines (z.B. von der Steuerung 4 elektrisch angesteuertes) Druckregelventils einfach mög lich (zusätzlich oder alternativ auch mittels einer Drossel), wohingegen bei Synchron- und Asynchronmotoren (z.B. von der Steuerung 4 elektrisch angesteuerte) Frequenzumrichter für die Drehzahlsteuerung benötigt werden. Die hier beschriebenen Konzepte können mit einer Vielzahl unterschiedlicher Arten von Schleifmaschinen, Poliermaschinen und ande ren Maschinen zur Oberflächenbearbeitung implementiert werden.
[0031] Wie erwähnt, bewegt der Manipulator 1 den TCXP (und damit die Schleifmaschi ne 10) entlang einer vordefinierten Trajektorie, die der Oberfläche (Kontur) des Werk stücks folgt. In der Praxis können Situationen auftreten, in denen der TCP der Oberfläche nicht genau folgt und Winkelabweichungen auftreten. Diese Winkelabweichungen können einerseits eine Folge von Lagetoleranzen des Werkstücks 40 oder einer (absichtlich oder unabsichtlich) ungenauen Programmierung der Trajektorie sein. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Situation, in der die Trajektorie x(t) nicht parallel zur Werkstückoberfläche liegt, sondern um einen Winkel f verkippt ist. Damit ist auch der TCP relativ zur Oberflächen normalen um den Winkel f verkippt, d.h. die Wirkrichtung des Aktors 20 steht nicht rechtwinklig zur Werkstückoberfläche, sondern in einem Winkel von 90°-f. Gemäß Fig. 1 hat der Aktor 20 zum Zeitpunkt to bei einer TCP -Position x(to) eine Auslenkung von a(to). Zu einem Zeitpunkt ti hat sich der TCP (und damit die ganze Schleifmaschine 10 samt Aktor 20) zur Position x(ti) weiterbewegt, was eine Verschiebung von Dc= x(ti)-x(to) be deutet. Aufgrund der Verkippung um den Winkel f hat sich die Auslenkung des Aktors 20 um Aa reduziert (Aa=a(ti)-a(to)). Die Werte Ax und Aa sind der Robotersteuerung bekannt und somit kann der Winkel der (lokalen) Verkippung zwischen Werkstückoberfläche und TCP-Trajektorie berechnet werden: f = tan '(Aa/Ax) (1)
Alternativ ist auch eine Messung des Winkels möglich, z.B. durch eine Messung des Ab stands zwischen TCP und der Werkstückoberfläche auf gegenüberliegenden Seiten der Schleifmaschine. Aus der Differenz der gemessenen Abstände lässt sich der Winkel der Verkippung ermitteln. Wie erwähnt ist eine Messung jedoch nicht unbedingt nötig, da der Winkel aus Größen (z.B. Aa und Ax), die der Robotersteuerung ohnehin bekannt sind, berechnet werden kann. In dem eingangs erwähnten Beispiel, in dem die Funktion des Li nearaktors (Ausgleichseinrichtung) von dem Manipulator selbst bereitgestellt wird,„weiß“ die Robotersteuerung beide Größen Aa und Ax, da ja die Bewegungskomponente, die von dem Linearaktor durchgeführt wird, in diesem Fall vom Roboter selbst durchgeführt wer den muss.
[0032] Wie erwähnt ist der Winkel f der Verkippung zwischen Werkstückoberfläche und TCP-Trajektorie gleich der Winkelabweichung des Wirkrichtung des Aktors 20 (und damit der Richtung der Prozesskraft) von der Oberflächennormalen. Nach einer Berechnung der Winkelabweichung f (z.B. gemäß Gleichung 1) kann die Robotersteuerung die Pose des TCP so korrigieren, dass die Prozesskraft im rechten Winkel auf die Oberfläche wirkt. Diese Situation ist in Fig. 2 rechts dargestellt, in der der TCP an die Position x(t2) weiter bewegt und die Winkelabweichung f korrigiert wurde. Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Bei spiel mit einer eindimensionalen Roboterbewegung. Diese Winkelkorrektur kann auch in mehrere Raumrichtungen erfolgen.
[0033] Fig. 2 illustriert die„aktive“ Ermittlung und Korrektur von Winkelabweichungen durch die Robotersteuerung. Das Beispiel in Fig. 3 illustriert einen„passiven“ Ansatz, bei dem die Schleifmaschine 10 (inklusive Aktor 20) schwenkbar zur Orientierung des TCPs an diesem„aufgehängt“ ist. Beispielsweise kann eine Halterung 30 mit einer Art Kreuzge lenk ( cardan joint) für die Aufhängung verwendet werden, um eine Verkippung in zwei Richtungen (in Vorschubrichtung und quer zur Vorschubrichtung, d.h. entlang der Trajek- torie und quer dazu) zu ermöglichen. Dadurch, dass der Aktor 20 die Schleifmaschine 10 und damit die Schleifscheibe 11 mit definierter (Aktor-) Kraft gegen die Oberfläche des Werkstücks 40 drückt, wird sich die Schleifmaschine 10„automatisch“ (passiv, ohne akti ve Positionierung) parallel zur Oberflächennormalen Ns ausrichten, sodass die Kontakt kraft FK normal auf die Oberfläche wirkt. Winkelfehler können somit ausgeglichen wer den, ohne dass die Robotersteuerung davon wissen muss; die TCP-Orientierung NT kann dabei unverändert bleiben und muss nicht aktiv angepasst werden. Änderungen des Nor malabstandes zwischen Oberfläche und TCP werden durch den Aktor 20 und die Kraftre gelung ebenso„automatisch“ ausgeglichen, da der Kraftregler den Aktor 20 immer so an steuert, dass die Kontaktkraft FK einer Soll-Kraft entspricht. [0034] Die Kopplung des TCPs des Roboters mit der Baugruppe, umfassend die Schleif maschine 10 und den Aktor 20, ist in Fig. 4 und 5 detaillierter dargestellt. Wie erwähnt erfolgt diese Kopplung mittels einer Halterung 30, die eine Art Kreuzgelenk aufweist, so- dass die Schleifmaschine 10 samt Aktor 20 relativ zur Orientierung NT des TCPs um zwei Achsen Rx, Ry verkippbar ist, wobei in einer Nullposition (keine Verkippung) die beiden Achsen Rx, Ry senkrecht aufeinander stehen und beide Achsen Rx, Ry senkrecht zur Orien tierung NT des TCPs liegen. Gemäß dem dargestellten Beispiel weist die Halterung 30 ei nen L-förmigen Montagewinkel 31 (L-shaped bracket) auf, wobei eine Basisplatte 31a und ein Ausleger 31b die beiden Schenkel des Montagewinkels 31 bilden. Die Basisplatte 31a ist starr mit dem TCP des Roboters 1 (z.B. mittels Schraubverbindungen) verbunden, wo bei der Ausleger 3 lb (im nicht verkippten Zustand) im Wesentlichen parallel zur Orientie rung NT des TCPs liegt. Die Oberseite der Basisplatte liegt in diesem Fall an der Stirnseite des Armsegmentes 2a des Roboters 1 an, wohingegen im Beispiel gemäß Fig. 1, die obere Montageplatte 22 (Flansch) des Aktors 20 direkt mit dem Manipulator gekoppelt ist. Im dargestellten Beispiel schließen Ausleger 3 lb und Basisplatte 31a einen rechten Winkel ein.
[0035] Die erste Drehachse Rx des erwähnten Kreuzgelenks verläuft durch den Ausleger 3 lb, an dem ein weiterer Montagewinkel 32 ( bracket ) drehbar (um die Drehachse Rx) ge lagert ist. Ein erster Schenkel des Montagewinkel 32 (in Fig. 4 und 5 nicht sichtbar) ist drehbar an dem Ausleger 31b gelagert; und an dem zweiten Schenkel des Montagewinkel 32, der rechtwinklig von dem Ausleger 3 lb absteht, ist ein dritter Montagewinkel 33 (oder eine Montageleiste, mounting bar) drehbar (um die Drehachse Ry) gelagert. Der dritte Montagewinkel 33 kann somit sowohl um die Drehachse Rx als auch um die Drehachse Ry gekippt werden, wodurch ein Kreuzgelenk gebildet wird. Der Aktor 20 ist mit seiner obe ren Montageplatte 22 so mit dem Montagewinkel 33 verbunden, dass (im nicht verkippten Zustand) die Wirkrichtung des Aktors 20 (und damit auch die Rotationsachse der Schleif scheibe 11) koaxial zur Orientierung NT des TCPs ist. Die Schleifmaschine 10 ist mit der unteren Montageplatte 21 (Flansch) des Aktors 22 verbunden (z.B. mittels einer Schraub verbindung). Die Drehachsen Rx und Ry schneiden einander unterhalb der Basisplatte 31a. Gemäß dem dargestellten Beispiel kann der Schnittpunkt der Drehachsen Rx und Ry ober halb der Schleifmaschine 10 liegen, also im Inneren des Aktors 20. In anderen Beispielen kann der Schnittpunkt weiter unten liegen, also im Inneren der Schleifmaschine 10. [0036] Wie in Fig. 3 dargestellt kann sich die Schleifmaschine 10„automatisch“ der Werkstückoberfläche durch Verkippen um die Drehachsen Rx und Ry anpassen, wenn die Schleifmaschine 10 mit der Schleifscheibe 11 gegen die Werkstückoberfläche gedrückt wird. Es gibt jedoch Situationen, in denen diese Verkippung nicht gewünscht ist. Gemäß dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Beispiel ist zwischen der Oberseite des Aktors 20 (obere Montageplatte 22) und der Unterseite der Basisplatte 3 la ein Verriegelungsmechanismus (locking mechanism ) vorgesehen, der dazu geeignet ist, die Halterung 30 zu verriegeln, sodass eine Verkippung um die Drehachsen Rx und Ry nicht mehr möglich ist und die Schleifmaschine 10 starr (nicht bewegbar/verkippbar) mit dem TCP des Roboters 1 gekop pelt ist.
[0037] Gemäß dem in Fig. 4 und 5 dargestellten Beispiel umfasst der Verriegelungsme chanismus einen Aktor 53, der beispielsweise an der Oberseite des Aktors 20 befestigt ist und der einen Riegel (laich) aufweist. Dieser Riegel ist dazu ausgebildet - in einem ausge fahrenen Zustand des Aktors 53 - in eine korrespondierende Vertiefung 51 in der Untersei te der Basisplatte 31a einzugreifen und auf diese Weise den Aktor 20 an der Basisplatte 3 la zu fixieren. Der Aktor 53 kann z.B. ein pneumatischer Aktor oder ein Magnetaktor (, solenoid actuator ) sein, der dazu geeignet ist, den Riegel 52 zwischen einer eingefahrenen Endposition (entriegelter Zustand) und einer ausgefahrenen Endposition (verriegelter Zu stand) hin- und her zubewegen.
[0038] Die Vertiefung 51 kann eine in Bezug auf die Längsachse des Aktors 20 (und der Drehachse der Schleifmaschine 10 im nicht verkippten Zustand) symmetrische Form auf weisen. Beispielsweise kann die Vertiefung eine konische, zylindrische oder pyramiden förmige Form oder die Form eines Kugelsegments (konkave Formen) aufweisen. Der Rie gel 52 hat ebenso eine symmetrische (konvexe) Form aufweisen (z.B. zylindrisch, Ku gelsegment, pyramidenförmig, etc.). Die konkrete Form ist nicht wichtig; die symmetri sche Ausgestaltung von Vertiefung 51 und Riegel 52 kann allerdings so konstruiert sein, dass der Aktor 20 und die Schleifmaschine 10 (d.h. deren Drehachse)„automatisch“ koa xial zum TCP (Normalvektor NT) ausgerichtet werden, wenn der Aktor 53 die Riegel 52 in die Vertiefung 51 drückt. Dier Verriegelungsmechanismus ist demnach selbstausrichtend (self-aligning).
[0039] Im linken Teil des Fig. 4 ist die Vorrichtung im entriegelten Zustand dargestellt (d.h. Aktor 20 und Schleifmaschine 10 können verkippt werden); im rechten Teil des Fig. 4 ist die Vorrichtung im verriegelten Zustand dargestellt (d.h. Aktor 20 und Schleifmaschi ne 10 sind starr mit dem TCP gekoppelt). Eine Verriegelung kann insbesondere in Situati onen wünschenswert sein, in denen die Schleifscheibe 11 absichtlich nicht tangential auf der Werkstückoberfläche aufliegen soll, beispielsweise beim Schleifen von schmalen Kan ten. Des Weiteren kann eine Verriegelung wünschenswert sein, wenn der Roboter 1 die Schleifmaschine 10 in eine Wechselstation bewegt, um die Schleifscheibe 11 abzuziehen und eine neue Schleifscheibe 11 zu montieren. Geeignete Wechselstationen zum automati schen Wechseln von Schleifscheiben 11 sind an sich bekannt.
[0040] Der Riegel 52 und die Vertiefung 51 können auch so geformt sein, dass die Kan ten der Vertiefung 51 für den Riegel 52 einen Anschlag {stop collar ) bilden, der den Kippwinkel f auf einen maximalen Kippwinkel FMAC begrenzt. Der linke Teil der Fig. 5 ist praktisch identisch mit dem linken Teil der Fig. 4. Der rechte Teil der Fig. 5 zeigt die Schleifmaschine 10 und den Aktor 20 in einer gekippten Position, in der der Riegel 52 an einer Kante der Vertiefung 51 (die den erwähnten Anschlag bildet) anliegt. In der darge stellten Situation entspricht der Kippwinkel dem maximalen Kippwinkel FMAC.
[0041] Fig. 6 ist eine isometrische Darstellung eines weiteren Beispiels einer roboterge stützten Schleifvorrichtung mit einem Kreuzgelenk zum Ausgleich von Winkelfehlern. Dargestellt ist die Schleifmaschine 10 mit der Trägerscheibe 12, auf der eine Schleifschei be montiert werden kann. Die Schleifmaschine 10 ist mit der unteren Montageplatte 21 des Aktors 20 verbunden (z.B. mittels Schraubverbindungen); an der oberen Montageplatte 22 des Aktors 20 ist ein erster Schenkel des Montagewinkels 33 verbunden (z.B. ebenfalls mittels Schraubverbindungen). Ein zweiter Schenkel des Montagewinkels 33 ist um die Drehachse Ry schwenkbar mit dem Montagewinkel 32 (in Fig. 6 durch den Aktor 20 ver deckt, siehe Fig. 5) verbunden, und der Montagewinkel 32 ist wiederum um die Drehachse Rx schwenkbar mit dem Ausleger 3 lb des Montagewinkels 31 verbunden. Die Basisplatte 31a des Montagewinkels 31 liegt im nicht verkippten Zustand im Wesentlichen parallel zur Montageplatte 22 des Aktors 20. Die beiden Drehachsen Rx und Ry können einen rechten Winkel einschließen, wodurch ein Kreuzgelenk gebildet wird wie es bereits weiter oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben wurde. Wie in Fig. 6 dargestellt, können an dem Montagewinkel 31 (z.B. am Ausleger 31b) ein oder mehrere Schläuche und/oder Kabel befestigt sein, die an der Schleifmaschine 10 angeschlossen sind. Der in Fig. 6 ge zeigte Schlauch 15 kann z.B. der Absaugung von Staub dienen. Die Kabel dienen unter anderem der Versorgung des Elektromotors der Schleifmaschine. In Fig. 6 sind auch die Schrauben 310 zu erkennen, mit denen der Montagewinkel 31 am TCP eines Manipulators befestigt werden kann.
[0042] Fig. 7 illustriert die Vorrichtung aus Fig. 6 in einer Seitenansicht, mit einem teil weisen Längsschnitt, sodass der oben bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrie bene Verriegelungsmechanismus zu sehen ist. Des Weiteren ist in dieser Ansicht der Mon tagewinkel 32 zu sehen. Fig. 8 ist eine vergrößerte Darstellung des oberen Teils der Fig. 7. In der dargestellten Situation ist der Aktor 53 eingefahren und der Riegel 53 daher an sei ner unteren Endposition. Schleifmaschine 10 und Aktor 20 sind um den maximalen Winkel FMAC um die Achse Ry verkippt, sodass die (symmetrische und konvexe) Ausbuchtung 521 des Riegels 52 an einer Kante der (konkaven) Ausnehmung des Bauelements 50 anliegt. Aus fertigungstechnischen Gründen ist in diesem Beispiel die Ausnehmung 51 nicht direkt in der Basisplatte 31 angeordnet, sondern in dem Bauelement 50, welches das Gegenstück zum Riegel 52 bildet und das mit der Basisplatte 3 la verbunden ist. In anderen Ausfüh rungsformen können das Gegenstück 50 und die Basisplatte 31a jedoch auch eine integrale Komponente sein. In manchen Anwendungen kann es allerdings nützlich sein, das Bau element 50 mit der Ausnehmung 51 austauschbar zu gestalten, um die Vorrichtungen mit verschiedenen Bauelementen 50 mit jeweils unterschiedlich geformten Ausnehmungen 51 zu verwenden. Durch eine Variation des Bauelements 50 kann z.B. der maximale Kipp winkel FMAC angepasst werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung mit unterschiedlichen Aktoren 20 und Schleifmaschinen 10 betrieben werden, wenn die Geometrie des Bauele ments 50 an die Abmessungen von Aktor 20 und Schleifmaschine 10 angepasst werden kann.
[0043] Fig. 9 zeigt das gleiche Beispiel wie in Fig. 7, wobei der Aktor 53 ausgefahren ist und der Riegel 52 so in die Ausnehmung 51 des Bauelements 50 eingreift, dass eine Kipp bewegung der Schleifmaschine 10 und des Aktors 20 nicht mehr möglich ist. In diesem Zustand sind Schleifmaschine 10 und Aktor 20 starr mit dem TCP des Roboters 1 gekop pelt.
[0044] In Fig. 7 bis 9 ist auch gut zu erkennen, dass der Schnittpunkt der Drehachsen Rx und Ry deutlich unterhalb der Basisplatte 3 la im Inneren des Aktors 20 oder im Inneren der Schleifmaschine 10 liegt. Im Betrieb (d.h. wenn die Schleifmaschine die Werkstück oberfläche berührt, richtet sich die Längsachse der Schleifmaschine 10 (und somit auch die Wirkrichtung des Aktors 20) normal zur Werkstückoberfläche aus und es stellt sich ein Kippwinkel f < FMAC zwischen der Oberflächennormalen Ns und der Orientierung NT des TCPs ein. Sofern der Kippwinkel den Maximalwert FMAC erreicht, ist nicht mehr sicherge stellt, dass die Längsachse der Schleifmaschine 10 im Wesentlichen senkrecht auf die Werkstückoberfläche steht (und somit die Schleifscheibe tangential an der Oberfläche an liegt).
[0045] In manchen Anwendungen kann es Sinn machen, die Kippwinkel um die Dreh achsen Rx und Ry zu messen und/oder zu detektieren, wann der maximale Winkel FMAC erreicht wurde und der Riegel 52 das Bauelement 50 berührt. Basierend auf dieser Infor mation kann die Robotersteuerung verschiedene Maßnahmen ergreifen wie z.B. die Schleifmaschine anheben bis der Kontakt zwischen Schleifwerkzeug und Werkstückober fläche gelöst wird. Dazu können beispielsweise mit den Drehgelenken mit den Drehachsen Rx und Ry Winkelsensoren gekoppelt sein, welche der Steuerung 4 die Information über die tatsächlichen Kippwinkel liefern. Die Winkel Sensoren sind in den Abbildungen nicht dargestellt. Es ist einem Fachmann jedoch bekannt, wie an einem Drehgelenk der Winkel, den die drehbaren Teile zueinander einschließen, gemessen werden kann, weshalb die Sen sorik hier nicht weiter diskutiert wird.
[0046] Des Weiteren sei angemerkt, dass der„aktive“ Ansatz gemäß Fig. 2 und der„pas sive“ Ansatz gemäß den Fig. 3-5 kombiniert werden können. Das heißt, dass die Roboter steuerung auch bei einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 die Orientierung des TCPs immer so nachregeln kann, dass die Kippwinkel f unter einem vorgebbaren Schwellenwert bleiben. Das heißt, bevor der Kippwinkel f den maximalen Kippwinkel FMAC erreicht wird (und die Ausbuchtung 521 an einer Kante der Ausnehmung 51 anstößt, siehe Fig. 8), kann die Ro botersteuerung den TCP so anpassen, dass der Kippwinkel f reduziert wird. Sind die Kippwinkel (z.B. basierend auf einer Messung) bekannt, können die Kippwinkel f auf an nähernd Null geregelt werden (unter Berücksichtigung unvermeidbarer Toleranzen). Um ein ständiges Nachregeln des TCP zu vermeiden, kann die Steuerung 4 dazu ausgebildet sein, den Kippwinkel f nur dann durch Anpassung des TCP zu reduzieren, wenn der ge messene Winkel f einen Schwellenwert fii erreicht hat, wobei der Schwellenwert fii klei ner sein kann als der Maximalwinkel FMAC.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Eine Vorrichtung, die folgendes aufweist:
eine Halterung (30) mit einer Basisplatte (31a) ausgebildet zur Montage an einem Manipulator (1);
eine an der Halterung (30) aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werk zeugmaschine (10),
wobei die Halterung (30) einen Kippmechanismus aufweist, der die Bau gruppe (10, 20) so mit der Halterung (30) koppelt, dass die Baugruppe relativ zur Basis platte (31a) um zwei Drehachsen (Rx, Ry) verkippbar ist und
wobei die beiden Drehachsen (Rx, Ry) sich schneiden und unterhalb der Ba sisplatte (31a) durch die Baugruppe hindurch verlaufen.
2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
wobei die beiden Drehachsen (Rx, Ry) im Wesentlichen senkrecht aufeinan der stehen und sich schneiden.
3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei der Kippmechanismus eine kardanische Aufhängung aufweist, der eine Verkippung der Baugruppe relativ zur Basisplatte (31a) um die zwei Drehachsen (Rx, Ry) erlaubt.
4. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei die Halterung (30) einen ersten Montagewinkel (31), einen zweiten Montagewinkel (32) und einen dritten Montagewinkel (33) aufweist, die so miteinander mechanisch gekoppelt sind, dass der zweite Montagewinkel (32) relativ zum ersten Mon tagewinkel (31) um eine erste der beiden Drehachsen (Rx) und der dritte Montagewinkel (33) relativ zum zweiten Montagewinkel (32) um eine zweite der beiden Drehachsen (Ry) verkippbar ist, und
wobei die Baugruppe am dritten Montagewinkel (33) starr montiert ist und die Basisplatte (31a) Teil des ersten Montagewinkels (31) ist.
5. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiter aufweist:
einen Verriegelungsmechanismus, der dazu ausgebildet ist, die Baugruppe an der Basisplatte (3 lb) zu fixieren, sodass eine Verkippung nicht mehr möglich ist.
6. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 5,
wobei der Verriegelungsmechanismus einen Aktor (53), einen Riegel (52) sowie ein Bauelement (50) mit einer Vertiefung (51) aufweist, die so ausgestaltet sind, dass der Riegel (52) von dem Aktor (53) in die Vertiefung (51) geschoben werden kann.
7. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6,
wobei das Bauelement (50) mit der Vertiefung (51) ein integraler Bestand teil der Basisplatte (31a) oder starr mit dieser verbunden ist.
8. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 6 oder 7,
wobei im nicht verriegelten Zustand Seitenflächen der Vertiefung einen Anschlag bilden, der die mögliche Verkippung um die beiden Drehachsen (Rx, Ry) auf definierte Maximalwinkel begrenzt.
9. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei der Verriegelungsmechanismus so konstruiert ist, dass er im nicht verriegelten Zustand eine Verkippung der Baugruppe um beide Drehachsen (Rx, Ry) er möglicht, solange die Kippwinkel kleiner sind als ein der Drehachse zugeordneter Maxi malwinkel.
10. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 9,
wobei der Verriegelungsmechanismus einen Anschlag aufweist, der Kipp winkel größer als der Maximal winkel verhindert.
11. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, die weiter aufweist:
Sensoren, die dazu ausgebildet sind, die den beiden Drehachsen zugeordne ten Kippwinkel zu ermitteln.
12. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Baugruppe weiter aufweist:
ein Kraftmesssystem, welches dazu ausgebildet ist, die von der Werkzeug maschine auf eine Werkstückoberfläche ausgeübte Kraft zu messen.
13. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Baugruppe weiter aufweist:
eine mit der Werkzeugmaschine gekoppelte Ausgleichsvorrichtung (20) die dazu ausgebildet ist, Veränderungen der Position der Halterung (30) relativ zu einer Werk stückoberfläche auszugleichen.
14. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 13,
wobei die Ausgleichsvorrichtung (20) ein Aktor, insbesondere ein Linearak tor, oder eine Feder ist.
15. Ein System umfassend:
einen Manipulator (1);
eine mit einem TCP des Manipulators (1) gekoppelte Baugruppe umfassend eine Werkzeugmaschine (10);
eine Steuerung (4) zur Steuerung der Bewegung des TCPs des Manipulators (1), wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist:
eine Winkelabweichung (f) zwischen einer Längsachse der Werk zeugmaschine (20) und einer Normalen einer Werkstückoberfläche zu er mitteln, während ein auf der Werkzeugmaschine (10) montiertes Werkzeug (11) die Werkstückoberfläche berührt, und
basierend auf der ermittelten Winkelabweichung (f) die Orientierung des TCPs anzupassen, sodass die Winkelabweichung (f) kleiner wird.
16. Das System gemäß Anspruch 15,
wobei die Baugruppe einen Linearaktor (20) aufweist, der mit der Werkzeugma schine (10) gekoppelt ist; und
wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Winkelabweichung (f) basie rend auf einer Verschiebung (Dc) des TCPs und einer zugehörigen Veränderung (Aa) der Auslenkung des Linearaktor (20) zu berechnen.
17. Ein System umfassend
einen Manipulator (1);
eine mit einem TCP des Manipulators (1) gekoppelte Vorrichtung gemäß
Anspruch 11 ; eine Steuerung (4) zur Steuerung der Bewegung des TCPs des Manipulators (1), wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, basierend auf der von den Sensoren gemes senen Winkeln die Orientierung des TCPs anzupassen.
18. Eine Vorrichtung, die folgendes aufweist:
eine Halterung (30) mit einer Basisplatte (31a) ausgebildet zur Montage an einem Manipulator (1);
eine an der Halterung (30) aufgehängte Baugruppe umfassend eine Werk zeugmaschine (10),
wobei die Halterung (30) einen Kippmechanismus aufweist, der die Bau gruppe (10, 20) so mit der Halterung (30) koppelt, dass die Baugruppe relativ zur Basis platte (31a) um zwei Drehachsen (Rx, Ry) verkippbar ist,
wobei der Kippmechanismus einen Anschlag aufweist, sodass eine Verkip pung um die zwei Drehachsen (Rx, Ry) nur bis zu definierten Maximalwinkeln (FMAC) möglich ist, und
wobei der Kippmechanismus verriegelbar ist, sodass eine Verkippung blo ckiert ist.
PCT/AT2020/060224 2019-06-07 2020-06-04 Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung WO2020243762A2 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202080042169.7A CN113924458B (zh) 2019-06-07 2020-06-04 机器人辅助进行表面加工时的位置公差补偿
JP2021572439A JP2022536300A (ja) 2019-06-07 2020-06-04 ロボット支援表面加工における位置決め誤差の補正
KR1020217039932A KR20220017407A (ko) 2019-06-07 2020-06-04 로봇-보조 표면 기계가공에 있어서 위치 오차의 보상
US17/616,895 US20220314442A1 (en) 2019-06-07 2020-06-04 Compensation of Positional Tolerances in the Robot-assisted Surface Machining
EP20803736.6A EP3980227A2 (de) 2019-06-07 2020-06-04 Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019115562.2 2019-06-07
DE102019115562.2A DE102019115562A1 (de) 2019-06-07 2019-06-07 Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2020243762A2 true WO2020243762A2 (de) 2020-12-10
WO2020243762A3 WO2020243762A3 (de) 2021-05-06

Family

ID=73198056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/AT2020/060224 WO2020243762A2 (de) 2019-06-07 2020-06-04 Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220314442A1 (de)
EP (1) EP3980227A2 (de)
JP (1) JP2022536300A (de)
KR (1) KR20220017407A (de)
CN (1) CN113924458B (de)
DE (1) DE102019115562A1 (de)
WO (1) WO2020243762A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3128652A1 (fr) 2021-11-03 2023-05-05 Psa Automobiles Sa Dispositif polyvalent et automatisé d’élimination des défauts de surface par abrasion

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021105876A1 (en) * 2019-11-27 2021-06-03 3M Innovative Properties Company Robotic paint repair
DE102021205856B4 (de) 2021-06-10 2023-04-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zum Betrieb eines Manipulators

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2320349C3 (de) * 1973-04-21 1978-04-27 Doll & Co, 8500 Nuernberg Maschine zum Feinschleifen oder Polieren von Flächen eines Werkstucks
DE4008533A1 (de) * 1990-03-16 1991-09-19 Heinrich Heule Entgratmesser zum entgraten von ebenen und unebenen bohrungsraendern
CH681772A5 (en) * 1990-12-10 1993-05-28 Zesar Ag Retainer for chair seat with coupled support plate - permits forwards and backwards tilt of seat and involves holder plate at upper end of vertical column
US5509848A (en) * 1992-11-10 1996-04-23 Mazda Motor Corporation Method of and apparatus for polishing painted surfaces
JP2004169901A (ja) * 2002-11-22 2004-06-17 Nec Mitsubishi Denki Visual Systems Kk ヒンジ機構およびディスプレイモニター
JP2009502721A (ja) * 2005-08-02 2009-01-29 ショット アクチエンゲゼルシャフト 板ガラスを後処理する方法及び装置
DE102007008837A1 (de) * 2007-02-23 2008-08-28 Esa Eppinger Gmbh Kupplungseinrichtung für Werkzeughalter oder Werkstückspanneinrichtungen
DE102007044077A1 (de) * 2007-09-14 2009-03-19 Strecon A/S Poliervorrichtung
DE102009002005A1 (de) * 2009-03-31 2010-10-07 Robert Bosch Gmbh Positionssensor zur Erfassung einer Position eines Elements
DE102009058653A1 (de) * 2009-12-16 2011-06-22 FESTO AG & Co. KG, 73734 Ausgleichseinheit
DE102010003697B4 (de) * 2010-04-07 2012-12-06 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
DE102011006679B4 (de) * 2011-03-16 2018-07-12 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Aktive Handhabungsvorrichtung und Verfahren für Kontaktaufgaben
DE102012108126A1 (de) * 2012-08-31 2014-03-06 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Vorrichtung und Verfahren zum Schleifen eines Oberflächenabschnitts eines Produkts
US9334066B2 (en) * 2013-04-12 2016-05-10 The Boeing Company Apparatus for automated rastering of an end effector over an airfoil-shaped body
DE102013106819B4 (de) * 2013-06-28 2018-07-12 Ferrobotics Compliant Robot Technology Gmbh Verfahren zum robotergestützten Stapeln von Gegenständen
JP6351293B2 (ja) * 2014-02-20 2018-07-04 キヤノン株式会社 ロボットシステム、および物品の製造方法
EP2960014A3 (de) * 2014-06-26 2016-05-11 Stefan Lämmle Schleif- bzw. fräsvorrichtung zur gebäudesanierung
FR3033511B1 (fr) * 2015-03-09 2019-08-16 Gebe2 Productique Systeme de traitement de surface

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3128652A1 (fr) 2021-11-03 2023-05-05 Psa Automobiles Sa Dispositif polyvalent et automatisé d’élimination des défauts de surface par abrasion

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022536300A (ja) 2022-08-15
WO2020243762A3 (de) 2021-05-06
KR20220017407A (ko) 2022-02-11
DE102019115562A1 (de) 2020-12-10
EP3980227A2 (de) 2022-04-13
US20220314442A1 (en) 2022-10-06
CN113924458B (zh) 2024-05-28
CN113924458A (zh) 2022-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3980227A2 (de) Ausgleich von lagetoleranzen beim der robotergestützten oberflächenbearbeitung
EP3481605B1 (de) Verfahren und system zum automatischen wechseln von wellen
DE102014119532B4 (de) Robotergestütztes Schleifverfahren und Vorrichtung zum robotergestützten Schleifen
DE69116901T2 (de) Robotersteuerung
EP3325214B1 (de) Werkzeugmaschine zum robotergestützten bearbeiten von oberflächen
DE68920212T2 (de) Roboter mit Werkzeugsteuerung für Verschiebungsfolge.
EP3765239B1 (de) Drehzahlsteuerung beim robotergestützten schleifen
DE60319787T2 (de) Montageverfahren und -vorrichtung
DE102016106082A1 (de) Robotersystem mit umkonfigurierbarer Organanordnung
EP3220413B1 (de) Serviceeinrichtung
DE102015104164B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur robotergestützten Oberflächenbearbeitung
DE102020113098A1 (de) Werkstück-drehvorrichtung und robotersystem
EP3703906A1 (de) Robotergestützte schleifvorrichtung mit integrierter wartungseinheit
DE102020110492A1 (de) Vorrichtung zum robotergestützten bearbeiten von oberflächen
EP0999004B1 (de) Spannfutter für eine Werkzeugmaschine
WO2022200329A1 (de) Kraftgeregelte handhabungsvorrichtung für die robotergestützte oberflächenbearbeitung
WO2019077007A1 (de) Absaugung für schleifwerkzeug mit radialbürstenscheibe
EP4330558A1 (de) Pneumatischer linearaktor
DE102019218485B4 (de) Arbeitseinrichtung
DE102020211480A1 (de) Roboter
DE102019101579A1 (de) Robotergestützte schleifvorrichtung mit integrierter wartungseinheit
EP3934862B1 (de) Schnellspannsystem zur verbindung von werkzeugmaschinen mit einem roboter
DE102012012316B4 (de) Robotersteuerung, die eine Kraftsteuerung unter Verwendung eines dreiaxialen Kraftsensors durchführt
WO2020169481A1 (de) Anordnung und verfahren zum zentrierten positionieren eines werkstücks in einem spannfutter
DE102018009767A1 (de) Verfahren zum Bearbeiten von Objekten mittels eines industrieroboter

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021572439

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020803736

Country of ref document: EP

Effective date: 20220107

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20803736

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2