DE10313463B3

DE10313463B3 - Verfahren und Vorrichtung zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem bewegten Werkstück durch einen synchron mitbewegten Industrieroboter

Info

Publication number: DE10313463B3
Application number: DE2003113463
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Habisreitinger; Bernhard Nordmann
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2023-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem bewegten Werkstück durch einen synchron mitbewegten Industrieroboter. Ausgehend von einer definierten Warteposition wird der Industrieroboter bei Annäherung des Werkstücks auf Fördergeschwindigkeit des Werkstücks beschleunigt und dann sein Basisteil mit dem Werkstück mechanisch gekoppelt. Von da an wird der Roboter mit dem Werkstück synchron mitbewegt (Arbeitsphase). Um trotz Führungsungenauigkeiten des Industrieroboters Relativbewegungen während der Arbeitsphase zwischen Werkstück und Industrieroboter vermeiden zu können, wird dessen Basisteil erfindungsgemäß während der Arbeitsphase von einem Fahrschemel oder von einer Roboterlängsführung gelöst und gewichtsausgeglichen, z. B. durch einen Luftfederbalg, innerhalb gewisser Grenzen räumlich beweglich auf dem Fahrschemel bzw. gegenüber dem tragenden Untergrund gehaltert. Dafür wird das Basisteil des Industrieroboters räumlich starr mit dem Werkstück gekoppelt. Diese Technik der objektgekoppelten Montage kann uneingeschränkt für jedes beliebige Fördersystem zur Beförderung der Werkstücke innerhalb der Fertigung zugelassen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung kontinuierlich voranbewegten Werkstück durch einen mit dem Werkstück mitbewegten Industrieroboter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 (Verfahren) bzw. von Anspruch 7 (Vorrichtung), wie beides beispielsweise aus der US-PS 3 283 918 als bekannt hervorgeht.

Bei der Serienfertigung von Gütern hat das kontinuierliche Voranbewegen der Werkstücke neben der Vermeidung immer wiederkehrender Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen des Werkstücks den ganz besonderen Vorteil, dass die Arbeitsstationen nicht an eine einheitliche Länge bzw. einen einheitlichen, starren Stationenabstand gebunden sind und dass ein Wechsel zwischen kontinuierlicher und getakteter Fertigung entfallen kann. Letzteres machte immer wieder platzaufwändige Pufferzonen und/oder kostspielige Werkstückspeicher in den Fertigungshallen erforderlich. Vielmehr können die Arbeitsstationen flexibel dem kontinuierlichen Werkstückfluss zugeordnet werden.

Beim automatisierten Lackieren von Werkstücken, z.B. beim Innenlackieren von Fahrzeugkarosserien mittels Lackierroboter, ist es bekannt (vgl. z.B. die EP 220 687 B1 ), die Werkstücke kontinuierlich auf einer Fördereinrichtung voranzubewegen und die Lackierroboter während des Lackierens synchron mit dem entsprechenden Werkstück mitzubewegen. Beim Innenlackieren von Fahrzeugkarosserien können die Türen oder Klappen der Karosserie während des Karosserielaufes durch ebenfalls synchron mitfahrende, einfache Öffnungs- und Schließvorrichtungen geöffnet und wieder geschlossen werden.

Zwar hat man schon lange angestrebt, diese automatisierte, bandsynchrone Arbeitsweise auch auf Montage- oder andere Arbeitsoperationen als das Lackieren auszudehnen, um auch dort die Vorteile einer taktfreien Arbeitsweise und einer flexiblen Stationenaufteilung erzielen zu können. Dieses Bemühen scheiterte aber stets daran, dass die für Montagevorgänge, mechanische Bearbeitungsvorgänge, Schweißoperationen oder dgl. am Werkstück erforderliche Lagekonstanz zwischen Werkstück einerseits und Industrieroboter andererseits nicht in hinreichendem Maß erreicht werden konnte. Lediglich Lackiervorgänge lassen eine gewisse gegenseitige Lagetoleranz zu, die mit herkömmlichen Systemen der angesprochenen Art erreichbar war.

Die eingangs genannte US-PS 3 283 918 zeigt einen mehrachsigen, programmierbaren Industrieroboter, der parallel zu einem Förderband einer Montage- oder Bearbeitungslinie mittels Spurkranzrädern auf Führungsschienen in Längsrichtung beweglich und gezielt antreibbar ist. Am Ende seines Arbeitsarmes trägt der Industrieroboter ein zur Durchführung einer Arbeitsoperation ausgebildetes Roboterwerkzeug. Es ist angestrebt, den Industrieroboter während der Durchführung der programmierten Arbeit bandsynchron dem Montageband nachzuführen, so dass während der Bewegung und der Durchführung der Arbeitsoperation eine möglichst konstante Relativlage zwischen Industrieroboter und Werkstück beibehalten wird. Am Ende der Bearbeitung wird der Industrieroboter im Eilgang an die Ausgangsposition zurückgeführt, damit er beim nächstfolgenden Werkstück die gleiche Bearbeitung bandsynchron durchführen kann. Um einen Gleichlauf zwischen Industrieroboter und Werkstück herbei zu führen, ist bei einem in der US-PS 3 283 918 gezeigten Ausführungsbeispiel an jedem auf dem Förderband bewegten Werkstück selber oder an einem starr mit dem Werkstück verbundenen Werkstückträger jeweils ein seitlich abragender Mitnahmezapfen angeordnet, an den der Industrieroboter angekoppelt wird. Damit der Industrieroboter nicht durch das Förderband mitgeschleppt zu werden braucht, wird der Industrieroboter bei einem anderen dort gezeigten Ausführungsbeispiel während des Synchronlaufes durch einen Eigenantrieb des Industrieroboters bewegt.

Nachteilig an der aus der US-PS 3 283 918 bekannten Vorrichtung zur bandsynchronen Montage ist, dass trotz des durch die mechanische Koppelung zwischen Industrieroboter und Werkstück erzwungenen beiderseitigen Gleichlaufs immer noch Relativbewegungen zwischen ihnen vorkommen, die eine exakte Arbeitsoperation verhindern. Wie nämlich herausgefunden wurde, sind für diese überraschenden Relativbewegungen die Führungsungenauigkeiten des Förderbandes für das Werkstück einerseits und Ungenauigkeiten der Führungsschienen für den Industrieroboter andererseits verantwortlich. Diese Ungenauigkeiten summieren sich zu relativen Bewegungsausschlägen, welche die für einen mechanisierten Füge-, Bearbeitungs- oder Schweißvorgang erforderliche Lagetoleranz überschreiten. Deshalb ist selbst ein durch eine formschlüssige Koppelung zwischen Industrieroboter und Werkstück herbeigeführter Synchronlauf nicht zur Durchführung genauer Arbeitsoperationen durch einen mitbewegten Industrieroboter geeignet.

Die DE 35 16 284 A1 zeigt eine Vorrichtung zur automatisierten, bandsynchronen Montage von Türen an Fahrzeugkarossen, die auf einer Fördereinrichtung, nämlich auf geschleppten, durch Schienen geführten und auf Rollen fahrbaren Karosserieträgern kontinuierlich befördert werden. Die oberhalb der Fördereinrichtung für die Karossen in einem Hängeförderer der Montagestation zugeführten Türen werden gleichzeitig auf beiden gegenüberliegenden Karosserieseiten montiert, wofür für jede Fahrzeugseite gegenüberliegend jeweils ein Montageroboter vorgesehen ist. Jeder der Roboter ist auf parallel zur Fördereinrichtung beweglichen Plattformen angeordnet, die mittels Schlitten auf ortsfesten Führungsprofilen geführt und durch einen Antrieb gezielt verfahrbar sind. Außer dem Roboter und dem Antrieb ist auch noch jeweils eine Anschraubvorrichtung auf den beweglichen Plattformen vorgesehen. Um bei der bekannten Montagevorrichtung nicht nur einen exakten Synchronlauf zwischen den beiden gegenüberliegenden Robotern und der kontinuierlich beförderten Karosse, sondern auch eine definierte und stets gleichbleibende Relativposition zwischen beiden gewährleistet zu können, ist an jeder der beiden die Roboter tragenden Plattformen an der dem Förderband zugekehrten Längsseite jeweils eine Hub- und Zentriervorrichtung vorgesehen, mit denen die Karosse im Schwellerbereich rechts und links gleichzeitig erfasst, vom Karosserieträger abgehoben und in Längs- und/oder Querrichtung zentriert werden kann.

Zu Beginn eines Arbeitsspiels der aus der DE 35 16 284 A1 bekannten Montagevorrichtung werden zunächst die beiden Türen von den Robotern im Stillstand aus dem Hängeförderer übernommen. Anschließend werden die gegenüberliegenden Plattformen zeitgleich nach einem bestimmten Regelalgorithmus auf Bandgeschwindigkeit beschleunigt. Bei Geschwindigkeitsgleichheit und richtiger Relativlage in Längsrichtung zwischen Plattform und Karosse wird diese während des Laufes angehoben, zentriert und fixiert. Danach kann der Montagevorgang bei kontinuierlichem, bandsynchronem Weiterlauf der Plattform durchgeführt werden. Nach Beendigung der Montage wird die Karosse während des Laufes auf den Karosserieträger abgesenkt, wodurch die Koppelung zwischen Robotern und Karosse gelöst ist. Die Plattform kehrt anschließend im Eilgang zu ihrer Ausgangsposition zurück und ist bereit für ein neues Arbeitsspiel.

Zwar kann sich bei der aus der DE 35 16 284 A1 bekannten Montagevorrichtung eine Führungsungenauigkeit der die fahrbaren Karosserieträger führenden Schienen nicht auf eine Relativbewegung zwischen Karosse und Montageroboter auswirken. Dafür sind es jedoch gewisse, unvermeidbare Führungsungenauigkeiten der gegenüberliegenden, die beiden Plattformen tragenden und führenden Führungsschienen der Montageroboter, die zu Relativbewegungen zwischen Karosse und den Montagerobotern führen. Allenfalls in einem mehr theoretisch anzusehenden Fall, in welchem die Führungsschienen für die Plattformen der Montageroboter mit einer nur für Werkzeugmaschinen üblichen Genauigkeit exakt geradlinig sowie dies- und jenseits der Fördereinrichtung für die Karossen mit Werkzeugmaschinen-Genauigkeit in Höhen- und Breitenrichtung exakt parallel zueinander angeordnet sind, könnten derartige Relativbewegungen zwischen Karosse und den gegenüberliegenden Montagerobotern auf ein vernachlässigbares Maß reduziert werden. Um eine so hohe Genauigkeit der beiden gegenüberliegenden Plattformführungen erreichen zu können, müssten beide Führungen an einem einheitlichen, aus Stahl bestehenden Führungsbett angebracht sein. Wenn man Bedenkt, dass die beiden gegenüberliegenden Führungen einen Abstand über alles von etwa 3,50 m haben und sich eine Arbeitsstation in Längsrichtung einschließlich Beschleunigungsstrecke über mindestens zwei Fahrzeuglängen, also etwa 10 bis 12 m erstreckt, so würde die Forderung nach einem einheitlichen, biegesteifen Stahlwerkstück für die Plattformführungen auf ein exakt bearbeitetes Maschinenbett von einer Grundrissabmessung von 3,50 m × 10 m und einer für die Biegesteifigkeit verantwortlichen Höhenabmessung von mindestens etwa 0,5 m hinauslaufen. Ein so großes, mit Werkzeugmaschinengenauigkeit exakt bearbeitetes Maschinenbett wäre für den vorliegenden Anwendungsfall unvertretbar kostspielig. Außerdem würde die Höhenabmessung des Maschinenbettes eine entsprechend angehobene Anordnung der Fördereinrichtung für die Karossen erforderlich machen, was mit Rücksicht auf ein einheitliches Förderniveau für die Karossen innerhalb der gesamten Fabrik sehr störend wäre. Eine Führung der gegenüberliegenden Roboterplattformen auf einem mit Werkzeugmaschinen genauigkeit exakt bearbeiteten Maschinenbett ist deshalb in der Tat eine nur theoretische Erwägung.

Konsequenter Weise sind die in der DE 35 16 284 A1 gezeigten vier Führungsschienen für die gegenüberliegenden Roboterplattformen wie üblich einzeln auf dem Hallenboden verlegt, wobei allerdings eine gewisse, nicht zu vermeidende Ungenauigkeit bezüglich exakter Geradheit und Parallelität der Führungsschienen in Kauf genommen wird. Abgesehen von dadurch bewirkten Relativbewegungen zwischen Montageroboter und Karosserie kann außerdem ein gewisser Zwang in Horizontalrichtung auf die beiderseits fest in den gegenüberliegenden Plattformen eingespannte Karosserie ausgeübt werden, was selbstverständlich sehr schädlich für letztere ist. Im übrigen setzt die bekannte Montagetechnik zum einen voraus, dass auf gegenüberliegenden Fahrzeugseiten simultan Arbeitsoperationen von gleichem Zeitbedarf vorgenommen werden, was in der Regel nur für die Montage von Gleichteilen bzw. symmetrischen Teile wie Türen, Fahrzeugsitze oder Fahrzeugräder zutrifft. Eine weitere, einschränkende Voraussetzung der bekannten Montagetechnik besteht in der zum Voranbewegen der Karossen einsetzbaren Fördertechnik, die ein freies Abheben der Karosserien von einem Karosserieträger erlaubt. Häufig werden jedoch für den Karosserietransport innerhalb der Fabrik Fördergehänge eingesetzt, in denen die Karosserien starr aufgenommen sind. Bei Verwendung solcher Fördergehänge könnte die bekannte Montagetechnik nicht eingesetzt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäß zugrunde gelegte Verfahren bzw. die entsprechende Vorrichtung dahingehend zu verbessern, dass trotz etwaiger Führungsungenauigkeiten der Führungsschienen für den verfahrbaren Industrieroboter Relativbewegungen während der Arbeitsphase zwischen Werkstück und Industrieroboter gleichwohl vermieden werden können und dass im übrigen jedes beliebige Fördersystem zur Beförderung der Werkstücke innerhalb der Fertigung uneingeschränkt zugelassen werden kann.

Ausgehend von den jeweils zugrundegelegten Gattungen wird die o.g. Aufgabe bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und bezüglich einer entsprechenden Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 7 gelöst.

Danach wird das Basisteil des Industrieroboters während der Arbeitsphase einerseits bezüglich aller sechs Freiheitsgrade starr mit dem Werkstück gekoppelt sowie andererseits von der Längsführung abgehoben und gewichtsausgeglichen innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung schwimmend gehaltert, so dass das Basisteil des Industrieroboters den Bewegungen des Werkstückes in allen Richtungen zwanglos zu folgen vermag und eine exakt konstante Relativlage zwischen Industrieroboter und Werkstück während der Arbeitsphase aufrecht erhalten bleibt. Der Industrieroboter "fliegt" gewissermaßen während der Arbeitsphase über seine Längsführung hinweg und fährt "huckepack" mit dem Werkstück mit.

Abgesehen von der höheren Arbeitsgenauigkeit während der Arbeitsphase des Industrieroboters bestehen die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile in folgendem:

– Es werden nur sehr geringe Genauigkeitsanforderungen an die Führungsschienen zur Längsführung des Industrieroboters gestellt, was sowohl die Beschaffungs- als auch die Installationskosten des Industrieroboter günstig beeinflusst.
– Trotzdem kann eine hohe Lagekonstanz zwischen Werkstück und Industrieroboter während der Arbeitsphase gewährleistet werden.
– Dadurch können alle möglichen Arbeitsoperationen an Werkstücken für eine bandsynchrone Roboterbearbeitung zugelassen werden.
– Für die erfindungsgemäße, objektgekoppelte Roboterbearbeitung können alle möglichen Fördersysteme zum Weitertransport der Werkstücke durch die Fertigung zugelassen werden, und zwar wahlweise bodengestützte Fördersysteme oder Hänge förderer, mit lose aufliegenden oder mechanisch an ein Fördergefäß gekoppelten Werkstücken.
– Die erfindungsgemäße, objektgekoppelte Roboterbearbeitung kann ohne weiteres auch in bestehende Fertigungsanlagen nachgerüstet werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand verschiedener in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend noch erläutert; dabei zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Arbeitsstation bestehend aus einer als Rollenförderbahn ausgebildeten Fördereinrichtung zur kontinuierlichen Beförderung von Fahrzeugkarosserien sowie aus einem neben der Förderlinie beweglichen, mit der Karosserie starr gekoppelten und synchron mit ihr mitfahrenden Industrieroboter zur Durchführung einer Arbeitsoperation,
2 eine Ansicht auf die Arbeitsstation nach 1 entgegen der Förderrichtung, d.h. gemäß der Schnittlinie II-II in 1, wobei das Basisteil des Industrieroboters lösbar aber gewichtsausgeglichen mit einem den Industrieroboter tragenden Fahrschemel verbunden ist und wobei der Industrieroboter zur Verhinderung relativer Wankbewegungen zwischen Roboter und Fahrzeugkarosserie an diese mittels einer oben an deren Mittelsäule angreifenden Zange gekoppelt ist,
3 ein gegenüber 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung relativer Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels eines am Dach angreifenden Sauggreifers gekoppelt ist,
4 ein weiteres, gegenüber 2 modifiziertes Ausführungsbeispiel des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung relativer Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels zweier durch die beiden gegenüber liegenden Adapterschienen hindurch geschobener, biegesteifer Koppelschwerte gekoppelt ist,
5 eine vierte Variante des Industrieroboters, bei dem dieser zur Verhinderung relativer Wankbewegungen an die Fahrzeugkarosserie mittels eines am Dach angreifenden Sauggreifers gekoppelt ist, wobei dieser jedoch über einen weit ausladenden Ausleger starr mit dem Basisteil des Industrieroboters verbunden ist,
6 eine fünfte Variante des Industrieroboters, bei dem zur Verhinderung relativer Wankbewegungen – ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach 4 – eine biegesteife Verbindung zwischen Industrieroboter und einem sich über die gesamte Karosseriebreite erstreckenden, starren Adaptergestell hergestellt wird, das eine gewisse Bauhöhe aufweist; im übrigen ist bei diesem Ausführungsbeispiel als Fördereinrichtung für die Karosserien eine Hängefördereinrichtung mit C-förmigen Fördergehängen vorgesehen,
7 das C-förmige Fördergehänge nach 6 mit darin aufgenommener Karosserie in Seitenansicht
8 eine vergrößerte Einzelheit im Bereich der schwimmenden und gewichtsausgeglichenen Halterung des Basisteils des Industrieroboters nach einer der 1 bis 6 auf der Oberseite des Fahrschemels mittels eines Luftfederbalges und eines dynamischen, unten offenen Luftkissens,
9 in einer Vergrößerung die starre aber lösbare Fixierung des Basisteils des Industrieroboters nach 8 auf der Oberseite des Fahrschemels mittels Fixierbolzen, wobei das Basisteil im gelösten Zustand räumlich allseits aber begrenzt gegenüber dem Fahrschemel beweglich ist,
10 ein Detail eines der Roboter nach den 1 bis 3, 5 und 6, welches die Fixierung der unteren, an der Adapterschiene angreifenden, teleskopartig ausfahrbaren Koppelstange betrifft,
11 eine Ansicht ähnlich wie die nach 2 auf eine andere Ausführung der Arbeitsstation, bei dem das Basisteil des Industrieroboters selber einen Fahrschemel bildet und dieser durch einen sich am Hallenboden über ein dynamisches Luftkissen abstützenden Luftfederbalg gewichtsausgeglichen von den Führungsschienen abhebbar und starr an die Karosserie ankoppelbar ist, und
12 und 13 je eine Schnittansicht parallel zur Förderrichtung (12) bzw. quer zu ihr (13) auf bzw. durch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters, der über ein dynamisches Luftkissen und einen Luftfederbalg gewichtsausgeglichen am Hallenboden abgestützt ist, wobei der Roboter während der Beschleunigungsphase oder des Eilrücklaufes durch einen rahmenartigen, den Roboter umgebenden, schienengeführten und antreibbaren Fahrschemel geführt ist.
Die in drei grundlegenden Varianten, nämlich in den 1 bis 6 mit verschiedenen Unterarten zum einen, 11 zum anderen und schließlich in den 12 und 13 gezeigte Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum bewegungssynchronen Durchführen einer bestimmten Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer Rollenförderbahn 1 kontinuierlich voranbewegten Werkstück, z.B. eine Fahrzeugkarosserie 3 durch einen mit dem Werkstück mitbewegten Industrieroboter 10, 10' bzw. 10''. Nachfolgend sollen zunächst die Gemeinsamkeiten dieser grundlegenden Varianten geschildert werden.
Die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen als Werkstück gezeigte Fahrzeugkarosserie 3 ist an ihren beiden Seitenschwellern unterseitig starr mit jeweils einer Adapterschiene 5 bzw. mit einem Adaptergestell 5' verbunden. Die beiden in sich steifen und genau gefertigten Adapterschienen und auch das Adaptergestell sind über besondere, jeweils eine Steckhülse enthaltende Karosserie-Knotenpunkte von hoher lokaler Festigkeit und überwachter Fertigungsgenauigkeit mit der Karosserie verbunden und weisen dadurch nicht nur eine genau definierte Relativlage zur Karosserie auf, sondern die Verbindung hält auch gewissen Belastungen stand, ohne in unzumutbarer Weise nachzugeben.
Bei den in den 1 bis 5, 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispielen mit einer als Rollenförderbahn 1 ausgebildeten Fördereinrichtung ruht die Karosserie 3 mit den Adapterschienen 5 lose, aber durch Anschläge formschlüssig in ihrer Horizontallage gesichert, auf einem Karosserieträger 4, der sich über die gesamte Länge und Breite der Karosserie erstreckt und der unterseitig eben ist oder zumindest beiderseits jeweils eine geradlinige Kufe aufweist. Dadurch kann der Karosserieträger auf den zum Teil angetriebenen Tragrollen 2 der Rollenförderbahn 1 aufliegen, die ihn kontinuierlich in Förderrichtung 6 voranbewegen. Alle angetriebenen Tragrollen der Rollenförderbahn innerhalb der gesamten Fertigungslinie sind mit der gleichen, genau justierbaren Umfangsgeschwindigkeit angetrieben, so dass alle Karosserien mit der gleichen Geschwindigkeit voranbewegt werden. Bei Veränderung dieser Fördergeschwindigkeit werden sämtliche angetriebenen Tragrollen der Rollenförderbahn innerhalb der gesamten Fertigungslinie synchron in ihrer Umfangsgeschwindigkeit verändert. Im Falle eines Not-Haltes werden alle angetriebenen Tragrollen nach einer relativ steilen für alle Tragrollen gleichen Geschwingigkeitsrampe auf Null herunter gefahren, damit es massebedingt nicht zu einem unkontrollierten Verrutschen der Karosserien auf der Rollenförderbahn kommt. Die beim Not-Halt der Rollenförderbahn realisierten Verzögerungswerte sind so zu bemessen, dass sie von den fahrbaren Industrierobotern der Fertigungslinie ohne weiteres regelungstechnisch nachgefahren werden können.
Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Fördereinrichtung ist eine Hängeförderbahn 1' vorgesehen, bei der die Karosserieträger als in Seitenansicht (7) C-förmige Fördergehänge 4' ausgebildet sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind letztere zur pendelsicheren Führung in einem Paar von Führungsprofilen, z.B. Doppel-T-Trägern, die im Überkopfbereich parallel verlaufend im Abstand der Karosseriebreite verlegt sind, über gehängeseitig angebrachte Tragrollen getragen und geführt, wobei beiderseits des Fördergehänges jeweils zwei Tragrollen vorgesehen sind. Bei der gezeigten Hängeförderbahn sind die Fördergehänge passiv, d.h. ohne Eigenantrieb ausgebildet. Zum einheitlichen Voranbewegen aller Fördergehänge einer Fertigungslinie ist gemäß 6 und 7 zwischen den beiden Führungsprofilen im Überkopfbereich ein Schleppkettenförderer 54 angeordnet. Eine mit Fördergeschwindigkeit angetriebene Schleppkette ist in einem unterseitig schlitzförmig offenen Hohlprofil mittels mehrerer Führungsglieder geführt, wobei von einigen dieser Führungsglieder ein Mitnahmebolzen unterseitig aus dem Längsschlitz herausragt. Dieser kann in ein oberseitig an jedem der Fördergehänge vorgesehen Mitnehmer 55 eingreifen, so dass dadurch das Fördergehänge in Vorwärts- wie in Rückwärtsrichtung unnachgiebig an die Schleppkette angekoppelt ist. Anstelle eines Paares einzelner Adapterschienen ist beim Ausführungsbeispiel nach den 6 und 7 ein in sich steifes Adaptergestell 5' im Schwellerbereich der Karosserie befestigt, worauf weiter unten noch einmal eingegangen werden soll.
Die Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' weisen einen Roboterarm 11 auf, an dessen Handgelenk ein an die durchzuführende Arbeitsoperation angepasstes Roboterwerkzeug 12 angebracht ist. In dem bei den Ausführungsbeispielen unterstellen Einsatzfall sollen Zubauteile 9 in die Karosserie eingebaut werden. Diese Zubauteile sind lagedefiniert und für den Roboter entnahmegerecht auf einem Bereitstellungstisch 8 bereitgestellt, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der Nähe der Warteposition W angeordnet ist.
Die Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' sind innerhalb der jeweiligen Arbeitsstation parallel neben der Fördereinrichtung für das Werkstück auf einer gesonderten Längsführung, im Beispiel zwei Führungsschienen 17 bzw. 17', zwischen der Warteposition W und der Endposition E hin und her verfahrbar. Zu diesem Zweck ist bei den dargestellten Ausführungsbeispielen das Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters auf einem durch die Längsführung geführten und mit einem robotereigenen Längsantrieb versehen Fahrschemel 15, 16 bzw. 16' getragen. Beim Roboter 10 nach den 1 bis 6, 8, 9 ist das Basisteil 14 lösbar mit dem Fahrschemel 15 verbunden, wogegen beim Industrieroboter 10' (11) das Roboter-Basisteil 14' eine starre und unlösbare Einheit mit dem Fahrschemel 16 bildet; bei dem in den 12 und 13 dargestellten Industrieroboter 10'' ist das Basisteil 14'' gegenüber dem Fahrschemel 16' als gesondertes, rahmenartiges Bauteil ausgebildet, gleichwohl stützt sich das Basisteil während des Arbeitszyklus' nicht am Fahrschemel, sondern am Boden (Stützfläche 49') ab. Der Fahrschemel 15 bzw. 16 ist bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen von Industrierobotern 10 bzw. 10' mittels Spurkranzrädern auf Führungsschienen 17 verfahrbar. Beim dritten beispielsweise gezeigten Roboter 10'' wird der Fahrschemel 16' mittels beiderseits V-förmig angeordneter Führungsrollen 59 und einem Paar von entsprechenden Führungsschienen 17' geführt. Der Längsantrieb des Fahrschemels 15 bzw. 16 erfolgt über eine ortsfest verlegte Zahnstange 19, in die ein fahrschemelseitiges Antriebszahnrad 74 eingreift. Dieses ist über eine überbrückbare Schlupfkupplung 18 von einem regelbaren Antriebsmotor aus antreibbar. Der Fahrschemel 16' ist über drehangetrieben und bedarfsweise auf den Boden (Stützfläche 49') ablenkbare Reibrollen 61 bzw. 61' in Längs richtung antreibbar. Die gesamten Steuerbefehle für den Industrieroboter 10, 10' bzw. 10'' werden ihm von der im Steuerschrank 13 untergebrachten Robotersteuerung zugeleitet.
Die in 1 in Grundrissdarstellung gezeigte Arbeitsstation umfasst neben der zwischen den Punkten A (Anfang) und E (Ende) gelegene Arbeitsstrecke 23 auch noch eine in Förderrichtung 6 davor angeordnete, zwischen den Punkten W (Warten) und A gelegene Beschleunigungsstrecke 7. Außerdem muss am Ende der Arbeitsstrecke noch eine Verzögerungsstrecke 7' vorgesehen werden, innerhalb der der Roboter vom kontinuierlich weiterbewegten Werkstück gelöst und bis zum Stillstand (Umkehrpunkt U) verzögert wird. Die Gesamtlänge der Arbeitsstation setzt sich also zusammen aus der Länge der Arbeitsstrecke 23 zuzüglich der Länge der Beschleunigungsstrecke 7, der Verzögerungsstrecke 7' und einer in Längsrichtung gemessenen Breite des Industrieroboters 10, 10', 10''. Die Länge der Arbeitsstrecke 23 ihrerseits richtet sich nach dem Umfang der vom Roboter durchzuführenden Arbeiten und nach der Fördergeschwindigkeit der Fördereinrichtung 1, 1'. Bei der taktunabhängigen, kontinuierlich voranschreitenden Fertigung können ohne weiteres kürzere und längere Arbeitsstationen hintereinander in ein und derselben Fertigungslinie angeordnet werden, ohne dass dies den Fertigungsablauf in irgendeiner Weise stören würde. Dies ist ein ganz erheblicher Vorteil gegenüber der sog. getakteten Fertigung.
Dem gegenüber werden bei der getakteten, automatisierten Fertigung alle hintereinander folgenden, durch Roboter vorzunehmenden Arbeitsoperationen einer Fließbandfertigung jeweils im Stillstand der Werkstücke durchgeführt. Die dabei installierten Arbeitsstationen müssen alle exakt die gleiche Länge haben, widrigenfalls es zu Störungen im Fertigungsablauf kommen würde. Die getaktete Fertigung aller Arbeitsstationen erzwingt es außerdem, den gesamten Arbeitsprozess in einzelne, untereinander zeitgleiche Arbeitsumfänge zu unterteilen, was nicht immer gelingt und u.U. einen erhöhten Stationen- und Investitionsaufwand erfordert.
Die in einer Arbeitsstation (1) bewegungssynchron zu leistende Arbeitsoperation wird während des gemeinsamen Durchlaufes von Roboter 10, 10', 10'' und Werkstück 3 durch die erwähnte Arbeitsstrecke 23 hindurch durchgeführt. Ausgehend von einer vor der Arbeitsstrecke, nämlich zu Beginn der Arbeitsstation gelegenen, in 1 strichpunktiert dargestellten Warteposition W wird der Industrieroboter bei Annäherung des Werkstücks an die Warteposition zunächst auf Fördergeschwindigkeit des Werkstücks beschleunigt (Beschleunigungsphase); die zu Beginn der Beschleunigungsphase sich annähernde Karosserie 3 ist in 1 ebenfalls strichpunktiert dargestellt. Die Länge der Beschleunigungsstrecke 7 muss so ausgelegt sein, dass bei Erreichen des Anfangspunktes A der Arbeitsstrecke 23 Geschwindigkeitsgleichheit und Positionsübereinstimmung zwischen Roboter und Werkstück in engen Grenzen, d.h. positionsgleicher Synchronlauf herbeigeführt werden kann. In diesem Zustand wird dann das verfahrbare Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters 10, 10', 10'' zumindest mittelbar mit dem Werkstück mechanisch gekoppelt. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen wird das Basisteil über die Koppelstangen 20, 20', 29, 31 bzw. über den Koppeltubus 34 mit der Adapterschiene 5 bzw. dem Adaptergestell 5' starr verbunden. Auf diese Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils des Industrieroboters mit dem Werkstück oder einem starr mit ihm verbundenen Werkstückträger soll weiter unten noch näher eingegangen werden.
Ausgehend vom Anfangspunkt A der Arbeitsstrecke 23, bei dem Synchronlauf von Roboter und Karosse herbeigeführt und beide mechanisch miteinander verbunden sind, wird die Arbeitsoperation am Werkstück vom Industrieroboter selbsttätig durchgeführt (Arbeitsphase), wobei der Industrieroboter mit dem Werkstück synchron mitbewegt wird. Am Ende E der Arbeitsstrecke 23, d.h. nach Vollendung der Arbeitsoperation, wird das Basisteil des Industrieroboters vom Werkstück gelöst, der Roboter bis zum Stillstand verzögert (Verzögerungsstrecke 7') und der Industrieroboter vom Umkehrpunkt U aus im Eilgang in die Warteposition W zurückbewegt (Eilrücklauf).
Um nach Annäherung einer Karosserie an die Arbeitsstation bzw. an die Warteposition W des Industrieroboters innerhalb der Beschleunigungsstrecke 7 nicht nur einen Synchronlauf zwischen Roboter und Werkstück, sondern auch eine Positionsgleichheit am Punkt A regelungstechnisch herbeiführen zu können, sind eine Reihe gesonderter, weitgehend im Steuerschrank 13 untergebrachter Steuerungen vorgesehen. Zur laufenden Erfassung der jeweilige Längsposition und der Geschwindigkeit des zu bearbeitenden Werkstückes sind Sensoren an der Rollenförderbahn 1 installiert, was jedoch in den Figuren nicht dargestellt ist. Ferner ist ein durch die Positions- und/oder Geschwindigkeitssignale des Werkstücks gespeister Geschwindigkeitsregler vorhanden, der den robotereigenen Längsantrieb für den Fahrschemel beeinflusst. Nicht zuletzt ist selbstverständlich eine programmierbare Steuerung zum Steuern des vollständigen Arbeitszyklus' des Industrieroboters vorhanden. Der Verfahrantrieb des Fahrschemels 15, 16 bzw. 16' stellt gewissermaßen einen weiteren Freiheitsgrad der Bewegung des Industrieroboters dar, der ebenfalls einschließlich der erwähnten, gesonderten steuerungstechnischen Module in die programmierbare Robotersteuerung integriert ist. Auch die Ankoppelung des Industrieroboters an das Werkstück stellt steuerungstechnisch ebenfalls eine weitere Bewegungsachse des Roboters dar, die in die programmierbare Robotersteuerung einbezogen ist. Mit der Robotersteuerung können folgende Funktionen bzw. Phasen ausgeführt werden:

– Beschleunigen des Industrieroboters während der Beschleunigungsphase aus der Warteposition heraus bei sensorisch detektierter Annäherung des Werkstücks an die Warteposition auf Fördergeschwindigkeit des Werkstücks.
– Mechanisches Ankoppeln des Basisteiles des Industrieroboters an das Werkstück bzw. an ein mit dem Werkstück fest verbundenen Bauteil bei erreichtem Gleichlauf zwischen beiden am Anfangspunkt der Arbeitsstrecke.
– Durchführen der Arbeitsoperation am Werkstück während des gemeinsamen Durchlaufes durch die Arbeitsstrecke (Arbeitsphase).
– Lösen des Industrieroboters vom kontinuierlich weiterbewegten Werkstück am Ende E der Arbeitsstrecke und verzögern bis zum Stillstand beim Umkehrpunkt U.
– Zurückbewegen des Industrieroboters im Eilgang in die Warteposition (Eilrücklauf) nach Beendigung der Arbeitsoperation am Werkstück.
– Gegebenenfalls Aufnehmen eines Zubauteiles in das Roboterwerkzeug als Vorbereitung für den nächsten Arbeitszyklus.

Zur ordnungsgemäßen und qualitativ anspruchsvollen Durchführung der Arbeiten seitens des Industrieroboters am Werkstück dürfen während der Arbeitsphase keine Relativbewegungen zwischen Werkstück und Industrieroboter auftreten, die auf Führungsungenauigkeiten der Führungsschienen für den verfahrbaren Industrieroboter einerseits und auf Führungsungenauigkeiten der Fördereinrichtung für die Werkstücke andererseits zurückzuführen sind. Es stellt einen wesentlichen Vorteil der vorliegenden Erfindung dar, dass nicht nur die Längsführung des Roboters lediglich geringe Genauigkeitsforderungen stellt, sondern dass auch die Führungsgenauigkeit der Fördereinrichtung für die Werkstück gering sein darf. Die relativ ungenaue Führung des Industrieroboters bzw. dessen Fahrschemels mittels Spurkranzräder oder Führungsrollen 59 und Schienen 17, 17' ist diesbezüglich ebenso ausreichend wie die einer Rollenförderbahn 1 oder eines Hängeförderers 1' für das Werkstück.
Um trotz solcher Führungsungenauigkeiten Relativbewegungen zwischen Werkstück und Industrieroboter während der Arbeitsphase zwischen Werkstück und Industrieroboter gleichwohl vermeiden und um jedes beliebige Fördersystem zur Beförderung der Werkstücke innerhalb der Fertigung uneingeschränkt zulas sen zu können, wird das Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters 10, 10', 10'' während der Arbeitsphase erfindungsgemäß zum einen bezüglich aller sechs Freiheitsgrade starr mit dem Werkstück 3 oder – wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel – starr mit einem mit dem Werkstück unverrückbar verbundenen Bauteil, nämlich der Adapterschiene 5 bzw. dem Adaptergestell 5' gekoppelt. Zum anderen wird das Basisteil mittelbar oder unmittelbar von der Längsführung 17, 17' abgehoben und gewichtsausgeglichen, z.B. mittels eines Luftfederbalgs 40, innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung schwimmend gehaltert. Während der Beschleunigungsphase bis zur Koppelung mit dem Werkstück 3 sowie während der Verzögerung und während des Eilrücklaufes wird hingegen das Basisteil 14, 14', 14'' – mittelbar oder unmittelbar – von der Längsführung 17 nicht schwimmend gelagert bzw. getragen.
Um dieses Ziel erreichen zu können, ist die Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils 14, 14', 14'' mit dem Werkstück, d.h. mit der Karosserie 3 bzw. mit der starr mit ihr verbundenen Adapterschiene 5 bzw. Adaptergestell 5' derart ausgebildet, dass alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung zwischen dem Werkstück 3 einerseits und dem Basisteil 14, 14', 14'' des Industrieroboters 10, 10', 10'' andererseits auch bezüglich kleiner Bewegungsausschläge aufgehoben sind. Zugleich mit der starren Kopplung des Basisteiles 14, 14', 14'' an das Werkstück wird auch eine von Werkstück zu Werkstück stets gleich bleibende, durch die Koppelglieder mechanisch definierte Relativlage herbeigeführt.
In soweit stimmen die drei grundsätzlichen Varianten der Erfindung (1-6, 8, 9 bzw. 11 bzw. 12 und 13) überein. Bezüglich eines weiteren erfindungsgemäßen Merkmals weichen die beiden Varianten jedoch voneinander ab. In soweit ist das Basisteil des Industrieroboters gemäß einer der nachfolgend genannten, alternativ in Betracht kommenden Ausführungen gestaltet:

– Was die in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele anlangt, so ist das Basisteil 14 des Industrieroboters 10 lösbar mit dessen Fahrschemel 15 verbunden. Im Gegenzug ist das mit einem Gewichtsausgleich, z.B. in Form des unterseitig angebrachten Luftfederbalgs 40, versehene Basisteil 14 des Industrieroboters 10 in der Weise vom Fahrschemel 15 des Industrieroboters 10 abhebbar, dass das Basisteil 14 innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung vom Fahrschemel 15 beweglich gehaltert ist. Die Ausführungsbeispiele zeigen eine Abstützung auf der ebenen und horizontalen Oberseite – der Stützplatte 49 – des Fahrschemels. Denkbar wäre zum Gewichtsausgleich stattdessen auch eine hängende oder pendelnde Anordnung des vom Fahrschemel abgekoppelten Basisteiles an einem vom Fahrschemel getragenen, das Basisteil in weitem Bogen überspannenden Portal. Im Fall der Ausführungsbeispiele nach den 1 bis 6 wird der Industrieroboter 10 bzw. sein Basisteil 14 mittelbar von der Längsführung 17 abgehoben. Der von den Führungsschienen 17 geführte Fahrschemel 15 verbleibt während des gesamten Arbeitszyklus auf den Führungsschienen. Dem gegenüber wird das vom Fahrschemel getragene Basisteil während der Arbeitsphase, und nur während dieser Zeit, vom Fahrschemel bezüglich aller Richtungen gelöst und unter Ausgleich des Gewichts des Industrieroboters z.B. mittels des Luftfederbalgs 40 räumlich beweglich gegenüber dem Fahrschemel gehaltert. Nur während der Beschleunigungsphase bis zur Koppelung mit dem Werkstück 3 sowie während der Verzögerung und während des Eilrücklaufes ist das Basisteil 14 unnachgiebig mit dem Fahrschemel 15 verbunden.
– Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 11 kann statt dessen das Basisteil 14' des Industrieroboters 10' aber auch permanent starr mit dem Fahrschemel 16 verbunden sein oder das Basisteil selber als der auf Führungsschienen 17 geführte Fahrschemel 16 ausgebildet sein. In diesem Fall muss der Fahrschemel in der Weise von den Führungsschienen abhebbar sein, dass der Fahrschemel gemeinsam mit dem Basisteil 14' innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung unter Ausgleich des Gesamtgewichts des Industrieroboters 10' – abgestützt oder aufgehängt an einem raumfesten Bezugssystem – beweglich gehaltert ist.
– Beim Ausführungsbeispiel nach den 12 und 13 ist das Basisteil 14'' des Industrieroboters 10'' mit dem Fahrschemel 16' über eine Führung 57 verbunden, die lediglich vertikale Relativverschiebungen, und aufgrund von Endanschläge 58 auch diese nur mit einem begrenzten Hub zulässt. Der Fahrschemel 16' ist in der Weise von den Führungsschienen 17' abhebbar oder von ihnen lösbar, dass der Fahrschemel 16' gemeinsam mit dem Basisteil 14'' innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung beweglich gegenüber den Führungsschienen 17' von dem gegenüber Grund wirksamen Gewichtsausgleich gehaltert ist.

Die erfindungsgemäße Wirkung der räumlich starren und reproduziergenauen Kopplung des gewichtsausgeglichen mit dem Werkstück mitgeführten Industrieroboters besteht darin, dass das Basisteil des Industrieroboters während der Arbeitsphase in einer maßlich stets gleich bleibenden Relativposition festgelegt ist und während der Arbeitsphase keinerlei Relativbewegung zum Werkstück mehr ausführt. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

– Es können ohne weiters auch Arbeiten mit hohen Genauigkeitsanforderungen durch Industrieroboter bei kontinuierlich bewegtem Werkstück durchgeführt werden.
– An die Längsführung des Industrieroboters werden nur geringe Genauigkeitsanforderungen gestellt.
– Dadurch können die Arbeitsstationen kostengünstiger gestaltet werden.
– Auf Seiten des Werkstückes können beliebige Fördersysteme zugelassen werden, wodurch das System sehr universell einsetzbar ist.
– Erfindungsgemäß können auch präzise durchzuführende Roboterarbeiten erstmals in einer kontinuierlichen, d.h. ungetakteten Fertigung realisiert werden.
– Dadurch können die Arbeitsstationen unterschiedlich lang, d.h. im Hinblick auf die jeweils durchzuführenden Arbeitsoperationen optimiert ausgelegt werden.
– Dadurch kann innerhalb einer vollständigen Fertigungslinie die Anzahl der erforderlichen Roboter-Arbeitsstationen minimal gehalten werden, d.h. der Zwang zur Aufteilung der gesamten Arbeit in zeitgleiche Arbeitstakte und in dementsprechend viele Arbeitsstationen besteht nicht mehr.

Nachfolgen soll näher auf verschiedene Arten der räumlich starren Kopplung des Basisteils des Industrieroboters an das Werkstück eingegangen werden, die in den 2 bis 6 in fünf Varianten dargestellt sind. Diese Varianten der Kopplung sind nicht nur bei dem in den 2 bis 6 gezeigten Industrieroboter 10, sondern auch beim Industrieroboter 10' nach 11 und beim Industrieroboter 10'' nach den 12 und 13 einsetzbar.
In vier der dargestellten Ausführungsbeispielen der Ankoppelung des Basisteils (2 bis 5 und 11) ist dieses über ein Paar von unteren Koppelstangen 20, 20', 29 oder 31 mit der oder den Adapterschienen 5 befestigt; die Ankoppelungen gemäß 2 und 11 stimmen im Prinzip überein. Die unteren Koppelstangen sind, wie es in der Grundrissdarstellung nach 1 zu erkennen ist, durch Diagonalstäbe gegeneinander versteift und im übrigen dauerhaft und biegesteif mit dem Basisteil 14, 14' des Industrieroboters 10, 10' verbunden. Bei einem fünften Ausführungsbeispiel der Ankoppelung des Basisteils gemäß 6 wird dieses mittels eines horizontal verschiebbaren Koppeltubus 34 und einer Koppelplatte biegesteif an das Adaptergestell 5' angekoppelt.
Die in den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 gezeigten unteren Koppelstangen sind jeweils zweiteilig mit einem stabförmigen, vorderen (21) und einem hülsenförmigen, hinteren Koppelstangenteil 22 ausgebildet, die teleskopartig im Sinne einer Verlängerung bzw. Verkürzung zueinander bewegt und die in der verlängerten Endstellung unbeweglich zueinander verklemmt werden können. Völlig analog sind auch die unteren Koppelstangen 20' (11) bzw. 31 (5) der Ausführungsbeispiele nach den 11 bzw. 5 ausgebildet. Durch Ausfahren der oberen und unteren Koppelstangen in ihre jeweilige Endstellung wird das angekoppelte Basisteil in die vorgeschriebene Relativlage zum Werkstück gebracht.
Am unteren Ende des vorderen Koppelstangenteils 21 ist, wie 10 deutlicher erkennen lässt, eine horizontal ausgerichtete Gleitführung 51 für einen mit einem Verschiebeantrieb versehenen Schlitten 51 angebracht, die – im Grundriss gesehen – rechtwinklig zur Adapterschiene 5 orientiert ist. Der Schlitten 51 kann auf der Gleitführung gesteuert hin und her bewegt und in der vorderen Endstellung starr auf der Gleitführung festgeklemmt werden. Am Schlitten ist ein Schraubermotor gehaltert, dessen Wellenzapfen in Form einer Fixierschraube 52 mit einem Führungszapfen 53 ausgebildet ist.
Bei positionsgleichem Synchronlauf von Industrieroboter und Werkstück am Anfang A der Arbeitsstrecke 23 werden die vorderen Koppelstangenteile aus der in 10 strichpunktiert angedeuteten, zurückgezogenen Stellung in Richtung auf die Adapterschiene 5 vorgeschoben. Dabei gelangt die in einer zunächst noch zurückgezogenen, ebenfalls strichpunktiert angedeuteten Position befindliche Fixierschraube 52 gleichachsig zu einer Gewindebohrung in der Adapterschiene. Der Schlitten 51 wird nun bei laufendem Schraubermotor nach vorne geschoben, wobei mit Hilfe des Führungszapfens 53 die Fixierschraube in die Gewindebohrung eingeführt, darin eingeschraubt und schließlich festgezogen wird. Anschließend werden der Schlit ten 51 auf der Gleitführung 50 und der vordere (21) im hinteren Koppelstangenteil 22 in der mechanisch vorgegebenen Endstellung festgeklemmt. Damit sind die unteren Koppelstangen starr mit der Adapterschiene und somit starr mit der Karosserie verbunden und in soweit auch die gewünschte Relativlage zwischen Karosserie und Roboter herbeigeführt.
Selbstverständlich sind noch viele andere Ausführungen zur starren Befestigung des unteren Endes der Koppelstangen mit der Adapterschiene denkbar; die beschriebene Ausführung stellt lediglich eine beispielsweise gegebene Möglichkeit dar. Bei allen diesbezüglichen Lösungen ist zum einen wichtig, dass eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen Koppelstangenende und Adapterschiene schnell hergestellt und ebenso schnell auch wieder gelöst werden kann. Zum anderen ist wichtig, dass durch die Koppelstangen eine maßlich genau definierte und bei jedem Arbeitszyklus gleiche Relativlage zwischen dem Basisteil des Roboters und dem Werkstück herbeigeführt wird.
Durch die zug- und druckfeste Verbindung zwischen dem unteren Ende der beiden gegeneinander versteiften und biegesteif am Basisteil des Industrieroboters befestigten Koppelstangen 20 einerseits und der Adapterschiene 5 andererseits sind bereits drei von sechs möglichen Freiheiten einer Relativbewegung zwischen Industrieroboter und Werkstück wirkungsvoll aufgehoben. Und zwar sind durch die bisher geschilderte Koppelung nicht nur eine horizontale Querverschiebung, sondern auch eine horizontale Längsverschiebung des Basisteils relativ zur Karosserie, d.h. eine Abstandsänderung sowie ein Voreilen bzw. Zurückbleiben der Karosserie gegenüber dem Industrieroboter wirkungsvoll verhindert. Ferner ist dadurch auch ein gegenseitiges Verschwenken um eine vertikale Achse im Sinne einer sog. Gierbewegung ausgeschlossen. Darüber hinaus sind andere Relativbewegungen erschwert. Würde es bei der geschilderten, unten an der Karosserie angreifenden Koppelung bleiben, so wären im Rahmen einer gewissen verbleibenden Biege elastizität des Koppelstangenpaares noch eine relative Wankbewegung sowie eine Nickbewegung der Karosserie gegenüber dem. Industrieroboter möglich. Ferner könnte sich bei vertikalen Beschleunigungen z.B. aufgrund von Erschütterungen u.U. der vertikale Abstand zwischen Roboter und Werkstück ändern.
Durch das Hinzutreten einer weiteren, oben an der Karosserie angreifenden Koppelung zwischen Basisteil und Karosserie werden jedoch die verbleibenden drei Freiheiten der Relativbewegung ebenfalls aufgehoben, wobei hier ein Zusammenwirken mit der bereits geschilderten Koppelung durch die unteren Koppelstangen wichtig ist. Die vier in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich bezüglich dieser zusätzlichen Koppelung.
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist ein oberer Koppelausleger 24 bzw. 27 am Basisteil 14 des Industrieroboters angebracht, der in Längsrichtung sowie in Vertikalrichtung in sich schub- und biegesteif ausgebildet und biegesteif am Basisteil befestigt ist. Der Koppelausleger 24 nach 2 ist an seinem vorderen Ende mit einem quer verschiebbaren Greifer 25 versehen, der bezüglich des lichten Querschnitts seines Greifmauls an den Querschnitt der Mittelsäule 26 der Karosserie im oberen Bereich der Mittelsäule angepasst ist. Während zum Zeitpunkt des positionsgleichen Synchronlaufs am Ende der Beschleunigungsstrecke die Enden der unteren Koppelstangen mit der Adapterschiene 5 in der bereits geschilderten Weise verbunden werden, wird zeitgleich der zunächst in einer zurückgezogenen Position befindliche, geöffnete Greifer 25 in Richtung auf die Mittelsäule 26 ausgefahren und dann geschlossen, so dass er diese spielfrei und formschlüssig umschließt. Durch die Wirkung der oberen Ankoppelung werden im Zusammengehen mit der unteren Ankoppelung nicht nur relative Vertikalverschiebungen (Höhenveränderungen) der Karosserie gegenüber dem Industrieroboter wirkungsvoll verhindert, sondern auch Verschwenkungen um eine Horizontalachse in Längsrichtung (Wankbewegungen) als auch Horizontalverschwenkungen im Sinne einer Nickbewegung vermieden.
Bei der in 3 gezeigten, gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 2 nur geringfügig anders ausgebildeten Ankoppelung ist der obere Koppelausleger 27 mit einem beweglich an ihm angelenkten Sauggreifer 28 versehen. Dieser kann mit seinen unterseitig angebrachten Saugnäpfen auf das Karosseriedach angelegt werden und hält nach Anlegen eines Vakuums das Dach sicher fest. Die stabilisierende Wirkung der oberen Ankoppelung nach 3 ist im Prinzip die gleiche, wie die nach 2. Falls die Karosserie – wie in der Fertigmontage der Fahrzeuge üblich – lackiert sein sollte, so wird man das Dach zur Schonung der Lackierung zuvor zweckmäßigerweise mit einer selbstklebenden Schutzfolie überkleben.
Beim Ausführungsbeispiel nach 4 wird ein anderer Weg zur vollständigen Koppelung des Basisteils des Industrieroboters an das Werkstück beschritten. Zwar ist auch hier ein unteres Paar von Koppelstangen 29 am Basisteil 14 angebracht, die in Horizontalrichtung gegeneinander ausgesteift und biegesteif am Basisteil befestigt sind. Jedoch sind die beiden Koppelstangen 29 dieser Ausführung horizontal und auf Höhe der Adapterschienen 5 der Karosserie am Basisteil angebracht und – im Grundriss gesehen – exakt rechtwinklig zur Förderrichtung 6 ausgerichtet. Im Innern der Koppelstangen ist jeweils eine axialbeweglich darin geführte, biegesteife Stange – nachfolgend Koppelschwert 30 genannt – gelagert, welches mit einem Verschiebeantrieb versehen ist, durch den es um wenigstens die Breite der Karosserie hin und her verschoben werden kann. Beide Adapterschienen sind mit an den Querschnitt des Koppelschwerts angepassten, rechts und links deckungsgleich positionierten Durchtrittsöffnungen versehen, durch die die Koppelschwerte bei geringem Spiel hindurch gesteckt werden können. Im Inneren der Koppelschwerte ist noch eine Vorkehrung getroffen, mit der sich die Koppelschwerte nach dem vollständigen Einführen in die Durchtrittsöffnung der Adapterschienen darin mechanisch verriegeln lassen. Dies kann z.B. durch quer in den Koppelschwerten verlaufende Verriegelungsbolzen geschehen, die durch eine axial im Inneren der Koppelschwerter angeordnete Zugstange im Verriegelungssinne oder im Entriegelungssinne betätigt werden können.
Durch Einführen der Koppelschwerte in die beiden rechts und links an der Karosserie angebrachten Adapterschienen 5 und durch das Verriegeln der Koppelschwerte darin können alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung zwischen Industrieroboter und Karosserie aufgehoben werden. Zwar müssen zur wirkungsvollen Verhinderung von etwaigen relativen Wankbewegungen der Karosserie gegenüber dem Industrieroboter die Koppelschwerter sehr biegesteif ausgeführt werden, was eine gewisse Bauhöhe derselben und der Adapterschienen voraussetzt. In gleicher Weise muss auch die untere, jeweils ein Koppelschwert führende Koppelstange 29 selber sehr biegesteif ausgeführt und hoch biegesteif am Basisteil befestigt sein. Darüber hinaus sind die Koppelstangen und die in ihnen gleitenden Koppelschwerter sehr lang. Alles dies läuft auf einen gewissen Bauaufwand und Baugewicht, also auf gewisse Bau- und Investitionskosten hinaus. Der erhebliche Vorteil der Anordnung nach 4 gegenüber den anderen Varianten besteht jedoch darin, dass die Koppelung von Roboter und Werkstück ausschließlich in einem die Bewegung des Arbeitsarmes 11 nicht beeinträchtigen Bereich, d.h. ausschließlich unten am Werkstück stattfindet. Der Arbeitsarm des Industrieroboters ist dadurch in seiner Beweglichkeit nicht beeinträchtigt, was im Sinne einer universellen Einsetzbarkeit des Industrieroboters sehr hoch zu veranschlagen ist.
In eine ähnliche Richtung zielt das Ausführungsbeispiel nach 5. Dort ist eine Ankoppelung mittels eines Paares unterer Koppelstangen 31 vorgesehen, die gegeneinander biegesteif verstrebt sind und auch biegesteif am Basisteil 14 des Industrieroboters 10 befestigt sind. Die beiden Koppelstangen greifen nur an der einen, dem Industrieroboter zugekehrt lie genden Adapterschiene an, und zwar in der im Zusammenhang mit 10 bereits geschilderten Weise. Zur vollständigen, d.h. alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung blockierenden Koppelung von Basisteil und Karosserie ist beim Ausführungsbeispiel nach 5 ein sehr großer Koppelausleger 32 am Basisteil 14 des Industrieroboters angebracht, der den Bewegungsspielraum des Arbeitsarmes 11 überspannt und aus diesem Grunde dessen Beweglichkeit nicht beeinträchtigt. Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Ende des Koppelauslegers ein vertikal beweglicher Sauggreifer 33 angebracht, mit dem der Koppelausleger endseitig am Karosseriedach festgesetzt werden kann. Der Koppelausleger 32 muss in allen Belastungsrichtungen in sich ebenfalls sehr biegesteif ausgebildet und biegesteif am Basisteil befestigt sein.
In 6 ist eine weitere Koppelung zwischen dem Basisteil 14 des Roboters und der Karosserie 3 gezeigt, die – ähnlich wie die Koppelung nach 4 – besonders für die Anwendung in Hängeförderbahnen geeignet erscheint, weil mit ihr eine vollständige, d.h. alle sechs Freiheitsgrade der Bewegung aufhebende Koppelung ohne oberseitige Koppelglieder zustande kommt. In diesem Fall wird ein in sich starres, genau gefertigtes Adaptergestell 5' eingesetzt, welches sich über die gesamte Breite der Karosserie erstreckt und welches – ähnlich wie die beiden einzelnen Adapterschienen 5 – ebenfalls an den stabilen und genau gefertigten Karosseriepunkten über dortige Steckhülsen befestigt ist. Außerdem erstreckt sich das Adaptergestell über eine gewisse Bauhöhe, so dass seitlich über diese Höhe hinweg roboterseitige Koppelglieder bei hoher Biegesteifigkeit an das Adaptergestell angekoppelt werden können. Dadurch können auch Wank- sowie Nickbewegungen und Höhenveränderungen der Karosserie gegenüber dem Roboter wirksam vermieden werden; oberseitig an der Karosserie angreifende Koppelglieder sind aufgrund dessen entbehrlich.
Roboterseitig ist bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel der Koppelung das Basisteil 14 des Roboters auf der Höhe des Adaptergestelles 5' mit einer horizontalen Führung versehen, in der ein Koppeltubus 34 horizontal verschiebbar ist. Die Führung ist in sich biegesteif ausgebildet und auch biegesteif am Basisteil 14 angeschlossen. In der strichpunktiert angedeuteten, durch mechanische Anschläge definierten Endstellung des Koppeltubus kann dieser innerhalb der Führung festgeklemmt werden, so dass er mit der Führung eine starre, biegesteife Einheit bildet. An seiner Stirnseite ist der Koppeltubus mit einer Koppelplatte 35 versehen von der zwei Zentrierzapfen horizontal abragen, die in entsprechende Buchsen des Adaptegestells eingreifen. Durch mehrere schwenkbare Befestigungskrallen, die am Rand der Koppelplatte angeordnet sind (nicht dargestellt) und die eine entsprechende Platte am Adaptergestell hintergreifen können, kann die Koppelplatte hoch belastbar und vor allem Biegesteif am Adaptergestell festgekrallt werden.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die geschilderten Arten von Koppelungen nicht nur bei dem Industrieroboter 10 nach den 1 bis 6, sondern auch bei dem Industrieroboter 10' nach 11 oder auch beim Industrieroboter 10" nach den 12 und 13 eingesetzt werden können.
Die Besonderheit des Industrieroboters 10 nach den 1 bis 6 gegenüber dem Industrieroboter 10' nach 11 besteht – wie gesagt – darin, dass das Basisteil 14 vom Fahrschemel 15 im Werkstück-gekoppelten Zustand gelöst werden kann und der vom Fahrschemel getragene Industrieroboter ihm gegenüber frei schwimmen kann. Nachfolgen sei im Zusammenhang mit 9 näher auf die lösbare Verbindung zwischen Basisteil 14 und Fahrschemel 15 eingegangen.
Das im Prinzip runde Basisteil 14 weist in den dargestellten Ausführungsbeispielen unterseitig eine zumindest an den Ecken radial überstehende, angenähert quadratische Tragplatte 42 auf. Wie die Grundrissdarstellung nach 1 erkennen lässt, ist im Eckbereich der Tragplatte jeweils eine Fixier bohrung 46 angebracht, in die ein Fixierbolzen 43 des Fahrschemels lagesichernd eingreift.
Einzelheiten dieser lösbaren Fixierung sind in 9 gezeigt, wo der Zustand der unbeweglichen Fixierung der Tragplatte 42 am Fahrschemel 15 in vollen Linien dargestellt ist. Der Fixierbolzen 43, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Stützschulter 36 versehen ist, greift in die passgenau gearbeitete Fixierbohrung 46 ein. Aufgrund der Stützschulter des hubbeweglich gehalterten und in der oberen Endstellung befindlichen Fixierbolzens ist die Tragplatte im Abstand zur Oberseite 49 des Fahrschemels gehalten, so dass ein Freiraum zur Unterbringung des Luftfederbalges 40 und eines dynamischen Luftkissens 41 geschaffen ist. Der Fixierbolzen und die Fixierbohrung sind an den einander zugekehrt liegenden Endkanten breit angefast, um ein axiales Ineinandergleiten von Bolzen und Bohrung zu erleichtern. Um ein Abheben der Tragplatte 42 von der Stützschulter des Fixierbolzens zu verhindern, ist im Inneren des axial durchbohrten Fixierbolzens 43 ein durch einen Klemmzylinder 45 axialbeweglicher Klemmbolzen 44 angeordnet. Durch einen Kopf 37 am oberseitigen Ende des Klemmbolzens, der im Durchmesser Größer als die Fixierbohrung 46 ist, kann die Tragplatte von oben auf die Stützschulter 36 des Fixierbolzens festgeklemmt werden. Dadurch ist die Tragplatte horizontal und vertikal sicher in einer mechanisch vorgegebenen Lage festgehalten.
Um im Werkstück-gekoppelten Zustand des Basisteils die Tragplatte 42 des gewichtsausgeglichen durch einen Luftfederbalg 40 gehaltenen Basisteils ohne Höhenänderung vom Fahrschemel 15 lösen und sie innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraumes frei schwimmen lassen zu können, ist der Fixierbolzen 43 durch einen Ringkolben 38 und einen entsprechenden Ringzylinder 39 aus der in vollen Linien dargestellte Haltestellung nach unten in eine strichpunktierte Lösestellung absenkbar. Zugleich wird der Klemmbolzen 44 durch den Klemmzylinder 45 in die ebenfalls strichpunktiert angedeutete Lösestellung an gehoben. Nachdem der Schaftdurchmesser des Klemmbolzens 44 wesentlich kleiner als der Durchmesser der Fixierbohrung 46 ist, und nachdem in der Lösestellung die Stützschulter 36 nach unten und der Klemmkopf 37 nach oben von der Tragplatte 42 abgerückt sind, kann die Tragplatte im gelösten Zustand im Rahmen dieser Abstände bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung um die Fixierstellung herum nach allen Richtungen frei floaten. Der vorzugsweise permanent im Luftfederbalg 40 und im Luftkissen 41 anstehende Arbeitsdruck ist jeweils so einzustellen, dass die Höhenlage des Basisteils im entkoppelten Zustand möglichst genau der Höhenlage im starr gekoppelten Zustand entspricht, so dass beim Entkoppeln praktisch keine Höhenveränderungen auftreten. Nach Beendigung der Arbeitsphase kann durch unterseitige Beaufschlagung des Ringkolbens 38 und oberseitiges Beaufschlagen des Kolbens des Klemmzylinders 45 der Fixierbolzen 43 mit Stützschulter 36 und der Kopf 37 des Klemmbolzens 44 kurzfristig wieder in die Fixierstellung zurück gebracht werden. Aufgrund dieser Ausgestaltung kann das Basisteil 14 in sehr kurzer Zeit vom Fahrschemel 15 gelöst und auch wieder an ihn lagegenau fixiert werden. Dieser sehr rasch vorzunehmende Wechsel muss zugleich mit dem Koppeln des Basisteils an das Werkstück bzw. dem Lösevorgang von ihm erfolgen.
Bevor auf Einzelheiten des insbesondere in 8 dargestellten pneumatischen Gewichtsausgleichs des Basisteils 14 näher eingegangen wird, sei vorab der Vollständigkeit halber auch noch auf eine mechanische Möglichkeit hierzu, nämlich auf eine pendelnde Aufhängung des Basisteils hingewiesen. Dazu wäre es erforderlich, das Basisteil in einem vom Fahrschemel getragenen Portal kardanisch aufzuhängen. Zu diesem Zweck müsste das Basisteil in einem horizontalen Ring, der das Basisteil mit Abstand umfasst, bei horizontaler, durch den Schwerpunkt des Industrieroboters hindurchgehender Schwenkachse schwenkbar gelagert und dieser Ring seinerseits in einem das Basisteil überspannenden Bügel schwenkbar gelagert werden, wobei die zweite Schwenkachse zwar höhengleich aber rechtwinklig zur erstgenannten Schwenkachse anzuordnen wäre. Der Bügel schließlich könnte vertikal oberhalb des Schnittpunktes der Schwenkachsen an einem Stahlseil pendelnd aufgehängt werden, wobei das obere Ende des Stahlseils in dem bereits erwähnten, vom Fahrschemel getragenen Portal, welches den Industrieroboter mit großem Abstand überspannt, befestigt ist. Um nicht nur ein horizontales Pendeln des Basisteils im gelösten Zustand zulassen zu können, sondern auch ein gewichtsausgeglichenes vertikales Floaten des Basisteiles zu ermöglichen, müsste in die Aufhängung, z.B. in das erwähnte Stahlseil, noch eine elastische Feder mit flacher Kennlinie integriert sein, die zwar das Gewicht des Industrieroboters zu tragen vermag aber doch Höhenschwankungen des Roboters bei nur geringer Kraftänderung in der Aufhängung zulässt.
An Stelle einer pendelnden Aufhängung wäre auch noch eine elastische Abstützung des Basisteils über einen horizontal beweglichen Ring denkbar, der das darin kardanisch aufgehängte Basisteil aufnimmt. Dazu müsste statt des oben erwähnten Bügels ein zweiter horizontaler Ring vorgesehen sein, der unterseitig durch einen Kranz von weichen Druckfedern an der Oberseite des Fahrschemels abgestützt ist. Die Druckfedern laufen vorteilhafter Weise an ihren Enden konisch spitz zu, so dass sie in Horizontalrichtung verkippt werden können, was die Horizontalbeweglichkeit des Stützringes erleichtert. Die Summe der Kräfte dieser Druckfedern muss das Gewicht des Industrieroboters aufnehmen.
Eine baulich weniger aufwändige pneumatische Halterung zum Gewichtsausgleich des Basisteils 14 auf dem Fahrschemel ist in den Zeichnungen, insbesondere in den 8 und 9 dargestellt. Dort ist zwischen der Unterseite des Basisteils 14 und der oberseitigen Stützplatte 49 des Fahrschemels 15 ein Luftfederbalg 40 angeordnet, der im Fall der schwimmenden Halterung des vom Fahrschemel gelösten Basisteils mit einem fein abgestimmten Luftdruck beaufschlagt wird. Auf die Höhe des über den Luftanschluss 47 zugeleiteten Luftdruckes sei weiter unten noch näher eingegangen. Um das Basisteil auch in Horizontalrichtung kraftfrei über die Stützplatte des Fahrschemels floaten lassen zu können, ist an der Unterseite des Luftfederbalges 40 noch ein dynamisches Luftkissen 41 angebracht, das über den Luftanschluss 47' seine nach Luftdruckhöhe und Luftmenge fein abgestimmte Druckluft erhält. Das ähnlich wie ein Luftfederbalg ausgebildete Luftkissen 41 ist unterseitig mit einem Versteifungsring stabilisiert, weist jedoch eine großflächige Öffnung 48 auf. Der Druck im Luftkissen ist so hoch eingestellt, dass sich zwischen der unterseitigen Auflagefläche des mit der Öffnung 48 versehenen Versteifungsrings und der Stützplatte 49 des Fahrschemels ständig ein radial nach außen strömender Luftfilm ausbildet. Dadurch ist der Reibungswiderstand in der Berührungsfläche gegen horizontale Relativverschiebung vernachlässigbar gering.
Beim positionsgleichen Synchronlauf des Industrieroboters mit dem Werkstück am Punkt A wird das Basisteil zuerst allseits starr an das Werkstück angekoppelt und erst danach das Basisteil 14 vom Fahrschemel 15 gelöst. Durch Ausfahren der Koppelstangen auf ihre durch mechanische Anschläge definierte Endstellung wird dann die exakte Relativposition zwischen Basisteil und Werkstück herbeigeführt. Diese Vorgänge müssen allerdings sehr rasch und in kurzer Zeitfolge vonstatten gehen. In einem kurzen Übergangszeitraum ist das Basisteil sowohl mit dem Fahrschemel als auch mit dem Werkstück starr verbunden. Der Gewichtsausgleich durch den Luftfederbalg 40 muss schon rechtzeitig vor dem Ankoppeln des Basisteils an das Werkstück aktiviert sein, so dass der zum Tragen des Industrieroboters erforderliche Luftdruck im Luftfederbalg bereits ansteht. Dieser Luftdruck kann vorzugsweise permanent, d.h. auch in den Phasen stehen bleiben, in denen das Basisteil mechanisch starr mit dem Fahrschemel verbunden ist. Am Ende der Arbeitsphase, wo das Basisteil vom Werkstück gelöst und mit dem Fahrschemel verbunden wird, ist es gerade umgekehrt. Bei diesem Wechsel muss zunächst die starre Verbindung zwischen Basisteil und Fahrschemel wieder hergestellt werden, bevor die Verbindung zum Werkstück gelöst werden darf. Auch bei diesem Übergang ist das Basisteil eine kurze Zeit lang sowohl mit dem Fahrschemel als auch mit dem Werkstück starr verbunden.
Zwar haben Luftfederbälge eine sehr geringe Hysterese, aber nicht unbedingt eine sehr flache Federkennlinie. Um bei Höhenveränderungen des Basisteils gegenüber dem Fahrschemel während des gelösten Zustandes keinen Anstieg oder Abfall der Stützkraft zu bekommen, sondern in allen Höhenlagen das Eigengewicht des Industrieroboters möglichst genau durch den Luftfederbalg ausgleichen zu können, wird dem Luftfederbalg ein geregelter Luftdruck zugeführt, wobei der Luftfederbalg seinen Luftdruck von der Luftdruckquelle her über ein Druckregelventil erhält. Um den Luftdruck geregelt zuführen zu können, ist wenigstens eines der Koppelglieder 20 mit einem Kraftmesssensor 60 versehen. Normalerweise wirkt auf die Koppelstangen keine oder nur eine sehr geringe Kraft ein. Wenn jedoch die Karosserie z.B. aufgrund einer Wankbewegung über eine längere Zeit hinweg das Basisteil um ein kleines Stück anzuheben trachtet, lässt die Stützkraft des Luftfederbalges nach, und die Koppelglieder müssen das Defizit an Stützkraft aufnehmen. Deshalb ist der Kraftmesssensor so ausgebildet und am Koppelglied angebracht, dass die dort detektierte Kraft eine Vertikalkraft repräsentiert, die je nach Lageänderung der Karosserie während der Arbeitsphase das luftfederunterstützte Basisteil anzuheben bzw. niederzudrücken versucht. Mit dem Kraftmesssensor 60 ist ein Regler für den Luftdruck im Luftfederbalg 40 gekoppelt. Der Luftdruckregler wirkt in Abhängigkeit von der durch den Kraftmesssensor 60 ermittelten Kraft auf das erwähnte Druckregelventil derart ein, dass bei einer vom Werkstück her im niederdrückenden Sinn auf den Luftfederbalg 40 einwirkenden Kraft der Luftdruck im Balg abgesenkt und bei einer das Basisteil in der Tendenz von Luftfederbalg abhebenden Kraft der Luftdruck im Balg erhöht wird. Angestrebt ist, dass die im Koppelglied 20 wirkende Kraft unterhalb eines bestimmten Schwellwertes bleibt. Dadurch wird sichergestellt, dass in allen sich nur geringfügig unterscheidenden Höhenlagen des Basisteils gegenüber der Stützplatte des Fahrschemels das Eigengewicht des Industrieroboters weitgehend pneumatisch und konstant ausgeglichen wird.
Während der Arbeitsphase ist das Basisteil 14 des Industrieroboters – wie gesagt – vom Fahrschemel 15 gelöst und innerhalb gewisser, mechanisch vorgegebener Grenzen gegenüber dem Fahrschemel frei beweglich. Der angetrieben neben dem Werkstück her fahrende Fahrschemel hat in dieser Phase lediglich noch die Aufgabe, das Gewicht des Industrieroboters zu tragen, ihn jedoch nicht zu führen. Hierbei könnte es vorkommen, dass der Bewegungsspielraum zwischen Basisteil und Fahrschemel aufgrund von Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Werkstück und Fahrschemel in der einen oder anderen Richtung überschritten wird. Um es in einem solchen Zustand nicht zu Verzwängungen in den beiden Antrieben kommen zu lassen, ist vorgesehen, dass im Kraftfluss zum Antriebszahnrad 74 des Fahrschemels die bereits erwähnte Schlupfkupplung 18 angeordnet ist, die aufgrund des zugelassenen Schlupfes zwischen An- und Abtriebsseite derartige Verzwängungen verhindert. Durch einen Kupplungsschlupf wird die Antriebskraft des Fahrschemels auf einen einstellbaren Wert begrenzt.
Andererseits sollen während der Beschleunigungsphase, während des Eilrücklaufes und bei einem eventuellen Not-Halt hohe An- triebs- oder Bremskräfte über das Antriebszahnrad 74 übertragen werden können. Deshalb ist die Schlupfkupplung derart ausgebildet, dass sie starr durchgekuppelt, also in einen Zustand überführt werden kann, in dem ein Schlupf zwischen An- und Abtriebsseite der Schlupfkupplung 18 verhindert ist. Zur sicheren Beherrschung der Beschleunigungsphase und des Eilrücklaufes arbeitet der robotereigene Längsantrieb 73 deshalb während der genannten Phasen form- oder kraftschlüssig, d.h. nicht-schlupfend.
Geeignete Kupplungen dieses Typs wären hydrodynamische Kupplungen oder Visko-Kupplungen. Beim zuletzt genannten Kupplungstyp sind abwechselnd antriebsseitige und abtriebsseitige Kupplungslamellen ineinandergreifend angeordnet, die in einem ölgefüllten Gehäuse laufen. Das im Schlupfzustand übertragbare Drehmoment kann durch den Abstand der antriebsseitigen und abtriebsseitigen Kupplungslamellen vorgegeben werden. Andererseits kann eine Visko-Kupplung bedarfsweise durch kraftvolles, axiales Zusammenpressen der Kupplungslamellen starr durchgekuppelt werden.
Der robotereigene Längsantrieb wird ab dem Ende der Beschleunigungsphase und während der gesamten Arbeitsphase, d.h. in dem an das Werkstück 3 gekoppelten Zustand, im Mittel mit der Geschwindigkeit der Fördereinrichtung 1 voranbewegt. Hierbei kann die an der Fördereinrichtung 1 gemessene Fördergeschwindigkeit als Sollgeschwindigkeit einem Geschwindigkeitsregler vorgegeben und dem Antrieb des Fahrschemels des Industrieroboters aufgeprägt werden, wobei die Ist-Geschwindigkeit des Fahrschemels an dem Antriebszahnrad 74 abgenommen werden muss.
Obwohl der Fahrschemel also mit einer geregelten, mit der Fördergeschwindigkeit übereinstimmenden Geschwindigkeit angetrieben wird, kann es im Rahmen von Mess- und Regelungsungenauigkeiten gleichwohl zu kleinen, länger andauernden Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen Werkstück und Fahrschemel kommen. Eine weitere Ursache hierfür könnte auch der gewollte Schlupf in der Schlupfkupplung 18 sein. Aufgrund einer länger anhaltenden Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Werkstück und Fahrschemel kann es vorkommen, dass der Fahrschemel im Rahmen der begrenzten relativen Beweglichkeit das Werkstück in Förderichtung "überholt" oder dass sie gegenüber dem Werkstück zurückbleibt. Hierbei kann es zu einer Berührung des Klemmbolzens 44 mit der Fixierbohrung 46 kommen. In einem solchen Berührungszustand wäre die freie Beweglichkeit des Basisteils 14 gegenüber dem Fahrschemel 15 in Längsrichtung einge schränkt und in Vertikalrichtung sowie in Querrichtung erschwert.
Um einen solchen Zustand zu vermeiden, kann der Antrieb des Fahrschemels zusätzlich auf eine zweite Art geschwindigkeitsgeregelt erfolgen, und zwar in Abhängigkeit vom horizontalen Verschiebezustand der Tragplatte 42 gegenüber dem Fahrschemel. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Basisteil 14 des Industrieroboters 10 und dem Fahrschemel 15 ein Weggeber 70 angeordnet (siehe 1), der während der Arbeitsphase horizontale, in Längsrichtung 6 liegende Relativverschiebungen zwischen Basisteil und Fahrschemel ermittelt. Dieser Weggeber misst den horizontalen Abstand zwischen je einem Referenzpunkt an der Tragplatte 42 und einem in Längsrichtung 6 fluchtend gegenüber liegenden Referenzpunkt am Fahrschemel; und zwar wird eine solche Abstandsmessung zugleich an wenigstens drei gegenseitig horizontal und vertikal beabstandeten Stellen durchgeführt. Aus diesen wenigstens drei Abstandswerten wird ein Bemittelter Abstand errechnet, bei dem etwaige verschwenkungsbedingten Abstandsänderungen eliminiert sind.
Der Weggeber ist mit einem Geschwindigkeitsregler für die Fahrgeschwindigkeit des Fahrschemels 15 gekoppelt. Der Geschwindigkeitsregler seinerseits wirkt auf einen regelbaren Antriebsmotor des Fahrschemels 15 ein. Und zwar wird deren Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der durch den Weggeber 70 ermittelten Relativverschiebung zwischen Basisteil 14 und Fahrschemel 15 derart erhöht bzw. erniedrigt, dass die Relativverschiebung unterhalb eines bestimmten Maximalwertes bleibt. Dadurch wird eine länger andauernde Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Werkstück und Fahrschemel während der Arbeitsphase, d.h. während des gelösten Zustandes des Industrieroboters vermieden. Der Klemmbolzen 44 bleibt somit selbst bei Geschwindigkeitsschwankungen der Fördereinrichtung stets annähernd mittig innerhalb der Fixierbohrung 46 stehen.
Während der Arbeitsphase ist das Basisteil 14 des Industrieroboters 10 – wie gesagt – vollständig an das Werkstück gekoppelt und kann gegenüber dem Fahrschemel gewichtsausgeglichen allseits frei schwimmen. Die Reaktionskräfte des Industrieroboters müssen während dieser Arbeitsphase durch die Koppelstangen und Koppelausleger aufgenommen werden. Derartige Reaktionskräfte können zum einen durch die auszuführende Arbeit selber herrühren, z.B. wenn ein gewisser Arbeitswiderstand beim Fügen von Montageteilen zu überwinden ist. Durch geeignete Gestaltung der Fügepartner bzw. der Fügespalte und des Roboterwerkzeuges lassen sich derartige, arbeitsbedingte Reaktionskräfte beherrschen. Beispielsweise kann beim schwergängigen Fügen von Zubauteilen ein Gegenhalter am Roboterwerkzeug integriert sein, der sich im Bereich des Einbauortes auf der in Fügerichtung gegenüber liegenden Seite unmittelbar am Werkstück anlegt und sich dort abstützt. Dadurch können die durch Fügekräfte verursachten Reaktionskräfte bei kurzem Kraftfluss in das Werkstück ableitet werden.
Neben diesen arbeitsbedingten Reaktionskräften treten beim Industrieroboter auch noch massebedingte Reaktionskräfte auf, die sich nicht ohne weiteres vermeiden lassen. Die massebedingten Reaktionskräfte können insbesondere bei raschen Bewegungen des Arbeitsarmes 11 sehr groß werden. Um während der Arbeitsphase des Industrieroboters die Koppelglieder von all zu großen massebedingten Reaktionskräften zu entlasten, ist vorgesehen, dass die rasch vorzunehmenden Roboter- und Armbewegungen zeitlich außerhalb des Werkstück-gekoppelten Zustandes, d.h. nur während des Stillstandes, während des Eilrücklaufes oder während der Beschleunigungsphase vorgenommen werden.
Rasche Roboter- und Armbewegungen sind z.B. nötig, um den Industrieroboter und seinen Arbeitsarm vor Beginn der eigentlichen Arbeit in die erforderliche Ausgangsposition für die durchzuführende Arbeit zu bringen. Bei Montage eines Zubauteiles 9 in das Werkstück muss das beispielsweise auf einem Tisch bereitgelegte Zubauteil zunächst in das Roboterwerkzeug aufgenommen werden, was allein aus Zeitgründen bei rascher Roboterbewegung durchgeführt wird. Aus den oben genannten Gründen – Entlastung der Koppelglieder und Erhaltung eines genauen Koppelungszustandes – wird also ein Zubauteil tunlichst während einer Stillstandszeit des Industrieroboters, d.h. am Ende der Arbeitsphase oder in der Warteposition in das Roboterwerkzeug aufgenommen. Solche Vorgänge könnten auch während einer Verfahrbewegung des Industrieroboters erfolgen, in jedem Fall sollten sie nur während solcher Phasen vorgenommen werden, in denen das Basisteil des Industrieroboters fest mit dem Fahrschemel verbunden ist und die Koppelglieder vom Werkstück gelöst sind. Dies ist während der Beschleunigungsphase und während des Eilrücklaufs der Fall.
Nachfolgend sei auf das in 11 dargestellte Ausführungsbeispiel des Industrieroboters 10' näher eingegangen, bei dem das Basisteil 14' eine unlösbare Einheit mit dem Fahrschemel 16 bildet. Bei diesem Beispiel sind der Luftfederbalg 40' sowie das dynamische Luftkissen 41' an der Unterseite des Fahrschemels 16 angeordnet. Während der Arbeitsphase des Industrieroboters stützen sich diese gewichtsausgleichenden und reibungsvermindernden Bauteile auf der bodenseitig zwischen den beiden Führungsschienen 17 angeordneten Platte 49' ab. Damit der Industrieroboter 10' gemeinsam mit dem Fahrschemel 16 während des werkstück-gekoppelten Zustandes innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraumes allseits frei schwimmen kann, muss der Fahrschemel um ein gewisses Maß vertikal von den Führungsschienen 17 abgehoben werden. Üblicherweise sind die Führungsschienen für Roboter im Kopfbereich formschlüssig von Schienenkrallen umgriffen, die ein ungewolltes Abheben des Fahrschemels von den Schienen, z.B. bei Kippgefahr aufgrund von Massenkräften, verhindern. Diese Schienenkrallen müssten im vorliegenden Fall als bewegliche Zangen ausgebildet sein, die zum Abheben des Fahrschemels von den Führungsschienen durch einen Stellantrieb geöffnet werden. Eine Rbschrägung an den Spurkränzen der Räder und an den Führungs schienen – dieses Detail ist in 11 unten vergrößert dargestellt – stellt nicht nur einen horizontalen Bewegungsspielraum bei geringem Abheben von der Schiene sicher, sondern gewährleistet auch, dass bei Beendigung der Arbeitsphase der Fahrschemel wieder Ordnungsgemäß aufgegleist werden kann.
Beim Ausführungsbeispiel nach 11 geht also der Industrieroboter 10' beim Übergang in die Arbeitsphase in eine leicht angehobene Position über. Dies muss zum einen bei der Bemessung der unteren Koppelstangen 20' und des oberen Koppelauslegers 24 berücksichtigt werden. Zum anderen hat die Anhebung des Industrieroboters während der Arbeitsphase auch Auswirkungen auf die Programmierung, d.h. es muss dabei berücksichtigt werden, dass das Bezugsystem des Industrieroboters während der Arbeitsphase gegenüber der Position des Bezugsystems während der anderen Phasen des Arbeitszyklus' leicht nach oben versetzt ist. Um ein Anheben des Fahrschemels 16 beim Lösen von der Längsführung und die damit verbundenen Implikationen zu vermeiden, können statt dessen die Spurkranzräder auch um ein entsprechendes Maß nach oben in den Fahrschemel eingezogen werden, so dass die Höhenlage des Basisteils beim Lösen unverändert bleibt.
Im übrigen wird beim Ausführungsbeispiel nach 11 der Industrieroboter 10' als ganzes, d.h. einschließlich Fahrschemel 16 während der Arbeitsphase über die allseits starre Ankopplung an das Werkstück in Förderrichtung mit dem Werkstück mitgeschleppt. Dank der Abstützung des Fahrschemels über ein dynamisches Luftkissen auf dem Untergrund 49' ist der Gleitwiderstand jedoch vernachlässigbar gering. Die zum Mitschleppen des Industrieroboters 10' bei konstanter und geringer Fördergeschwindigkeit erforderlichen Kräfte können ohne weiteres von den Koppelgliedern aufgenommen werden. Ein Antrieb des Industrieroboters in Förderrichtung ist während der Arbeitsphase nicht erforderlich.
Bei dem in den 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Industrieroboters 10'' ist ein rahmenartiger Fahrschemel 16' vorgesehen, dar das Basisteil 14'' des Roboters umgibt. Beide Teile – Basisteil und Fahrschemel – sind aufgrund einer Gleitführung 57, die vier Mal am Umfang des rahmenartigen Fahrschemels angeordnet ist, in Vertikalrichtung zueinander exakt geführt. Bedingt durch oberseitige und unterseitige Endanschläge 58 kann der rahmenartige Fahrschemel allerdings nur beschränkt in Vertikalrichtung relativ zum Basisteil verschoben werden. Der Grund für diese Verschiebbarkeit in Vertikalrichtung soll später erläutert werden. Hier sei lediglich vermerkt, dass die Gleitführung so ausgebildet sein muss, dass sie jede andere Bewegung im Rahmen eines etwaigen Spiels ausschließt, also insbesondere kein Verkanten im Sinne einer Wankbewegung zulässt.
An den sich parallel zur Förderrichtung erstreckenden Rahmenschenkeln des rahmenartigen Fahrschemels 16' sind außenseitig jeweils zwei nach unten weisende Führungsarme 67 angebracht, an deren Innenseite jeweils ein Paar von Führungsrollen 59 gehaltert ist. Die Führungsrollen sind jeweils V-förmig und symmetrisch zu einer horizontalen Linie angeordnet und korrespondieren mit einem Paar von entsprechend ausgebildeten und bodenseitig angeordneten, prismatischen Führungsschienen 17' zur bodenseitigen Führung des Fahrschemels 16' bzw. des Industrieroboters 10''.
Um den Fahrschemel von der Längsführung 17' lösen zu können, sind die Führungsrollen von einer in 12 links in vollen Linien und rechts strichpunktiert gezeigten Führungsposition um einen gewissen Hub seitlich nach außen weg verschiebbar, so dass sie in die in 12 rechts in vollen Linie dargestellten Löseposition gelangen. Der Ausweichhub der Führungsrollen beim Lösen des Fahrschemels von der Führung 17' ist zwar einerseits ausreichend groß, um dem Fahrschemel genügend Bewegungsspielraum während der Arbeitsphase zu geben, andererseits sollen die Führungsrollen aus Sicherheitsgründen nicht vollständig außerhalb der Führungsflächen der prismatischen Führungsschienen liegen, damit sie bei einem etwaigen, aus welchen Gründen auch immer verursachten Überschreiten des Bewegungsspielraumes das Basisteil zumindest angenähert auf Spur halten können. Der kurze Ausweichhub der Führungsrollen 59 von der Führungs- in die Löseposition und umgekehrt kann bedarfsweise sehr rasch zurückgelegt und somit der Fahrschemel 16' bei Bedarf in kürzester Zeit von der Führung 17' gelöst bzw. wieder an sie gebunden werden.
Im Unterschied zu den Industrierobotern 10 und 10' weist das Basisteil 14" des Roboter 10'' gemäß den 12 und 13 unterseitig vier Luftfederbälge 40'' auf, die jeweils aus zwei übereinander angeordneten Einzelbälgen gebildet sind. Zur besseren Unterbringung der vier an den Eckpunkten eines Quadrates angeordneten Luftfederbälgen ist unterseitig an dem im Prinzip runden Basisteil 14'' eine quadratische Zwischenplatte 68 vorgesehen. Unter Zwischenfügung einer weiteren, einheitlichen, stabilisierenden Zwischenplatte 69 von ebenfalls quadratischer Form ist gleichachsig zu jedem der Luftfederbälge jeweils ein dynamisches Luftkissen 41'' angeordnet, welches sich auf der bodenseitigen Stützplatte zwischen den Führungsschienen 17' reibungsarm abstützt. Das Basisteil 14'' des Industrieroboters 10'' ist also nicht auf dem Fahrschemel 16', sondern ähnlich wie im Fall des Roboters 10' (11) auf dem Boden zwischen den Führungen abgestützt.
Im Unterschied zum Roboter 10' ist der Industrieroboter 10'' (12, 13) jedoch permanent, also auch während der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des Eilrücklaufes, bodenseitig über die Luftfederbälge und die Luftkissen abgestützt. Die Arbeitsphase einerseits unterscheidet sich also nicht von den anderen Phasen, nämlich der Beschleunigungs- und der Verzögerungsphase sowie dem Eilrücklaufe andererseits bezüglich des Aspektes, wer das Gewicht des Roboters aufnimmt und es in den Untergrund ableitet; in allen Phasen geschieht dies durch die Luftfederbälge und die Luftkissen. Im Normalfall wird das Robotergewicht also stets pneumatisch aufgenommen und in die Stützplatte 49' abgeleitet. Der normalerweise vom Robotergewicht entlastete Fahrschemel hat während der Phasen, in denen die Führungsrollen 59 an die Führungsschienen 17' angelegt sind, also während der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des Eilrücklaufes die Aufgabe, das Basisteil 14'' lagestabil, d.h. in Vertikalstellung zu führen, wobei dank der Vertikalführung 57 kleine Höhenschwankungen des Basisteils gegenüber dem Fahrschemel ohne weiteres auftreten dürfen. Solche kleinen Höhenschwankungen können regelmäßig bei dem erfindungsgemäß vorgenommenen Wechsel des Basisteils von der Fahrschemelführung zur Werkstückführung und umgekehrt auftreten. Deshalb ist die erwähnte Vertikalführung 57 zwischen Basisteil 14'' und Fahrschemel 16' vorgesehen worden.
Im Notfall, beispielsweise im Fall eines Defektes eines der Luftfederbälge bzw. der Luftkissen kann das Robotergewicht auch durch den von den Führungsschienen und den angelegten Führungsrollen getragenen Fahrschemel aufgenommen werden; in diesem Fall senkt sich das Basisteil 16' entlang der Vertikalführungen 57 bis zum Anliegen der oberen Anschläge 58 auf der Vertikalführung des rahmenartigen Fahrschemels ab. Der Fahrschemel und alle seine Komponenten müssen also im Hinblick auf einen solchen Notfall ausreichend stabil ausgelegt sein.
Damit der Industrieroboter 10'' während der Phasen mit schienenseitig angelegten Führungsrollen, also während der Beschleunigungs- sowie der Verzögerungsphase und während des Eilrücklaufes sich auch selbsttätig in Längsrichtung bewegen kann, ist der Fahrschemel 16' mit einem Antrieb versehen. Allerdings erfolgt der Antrieb beim dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über die Führungsrollen 59, was auch möglich gewesen wäre.
Vorliegend ist ein von den Führungsrollen unabhängiger Einfachantrieb vorgesehen, und zwar je ein Antrieb für die Arbeitsgeschwindigkeit in Förderrichtung 6 und ein weiterer Antrieb für die entgegen gesetzte Richtung, der den Fahrschemel mit Eilganggeschwindigkeit antreibt. Diese beiden Antriebe sind gegenüber liegend an Antriebskonsolen 66 bzw. 66' im Bereich der beiden quer zu den Führungsschienen 17' liegenden Rahmenschenkeln des rahmenartigen Fahrschemels angeordnet. Der während der Beschleunigungs- und Arbeitsphase wirksame Arbeitsantrieb ist in 12 mittig und in 13 links zu erkennen; der völlig analog aufgebaute Eilgangantrieb ist nur in 13 rechts mit wenigen Komponenten erkennbar bzw. angedeutet, weil durch die Führungsschiene teilweise verdeckt.
An der Unterseite der Antriebskonsole ist eine den eigentlichen Antrieb tragende Wippe 63 vertikal schwenkbar gelagert, wobei die Schwenkachse stark exzentrisch zur Wippe angeordnet ist, so dass das gegenüber liegende Ende der Wippe sich heben und senken lässt. Dieses Ende wird durch eine Rückholfeder 65 in eine angehobene Position gezogen. Zwischen der Wippe 63 und der Konsolenunterseite ist im Bereich des heb- und senkbaren Endes ein mit Druckluft beaufschlagbarer Anpressbalg 64 bzw. 64' angeordnet, mit dem bedarfsweise die Wippe entgegen der Kraft der Rückholfeder nach unten gedrückt werden kann.
Der unterseitig an der Wippe angebrachte Antrieb besteht zum einen aus einem beispielsweise pneumatisch beaufschlagbaren Antriebsmotor 62, der nahe des Schwenklagers der Wippe angeordnet ist. Der Antrieb besteht ferner aus einer Reibrolle 61, 61', die im Bereich des heb- und senkbaren Endes der Wippe angeordnet ist und die über eine Übertragungskette o.dgl. vom Motor aus angetrieben werden kann. Durch Absenken der Wippe bzw. einer der Reibrollen 61, 61' wird diese, sofern der Fahrschemel mittels der Führungsrollen 59 in den Führungsschienen 17' geführt ist, auf die Stützplatte angepresst und kann dadurch ihre Antriebskraft entfalten.
Während der Beschleunigungs- und der Arbeitsphase wird die Reibrolle 61 des Arbeitsganges mittels des Luftfederbalges 64 angepresst, wogegen die Reibrolle 61' des Eilganges durch eine dortige Rückholfeder in eine wirkungslose Position angehoben ist; der entsprechende Luftfederbalg 64' ist drucklos. In diesem Zustand wird der Fahrschemel nach dem Beschleunigen mit Arbeitsgeschwindigkeit in Förderrichtung 6 angetrieben. Während der Verzögerungsphase und des Eilrücklaufes ist es umgekehrt, d.h. die Arbeits-Reibrolle 61 ist dann angehoben und die Eilgangreibrolle 61' pneumatisch abgesenkt. Nachdem es sich bei den Antriebsmotoren um druckluft-beaufschlagbare Turbomotoren, im Prinzip also um Turbinen handelt, können diese auch als Bremse eingesetzt werden. Bereits während der Verzögerungsphase des Industrieroboters, also innerhalb der Verzögerungsstrecke 7' ist die Eilgang-Reibrolle 61' angepresst und wird während dieser Zeit aufgrund der zu verzögernden Masse des Roboters entgegen der ihr zugewiesenen Antriebsdrehrichtung in Rotation versetzt, wodurch sie eine Bremswirkung entfaltet, die je nach Stärke der Luftbeaufschlagung des Turbomotors mehr oder weniger hoch dosiert werden kann. Ist dann der Stillstand des Fahrschemels bzw. des Roboters erreicht, so geht der turbomotorische Reibrollenantrieb ohne weiteres und unterbrechungsfrei in den Traktionsmodus über, so dass der Roboter zunächst entgegen der Richtung 6 beschleunigt und dann mit Eilganggeschwindigkeit angetrieben wird.
Beim Übergang von der Beschleunigungs- in die Arbeitsphase des Industrieroboters 10'', d.h. wenn positionsgleicher Synchronlauf zwischen Roboter und Werkstück erreicht ist, wird das Roboterbasisteil zunächst mittels nicht dargestellter Koppelglieder in einer weiter oben bereits geschilderten Weise an das Werkstück angekoppelt und dann der Fahrschemel 14'' von der Längsführung gelöst, d.h. die Führungsrollen 59 werden von den Führungsschienen abgehoben. Aufgrund der Vertikalführung tritt beim Lösen des Fahrschemels von der Längsführung kein Lastwechsel bezüglich der Aufnahme des Roboter gewichtes statt, so dass auch keine Höhenveränderung des Basisteils hierbei stattfinden kann. Beim Ankoppeln des Basisteils an das Werkstück wird das Basisteil mittels der Koppelglieder in eine vorbestimmte Relativlage zum Werkstück reproduziergenau eingefahren. Hierbei kann es, solange der Fahrschemel noch nicht von der Längsführung gelöst ist, vorübergehend zu einer tolerierbaren Verzwängung zwischen Basisteil und Werkstück bzw. zwischen Basisteil und Fahrschemel kommen. Damit während dieser kurzen Übergangsphase sich diese Verzwängungen zumindest teilweise lösen und sich nicht zu hohe Spannungen aufbauen können, ist die bereits erwähnte Vertikalführung 57 zwischen Basisteil und Fahrschemel vorgesehen, die die Vertikalkomponente etwaiger Verzwängungen ausgleichen kann, indem eine vertikale Relativverschiebung zwischen diesen Teilen zugelassen wird. Während der Arbeitsphase, in der der Fahrschemel von der Längsführung gelöst ist, hängt der Fahrschemel funktionslos am Basisteil, wobei die Vertikalführung 57 in diejenige Endstellung verschoben ist, bei der der obere Anschlag 58 zur Wirkung kommt.
Andererseits wird trotz einer durch die Vertikalführung geschaffenen Bewegungsmöglichkeit die Funktion des Fahrschemels, das Basisteil während der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase sowie während des Eilrücklaufs sicher führen zu können, nicht beeinträchtigt. Sobald das Ende E der Arbeitsstrecke 23 erreicht ist und der Übergang in die Führung des Roboters durch den Fahrschemel eingeleitet werden soll, werden zunächst die Führungsrollen 59 um den weiter oben genannten Querhub zu den Führungsschienen 17' hin zurückgefahren, wobei sie sich selbsttätig an deren prismatische Führungsflächen anlegen und dadurch den Fahrschemel höhenrichtig zu den Führungsschienen ausrichten und zentrieren. Nachdem auch während dieser Übergangsphase das Basisteil zunächst noch an das Werkstück angekoppelt bleibt, bis der Fahrschemel vollständig und ordnungsgemäß auf die Führungsschienen "aufgegleist" ist, kann es erneut zu gewissen Verzwängungen kommen, die sich jedoch dank der erwähnten Vertikalführung zumindest teilweise ausgleichen können, indem ein relativer Vertikalhub zwischen Basisteil und Fahrschemel zugelassen wird. Anschließend kann die Koppelung des Basisteils mit dem Werkstück gelöst werden, so dass etwaige, vorübergehend verbliebene Verzwängungen sich vollständig lösen. Der Roboter kann nun verzögert und anschließend im Eilgang zum Ausgangspunkt der Arbeitsstation zurückbewegt werden.

1: Rollenförderbahn
1': Hängeförderbahn (6, 7)
2: Tragrollen
3: Karosserie
4: Krosserieträger für 1
4': C-förmiges Fördergehänge (6, 7)
5: Adapterschiene
5': Adaptergestell
6: Förderrichtung
7: Beschleunigungsstrecke
7': Verzögerungsstrecke
8: Bereitstellungstisch
9: Zubauteile
10: Industrieroboter (1 – 6)
10': Industrieroboter (11)
10'': Industrieroboter (12, 13)
11: Arbeitsarm
12: Roboterwerkzeug
13: Steuerschrank
14: Basisteil (1–6, 8, 9)
14': Basisteil (11)
14'': Basisteil (12, 13)
15: Fahrschemel (1–5)
16: Fahrschemel (11)
16': Fahrschemel (12, 13)
17: Führungsschienen für 15, 16
17': Führungsschienen für 16' , (12, 13)
18: Schlupfkupplung (überbrückbar)
19: Zahnstange
20, 20': untere Koppelstange
21: vorderer Koppelstangenteil
22: hinterer Koppelstangenteil
23: Arbeitsstrecke
24: oberer Koppelausleger (2)
25: Greifer
26: Mittelsäule an 3
27: oberer Koppelausleger (3)
28: Sauggreifer
29: untere Koppelstange (4)
30: Koppelschwert
31: untere Koppelstange (5)
32: Koppelausleger an 14 (5)
33: Sauggreifer (5)
34: Koppeltubus
35: Koppelplatte
36: Stützschulter an 43
37: Kopf an 44
38: Ringkolben
39: Ringzylinder
40: Luftfederbalg (1–6, 8, 9)
40': Luftfederbalg (11)
40'': Luftfederbalg (12, 13)
41: dynamisches Luftkissen (8, 9)
41': dynamisches Luftkissen (11)
41'': dynam. Luftkissen (12, 13)
42: Tragplatte von 14
43: Fixierbolzen
44: Klemmbolzen
45: Klemmzylinder
46: Fixierbohrung in 42
47, 47': Luftanschlüsse für 40, 41
48: Öffnung unten an 41
49: Stützplatte für 40, 41 an 15
49': Stützplatte für 40', 41' am Boden
50: Gleitführung an 21
51: Schlitten
52: Fixierschraube
53: Führungszapfen an 52
54: Schleppkettenförderer in 1' für 4'
55: Mitnehmer an 4' für 54
56: Führungsrollen an 16' für 17'
57: Vertikalführung zwi. 14'' und 16'
58: Endanschläge an 57
59: Führungsrollen an 16'/67 für 17'
60: Kraftmesssensor an 20, 20'
61: Reibrolle, Arbeitsgang
61': Reibrolle, Eilgang
62: Antriebsmotor für 61
63: Wippe für 61, 62
64, 64': Anpressbalg für 61, 61'
65: Rückholfeder für 63
66: Antriebskonsole, Arbeitsgang
66': Antriebskonsole, Eilgang
67: Führungsarm an 16' für 59
68: Zwischenplatte an 14''
69: Zwischenplatte zwi. 40'' u. 41''
70: Weggeber für Längskomponente (1)
71–73: unbenutzt
74: Antriebszahnrad
A: Anfangspunkt von 23
E: Endpunkt von 23
W: Warteposition, Anfangspunkt von 7
U: Umkehrposition, Endpunkt von 7'

Claims

Verfahren zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung kontinuierlich voranbewegten Werkstück durch einen mit dem Werkstück mitbewegten Industrieroboter während des gemeinsamen Durchlaufes durch eine bestimmte Arbeitsstrecke, welcher Industrieroboter parallel neben der Fördereinrichtung für das Werkstück auf einer gesonderten Längsführung verfahrbar ist, wobei der Industrieroboter – ausgehend von einer vor der Arbeitsstrecke gelegenen Warteposition – bei Annäherung des Werkstücks an die Warteposition auf Fördergeschwindigkeit des Werkstücks beschleunigt (Beschleunigungsphase), dann mit seinem verfahrbaren Basisteil mit dem Werkstück mechanisch gekoppelt und von da an zur Durchführung der Arbeitsoperation am Werkstück mit diesem synchron mitbewegt wird (Arbeitsphase), wobei ferner am Ende der Arbeitsstrecke das Basisteil des Industrieroboters vom Werkstück gelöst und der Industrieroboter im Eilgang in die Warteposition zurückbewegt wird (Eilrücklauf), dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (14, 14', 14'') des Industrieroboters (10, 10', 10'') während der Arbeitsphase einerseits bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung starr mit dem Werkstück (3) oder einem starr mit dem Werkstück verbundenen Bauteil (5, 5') gekoppelt sowie andererseits mittelbar oder unmittelbar von der Längsführung (17, 17') abgehoben oder gelöst und gewichtsausgeglichen (Luftfederbalg 40) innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung schwimmend gehaltert wird und dass das Basisteil (14, 14', 14'') des Industrieroboters (10, 10', 14'') nur während der Beschleunigungsphase bis zur Koppelung mit dem Werkstück (3), während des Eilrücklaufes sowie während etwaiger Stilltandszeiten an den Enden der Arbeitsstation mittelbar oder unmittelbar von der Längsführung (17, 17') nicht-schwimmend, d.h. unnachgiebig geführt oder getragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum mittelbaren Abheben des Industrieroboters (10) von der Längsführung (17) das von einem fahrbaren und von der Längsführung (17) geführten Fahrschemel (15) getragene Basisteil (14) des Industrieroboters (10) während der Zeit der Arbeitsphase vom Fahrschemel (15) gelöst und hinsichtlich des Gewichts des Industrieroboters gewichtsausgeglichen (Luftfederbalg 40) und gegenüber dem Fahrschemel (15) räumlich beweglich von ihm getragen wird und dass nur während der Beschleunigungsphase bis zur Koppelung mit dem Werkstück (3) sowie während des Eilrücklaufes das Basisteil (14) unnachgiebig mit dem Fahrschemel (15) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Montage eines Zubauteiles (9) in das Werkstück (3) als Arbeitsoperation das Zubauteil (9) während einer Stillstandszeit des Industrieroboters (10, 10', 10'') oder während des Eilrücklaufs oder während der Beschleunigungsphase aus einer definierten Bereitstellungsposition (Bereitstellungstisch 8) des Zubauteiles (9) vom Industrieroboter (10, 10', 10'') aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsarm (11) des Industrieroboters (10, 10', 10'') so wie das vom Arbeitsarm (11) getragene Roboterwerkzeug (12) bereits während der Beschleunigungsphase in die zum Durchführen der Arbeitsoperation erforderliche Stellung in Relation zum Werkstück (3) gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (10) in allen Phasen eines Arbeitszyklus' in Längsrichtung (6) durch einen robotereigenen Längsantrieb (19/74) bewegt wird, wobei der robotereigene Längsantrieb (19/74) während der Arbeitsphase, d.h. in dem an das Werkstück gekoppelten Zustand bei geringem Kraftaufwand einen Schlupf zulässt (Schlupfkupplung 18).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der robotereigene Längsantrieb (19/74 bzw. 61/62) des Industrieroboters (10, 10', 10'') gegen Ende der Beschleunigungsphase und während der gesamten Arbeitsphase, d.h. in dem an das Werkstück (3) gekoppelten Zustand, im Mittel mit der laufend gemessenen Geschwindigkeit der Fördereinrichtung (1, 1') als Sollgeschwindigkeit angetrieben wird.
Vorrichtung zum Durchführen einer Arbeitsoperation an einem auf einer Fördereinrichtung kontinuierlich voranbewegten Werkstück durch einen mit dem Werkstück mitbewegten Industrieroboter während des gemeinsamen Durchlaufes durch eine bestimmte Arbeitsstrecke, mit einem parallel neben der Fördereinrichtung für das Werkstück auf einer gesonderten Längsführung verfahrbaren Industrieroboter, dessen Basisteil auf einem durch die Längsführung geführten und mit einem robotereigenen Längsantrieb versehenen Fahrschemel geführt oder getragen ist, welcher Industrieroboter zwischen einer vor der Arbeitsstrecke gelegenen Warteposition einerseits und dem Ende der Arbeitsstrecke andererseits hin und herbewegbar ist, und der mit einer Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils des Industrieroboters mit dem Werkstück oder einem starr mit ihm verbundenen Werkstückträger versehen ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum mechanischen Koppeln des Basisteils (14, 14', 14'') des Industrieroboters (10, 10', 10'') mit dem Werkstück (3) oder mit einem starr mit ihm (3) verbundenen Bauteil (5, 5') derart ausgebildet ist, dass das Basisteil (14, 14', 14'') bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung starr mit dem Werkstück (3) bzw. dem Bauteil (5, 5') gekoppelt ist, und dass das mit einem Gewichtsausgleich (Luftfederbalg 40) versehene Basisteil (14, 14', 14'') des Industrieroboters (10, 10', 10'') gemäß einer der nachfolgend aufgezählten Alternativen ausgebildet ist: a) das Basisteil (14) des Industrieroboters (10) ist lösbar mit dessen Fahrschemel (15) verbunden und im gelösten Zustand von dem gegenüber dem Fahrschemel (15) wirksamen Gewichtsausgleich in der Weise gehaltert, dass das Basisteil (14) innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung gegenüber dem Fahrschemel (15) beweglich ist, b) das Basisteil (14') des Industrieroboters (10') ist permanent starr mit dem Fahrschemel (16) verbunden oder selber als der auf Führungsschienen (17) geführte Fahrschemel ausgebildet und der Fahrschemel (16) ist in der Weise von den Führungsschienen (17) abhebbar oder von ihnen lösbar, dass der Fahrschemel (16) gemeinsam mit dem Basisteil (14') innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung beweglich gegenüber den Führungsschienen (17) von dem gegenüber Grund wirksamen Gewichtsausgleich gehaltert ist, c) das Basisteil (14'') des Industrieroboters (10'') ist mit dem Fahrschemel (16') über eine lediglich ver tikale Relativverschiebungen mit einem begrenzten Hub (Endanschläge 58) zulassende Führung (57) verbunden und der Fahrschemel (16') ist in der Weise von den Führungsschienen (17') abhebbar oder von ihnen lösbar, dass der Fahrschemel (16') gemeinsam mit dem Basisteil (14'') innerhalb eines gewissen Bewegungsspielraums bezüglich aller sechs Freiheitsgrade der Bewegung beweglich gegenüber den Führungsschienen (17') von dem gegenüber Grund wirksamen Gewichtsausgleich gehaltert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsausgleich des Basisteils (14, 14') des Industrieroboters (10, 10', 10'') oder des Fahrschemels (16, 16') durch wenigsten einen Luftfederbalg (40, 40', 40'') gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Luftfederbalgs (40, 40', 40'') mittels eines dynamischen Luftkissens (41, 41', 41'') auf einer ebenen horizontalen Stützfläche (49, 49') horizontal beweglich abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine das Basisteil (14) des Industrieroboters (10) mit dem Fahrschemel (15) fixierende Fixiereinrichtung, die wenigstens drei von einander beabstandete, hubbewegliche Fixierbolzen (43) und eine entsprechende Anzahl von Fixierbohrung (46) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zum Antriebsrad (74) des Fahrschemels (15) eine Schlupfkupplung (18) angeordnet ist, die starr durchkuppelbar, also in einen Zustand überführbar ist, in dem ein Schlupf zwischen An- und Abtriebsseite der Schlupfkupplung (18) verhindert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unterseitig am Fahrschemel (16') wenigstens eine Reibrolle (61, 61') vertikal beweglich angebracht ist, die bedarfsweise an den Untergrund anpressbar oder von ihm abhebbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei vertikal bewegliche Reibrollen (61, 61') unterseitig am Fahrschemel (16') angebracht sind, die wahlweise und alternativ einsetzbar sind, wobei die eine Reibrolle (61) mit Arbeitsgeschwindigkeit und die andere (61') mit Eilganggeschwindigkeit antreibbar ist.