DE102021125421A1

DE102021125421A1 - Greifvorrichtung und Verfahren zum Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis

Info

Publication number: DE102021125421A1
Application number: DE102021125421.3A
Authority: DE
Inventors: Mathias Mayer; Michael Reitz; Arne Riedel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung (10) zum Entnehmen eines Bauteils (14, 16) aus einem Behältnis (12). Mittels einer Manipulationseinrichtung (18) ist ein zum Halten des Bauteils (14, 16) ausgebildetes Greifelement (20) der Greifvorrichtung (10) oberhalb des aus dem Behältnis (12) zu entnehmenden Bauteils (14, 16) positionierbar. Mit der Manipulationseinrichtung (18) ist eine Hubeinheit (24) gekoppelt, an welcher das Greifelement (20) angeordnet ist. Eine Länge (30) der Hubeinheit (24) ist aufgrund eines Kontaktierens des Bauteils (14, 16) mit dem Greifelement (20) veränderbar, wobei die Hubeinheit (24) in ihrer beim Halten des Bauteils (14, 16) mittels des Greifelements (20) vorliegenden Länge (30) fixierbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entnehmen eines Bauteils (14, 16) aus einem Behältnis (12) mittels einer solchen Greifvorrichtung (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis, mit einer Manipulationseinrichtung, mittels welcher ein zum Halten des Bauteils ausgebildetes Greifelement der Vorrichtung oberhalb des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils positionierbar ist. Mit der Manipulationseinrichtung ist eine Hubeinheit gekoppelt, an welcher das Greifelement angeordnet ist. Hierbei ist eine Länge der Hubeinheit veränderbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis mittels einer solchen Greifvorrichtung.
Die EP 3 554 776 B1 beschreibt einen Industrieroboter mit einem Robotergreifer. Hierbei ist ein Greifelement des Robotergreifers an einem Teleskoparm angeordnet. Der Teleskoparm kann pneumatisch gegen die Kraft einer Druckfeder ausgefahren werden, um das Greifelement hin zu einem zu ergreifenden Objekt zu bewegen, welches in einem Container angeordnet sein kann.
Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass das Ausfahren des Teleskoparms zum Bewegen des Greifelements hin zu dem zu ergreifenden Bauteil eine vorherige, aufwendige Positionsbestimmung des Bauteils und eine entsprechende Ansteuerung des Robotergreifers erforderlich macht.
Insbesondere, wenn zum Erfassen der jeweiligen Position von aus einem Behältnis zu entnehmenden Bauteilen aufwendige und teure Kamerasysteme eingesetzt werden, ist dies mit unerwünscht hohen Kosten und mit einem hohen Aufwand für eine entsprechende Bildverarbeitung verbunden. Auch dies ist nachteilig.
Weitere Greifvorrichtungen sind in der DE 35 28 769 A1 , in der DE 37 09 845 A1 und in der DE 10 2013 013 114 A1 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Greifvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine vereinfachte Entnahme eines Bauteils aus einem Behältnis ermöglicht, und ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Greifvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Die erfindungsgemäße Greifvorrichtung zum Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis umfasst eine Manipulationseinrichtung, mittels welcher ein zum Halten des Bauteils ausgebildetes Greifelement der Greifvorrichtung oberhalb des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils positionierbar ist. Die Greifvorrichtung umfasst weiter eine mit der Manipulationseinrichtung gekoppelte Hubeinheit, an welcher das Greifelement angeordnet ist, wobei eine Länge der Hubeinheit veränderbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung ist die Länge der Hubeinheit aufgrund eines Kontaktierens des Bauteils mit dem Greifelement veränderbar. Hierbei ist die Hubeinheit in ihrer beim Halten des Bauteils mittels des Greifelements vorliegenden Länge fixierbar.
Die Länge der Hubeinheit wird also vorliegend im Betrieb der Greifvorrichtung nicht verändert, um eine bestimmte Position in dem Behältnis anzufahren, an welcher sich das Bauteil befindet. Vielmehr sorgt das Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement beziehungsweise das Herstellen eines Kontakts mit dem Bauteil, wenn das Greifelement an dem Bauteil anlangt, für das Verändern der Länge der Hubeinheit, sofern die Länge überhaupt verändert wird. Dementsprechend erfolgt die Veränderung, insbesondere Verringerung, der Länge der Hubeinheit allenfalls passiv, nämlich bei dem Aufsetzen des Greifelements auf das zu entnehmende Bauteil. Dadurch kann eine aufwendige Ansteuerung zum Erreichen einer vorzubestimmenden Position des Bauteils in Hochrichtung des Behältnisses entfallen. Vielmehr ist es im Betrieb der Greifvorrichtung ausreichend, das sich in dem Behältnis befindende Bauteil mit dem Greifelement quasi zu ertasten und hierbei das Bauteil zu kontaktieren beziehungsweise den Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Greifelement herzustellen. Folglich ermöglicht die Greifvorrichtung eine vereinfachte Entnahme des Bauteils aus dem Behältnis.
Die Hubeinheit ist vorliegend zum Durchführen eines Hubs, also einer im Wesentlichen linearen Bewegung in Form eines Ausfahrens zum Vergrößern der Länge und in Form eines Einfahrens zum Verringern der Länge ausgebildet. Indem nach dem Ergreifen des Bauteils mittels des Greifelements und somit beim Halten des Bauteils mittels des Greifelements die dann vorliegende Länge der Hubeinheit fixiert werden kann, kann mittels der Manipulationseinrichtung ein präzises Handhaben des mittels des Greifelements gehaltenen Bauteils erreicht werden. Die ist einer verbesserten weiteren Verwendung des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils zuträglich.
Die Hubeinheit verbleibt vorliegend im Hinblick auf das Verändern ihrer Länge bis zum Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement, also bis zum Herstellen eines Kontakts zwischen dem Greifelement und dem Bauteil, etwa in Form des Aufsetzens des Greifelements auf dem Bauteil, im Betrieb der Greifvorrichtung passiv. Daher gestaltet sich das Kontaktieren des Bauteils und das anschließende Greifen und Halten des Bauteils mittels des Greifelements besonders einfach. Denn das Bauteil braucht nicht im Hinblick auf dessen Höhenlage in dem Behältnis gezielt angesteuert zu werden.
Vorzugsweise ist eine Steuerungseinrichtung der Greifvorrichtung dazu ausgebildet, eine zum Verändern der Länge der Hubeinheit ausgebildete Antriebseinrichtung der Greifvorrichtung bis zum Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement zu deaktivieren. So kann die Steuerungseinrichtung dafür sorgen, dass die Antriebseinrichtung deaktiviert beziehungsweise passiv verbleibt, bis es zum Kontakt des Greifelements mit dem Bauteil beziehungsweise zum Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement kommt. Dadurch entfällt der Aufwand zum aktiven Verändern der Länge der Hubeinheit. Dies ist im Hinblick auf die aufwandsarme Entnahme des Bauteils aus dem Behältnis vorteilhaft.
Wenn die Antriebseinrichtung pneumatisch und/oder hydraulisch ausgebildet ist, so kann das Deaktivieren der Antriebseinrichtung darin bestehen, dass ein Beaufschlagen wenigstens eines pneumatisch und/oder hydraulisch verschiebbaren Zylinders der Hubeinheit mit einem pneumatischen Fluid und/oder mit einer Hydraulikflüssigkeit unterbleibt und somit der wenigstens eine Zylinder in Bezug auf das pneumatische Fluid und/oder die Hydraulikflüssigkeit drucklos verbleibt, bis das Greifelement das Bauteil kontaktiert.
Insbesondere können eine Mehrzahl von pneumatisch und/oder hydraulisch betätigbaren Zylindern nach Art von Teleskopelementen oder Teleskopabschnitten mittels der pneumatischen oder hydraulischen Antriebseinrichtung ausfahrbar sein, um die Länge der Hubeinheit zu vergrößern, beziehungsweise einfahrbar sein, um die Länge der Hubeinheit zu verringern. Bei einer derartigen pneumatischen und/oder hydraulischen Antriebseinrichtung kann das Fixieren der Hubeinheit in ihrer Länge durch das Beaufschlagen des wenigstens einen Zylinders mit einem von dem pneumatischen und/oder hydraulischen Medium bewirkten Druck erfolgen.
Wenn die Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet ist und/oder wenigstens einen Elektromotor umfasst, so kann zum Deaktivieren der Antriebseinrichtung ein Beaufschlagen des Elektromotors mit elektrischer Energie unterbleiben. Auch dies lässt sich besonders aufwandsarm durch die Steuerungseinrichtung der Greifvorrichtung realisieren.
Vorzugsweise ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet, zum Fixieren der Hubeinheit in ihrer beim Halten des Bauteils mittels des Greifelements vorliegenden Länge ein Verbringen der Antriebseinrichtung in einen verriegelten Zustand zu bewirken. So lässt sich das Fixieren der Hubeinheit in ihrer Länge besonders einfach realisieren.
Bei einer pneumatischen und/oder hydraulischen Antriebseinrichtung kann das Verbringen der Antriebseinrichtung in den verriegelten Zustand durch Beaufschlagen eines Verriegelungselements mit einem pneumatischen und/oder hydraulischen Druck erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann, insbesondere mittels der Manipulationseinrichtung, ein mechanisches Verriegelungselement betätigt werden, um die Antriebsvorrichtung in den verriegelten Zustand zu verbringen.
Wenn die Antriebseinrichtung als Elektromotor ausgebildet ist oder wenigstens einen Elektromotor umfasst, so kann das Verriegeln der elektrischen Antriebseinrichtung etwa durch Betätigen wenigstens einen Elektromagneten und/oder durch Betätigen einer Bremseinrichtung der Antriebseinrichtung bewirkt werden. Auch dies lässt sich technisch sehr einfach und aufwandsarm umsetzen.
Vorzugsweise weist die Greifvorrichtung wenigstens ein Sensorelement auf, mittels welchem das Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement erfassbar ist. Auf diese Weise kann sehr zielgenau das Fixieren der Hubeinheit in ihrer Länge bewirkt werden, sobald das Sensorelement das Herstellen des Kontakts zwischen dem Greifelement und dem Bauteil erfasst.
Das wenigstens eine Sensorelement kann als, insbesondere induktiver, Näherungssensor ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das wenigstens eine Sensorelement als Lichttaster ausgebildet sein, bei welchem von dem Lichttaster abgegebenes und an dem Bauteil reflektiertes Licht erfasst wird, um das Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement festzustellen. Es sind jedoch auch andere als die vorliegend beispielhaft genannten Sensorelemente verwendbar, um das Herstellen des Kontakts zwischen dem Greifelement und dem Bauteil zu erfassen.
Insbesondere wenn das zu entnehmende Bauteil aus einem ferromagnetischen Werkstoff gebildet ist oder einen ferromagnetischen Werkstoff enthält, kann das Greifelement als Magnet ausgebildet sein. Hierdurch gestaltet sich auch das Erfassen des Kontaktierens des Bauteils mit dem Greifelement, nämlich das Aufsetzen des Magneten auf das Bauteil, besonders einfach. Insbesondere kann ein solches Aufsetzen oder Kontaktieren akustisch erfasst werden, etwa indem das wenigstens eine Sensorelement zum Erfassen von Schall, insbesondere von Körperschall, ausgebildet ist.
Analoges gilt, wenn das Greifelement zum mechanischen Greifen des Bauteils ausgebildet ist. Auch hier kann ein Kontaktieren des Bauteils mit beispielsweise zangenartigen Greiffingern oder Greifarmen des Greifelements einfach mittels des wenigstens einen Sensorelements erfasst werden.
Insbesondere wenn die Länge der Hubeinheit pneumatisch und/oder hydraulisch veränderbar ist, kann das Greifelement nach Art eines Sauggreifers ausgebildet sein, bei welchem das Bauteil durch Aufbringen eines Unterdrucks an dem Greifelement gehalten ist. Insbesondere bei einer solchen Ausgestaltung lässt sich das Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement einfach feststellen. Denn wenn der Sauggreifer an dem Bauteil anliegt, kann der Unterdruck vergleichsweise einfach aufrechterhalten werden. Dies lässt sich einfach erfassen.
Vorzugsweise weist die Greifvorrichtung wenigstens eine Erfassungseinrichtung auf, mittels welcher ein Erreichen einer Entnahmeposition der Hubeinheit erfassbar ist. In der Entnahmeposition ist die Hubeinheit oberhalb des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils angeordnet, und in der Entnahmeposition fluchtet eine Längsachse der Hubeinheit mit dem zu entnehmenden Bauteil. Durch das Vorsehen einer derartigen Erfassungseinrichtung gestaltet sich das Verbringen der Hubeinheit in die Entnahmeposition besonders einfach. Dennoch braucht die Hubeinheit nicht sehr präzise oberhalb des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils positioniert zu werden. Vielmehr ist es ausreichend, wenn die Längsachse der Hubeinheit sich an irgendeiner Stelle des Bauteils in fluchtender Ausrichtung mit dem Bauteil befindet. Auch dies vereinfacht die Entnahme des Bauteils aus dem Behältnis, da zum Erreichen der Entnahmeposition keine sehr große Präzision erforderlich ist.
Insbesondere kann mittels einer als einfache 2D-Kamera oder dergleichen ausgebildeten Erfassungseinrichtung das Erreichen der Entnahmeposition der Hubeinheit festgestellt werden.
Vorzugsweise weist die Greifvorrichtung wenigstens eine Erfassungseinrichtung auf, mittels welcher eine Position des zu entnehmenden Bauteils innerhalb einer Projektionsfläche erfassbar ist, wobei die Projektionsfläche durch einen Rand einer Zugangsöffnung des Behältnisses begrenzt ist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zum Positionieren des an der Hubeinheit angeordneten Greifelements oberhalb des zu entnehmenden Bauteils ausreichend ist, wenn die Position des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils innerhalb der Projektionsfläche vergleichsweise grob erfasst wird.
Denn selbst wenn eine Stelle, an welcher das Greifelement das Bauteil kontaktiert etwa im Bereich von Zentimetern von einer optimalen Greifposition abweicht, lässt sich dennoch mittels des Greifelements das Bauteil sicher greifen und halten.
Zudem ist es nicht erforderlich, mittels der zum Erfassen der Position des Bauteils innerhalb der Projektionsfläche ausgebildeten Erfassungseinrichtung eine Höhe des Greifelements über dem Bauteil oder oberhalb des Bauteils vor dem Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement zu erfassen. Vielmehr ist es für diesen Zweck ausreichend, wenn die Erfassungseinrichtung lediglich dazu ausgebildet ist, die zweidimensionale Position des zu entnehmenden Bauteils innerhalb der Projektionsfläche zu erfassen.
Dies ist im Hinblick auf das einfache Entnehmen des Bauteils aus dem Behältnis mittels des Greifelements besonders vorteilhaft. Denn es braucht lediglich das Greifelement auf das innerhalb der Projektionsfläche erfasste Bauteil zu bewegt zu werden, ohne dass eine Länge eines hierbei zurückzulegenden Wegs einer Steuerungseinrichtung der Greifvorrichtung vorab bekannt zu sein braucht. Vielmehr kann zunächst das Kontaktieren des Bauteils mit dem Greifelement erfasst und daraufhin die Hubeinheit in ihrer Länge fixiert werden.
Vorzugsweise ist die Greifvorrichtung frei von einem Kamerasystem zum Erfassen einer dreidimensionalen Position des zu entnehmenden Bauteils in dem Behältnis. Mit anderen Worten ist bei der Greifvorrichtung vorzugsweise auf ein solches, aufwendiges 3D-Kamerasystem verzichtet. Dadurch entfallen in vorteilhafter Weise die mit dem Vorsehen eines solchen 3D-Kamerasystems einhergehenden Kosten und der zugehörige Aufwand.
Vorzugsweise weist die Greifvorrichtung wenigstens eine Erfassungseinrichtung auf, mittels welche eine Lage eines Haltebereichs des Bauteils relativ zu einem Grundkörper des Bauteils erfassbar ist. Hierbei hält das Greifelement beim Halten des Bauteils das Bauteil in dem Haltebereich. Durch das Erfassen der Lage des Haltebereichs kann festgestellt werden, wo beziehungsweise an welcher Stelle das Greifelement das Bauteil ergriffen hat. Dies ist insbesondere im Hinblick darauf vorteilhaft, dass auf der Grundlage einer derartigen Erkenntnis das Bauteil etwa im Rahmen einer Fertigung beziehungsweise Produktion sehr präzise gehandhabt werden kann. Insbesondere können so Kollisionen mit Gegenständen in einem Bewegungsbereich der Greifvorrichtung vermieden werden, und es kann das mittels des Greifelements gehaltene Bauteil präzise einer weiteren Verwendung, insbesondere einer weiteren Bearbeitung und/oder einer Montage zugeführt werden.
Es braucht jedoch der Haltebereich des Bauteils nicht vorab bestimmt zu werden. Vielmehr kann das an irgendeiner Stelle mittels des Greifelements gegriffene beziehungsweise gehaltene Bauteil mittels der wenigstens einen Erfassungseinrichtung darauf hin untersucht werden, wo sich der Haltebereich relativ zu dem Grundkörper des Bauteils befindet. Auch dies ist im Hinblick auf die vereinfachte Entnahme des Bauteils aus dem Behältnis vortei lhaft.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Greifvorrichtung wenigstens eine Erfassungseinrichtung aufweist, mittels welcher die beim Halten des Bauteils mittels des Greifelements vorliegende Länge der Hubeinheit erfassbar ist. Denn dann kann sehr genau bestimmt werden, wo sich das Bauteil bezogen auf die Manipulationseinrichtung befindet. Auch dies ist im Hinblick auf eine kollisionsfreie und präzise Handhabung des mittels des Greifelements gehaltenen Bauteils durch die Manipulationseinrichtung für eine weitere Verwendung des Bauteils vortei lhaft.
Beispielsweise kann die Erfassungseinrichtung als Entfernungsmesser ausgebildet sein, mittels welchem ein Abstand von Endbereichen der Hubeinheit voneinander bestimmbar ist.
Vorzugsweise ist die Greifvorrichtung dazu ausgebildet, das mittels des Greifelements gehaltene Bauteil positionsgenau an einem Zielort zu platzieren. Dadurch gestaltet sich die weitere Nutzung des Bauteils etwa im Rahmen eines Produktionsverfahrens und/oder Montageverfahrens besonders einfach. Zudem lässt sich mittels der beispielsweise als Roboter, insbesondere Industrieroboter, ausgebildeten Manipulationseinrichtung sehr einfach das präzise Platzieren des mittels des Greifelements gehaltenen Bauteils an dem Zielort erreichen.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Greifvorrichtung dazu ausgebildet ist, als das Bauteil ein Karosseriebauteil für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs aus dem Behältnis zu entnehmen. Insbesondere bei einer vergleichsweise weitgehend automatisierten Fertigung der Karosserie von Kraftfahrzeugen ist es nämlich vorteilhaft, wenn mittels der Greifvorrichtung ein Karosseriebauteil wie etwa ein Abdeckungsteil, ein Wagendach, eine Motorhaube oder dergleichen mittels des Greifelements der Greifvorrichtung gegriffen und gehalten und für den Karosseriebau verwendet werden kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis mittels einer Greifvorrichtung positioniert eine Manipulationseinrichtung der Greifvorrichtung ein zum Halten des Bauteils ausgebildetes Greifelement der Greifvorrichtung oberhalb des aus dem Behältnis zu entnehmenden Bauteils. Eine Länge einer mit der Manipulationseinrichtung gekoppelten Hubeinheit wird verändert, wobei das Greifelement an der Hubeinheit angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst die Länge der Hubeinheit aufgrund eines Kontaktierens des Bauteils mit dem Greifelement verändert. Anschließend wird die Hubeinheit in ihrer beim Halten des Bauteils mittels des Greifelements vorliegenden Länge fixiert. Dementsprechend ermöglicht das Verfahren eine vereinfachte Entnahme des Bauteils aus dem Behältnis.
Die für die erfindungsgemäße Greifvorrichtung beschriebenen Vorteil und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.
Zu der Erfindung gehören demnach auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 schematisch das Entnehmen eines Bauteils aus einem Behältnis mittels einer Greifvorrichtung, wobei das Bauteil in dem Behältnis vergleichsweise weit von einem Boden des Behältnisses beabstandet ist; und
2 schematisch das Entnehmen eines weiteren Bauteils aus dem Behältnis, wobei das weitere Bauteil dem Boden des Behältnisses näher ist als das gemäß 1 entnommene Bauteil.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
In 1 ist stark schematisiert eine Greifvorrichtung 10 gezeigt, wie sie in einer Produktionsanlage zum Einsatz kommen kann, etwa im Rahmen der Fertigung eines Kraftfahrzeugs. Etwa in einer solchen, der Fertigung von Kraftfahrzeugen dienenden Produktionsanlage können zu verarbeitende Bauteile 14, 16 in einem jeweiligen Behältnis 12 angeliefert werden, welches in 1 schematisch gezeigt ist. Die in dem Behältnis 12 angeordneten Bauteile 14, 16 sind in 1 ebenfalls stark schematisiert dargestellt.
Zudem sind in 1 lediglich einige der in dem Behältnis 12 beispielsweise aufeinander gestapelt angeordneten Bauteile 14, 16 mit einem Bezugszeichen versehen. Etwa für die Fertigung einer Karosserie des Kraftfahrzeugs können als derartige Bauteile 14, 16 Karosseriebauteile in dem Behältnis 12 angeliefert werden, beispielsweise in Form von Abdeckungen, Wagendächern, Motorhauben und dergleichen. Es kann vorgesehen sein, derartige Bauteile 14, 16 zur Weiterverarbeitung manuell oder automatisiert aus dem Behältnis 12 zu entnehmen. Für das automatisierte Entnehmen des jeweiligen Bauteils 14, 16 aus dem Behältnis 12 kann insbesondere eine Manipulationseinrichtung in Form eines vorliegend beispielhaft gezeigten Roboters, insbesondere Industrieroboters 18, eingesetzt werden, welcher in 1 stark schematisiert wiedergegeben ist.
Wenn der Industrieroboter 18 mittels eines Greifelements 20 gezielt eines der in dem Behältnis 12 angeordneten Bauteile 14, 16 entnehmen soll, so kann ein Kamerasystem zum Einsatz kommen, mittels welchem sich die dreidimensionale Position des Bauteils 14, 16 innerhalb eines Aufnahmeraums 22 des Behältnisses 12 erfassen lässt. Dann kann der Industrieroboter 18 das Greifelement 20 gezielt an diese Position bewegen. Eine derartige Vorgehensweise ist jedoch sehr aufwendig und teuer und zudem unflexibel.
Vorliegend kommt daher die in 1 schematisch gezeigte Greifvorrichtung 10 zum Einsatz, welche eine deutlich einfachere Entnahme des Bauteils 14, 16 aus dem Behältnis 12 ermöglicht. Die Greifvorrichtung 10 umfasst die Manipulationseinrichtung etwa in Form des Industrieroboters 18 und das zum Halten des Bauteils 14, 16 ausgebildete Greifelement 20.
Zudem umfasst die Greifvorrichtung 10 eine mit dem Industrieroboter 18 gekoppelte Hubeinheit 24, an welcher das Greifelement 20 angeordnet ist. Beispielsweise kann die Hubeinheit 24 in einem ersten Endbereich 26 mit dem Industrieroboter 18 gekoppelt beziehungsweise verbunden sein, während das Greifelement 20 an einem zweiten Endbereich 28 der Hubeinheit 24 angeordnet oder befestigt sein kann.
Wie insbesondere aus einer Zusammenschau von 1 mit 2 hervorgeht, ist eine Länge 30 der Hubeinheit 24 veränderbar. In 1 ist dementsprechend schematisch gezeigt, wie mittels der eine kürzere Länge 30 aufweisenden Hubeinheit 24 das obere Bauteil 14 einer Mehrzahl von in dem Aufnahmeraum 22 des Behältnisses 12 beispielsweise gestapelt angeordneten Bauteile 14, 16 entnommen werden kann, indem das in 1 obere Bauteil 14 mit dem Greifelement 20 gegriffen wird.
Demgegenüber weist gemäß 2 die Hubeinheit 24 eine größere Länge 30 auf. Dementsprechend kann auch das gemäß 1 und gemäß 2 untere Bauteil 16 des Stapels an Bauteilen 14, 16 aus dem Aufnahmeraum 22 des Behältnisses 12 unter Nutzung des Greifelements 20 mittels der Greifvorrichtung 10 entnommen werden. 1 veranschaulicht somit die Entnahme des in Hochrichtung z weiter oben in dem Behältnis 12 angeordneten Bauteils 14 und 2 die spätere Entnahme des in Hochrichtung z weiter unten in dem Behältnis 12 angeordneten Bauteils 16.
Die Hubeinheit 24 weist also eine flexible Längenanpassung auf, beziehungsweise ist die Länge 30 der Hubeinheit 24 flexibel anpassbar. Jedoch braucht eine Position des jeweiligen Bauteils 14, 16 in Hochrichtung z des Behältnisses 12 oder der Greifvorrichtung 10 nicht gezielt mittels einer Antriebseinrichtung 32 der Greifvorrichtung 10 angesteuert zu werden, welche in 1 schematisch gezeigt ist. Zwar lässt sich mittels der Antriebseinrichtung 32 die Länge 30 der Hubeinheit 24 verändern. Jedoch verbleibt vorliegend die Antriebseinrichtung 32 passiv beziehungsweise deaktiviert, bis das Greifelement 20 das jeweilige Bauteil 14, 16 kontaktiert.
Das Deaktivieren der Antriebseinrichtung 32 kann durch eine Steuerungseinrichtung 34 der Greifvorrichtung 10 bewirkt werden, welche in 1 ebenfalls stark schematisiert veranschaulicht ist. Das Entnehmen des Bauteils 14, 16 aus dem Behältnis 12 gestaltet sich besonders einfach. Denn die Manipulationseinrichtung etwa in Form des vorliegend beispielhaft gezeigten Industrieroboters 18 braucht lediglich das Greifelement 20 in Hochrichtung z des Behältnisses 12 oberhalb des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 zu positionieren. Hierbei fluchtet vorzugsweise eine Längsachse 36 der Hubeinheit 24 mit dem zu entnehmenden Bauteil 14, 16.
Insbesondere kann, wenn der Industrieroboter 18 die Hubeinheit 24 und somit auch das Greifelement 20 in Hochrichtung z oberhalb des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 positioniert, die Länge 30 der Hubeinheit 24 maximal sein, so dass das Greifelement 20 in Richtung der Längsachse 36 der Hubeinheit 24 vergleichsweise weit von dem Industrieroboter 18 beabstandet ist. Dann kann durch Herabbewegen des Greifelements 20 dafür gesorgt werden, dass das Greifelement 20 das zu entnehmende Bauteil 14, 16 kontaktiert. Bei diesem Aufsetzen des Greifelements 20 auf das zu entnehmende Bauteil 14, 16 kann sich die Länge 30 der Hubeinheit 24 aufgrund dieses Kontaktierens des Bauteils 14, 16 mit dem Greifelement 20 verändern.
Die in Hochrichtung z adaptive Greifvorrichtung 10 passt sich somit quasi antriebslos an die Höhenlage des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 an, also an die Position des Bauteils 14, 16 in Hochrichtung z, indem das Greifelement 20 das zu entnehmende Bauteil 14, 16 kontaktiert. Dann kann die bislang deaktivierte Antriebseinrichtung 32 aktiviert und in einen verriegelten Zustand verbracht werden. Das Verbringen der Antriebseinrichtung 32 in den verriegelten Zustand kann insbesondere durch die Steuerungseinrichtung 34 der Greifvorrichtung 10 bewirkt werden.
Wenn die Antriebseinrichtung 32 als Elektromotor ausgebildet ist oder wenigstens einen Elektromotor umfasst, so kann die Antriebseinrichtung 32 durch Betätigen einer Bremseinrichtung in den verriegelten Zustand verbracht werden. Die Hubeinheit 24 kann eine Mehrzahl von mittels der Antriebseinrichtung 32 ausfahrbaren und/oder einfahrbaren Teleskopabschnitten 38 aufweisen, von welchen in 1 und in 2 jeweils einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausgestaltung der Hubeinheit 24 kann eine Bewegung der Teleskopabschnitte 38 relativ zueinander beispielsweise mittels eines pneumatischen und/oder hydraulischen Mediums, aber auch elektromotorisch bewirkt werden.
Bis zum Aufsetzen des Greifelements 20 auf das zu entnehmende Bauteil 14, 16, also bis zum Kontaktieren des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 mit dem Greifelement 20 bleibt vorzugsweise auch eine derartige, pneumatische und/oder hydraulische und/oder elektromotorische Antriebseinrichtung 32 drucklos beziehungsweise inaktiv. Wenn dann das Greifelement 20 das zu entnehmende Bauteil 14, 16 hält, wird die Hubeinheit 24 in ihrer Länge 30 fixiert. Dies kann durch das Verbringen der Antriebseinrichtung 32 in den verriegelten Zustand bewirkt werden.
Beispielsweise kann durch Beaufschlagen der Teleskopabschnitte 38 mit dem pneumatischen und/oder hydraulischen Medium das Verriegeln der Teleskopabschnitte 38 gegenüber einander bewirkt werden. Zusätzlich oder alternativ kann mittels eines separaten, vorliegend nicht gezeigten Aktors, welcher insbesondere mittels des Industrieroboters 18 betätigt werden kann, das Verriegeln der Hubeinheit 24 und somit das Fixieren der Hubeinheit 24 in ihrer Länge 30 bewirkt werden.
Um das Kontaktieren des aus dem Behältnis 12 zu entnehmenden Bauteils 14, 16 mit dem Greifelement 20 zu erfassen, kann die Greifvorrichtung 10 wenigstens ein Sensorelement 40 aufweisen, welches in 1 und in 2 schematisch gezeigt ist. Beispielsweise kann das Sensorelement 40 als induktiver Näherungssensor ausgebildet sein und/oder als Lichttaster, welcher mittels eines von dem zu entnehmenden Bauteil 14, 16 reflektierten Lichtstrahls das Aufsetzen des Greifelements 20 auf das Bauteil 14, 16 beziehungsweise das Kontaktieren des Bauteils 14, 16 mit dem Greifelement 20 detektiert oder erfasst.
Wenn etwa mittels des Sensorelements 40 das Kontaktieren des Bauteils 14, 16 mit dem Greifelement 20 erfasst wird, so wird die Hubeinheit 24 in ihrer dann vorliegenden Länge 30 fixiert. Es braucht jedoch die Greifhöhe, also die Lage des jeweils zu entnehmenden Bauteils 14, 16 in Hochrichtung z nicht mittels der Antriebseinrichtung 32, also insbesondere motorisch oder dergleichen, angefahren zu werden. Vielmehr wird die Greifhöhe beziehungsweise Lage des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 in Hochrichtung z bei deaktivierter Antriebseinrichtung 32 quasi ertastet.
Erst dann, wenn sich die in Hochrichtung z adaptive Greifvorrichtung 10 auf die Höhe, also auf die Lage des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 in Hochrichtung z, angepasst hat, wird die Hubeinheit 24 in ihrer dann vorliegenden Länge 30 fixiert. Dies macht das Entnehmen des jeweiligen Bauteils 14, 16 aus dem Behältnis 12 besonders einfach und aufwandsarm.
Das Greifelement 20 kann beispielsweise als Saugelement und/oder als Magnet und/oder als Spannelement ausgebildet sein, welches mittels (nicht gezeigter) Greifarme oder dergleichen das jeweils zu entnehmende Bauteil 14, 16 ergreift. Da mittels des Greifelements 20 das Ergreifen und das Halten des Bauteils 14, 16 bewirkbar ist, kann das Greifelement 20 auch als Endeffektor bezeichnet werden. Dies gilt insbesondere, wenn das Greifelement 20 an einem freien Ende der Hubeinheit 24 angeordnet ist.
Vorzugsweise umfasst die Greifvorrichtung 10 wenigstens eine Erfassungseinrichtung 42, welche in 1 schematisch gezeigt ist. Mittels der Erfassungseinrichtung 42 kann vorzugsweise ein Erreichen einer Entnahmeposition der Hubeinheit 24 erfasst werden. In dieser Entnahmeposition ist die Hubeinheit 24 in Hochrichtung z oberhalb des aus dem Behältnis 12 zu entnehmenden Bauteils 14, 16 angeordnet. Des Weiteren fluchtet vorzugsweise in der Entnahmeposition der Hubeinheit 24 die Längsachse 36 der Hubeinheit 24 mit dem zu entnehmenden Bauteil 14, 16.
Durch Vorsehen einer derartigen Erfassungseinrichtung 42 kann sehr einfach eine entsprechende Positionierung des Industrieroboters 18 erreicht werden, in welcher auch das Greifelement 20 in Hochrichtung z oberhalb des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 positioniert ist. Jedoch braucht diese Positionierung des Roboters, insbesondere Industrieroboters 18, und dementsprechend der Hubeinheit 24 mit dem an der Hubeinheit 24 angeordneten Greifelement 20 in einer sich senkrecht zu der Hochrichtung z erstreckenden Ebene nicht sonderlich genau zu sein. Vielmehr ist bereits eine grobe Positionierung des Greifelements 20 oberhalb des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 ausreichend, bei welcher die Längsachse 36 der Hubeinheit 24 mit dem Bauteil 14, 16 fluchtet.
Vorzugsweise ist des Weiteren vorgesehen, dass die wenigstens eine Erfassungseinrichtung 42 dazu ausgebildet ist, eine Position des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 in einer sich senkrecht zu der Hochrichtung z erstreckenden Ebene zu erfassen. Eine solche, sich senkrecht zu der Hochrichtung z erstreckende Ebene ist in 1 durch zwei weitere Achsen eines Koordinatensystems veranschaulicht, nämlich eine erste Achse x und eine zweite Achse y.
Vorliegend ist es für die im Hinblick auf die Positionierung des Greifelements 20 oberhalb des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 ausreichend, wenn die Erfassungseinrichtung 42 die Position des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 innerhalb einer Projektionsfläche erfasst, welche durch einen Rand einer Zugangsöffnung 44 des Behältnisses 12 begrenzt ist. Die Projektionsfläche kann hierbei zu der durch die erste Achse x und die zweite Achse y aufgespannten Ebene parallel sein.
Mit anderen Worten ist das Erfassen einer zweidimensionalen Position des Bauteils 14, 16 in einer sich senkrecht zu der Hochrichtung z erstreckenden Ebene ausreichend, um das Greifelement 20 einfach und zuverlässig oberhalb des jeweils zu entnehmenden Bauteils 14, 16 zu positionieren. Jedoch ist bei der Greifvorrichtung 10 vorzugsweise auf ein aufwendiges Kamerasystem verzichtet, welches zum Erfassen einer dreidimensionalen Position des zu entnehmenden Bauteils 14, 16 ausgebildet ist. Dadurch entfällt auch der Aufwand, welcher mit der Nutzung eines solchen 3D-Kamerasystems einhergeht.
Vorzugsweise ist die wenigstens eine Erfassungseinrichtung 42 der Greifvorrichtung 10 weiter dazu ausgebildet, die Lage eines Haltebereichs des Bauteils 14, 16 relativ zu einem Grundkörper des Bauteils 14, 16 zu erfassen. In dem Haltebereich hält das Greifelement 20 das Bauteil 14, 16, wenn das Greifelement 20 das jeweilige Bauteil 14, 16 ergriffen hat. Mit anderen Worten kann durch die Erfassungseinrichtung 42 vorzugsweise erfasst werden, wo das Greifelement 20 das jeweilige Bauteil 14, 16 ergriffen hat.
Des Weiteren ist die wenigstens eine Erfassungseinrichtung 42 vorzugsweise dazu ausgebildet, die Länge 30 der Hubeinheit 24 zu erfassen, welche die Hubeinheit 24 dann aufweist, wenn das Bauteil 14, 16 mittels des Greifelements 20 gehalten ist.
Wenn einerseits die beim Halten des Bauteils 14, 16 mittels des Greifelements 20 vorliegende Länge 30 der Hubeinheit 24 und andererseits die Lage des Haltebereichs des Bauteils 14, 16 mittels der Erfassungseinrichtung 42 erfasst werden und entsprechende Angaben dann dem Industrieroboter 18 bekannt sind, so kann der Industrieroboter 18 das mittels des Greifelements 20 gehaltene Bauteil 14, 16 positionsgenau an einem jeweiligen Zielort platzieren. Beispielsweise kann so ein sehr präzises Ablegen des Bauteils 14, 16 in dem Produktionsprozess, etwa im Rahmen der Fertigung der Karosserie des Kraftfahrzeugs, erreicht werden.
In 2 ist die Greifvorrichtung 10 in einer Situation gezeigt, in welcher die oberen Bauteile 14 der in dem Aufnahmeraum 22 des Behältnisses 12 insbesondere aufeinander gestapelt angeordneten Bauteile 14, 16 mittels der Greifvorrichtung 10 bereits entnommen worden sind. Das Greifelement 20 wird dementsprechend gerade dem untersten Bauteil 16 der zuvor in dem Aufnahmeraum 22 gestapelt angeordneten Bauteile 14, 16 angenähert. Auch hier wird nach dem Kontaktieren des Bauteils 16 mit dem Greifelement 20 die Hubeinheit 24 in ihrer Länge 30 fixiert. Anschließend kann auch dieses Bauteil 16 der gewünschten Verwendung, insbesondere Weiterverarbeitung, zugeführt werden.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein in die Hochrichtung z adaptiver Endeffektor zur flexiblen Entnahme von Bauteilen 14, 16 bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3554776 B1 [0002]
DE 3528769 A1 [0005]
DE 3709845 A1 [0005]
DE 102013013114 A1 [0005]

Claims

Greifvorrichtung zum Entnehmen eines Bauteils (14, 16) aus einem Behältnis (12), mit einer Manipulationseinrichtung (18), mittels welcher ein zum Halten des Bauteils (14, 16) ausgebildetes Greifelement (20) der Greifvorrichtung (10) oberhalb des aus dem Behältnis (12) zu entnehmenden Bauteils (14, 16) positionierbar ist, und mit einer mit der Manipulationseinrichtung (18) gekoppelten Hubeinheit (24), an welcher das Greifelement (20) angeordnet ist, wobei eine Länge (30) der Hubeinheit (24) veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (30) der Hubeinheit (24) aufgrund eines Kontaktierens des Bauteils (14, 16) mit dem Greifelement (20) veränderbar ist, wobei die Hubeinheit (24) in ihrer beim Halten des Bauteils (14, 16) mittels des Greifelements (20) vorliegenden Länge (30) fixierbar ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (34) der Greifvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, eine zum Verändern der Länge (30) der Hubeinheit (24) ausgebildete Antriebseinrichtung (32) der Greifvorrichtung (10) bis zum Kontaktieren des Bauteils (14, 16) mit dem Greifelement (20) zu deaktivieren.
Greifvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (34) dazu ausgebildet ist, zum Fixieren der Hubeinheit (24) in ihrer beim Halten des Bauteils (14, 16) mittels des Greifelements (20) vorliegenden Länge (30) ein Verbringen der Antriebseinrichtung (32) in einen verriegelten Zustand zu bewirken.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) wenigstens ein Sensorelement (40) aufweist, mittels welchem das Kontaktieren des Bauteils (14, 16) mit dem Greifelement (20) erfassbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) wenigstens eine Erfassungseinrichtung (42) aufweist, mittels welcher ein Erreichen einer Entnahmeposition der Hubeinheit (24) erfassbar ist, in welcher die Hubeinheit (24) oberhalb des aus dem Behältnis (12) zu entnehmenden Bauteils (14, 16) angeordnet ist und in welcher eine Längsachse (36) der Hubeinheit (24) mit dem zu entnehmenden Bauteil (14, 16) fluchtet.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) wenigstens eine Erfassungseinrichtung (42) aufweist, mittels welcher eine Position des zu entnehmenden Bauteils (14, 16) innerhalb einer Projektionsfläche erfassbar ist, welche durch einen Rand einer Zugangsöffnung (44) des Behältnisses (12) begrenzt ist, wobei die Greifvorrichtung (10) frei von einem Kamerasystem zum Erfassen einer dreidimensionalen Position des zu entnehmenden Bauteils (14, 16) in dem Behältnis (12) ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) wenigstens eine Erfassungseinrichtung (42) aufweist, mittels welcher eine Lage eines Haltebereichs des Bauteils (14, 16) relativ zu einem Grundkörper des Bauteils (14, 16) erfassbar ist, wobei das Greifelement (20) beim Halten des Bauteils (14, 16) das Bauteil (14, 16) in dem Haltebereich hält.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) wenigstens eine Erfassungseinrichtung (42) aufweist, mittels welcher die beim Halten des Bauteils (14, 16) mittels des Greifelements (20) vorliegende Länge (30) der Hubeinheit (24) erfassbar ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (10) dazu ausgebildet ist, das mittels des Greifelements (20) gehaltene Bauteil (14, 16) positionsgenau an einem Zielort zu platzieren und/oder als das Bauteil (14, 16) ein Karosseriebauteil für eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs aus dem Behältnis (12) zu entnehmen.
Verfahren zum Entnehmen eines Bauteils (14, 16) aus einem Behältnis (12) mittels einer Greifvorrichtung (10), bei welchem eine Manipulationseinrichtung (18) der Greifvorrichtung (10) ein zum Halten des Bauteils (14, 16) ausgebildetes Greifelement (20) der Greifvorrichtung (10) oberhalb des aus dem Behältnis (12) zu entnehmenden Bauteils (14, 16) positioniert, und bei welchem eine Länge (30) einer mit der Manipulationseinrichtung (18) gekoppelten Hubeinheit (24) verändert wird, an welcher das Greifelement (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die Länge (30) der Hubeinheit (24) aufgrund eines Kontaktierens des Bauteils (14, 16) mit dem Greifelement (20) verändert wird, wobei anschließend die Hubeinheit (24) in ihrer beim Halten des Bauteils (14, 16) mittels des Greifelements (20) vorliegenden Länge (30) fixiert wird.