WO2017182595A1 - Verfahren zur herstellung eines roboters und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines roboters und vorrichtung zur durchführung dieses verfahrens Download PDF

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WO2017182595A1
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Sami Haddadin
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a robot and to a device allowing the implementation of such a method.
  • the present invention has the object to provide a novel method for producing a robot, wherein the steps of the manufacturing process, at least for the most part independently machine, preferably the entire manufacturing process should be fully automated feasible. Furthermore, the invention has the object to provide a corresponding device with which this novel method can be performed.
  • the invention relates to a method for manufacturing a robot of Lightweight construction, in particular for the production of a robot arm or manipulator for such a robot.
  • This object is achieved with a method for manufacturing a robot according to claim 1, with a robot produced by this method according to claim 13 and with an apparatus for carrying out the method for producing a robot according to claim 14.
  • the method according to the invention relates to a robot which has at least one multi-axis robot arm or manipulator which consists of a plurality of axle members arranged relative to each other, each forming an axis of the robot arm, wherein at least a part of the axle members of at least two complementary Housing segments is constructed, which have at least one of its ends in each case a bearing device for receiving a drive unit, and is further characterized by at least one of the steps:
  • inventive method is preferably made possible by the fact that the housing structures of individual axis members of the manipulator are designed and constructed so that they are at least partially open along the axis and thus accessible, eg.
  • the housing structures of individual axis members of the manipulator are designed and constructed so that they are at least partially open along the axis and thus accessible, eg.
  • Mounting openings are provided, however, reduce the strength and torsional stiffness of the housing.
  • the installation of a manipulator in such robots proves to be extremely cumbersome due to the difficult accessibility in the interior of the housing and is even detrimental to an economically viable automation of the manufacturing process.
  • the drive units are preassembled as a module and have corresponding connecting elements, the positive and / or non-positive with arranged in or on the housing segments connecting elements when inserting the drive units make a connection that determine the position of the drive units in the housing segments before the upper housing segments are placed.
  • the drive units for example, be designed and configured so that they have connecting elements in the form of circumferential annular grooves, the force and torque transmitting with a housing portion of a first axle member and a housing portion of a second axle member are connectable, the second axle member relative to the the first axle member is rotatably supported, and wherein the connecting elements are formed to cooperate in the radial direction to the axis of rotation of the drive device with the Achsgliedern.
  • the preassembled drive units can be standardized connections and the housing segments can have receptacles or guides which make it possible for the at least one assembly robot to connect electrical lines and / or media lines and / or sensor modules to the drive units already in use and / or into the
  • Housing segments can install independently.
  • Manipulators of robots in particular lightweight construction, generally have a stand-base element on which the multi-axis robot arm is arranged. Opposite the base element, the end effector of the manipulator should be provided.
  • the method according to the invention may therefore furthermore comprise the steps that can be carried out by the at least one assembly robot, in which a base element is attached to the lower axis member of the robot arm and / or an effector receiving member for the end effector is attached to the upper axis member of the robot arm.
  • this is configured such that the at least one assembly robot in each case for the individual assembly steps Required components (housing parts, drive modules, sensor modules, connecting or fastening elements, cables or lines, etc.) for the robot to be manufactured and / or required for this purpose, different tools or effectors from a stationary and / or mobile warehouse automatically removes.
  • Required components housing parts, drive modules, sensor modules, connecting or fastening elements, cables or lines, etc.
  • Stationary bearings can be formed, for example, by holders, which are located in the working area of the assembly robot. Conceivable, however, are also mobile bearings, such as. Conveyor belts, which lead to be included depending on the assembly step parts of the assembly robot, whereby the order of the parts can be chosen arbitrarily.
  • tools all commercially available tools can be used, which can be received by the mounting robot eg. By means of a correspondingly pronounced gripping mechanism.
  • the assembly robot according to the invention does not require any individualized tool parts intended for its use and corresponding connectors, but commercially available tools such as, for example, conventional cordless screwdrivers, as will be described in detail below should and what owns an independent inventive meaning.
  • the tools themselves can also be provided in holders provided for this purpose in the area of the assembly robot.
  • the method according to the invention also provides that the at least one assembly robot automatically changes its effectors or tools required for the individual assembly steps as a function of these assembly steps to be carried out.
  • the at least one assembly robot automatically changes its effectors or tools required for the individual assembly steps as a function of these assembly steps to be carried out.
  • he can use correspondingly shaped gripper jaws for receiving and inserting the drive units and again differently shaped gripper jaws for receiving an electric screwdriver and feeding the screwdriver to the corresponding positions for screwing the housing segments, wherein the gripping mechanism of the assembly robot these gripper jaws ever then picks up as needed from appropriate places and feeds their use.
  • the mounting robot on its end member of the manipulator on a gripping mechanism which is configured so that different gripper elements or jaws are receivable, which are directed to the respective male element or the activity to be performed.
  • the gripper jaws can be replaced by the assembly robot independently via a kind of universal connection, as described, for example, in German Patent Application No. 10 2016 004 087.4, the disclosure of which is expressly incorporated herein by reference.
  • the gripper jaws for receiving and inserting the drive units are adapted accordingly in their contour to the outer shape of the drive units, while the gripper jaws for receiving a screwdriver for connecting the housing segments by means of screws in their contour according to the form or the Handle of the screwdriver are adjusted.
  • differently configured gripper jaws can also be provided for the realization of the electrical and media connections or even for the operation of external switches in the region of the mounting device.
  • the method according to the Invention furthermore comprise the steps that can be carried out by the at least one assembly robot and with which the robot, which is completely assembled with respect to its housing structure, can be connected to a power supply and / or data supply and / or media supply, the mounting robot also using corresponding gripper jaws.
  • the method according to the invention can further comprise the step which can be carried out by the at least one assembly robot and in which at least one functional test is activated for the assembled robot.
  • the assembled robot is, for example, supplied with power by the assembly robot independently actuates an external switch, so that a run through a test software test routine can be performed, which checks whether all drive units, sensor modules, etc. and the associated electrical contacts exist or work properly.
  • the assembled robot which preferably consists only of the base member and the manipulator arranged thereon, is erected by the mounting robot.
  • the base member may be articulated to an abutment of the mounting device, so that the manipulator is tilted about the axis of the abutment by the mounting robot quasi.
  • the assembled robot includes all drive units and connections after possibly a successfully passed functional test in a functional arrangement that the assembled robot is supplied with power and thereby, taking into account a preprogrammed movement sequence, automatically rises in a defined position before it is then removed from the mounting device can be moved away from it by means of a conveyor or. All of the above-mentioned assembly steps can preferably be carried out by means of at least one assembly robot, which is designed to be yielding and / or sensitive.
  • Robots with position-controlled axes are not suitable for the manufacturing method according to the invention, since the position control must be measured from the outside acting on the robot forces that form the basis for a desired dynamic behavior, which is then transmitted via an inverse kinematics on the robot, also Called admittance regulation.
  • the programming expense would be too high in the present case due to the many different positions to be performed, of their kind alternating assembly activities for a single assembly robot.
  • the required position control would have to be highly accurate, so that the individual robot side and tool or effector-side coupling elements for a change of tools or gripper jaws and for carrying out the individual previously described assembly steps, such as in particular insertion of the drive units in the open housing segments in a simultaneous joining the For this purpose provided connecting elements, placing the complementary housing segments, etc., would be feasible. Due to the control principle used, such robots are therefore not able to detect errors or deviations, for example, if for some reason the actual position of the open housing segment for pressing a drive unit slightly deviates from the intended position provided for this purpose, in order to react accordingly.
  • the housing segments are preferably connectable to one another via a spring-groove connection, which moreover does not have to run along the dividing line between the segments in a non-linear manner nor necessarily in one plane.
  • a joining for the formation of the tongue and groove connection is almost impossible from a programming position with regard to a strictly position-controlled robot, especially since the shape of the individual axle links and thus of the housing segments and therefore the course of the parting lines of the spring-groove connection for each axis of such Differentiate robot.
  • a proper insertion of the drive units or other components in the housing segments and the exact merging of the housing segments and the implementation of the screwings of the housing segments would also only possible if the effectors or tools for this exact in the predetermined position by the programming, for example in an im Work area of the robot stationarily arranged holding device are stored, and also the robot to be mounted or the corresponding housing segments in correspondingly stationary holders or positions are located. Even the use of a tool magazine with several interchangeable, if necessary. Different tools or effectors (grippers, gripper jaws, screwdrivers, buttons, etc.) would increase the programming effort and thus the error rate considerably.
  • the at least one assembly robot preferably all assembly robots used, should have such an integrated compliance control or be equipped with an intrinsic compliance or with a combination of active and passive compliance, why the assembly is also preferred, but not exclusive, of such programmable, multi-axis robots, preferably lightweight robots, to be performed.
  • the compliance control is based, for example, on the so-called impedance control, which, in contrast to the already mentioned admittance control, has a joint-level torque control.
  • impedance control which, in contrast to the already mentioned admittance control, has a joint-level torque control.
  • a desired dynamic behavior and taking into account the deviations of an actual position from a defined desired position and / or an actual speed of a desired speed and / or an actual acceleration of a desired acceleration forces or moments are determined, which then on the known kinematics of the assembly robot, which results from the number and arrangement of the joints and axes and thus degrees of freedom, are mapped to corresponding joint torques, which are set via the torque control.
  • the torque sensor elements integrated into the joints for this purpose detect the one-dimensional torque that prevails at the output of the transmission of the drive unit located in the joint, which can take into account the elasticity of the joint as part of the control as a measured variable.
  • the use of a corresponding allows
  • Torque sensor device in contrast to the use of only one force sensor torque on the end effector, as in the admittance control, the measurement of forces that are not exerted on the end effector, but on the members of the assembly robot and a held by the assembly robot or by this object to be processed ,
  • the torques can also be measured via force sensors in the structure and / or base of the robot system.
  • joint mechanisms between the individual axes of the manipulator can be used, the one allow multi-axis torque detection.
  • translational joints which are equipped with corresponding force sensors. The flexibility control and sensitivity realized in this way proves to be advantageous for the present invention in many respects.
  • such a compliance control allows the assembly robot used for the intended production method or for individual method steps thereof to be able to carry out controlled intrinsic movements, wherein these proper movements then correspond to individual assembly steps, such as, for example, B. inserting or pressing the drive units in the housing segments, linking the internal connections of the drive units, connecting the external terminals, inserting or guiding the wiring in the housing segments, operating function switches or the like and in particular screwing the housing segments. All this also connected with an independent change of different tools or effectors, such as different gripper jaws.
  • such a mounting robot is able, the different positions of the robot to be mounted, in particular with respect to an exact alignment of two housing segments to be mounted together an axle member when joining the tongue and groove connection and when inserting, for example.
  • the fasteners in this provided openings of the housing segments as well as when guiding the tool relative to the openings, as well as positions on the mounting device as well as tool elements or effectors to "seek" and “damage” to "feel”. In this way, as many as desired, functionally different assembly steps of one and the same assembly robot can be performed.
  • Another advantage of the compliance control is that this principle allows a less accurate or not exactly positioned coupling or connection between the components and fasteners, which can be manufactured with higher tolerances. As a result, inaccuracies caused by a corresponding compliant control of an associated reduction of contact forces when connecting the components, eg. When inserting the drive units in the half-open housing segments inserting therein connecting elements, such as.
  • the position of the assembly robot and the positions to be taken by the assembly robot in each case specify the movements to be carried out by the assembly robot as well as their accuracy. All these parameters must be taken into account in a coordinate system assigned to the assembly robot, whereby the choice of the type of coordinates (for example Cartesian, cylindrical, spherical coordinates) is determined by the desired coordinate system Behavior of the assembly robot determined in the designated task space, with different assembly steps can then specify different task spaces.
  • the type of coordinates for example Cartesian, cylindrical, spherical coordinates
  • the behavior of the assembly robot is based on a corresponding compliance control, which is why robots with such integrated compliance control, in particular robots of lightweight construction, are particularly suitable for use in the method according to the invention as assembly robots.
  • the at least one assembly robot is designed to be identical to the robot to be mounted. Preferably, therefore, it is a lightweight robot.
  • the invention also relates to a device for producing a robot, which comprises at least one multi-axis robot arm, which consists of a plurality of relatively axially movable axle members, each forming an axis of the robot arm, wherein at least a part of the axle members of at least two complementary Housing segments is constructed, each having a bearing device for receiving a drive unit at at least one of its ends, - With at least one assembly robot, which is designed to perform various assembly steps for the production of the robot; and
  • the working space being a holding device for at least one housing segment of the robot arm, preferably a plurality of sections
  • Holding devices for a plurality of housing segments of successive axis members of the robot arm are provided.
  • the holding device (s) is / are at least partially complementary to the contour of the housing segments of the axle members of the robot arm.
  • the holding devices are designed so that they horizontally position the manipulator or robotic arm of the robot to be mounted in its longitudinal extension, wherein preferably all axle members of the manipulator are in a common plane, which is the insertion of the respective components in the open housing segments and the Placement of the Achsglieder completing upper housing segments easier.
  • an abutment for the two ends of the manipulator is provided on the holding device in each case that this is fixed in its axial, horizontal position.
  • An abutment for the base element of the robot arm can be designed such that the mounted robot arm with Help the assembly robot to this abutment in a defined, preferably upright or vertical position is tiltable, the assembly robot for this purpose on the
  • Base element opposite side can attack on the effector.
  • At least one bearing is provided for the components for mounting the robot, in which these, as e.g. the drive units are stored stationary.
  • at least one conveying device is provided in the region of the working space assigned to the assembly robot, along which the components for mounting the robot can be moved continuously or in a clocked manner.
  • at least one holder or magazine for various effectors and tools can be provided in the region of the assembly space associated with the assembly robot, and the at least one assembly robot uses these independently.
  • At least two mounting robots are provided, which are either assigned to a common working space or each of which defines an independent working space within the mounting device.
  • the assembly robots may be configured to perform different or similar assembly steps simultaneously or sequentially. For example, it is conceivable that a mounting robot only serves to insert or press in the drive units, while the other assembly robot only serves the placement of the upper housing segments after the drive units have been inserted and possibly connected, and that in addition still another Assembly robot screwing the Housing segment serves. As a result, the cycle times can be significantly reduced.
  • the above-described method should preferably be carried out fully automatically according to the invention, i.
  • some of the above manufacturing steps may also be performed manually by a human, while the assembly robot (s) having appropriate compliance control and therefore suitable for such human-robot collaboration will be used for further assistance.
  • Fig. La is a perspective view of an apparatus for manufacturing a robot according to the
  • Fig. Lb is another perspective view of a
  • Fig. 3 is an exploded view of a schematic
  • two mounting robots Ml and M2 are positioned, which serve to assemble another robot R.
  • the assembly robots M1 and M2 are robots with a manipulator 2 which consists of several axle members 3 and has at its end an effector 4, which in the present case, a gripping mechanism 5 carries.
  • the two assembly robots M1 and M2 are robots of the lightweight construction, which are equipped with a corresponding compliance control.
  • a robot R is to be mounted, which has the same design as the two assembly robots Ml and M2, ie a manipulator 2 consisting of several Achsgliedern 3, at its end also an effector 4 and this effector 4 opposite a base element 6 are provided.
  • the two assembly robots Ml and M2 are arranged and programmed so that they can simultaneously or successively perform the respective intended assembly steps.
  • the robot R to be mounted is mounted with its lower housing segments 7 substantially horizontally on a holding device 8, so that the upwardly open housing segments 7 of adjoining axle members 3 continuously provide a receiving surface for the drive units 9 to be used in the articulated areas between two axle members 3, wherein a common, essentially running in a plane dividing line is formed.
  • the lower housing segments 7 for the manipulator 2 can be picked up by the assembly robots M1 and M2 from a bearing, for example by a conveyor belt 10 passing them and in the orientation and sequence provided for the structure of the manipulator 2 the holding device 8 are stored.
  • the conveyor belt 10 can have receiving holders 11 for the drive units 9, while, for example, the upper housing segments 12 can be loosely laid on the conveyor belt 10.
  • the drive units 9 are stored on a stationary support 13 in the region of the mounting device, as shown in FIG. 2a.
  • the drive unit 9 is stored so that the gripping mechanism 5 of the assembly robot Ml or M2 can safely grip the housing of the drive unit 9 by 5 corresponding gripper jaws 15 are provided on gripper fingers 14 of the gripping mechanism, which are complementary to the contour of Housing the drive unit 9 are configured.
  • the assembly robot M1 or M2 extracts the drive unit 9 of the holder 13 (FIG. 2a) and leads it to the joint between two adjacent axis members 3 (FIG. 2b), in which the two lower housing segments 7 are open at the top, and sets the drive unit 9 in this hinge region (FIG. 2c).
  • FIG. 3 schematically shows the construction of a joint between two adjoining axle members 31 and 32 for a manipulator 2 of the robot R to be mounted.
  • Both axle members 31 and 32 each consist of a lower shell-shaped housing segment 7 and of an upper half-shell-shaped housing segment 12.
  • the drive unit 9 has connecting elements in the form of radially encircling annular grooves 16 and 17, wherein the drive unit 9 has a driven housing 18 which is rotatable relative to the motor / gear housing 19 of the drive unit 9.
  • the annular groove 16 of the motor / gear housing 19 accommodates sliding blocks 20, which are provided at corresponding locations on the inside of the lower housing segment 7 of the one axle member 31, while at the same time when pressing the drive unit 9, the annular groove 17 of the output housing 18 with slot stones 21st of the lower housing segment 7 of the other axle member 32 engages.
  • the dividing line between the housing segments 7 and 12 is formed as a tongue and groove connection 34/35.
  • FIGS. 4a, 4b and 4c shows a further step of the method according to the invention, in which a mounting robot M1 or M2 picks up the upper housing segment 12 from a shelf by engaging the gripping mechanism 5 on the outer contour of the upper housing segment 12.
  • the gripping fingers 14 have correspondingly configured further gripper jaws 23, which lean against the contour of the upper housing segment 12.
  • the gripper jaws 23 are designed so that they grab the housing segment 12 so that it can not fall out of the gripper mechanism 5 by itself. Also conceivable, for example, is a friction-increasing, if appropriate also compliant, coating on the inside of the gripper jaws 23.
  • the gripper jaws 12 can also have pin-like projections, pins or the like, which can be inserted into the bores 26 already provided in the housing segment for the screwed connections (see FIG. 3) and at the same time center the housing segment 12 correctly in the gripping mechanism 5.
  • the gripping mechanism 5 gripper jaws 24 which are designed so that they receive a conventional, designed for manual operation, electric screwdriver 25 and then to sequentially lead the corresponding openings 26 in the housing segments 7, 12 and insert the screwdriver element of the screwdriver 25 there.
  • the screws 22 can be loosely inserted into these openings 26 by one of the assembly robots Ml or M2 or the screws 22 are magnetized and are taken with the screwdriver element of the screwdriver 25 directly via a guide of the assembly robot Ml or M2 from a corresponding bearing.
  • the robot 3 can be provided with a power and control connection , As FIGS. 6 a and 6 b show, it is possible for the gripping mechanism 5 to have corresponding gripper jaws 27, which grasp a plug 28 and attach it to a corresponding socket 29 on the base element 6.
  • the assembled robot R can be powered.
  • an on / off switch 30 is then actuated by one of the assembly robots M1 or M2, as shown in FIGS. 7a and 7b.
  • the Gripping mechanism 5 has correspondingly shaped gripper jaws 33 for this purpose.
  • the assembly robots Ml and M2 are designed so that they are able to independently between different gripper jaws 15, 23, 24, 27 and 33 depending on be performed by the assembly step, since this between the gripper fingers 14 and the gripper jaws 15, 23, 24th , 27 and 33 have an identical coupling, which allows a simple change.
  • Such a universal connection is described in detail, for example, in German Patent Application No. 10 2016 004 087.4, the disclosure of which is expressly incorporated herein by reference.
  • a corresponding program control causes it to autonomously straighten up by controlling the individual drive units 9, as shown by way of example in FIGS. 8a and 8b.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Roboters (R) mit einem Roboterarm (2), wobei unter Zuhilfenahme eines Montageroboters (M1;M2) erste Gehäusesegmente (7) in einer für den Roboterarm (2) vorgesehenen Reihenfolge angeordnet, Antriebseinheiten (9) in die ersten Gehäusesegmente (7) eingesetzt und jeweils komplementäre zweite Gehäusesegmente (12) auf die die Antriebseinheiten (9) aufweisenden ersten Gehäusesegmente (7) aufgesetzt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Roboters und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Roboters sowie eine Vorrichtung, die die Durchführung eines solchen Verfahrens gestattet.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung eines Roboters, beispielsweise eines Roboterarms bzw. Manipulators der Leichtbauweise, werden die einzelnen Komponenten wie Antriebseinheiten, Gehäusestrukturen, Sensoreinheiten, Verkabelung usw. in der Regel von Hand unter Zuhilfenahme von Montagewerkzeugen montiert. Eine vollautomatisierte Montage ist für derartige Roboter kaum realisierbar, da die radial in sich geschlossenen Gehäusestrukturen der einzelnen Achsglieder nur eine sehr umständliche Montage zulassen. Die Achsglieder sind nur von ihren jeweiligen offenen Stirnseiten her zugänglich.
Ausgehend davon stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines Roboters zur Verfügung zu stellen, wobei die Schritte des Herstellungsverfahrens zumindest mehrheitlich eigenständig maschinell, vorzugsweise das gesamte Herstellungsverfahren vollständig automatisiert durchführbar sein soll. Des Weiteren stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, mit der dieses neuartige Verfahren durchgeführt werden kann.
Vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Roboters der Leichtbauweise, insbesondere zur Herstellung eines Roboterarms bzw. Manipulators für einen solchen Roboter.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Roboters nach Anspruch 1, mit einem durch dieses Verfahren hergestellten Roboter nach Anspruch 13 und mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Roboters nach Anspruch 14.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich auf einen Roboter, der zumindest einen mehrachsigen Roboterarm bzw. Manipulator aufweist, der aus mehreren, relativ zueinander bewegbar angeordneten Achsgliedern besteht, die jeweils eine Achse des Roboterarms ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Achsglieder aus zumindest zwei komplementären Gehäusesegmenten aufgebaut ist, die an zumindest einem ihrer Enden jeweils eine Lagervorrichtung zur Aufnahme einer Antriebseinheit aufweisen, und ist darüber hinaus gekennzeichnet durch zumindest einen der Schritte:
Anordnen von ersten Gehäusesegmenten in einer für den Roboterarm vorgesehenen Reihenfolge;
Einsetzen der Antriebseinheiten in die ersten Gehäusesegmente unter Verbindung der Antriebseinheiten mit den dafür vorgesehenen Lagervorrichtungen der ersten
Gehäusesegmente ;
- Aufsetzen der jeweils komplementären zweiten Gehäusesegmente auf die die Antriebseinheiten aufweisenden ersten Gehäusesegmente unter Verbindung der Antriebseinheiten mit den dafür vorgesehenen Lagervorrichtungen der zweiten
Gehäusesegmente; und
Befestigen der zweiten Gehäusesegmente an den ersten Gehäusesegmenten mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wodurch die Antriebseinheiten in den Achsgliedern fixiert werden;
wobei die Verfahrensschritte von zumindest einem Montageroboter selbsttätig durchführbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise dadurch ermöglicht, dass die Gehäusestrukturen einzelner Achsglieder des Manipulators derart konzipiert und konstruiert sind, dass sie längsseitig, d.h. entlang ihrer Achse zumindest teilweise offen und dadurch zugänglich ausgestaltet sind, bspw. durch zumindest zwei formkomplementäre, halbschalenartige
Gehäusehälften, die im Zuge der Montage zusammengesetzt werden, wie diese bspw. in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 012 960.0 beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt hierin ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei den in der Regel vollständig umfänglich in sich geschlossenen Gehäusestrukturen von Achsgliedern bei Manipulatoren von Robotern aus dem Stand der Technik ist eine Montage der Aggregate, Verkabelung usw. immer nur von einer der offenen Stirnseiten der Achsglieder her möglich, wobei zusätzlich noch durch Abdeckungen verschließbare
Montageöffnungen vorgesehen sind, die jedoch die Festigkeit und Torsionssteifigkeit des Gehäuses herabsetzen. Die Montage eines Manipulators bei solchen Robotern erweist sich auf Grund der schweren Zugänglichkeit in das Innere der Gehäuse als äußerst umständlich und ist sogar für eine wirtschaftlich sinnvolle Automatisierung des Herstellungsprozesses abträglich.
Für ein automatisiertes Einfügen der Antriebseinheiten in die offenen Gehäusesegmente ist es gemäß der Erfindung von Vorteil, wenn die Antriebseinheiten als ein Modul vormontiert sind und entsprechende Verbindungselemente aufweisen, die form- und/oder kraftschlüssig mit in oder an den Gehäusesegmenten angeordneten Verbindungselementen beim Einfügen der Antriebseinheiten eine Verbindung eingehen, die die Lage der Antriebseinheiten in den Gehäusesegmenten festlegen, bevor die oberen Gehäusesegmente aufgesetzt werden. Zu diesem Zweck können die Antriebseinheiten beispielsweise so konzipiert und ausgestaltet sein, dass sie Verbindungselemente in Form von umlaufenden Ringnuten aufweisen, die kraft- und drehmomentübertragend mit einem Gehäuseabschnitt eines ersten Achsglieds und mit einem Gehäuseabschnitt eines zweiten Achsglieds verbindbar sind, wobei das zweite Achsglied gegenüber dem ersten Achsglied drehbar gelagert ist, und wobei die Verbindungselemente ausgebildet sind, um in Radialrichtung zu der Drehachse der Antriebsvorrichtung mit den Achsgliedern zusammenzuwirken .
Die vormontieren Antriebseinheiten können standardisierte Anschlüsse und die Gehäusesegmente können Aufnahmen oder Führungen aufweisen, die es ermöglichen, dass der zumindest eine Montageroboter elektrische Leitungen und/oder Medienleitungen und/oder Sensormodule an den bereits eingesetzten Antriebseinheiten und/oder in den
Gehäusesegmenten selbständig anbringen kann.
Manipulatoren von Robotern insbesondere der Leichtbauweise weisen in der Regel ein standfußartiges Basiselement auf, auf dem der mehrachsige Roboterarm angeordnet ist. Dem Basiselement gegenüberliegend soll der Endeffektor des Manipulators vorgesehen werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann daher darüber hinaus noch die von dem zumindest einen Montageroboter durchführbaren Schritte aufweisen, bei denen ein Basiselement an dem unteren Achsglied des Roboterarms und/oder ein Effektoraufnahmeglied für den Endeffektor an dem oberen Achsglied des Roboterarms angebracht werden .
In einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dieses ausgestaltet, dass der zumindest eine Montageroboter die jeweils für die einzelnen Montageschritte erforderlichen Komponenten (Gehäuseteile, Antriebsmodule, Sensormodule, Verbindungs- bzw. Befestigungselemente, Kabel bzw. Leitungen usw.) für den herzustellenden Roboter und/oder die hierfür erforderlichen, unterschiedlichen Werkzeuge bzw. Effektoren von einem stationären und/oder mobilen Lager selbsttätig entnimmt.
Stationäre Lager können bspw. durch Halterungen gebildet werden, die im Arbeitsbereich des Montageroboters lokalisiert sind. Denkbar sind jedoch auch mobile Lager, wie bspw. Fließbänder, die die je nach Montageschritt aufzunehmenden Teile an dem Montageroboter vorbeiführen, wobei auch die Reihenfolge der Teile willkürlich gewählt sein kann. Als Werkzeuge können sämtliche handelsüblichen Werkzeuge zum Einsatz kommen, die von dem Montageroboter bspw. mittels eines entsprechend ausgeprägten Greifmechanismus aufgenommen werden können . Es ist zu betonen, dass der Montageroboter gemäß der Erfindung keine für seinen Einsatz vorgesehenen und als Effektor dienenden individualisierten Werkzeugteile und hierfür entsprechende Anschlüsse benötigt, sondern im Handel frei verfügbare Werkzeuge, wie bspw. herkömmliche Akkuschrauber, verwenden kann, wie nachfolgend noch detailliert beschrieben werden soll und was eine eigenständige erfinderische Bedeutung besitzt. Die Werkzeuge selbst können ebenfalls in hierfür vorgesehenen Halterungen im Bereich des Montageroboters vorgesehen sein.
In diesem Zusammenhang sieht das Verfahren gemäß der Erfindung auch vor, dass der zumindest eine Montageroboter seine für die einzelnen Montageschritte erforderlichen Effektoren bzw. Werkzeuge in Abhängigkeit dieser durchzuführenden Montageschritte selbsttätig wechselt. So kann er bspw. entsprechend geformte Greiferbacken für das Aufnehmen und Einfügen der Antriebseinheiten und wiederum anders geformte Greiferbacken für das Aufnehmen eines elektrischen Schraubers und das Zuführen des Schraubers zu den entsprechenden Positionen für das Verschrauben der Gehäusesegmente verwenden, wobei der Greifmechanismus des Montageroboters diese Greiferbacken je nach Bedarf dann von entsprechenden Stellen aufnimmt und ihrer Verwendung zuführt.
Hierzu weist der Montageroboter an seinem Endglied des Manipulators einen Greifmechanismus auf, der ausgestaltet ist, so dass unterschiedliche Greiferelemente bzw. -backen aufnehmbar sind, die sich an das jeweils aufzunehmende Element bzw. die durchzuführende Tätigkeit richten. Die Greiferbacken lassen sich durch den Montageroboter eigenständig über eine Art Universalanschluss austauschen, wie dies bspw. in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 004 087.4 beschrieben ist, auf deren Offenbarungsgehalt hierin ausdrücklich Bezug genommen wird.
Mit anderen Worten, die Greiferbacken für die Aufnahme und das Einfügen der Antriebseinheiten sind entsprechend in ihrer Kontur an die Außenform der Antriebseinheiten angepasst, während die Greiferbacken für die Aufnahme eines Schraubers zum Verbinden der Gehäusesegmente mittels Schrauben in ihrer Kontur entsprechend an die Form bzw. den Griff des Schraubers angepasst sind. Weitere, unterschiedlich ausgestaltete Greiferbacken können darüber hinaus für die Verwirklichung der elektrischen und Medienanschlüsse oder sogar für die Betätigung von externen Schaltern im Bereich der Montagevorrichtung vorgesehen sein.
Da der Montageroboter ausgestaltet ist, individualisierte Greiferbacken aufzunehmen, kann das Verfahren gemäß der Erfindung darüber hinaus die Schritte aufweisen, die von dem zumindest einen Montageroboter durchführbar sind und mit denen der hinsichtlich seiner Gehäusestruktur vollständig montierte Roboter an eine Stromversorgung und/oder Datenversorgung und/oder Medienversorgung angeschlossen werden kann, wobei auch hier der Montageroboter entsprechende Greiferbacken nutzt .
Ist der zu montierende Roboter vollständig zusammengebaut, d.h. sind alle mechatronischen Komponenten eingesetzt und angeschlossen sowie die Gehäusesegmente miteinander verbunden und befestigt, kann das Verfahren gemäß der Erfindung weiter den Schritt aufweisen, der von dem zumindest einen Montageroboter durchführbar ist und bei dem zumindest ein Funktionstest für den montierten Roboter aktiviert wird.
Der zusammengebaute Roboter wird bspw. mit Strom versorgt, indem der Montageroboter eigenständig einen externen Schalter betätigt, so dass eine durch eine Testsoftware durchgeführte Testroutine durchgeführt werden kann, die prüft, ob alle Antriebseinheiten, Sensormodule usw. sowie die damit zusammenhängenden elektrischen Kontakte existieren bzw. einwandfrei funktionieren.
Abschließend kann es gemäß dem Verfahren der Erfindung vorgesehen sein, dass der zusammengebaute Roboter, der vorzugsweise nur aus dem Basiselement und dem darauf angeordneten Manipulator besteht, durch den Montageroboter aufgerichtet wird. Hierbei kann das Basiselement an einem Widerlager der Montagevorrichtung gelenkig gelagert sein, so dass der Manipulator um die Achse des Widerlagers durch den Montageroboter quasi gekippt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es jedoch vorgesehen, da der montierte Roboter alle Antriebseinheiten und Anschlüsse nach ggfs. einem erfolgreich bestandenen Funktionstest in einer funktionstüchtigen Anordnung beinhaltet, dass der montierte Roboter mit Strom versorgt wird und sich dadurch, unter Berücksichtigung eines vorprogrammierten Bewegungsablaufes, selbsttätig in eine definierte Position aufrichtet, bevor er dann von der Montagevorrichtung entnommen werden kann oder mittels einer Fördereinrichtung von dieser wegbewegbar ist. Sämtliche, vorhergehend genannten Montageschritte lassen sich bevorzugt mittels zumindest eines Montageroboters durchführen, der nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet ist.
Roboter mit positionsgesteuerten Achsen eignen sich für das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren nicht, da zur Positionsregelung die von außen auf den Roboter einwirkenden Kräfte gemessen werden müssen, die die Basis für ein gewünschtes dynamisches Verhalten bilden, das über eine inverse Kinematik dann auf den Roboter übertragen wird, auch Admittanzregelung genannt. Der Programmmieraufwand wäre im vorliegenden Fall auf Grund der an vielen unterschiedlichen Positionen durchzuführenden, von ihrer Art sich abwechselnden Montagetätigkeiten für einen einzigen Montageroboter zu hoch. Die geforderte Positionsregelung müsste hochgenau erfolgen, damit die einzelnen roboterseitigen und Werkzeug- bzw. effektorseitigen Kupplungselemente für einen Wechsel der Werkzeuge bzw. Greiferbacken und für die Durchführung der einzelnen vorhergehend geschilderten Montageschritte, wie insbesondere Einsetzen der Antriebseinheiten in die offenen Gehäusesegmente bei einem gleichzeitigen Fügen der hierfür vorgesehenen Verbindungselemente, Aufsetzen der komplementären Gehäusesegmente usw., überhaupt realisierbar wären. Derartige Roboter sind auf Grund des zum Einsatz kommenden Regelprinzips daher nicht in der Lage, Fehler oder Abweichungen zu erkennen, beispielsweise wenn aus irgendwelchen Gründen die Ist-Position des offenen Gehäusesegments zum Einpressen einer Antriebseinheit von der hierfür vorgesehenen Soll-Position etwas abweicht, um entsprechend darauf zu reagieren. Die Gehäusesegmente sind bevorzugt über eine Feder-Nut-Verbindung miteinander verbindbar, die darüber hinaus entlang der Trennlinie zwischen den Segmenten nicht linear und auch nicht zwangsläufig in einer Ebene verlaufen muss. Ein Fügen zur Ausbildung der Feder-Nut-Verbindung ist über einen streng positionsgeregelten Roboter vom Programmieraufwand her nahezu unmöglich, zumal sich die Form der einzelnen Achsglieder und damit der Gehäusesegmente und daher der Verlauf der Trennlinien der Feder-Nut-Verbindung für jede Achse eines solchen Roboters unterscheiden. Ein einwandfreies Einfügen der Antriebseinheiten oder weiterer Komponenten in die Gehäusesegmente und das exakte Zusammenführen der Gehäusesegmente sowie die Durchführung der Verschraubungen der Gehäusesegmente wäre darüber hinaus nur möglich, wenn die Effektoren bzw. Werkzeuge hierfür exakt in der durch die Programmierung vorgegebenen Position, beispielsweise in einer im Arbeitsbereich des Roboters stationär angeordneten Haltevorrichtung, abgelegt sind, und auch der zu montierende Roboter bzw. die entsprechenden Gehäusesegmente in entsprechend stationären Halterungen bzw. Positionen sich befinden. Bereits die Verwendung eines Werkzeugmagazins mit mehreren austauschbaren, ggfs. unterschiedlichen Werkzeugen bzw. Effektoren (Greifer, Greiferbacken, Schrauber, Taster usw.) würde den Programmieraufwand und damit die Fehleranfälligkeit erheblich erhöhen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung soll der zumindest eine Montageroboter, vorzugsweise alle zum Einsatz kommenden Montageroboter eine solche integrierte Nachgiebigkeitsregelung aufweisen oder mit einer intrinsischen Nachgiebigkeit oder mit einer Kombination aus aktiver und passiver Nachgiebigkeit ausgestattet sein, weshalb die Montage auch bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich, von derart programmierbaren, mehrachsigen Robotern, bevorzugt Leichtbaurobotern, durchgeführt werden soll .
Die Nachgiebigkeitsregelung basiert zum Beispiel auf der sogenannten Impedanzregelung, die im Gegensatz zu der bereits erwähnten Admittanzregelung eine Drehmomentenregelung auf Gelenkebene zum Gegenstand hat. Hierbei werden in Abhängigkeit eines gewünschten dynamischen Verhaltens und unter Berücksichtigung der Abweichungen einer tatsächlichen Lage von einer definierten Solllage und/oder einer tatsächlichen Geschwindigkeit von einer Sollgeschwindigkeit und/oder einer tatsächlichen Beschleunigung von einer Sollbeschleunigung Kräfte bzw. Momente bestimmt, die dann über die bekannte Kinematik des Montageroboters, die sich aus der Anzahl und Anordnung der Gelenke und Achsen und damit Freiheitsgrade ergibt, auf entsprechende Gelenkdrehmomente abgebildet werden, die über die Drehmomentenregelung eingestellt werden. Die hierfür in den Gelenken integrierten Momentensensorelemente erfassen das jeweils am Abtrieb des Getriebes der im Gelenk befindlichen Antriebseinheit vorherrschende eindimensionale Drehmoment, das als Messgröße die Elastizität des Gelenks im Rahmen der Regelung berücksichtigen kann. Insbesondere erlaubt die Verwendung einer entsprechenden
Drehmomentensensorvorrichtung, im Gegensatz zur Verwendung nur eines Kraftmomentensensors am Endeffektor, wie bei der Admittanzregelung, auch die Messung von Kräften, die nicht auf den Endeffektor, sondern auf die Glieder des Montageroboters sowie auf einen vom dem Montageroboter gehaltenen oder durch diesen zu bearbeitenden Gegenstand ausgeübt werden. Die Drehmomente können auch über Kraftsensoren in der Struktur und/oder Basis des Robotersystems gemessen werden. Insbesondere können auch Gelenkmechanismen zwischen den einzelnen Achsen des Manipulators zum Einsatz kommen, die eine mehrachsige Drehmomenterfassung erlauben. Denkbar sind auch translatorische Gelenke, die mit entsprechenden Kraftsensoren ausgestattet sind. Die auf diese Weise realisierte Nachgiebigkeitsregelung und Feinfühligkeit erweist sich für die vorliegende Erfindung in vielerlei Hinsicht als vorteilhaft.
Grundsätzlich gestattet es eine solche Nachgiebigkeitsregelung, dass der für das gedachte Herstellungsverfahren bzw. für einzelne Verfahrensschritte davon genutzte Montageroboter in die Lage versetzt wird, gesteuerte Eigenbewegungen durchzuführen, wobei diese Eigenbewegungen dann einzelnen Montageschritten entsprechen, wie z. B. Einfügen bzw. Einpressen der Antriebseinheiten in die Gehäusesegmente, Verknüpfen der internen Anschlüsse der Antriebseinheiten, Anschließen der externen Anschlüsse, Einlegen bzw. Führen der Verkabelung in den Gehäusesegmenten, Betätigen von Funktionsschaltern oder dergleichen und insbesondere Verschrauben der Gehäusesegmente. Dies alles auch verbunden mit einem eigenständigen Wechsel von unterschiedlichen Werkzeugen bzw. Effektoren, wie bspw. unterschiedlichen Greiferbacken. Darüber hinaus ist ein solcher Montageroboter in der Lage, die unterschiedlichen Positionen des zu montierenden Roboters, insbesondere in Bezug auf eine exakte Ausrichtung von zwei miteinander zu montierenden Gehäusesegmenten eines Achsglieds beim Fügen der Feder-Nut-Verbindung und beim Einführen bspw. der Befestigungselemente in hierfür vorgesehenen Öffnungen der Gehäusesegmente ebenso wie beim Führen des Werkzeugs relativ zu den Öffnungen, sowie Positionen an der Montagevorrichtung als auch Werkzeugelemente bzw. Effektoren zu „suchen" und beschädigungsfrei zu „ertasten". Auf diese Art und Weise lassen sich beliebig viele, funktional unterschiedliche Montageschritte von ein und demselben Montageroboter durchführen. Ein weiterer Vorteil der Nachgiebigkeitsregelung liegt darin, dass diese grundsätzlich eine ungenauere bzw. nicht genau positionierte Kupplung bzw. Verbindung zwischen den Komponenten und Verbindungselementen erlaubt, wodurch diese mit höheren Toleranzen gefertigt werden können. Dadurch bedingte Ungenauigkeiten können durch eine entsprechende nachgiebige Regelung über eine damit verbundene Reduktion der Kontaktkräfte beim Verbinden der Komponenten, bspw. beim Einfügen der Antriebseinheiten in die halbseitig offenen Gehäusesegmenten unter Einfügen von darin vorgesehenen Verbindungselementen, wie bspw. Nutsteinen, in die Ringnuten, sowie auch beim Ausbilden der Feder-Nut-Verbindung zwischen den Gehäusesegmenten in entsprechender Art und Weise ausgeglichen werden. Gleiches triff auf das Verschrauben der Gehäusehälften zu, wenn das Werkzeug, bspw. der Schraubenzieheraufsatz eines Akkuschraubers in die Öffnungen eingeführt wird.
Die stationäre Lage oder sich verändernde Lage (bspw. bei einem Förderband) der einzelnen Komponenten für den zu montierenden Roboter im Bereich der Montagevorrichtung, die jeweiligen Lagen der ebenfalls darauf angeordneten Effektoren bzw. Werkzeuge, die Lage von Betätigungsschaltern und Anschlüssen, jeweils auch im Verhältnis zur Lage des Montageroboters, sowie die im Rahmen der Montage durch den Montageroboter jeweils einzunehmenden Posen geben die von diesem durchzuführenden Bewegungsabläufe sowie deren Genauigkeit vor. Alle diese Parameter müssen in einem dem Montageroboter zugeordneten Koordinatensystem berücksichtigt werden, wobei sich die Auswahl der Art der Koordinaten (bspw. kartesische, Zylinder-, Kugelkoordinaten) durch das gewünschte Verhalten des Montageroboters im hierfür vorgesehenen Aufgabenraum bestimmt, wobei unterschiedliche Montageschritte dann unterschiedliche Aufgabenräume festlegen können. Das Verhalten des Montageroboters basiert auf einer entsprechenden Nachgiebigkeitsregelung, weshalb sich Roboter mit einer solchen integrierten Nachgiebigkeitsregelung, insbesondere Roboter der Leichtbauweise, besonders für den Einsatz bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Montageroboter eignen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zumindest eine Montageroboter zu dem zu montierenden Roboter baugleich ausgestaltet ist. Vorzugsweise handelt es sich also um einen Roboter der Leichtbauweise.
Mit anderen Worten, der Montageroboter, unterstützt durch die vorhergehend erläuterte Nachgiebigkeitsregelung und
Feinfühligkeit, ist in der Lage, sich selbst zu replizieren. Unter Bereitstellung einer entsprechenden Montagevorrichtung mit ggfs. kontinuierlich zugeführten Komponenten kann ein Roboter dieser Art unter Verkürzung der Taktzeiten und damit einhergehend mit wesentlich verringerten Produktionskosten hergestellt und vervielfältigt werden. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Roboters, der zumindest einen mehrachsigen Roboterarm aufweist, der aus mehreren, relativ zueinander bewegbar angeordneten Achsgliedern besteht, die jeweils eine Achse des Roboterarms ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Achsglieder aus zumindest zwei komplementären Gehäusesegmenten aufgebaut ist, die an zumindest einem ihrer Enden jeweils eine Lagervorrichtung zur Aufnahme einer Antriebseinheit aufweisen, - mit zumindest einem Montageroboter, der ausgestaltet ist, diverse Montageschritte zur Herstellung des Roboters durchzuführen; und
mit einem Arbeitsraum, der dem zumindest einem Montageroboter zugeordnet ist, wobei der Arbeitsraum eine Haltevorrichtung für zumindest ein Gehäusesegment des Roboterarms, vorzugsweise abschnittswiese mehrere
Haltevorrichtungen für mehrere Gehäusesegmente von aufeinander folgenden Achsgliedern des Roboterarms aufweist.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung (en) zumindest teilweise komplementär zu der Kontur der Gehäusesegmente der Achsglieder des Roboterarms ausgebildet ist/sind .
Idealerweise sind die Haltevorrichtungen dabei so ausgebildet, dass sie den Manipulator bzw. Roboterarm des zu montierenden Roboters in seiner Längserstreckung horizontal positionieren, wobei vorzugsweise alle Achsglieder des Manipulators sich in einer gemeinsamen Ebene befinden, was das Einfügen der jeweiligen Komponenten in die offenen Gehäusesegmente sowie das Aufsetzen der die Achsglieder vervollständigenden oberen Gehäusesegmente erleichtert. Um zu verhindern, dass sich die Position des aus mehreren, aneinander grenzenden offenen Gehäusesegmenten bestehenden Manipulators bei der Durchführung einzelner Montageschritte, wie beim Einpressen der Antriebseinheiten, gegebenenfalls verändern kann, ist an der Haltevorrichtung jeweils ein Widerlager für die beiden Enden des Manipulators vorgesehen, so dass dieser in seiner axialen, horizontalen Lage fixiert ist .
Ein Widerlager für das Basiselement des Roboterarms kann dabei derart ausgestaltet sein, dass der montierte Roboterarm mit Hilfe des Montageroboters um dieses Widerlager in eine definierte, vorzugsweise aufrechte bzw. vertikale Position kippbar ist, wobei der Montageroboter hierfür an der dem
Basiselement gegenüberliegenden Seite an dem Effektor angreifen kann.
Im Bereich des Arbeitsraums ist zumindest ein Lager für die Komponenten zur Montage des Roboters vorgesehen, in dem diese, wie z.B. die Antriebseinheiten stationär abgelegt sind. Vorzugsweise ist im Bereich des dem Montageroboter zugeordneten Arbeitsraums zumindest eine Fördereinrichtung vorgesehen, entlang der die Komponenten zur Montage des Roboters kontinuierlich oder getaktet bewegbar sind. Des Weiteren kann im Bereich des dem Montageroboter zugeordneten Arbeitsraums zumindest eine Halterung bzw. ein Magazin für diverse Effektoren und Werkzeuge (Schrauber, Greifmechanismus mit mehreren auswechselbaren Greiferbacken usw.) vorgesehen sein, deren sich der zumindest eine Montageroboter eigenständig bedient.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Montagevorrichtung gemäß der Erfindung sind zumindest zwei Montageroboter vorgesehen, die entweder einem gemeinsamen Arbeitsraum zugeordnet sind oder die jeder für sich einen eigenständigen Arbeitsraum innerhalb der Montagevorrichtung definieren. Die Montageroboter können ausgestaltet sein, unterschiedliche oder gleichartige Montageschritte gleichzeitig oder sequentiell durchzuführen. Z. Bsp. ist es denkbar, dass ein Montageroboter nur dem Einfügen bzw. Einpressen der Antriebseinheiten dient, während der weitere Montageroboter nur dem Aufsetzen der oberen Gehäusesegmente dient, nachdem die Antriebseinheiten eingefügt und ggfs. angeschlossen wurden, und dass darüber hinaus ein noch weiterer Montageroboter dem Verschrauben der Gehäusesegmente dient. Hierdurch lassen sich die Taktzeiten erheblich reduzieren.
Das vorhergehend geschilderte Verfahren soll gemäß der Erfindung vorzugsweise vollautomatisiert durchgeführt werden, d.h. der oder die Montageroboter montieren einen weiteren Roboter, vorzugsweise der gleichen Bauart, selbstständig. Einzelne der oben genannten Herstellungsschritte können jedoch auch manuell von einem Menschen durchgeführt werden, während der oder die Montageroboter, die eine entsprechende Nachgiebigkeitsregelung aufweisen und daher sich für eine solche Mensch-Roboter-Kollaboration eignen, zur weiteren Unterstützung herangezogen werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. la eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Roboters gemäß der
Erfindung;
Fig. lb eine weitere perspektivische Ansicht einer
Vorrichtung zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung;
Figuren 2a, b und c Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines Schritts des Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem eine Antriebseinheit in ein Gehäusesegment eingesetzt werden soll;
Fig. 3 eine Explosiondarstellung eines schematischen
Aufbaus von Gehäusesegmenten des herzustellenden Roboters ;
Figuren 4a, b und c Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines weiteren Schritts des Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem ein Gehäusesegment auf ein anderes Gehäusesegment aufgesetzt werden soll;
Figuren 5a und b Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines weiteren Schritts des
Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem Gehäusesegmente miteinander verschraubt werden sollen;
Figuren 6a und b Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines weiteren Schritts des
Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem ein Anschlussstecker am Roboter montiert werden soll;
Figuren 7a und b Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines weiteren Schritts des
Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem ein Schalter betätigt werden soll; und
Figuren 8a und b Darstellungen in Bezug auf die
Durchführung eines weiteren Schritts des
Verfahrens zur Herstellung eines Roboters gemäß der Erfindung, bei dem sich der montierte Roboter selbstständig aufrichten soll. In den Figuren la und lb sind jeweils exemplarisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung gezeigt.
An einem Montagetisch bzw. Arbeitsraum 1 sind zwei Montageroboter Ml und M2 positioniert, die der Montage eines weiteren Roboters R dienen.
Bei den Montagerobotern Ml und M2 handelt es sich um Roboter mit einem Manipulator 2, der aus mehreren Achsgliedern 3 besteht und an seinem Ende einen Effektor 4 aufweist, der im vorliegenden Fall einen Greifmechanismus 5 trägt. Bei den beiden Montagerobotern Ml und M2 handelt es sich um Roboter der Leichtbauweise, die mit einer entsprechenden Nachgiebigkeitsregelung ausgestattet sind.
Wie zu erkennen ist, soll nach dem Herstellungsverfahren gemäß der Erfindung vorzugsweise, jedoch nicht zwangsläufig, ein Roboter R montiert werden, der die gleiche Bauart wie die beiden Montageroboter Ml und M2 besitzt, also einen aus mehreren Achsgliedern 3 bestehenden Manipulator 2, an dessen Ende ebenfalls ein Effektor 4 und diesem Effektor 4 gegenüberliegend ein Basiselement 6 vorgesehen sind.
Die beiden Montageroboter Ml und M2 sind so angeordnet und programmiert, dass sie gleichzeitig oder hintereinander die diesen jeweils zugedachten Montageschritte ausführen können.
Der zu montierende Roboter R ist mit seinen unteren Gehäusesegmenten 7 auf einer Haltevorrichtung 8 im Wesentlichen horizontal gelagert, so dass die nach oben offenen Gehäusesegmente 7 von aneinander grenzenden Achsgliedern 3 durchgehend eine Aufnahmefläche für die einzusetzenden Antriebseinheiten 9 in den Gelenkbereichen zwischen zwei Achsgliedern 3 bieten, wobei sich ein gemeinsame, im Wesentlichen in einer Ebene verlaufende Trennlinie ausbildet.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens können die unteren Gehäusesegmente 7 für den Manipulator 2 von den Montagerobotern Ml und M2 von einem Lager, bspw. von einem an diesen vorbeiführenden Förderband 10 aufgenommen und in der für die Struktur des Manipulators 2 vorgesehenen Orientierung und Reihenfolge auf der Haltevorrichtung 8 abgelegt werden. Das Förderband 10 kann hierfür Aufnahmehalterungen 11 für die Antriebseinheiten 9 aufweisen, während bspw. die oberen Gehäusesegmente 12 lose auf dem Förderband 10 abgelegt sein können .
Neben einem solchen mobilen Lager ist es jedoch auch denkbar, dass die Antriebseinheiten 9 auf einer stationären Halterung 13 im Bereich der Montagevorrichtung abgelegt sind, wie dies die Fig. 2a zeigt.
In dieser Halterung 13 ist die Antriebseinheit 9 so abgelegt, dass der Greifmechanismus 5 eines der Montageroboter Ml bzw. M2 das Gehäuse der Antriebseinheit 9 sicher greifen kann, indem an Greiffingern 14 des Greifmechanismus 5 entsprechende Greiferbacken 15 vorgesehen sind, die komplementär zu der Kontur des Gehäuses der Antriebseinheit 9 ausgestaltet sind.
Wie die durch die Darstellungen der Figuren 2a, 2b und 2c verdeutlichte Bewegungsfolge wiedergibt, entnimmt der Montageroboter Ml oder M2 die Antriebseinheit 9 der Halterung 13 (Fig. 2a) und führt sie zu dem Gelenk zwischen zwei angrenzenden Achsliedern 3 (Fig. 2b), bei denen die beiden unteren Gehäusesegmente 7 nach oben hin offen sind, und setzt die Antriebseinheit 9 in diesem Gelenkbereich ein (Fig. 2c) .
Eine derartige automatisierte Montage der Antriebseinheiten 9 ist möglich, da die Gehäusestruktur eines Achsglieds 3 des zu montierenden Roboters 2 aus zwei halbschalenförmigen Gehäusehälften bzw. -Segmenten 7 und 12 zusammengesetzt wird einerseits, und da die Antriebseinheiten 9 inklusive Motor, Getriebe, Steuerung, Abtriebsgehäuse und ggfs. weiteren Komponenten als eine modulare Einheit vormontiert sind andererseits . Dieses Konzept, dem eine eigene erfinderische Bedeutung zukommt, ist in der Fig. 3 veranschaulicht, die schematisch den Aufbau eines Gelenks zwischen zwei aneinander grenzenden Achsgliedern 31 und 32 für einen Manipulator 2 des zu montierenden Roboters R zeigt.
Beide Achsglieder 31 und 32 bestehen jeweils aus einem unteren halbschalenförmigen Gehäusesegment 7 und aus einem oberen halbschalenförmigen Gehäusesegment 12.
Die Antriebseinheit 9 weist Verbindungselemente in der Form von radial umlaufenden Ringnuten 16 und 17 auf, wobei die Antriebseinheit 9 ein Abtriebsgehäuse 18 aufweist, das gegenüber dem Motor-/Getriebegehäuse 19 der Antriebseinheit 9 verdrehbar ist. Die Ringnut 16 des Motor-/Getriebegehäuses 19 nimmt Nutsteine 20 auf, die an entsprechenden Stellen an der Innenseite des unteren Gehäusesegments 7 des einen Achsglieds 31 vorgesehen sind, während zur gleichen Zeit beim Einpressen der Antriebseinheit 9 die Ringnut 17 des Abtriebsgehäuses 18 mit Nutsteinen 21 des unteren Gehäusesegments 7 des anderen Achsglieds 32 in Eingriff gelangt.
Die Trennlinie zwischen den Gehäusesegmenten 7 und 12 ist als eine Feder-Nut-Verbindung 34/35 ausgebildet.
Danach werden die jeweils oberen Gehäusesegmente 12 aufgesetzt, so dass einerseits die Ringnuten 16 und 17 im oberen Bereich ebenfalls mit den entsprechenden Nutsteinen 20 und 21 in Eingriff gelangen und andererseits sich die Feder- Nut-Verbindung 34/35 zwischen diesen Gehäusesegmenten 7 und 12 ausbildet. Die abschließende Befestigung der Nutsteine 20 und 21 in den Ringnuten 16 und 17 sowie dadurch auch die Befestigung des unteren Gehäusesegments 7 mit dem oberen Gehäusesegment 12 erfolgt mittels Schrauben 22. Der hier beschriebene Aufbau der Achsglieder 31 bzw. 32 sowie die Montage einer Antriebseinheit 9 in einem Gelenk zwischen diesen Achsgliedern 31 bzw. 32 ist bspw. in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2015 012 960.0 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Auf diese Art und Weise ist das Achsglied 32 dann abschließend gegenüber dem Achsglied 31 drehbar gelagert.
Die Folge der Figuren 4a, 4b und 4c zeigt einen weiteren Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem ein Montageroboter Ml bzw. M2 das obere Gehäusesegment 12 von einer Ablage aufgreift, indem der Greifmechanismus 5 an der Außenkontur des oberen Gehäusesegments 12 angreift. Hierzu weisen die Greiffinger 14 entsprechend ausgestaltete weitere Greiferbacken 23 auf, die sich an die Kontur des oberen Gehäusesegments 12 anlehnen.
Die Greiferbacken 23 sind dabei so ausgestaltet, dass sie das Gehäusesegment 12 so greifen, dass es nicht von selbst aus dem Greifmechanismus 5 herausfallen können. Denkbar hierfür ist bspw. eine reibungserhöhende, ggfs. auch nachgiebige Beschichtung an der Innenseite der Greiferbacken 23. Auch können die Greiferbacken 12 zapfenartige Vorsprünge, Stifte oder dergleichen aufweisen, die in die bereits im Gehäusesegment vorgesehenen Bohrungen 26 für die Verschraubungen (s. Fig. 3) eingreifen und so gleichzeitig das Gehäusesegment 12 richtig im Greifmechanismus 5 zentrieren.
Danach werden beide Gehäusesegmente 7 und 12 miteinander verschraubt, wie die beiden Figuren 5a und 5b zeigen.
Hierzu weist der Greifmechanismus 5 Greiferbacken 24 auf, die so ausgestaltet sind, dass sie einen herkömmlichen, normalerweise für eine manuelle Betätigung ausgelegten, elektrischen Schrauber 25 aufnehmen und dann sequentiell zu den entsprechenden Öffnungen 26 in den Gehäusesegmenten 7, 12 führen und dort das Schraubenzieherelement des Schraubers 25 einfügen. Vorab können die Schrauben 22 in diese Öffnungen 26 durch einen der Montageroboter Ml bzw. M2 lose eingesetzt werden oder die Schrauben 22 sind magnetisiert und werden mit dem Schraubenzieherelement des Schraubers 25 direkt über eine Führung des Montageroboters Ml bzw. M2 aus einem entsprechenden Lager aufgenommen. Auf Grund der Tatsache, dass die Montageroboter Ml und M2 ausgestaltet sind, handelsübliche Werkzeuge zu greifen und an die entsprechenden Stellen zu führen, entfällt die Notwendigkeit für individuell konstruierte und damit teure Werkzeugvorrichtungen, die dann über zusätzlich vorzusehende Kupplungsmechanismen mit dem Effektor verbunden werden müssten. Auch entfällt eine aufwändige Programmierung für die Kupplung und Führung derartiger Werkzeugadapter, die darüber hinaus für ihre exakte Steuerung mit entsprechenden weiteren Sensorvorrichtungen ausgestattet werden müssen.
Sind alle Achsglieder 3 des Manipulators 2 vollständig montiert, der Effektor 4 und das Basiselement 6 angebracht und die Verkabelung für eine Stromversorgung und Steuerung der Antriebseinheiten 9 an den entsprechenden Stellen im Inneren verlegt worden, kann der Roboter 3 mit einem Strom- und Steuerungsanschluss versehen werden. Wie die Figuren 6a und 6b zeigen, ist es möglich, dass der Greifmechanismus 5 hierfür entsprechende Greiferbacken 27 aufweist, die einen Stecker 28 greifen und auf eine entsprechende Steckerbuchse 29 an dem Basiselement 6 aufstecken.
Damit kann der montierte Roboter R mit Strom versorgt werden. Gemäß der Erfindung ist es denkbar, dass dann ein Ein- /Ausschalter 30 durch einen der Montageroboter Ml bzw. M2 betätigt wird, wie die Figuren 7a und 7b zeigen. Der Greifmechanismus 5 weist hierfür entsprechend geformte Greiferbacken 33 auf.
Die Montageroboter Ml und M2 sind so konzipiert, dass diese in der Lage sind, eigenständig zwischen unterschiedlichen Greiferbacken 15, 23, 24, 27 und 33 je nach durchzuführendem Montageschritt zu wechseln, da diese zwischen den Greiffingern 14 und den Greiferbacken 15, 23, 24, 27 und 33 eine identische Kupplung aufweisen, die einen einfachen Wechsel ermöglicht. Ein solcher Universalanschluss ist beispielsweise in der Deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2016 004 087.4 im Detail beschrieben, auf deren Offenbarungsgehalt hierin ausdrücklich Bezug genommen werden soll. Ist der montierte Roboter R dann mit Strom versorgt, bewirkt eine entsprechende Programmsteuerung, dass sich dieser eigenständig aufrichtet, indem die einzelnen Antriebseinheiten 9 angesteuert werden, wie dies exemplarisch durch die Figuren 8a und 8b gezeigt ist.

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Roboters (R) aufweisend zumindest einen mehrachsigen Roboterarm (2), der aus mehreren, relativ zueinander bewegbar angeordneten Achsgliedern (3) besteht, die jeweils eine Achse des Roboterarms (2) ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Achsglieder (3) aus zumindest zwei komplementären Gehäusesegmenten (7,12) aufgebaut ist, die an zumindest einem ihrer Enden jeweils eine Lagervorrichtung (20,21) zur Aufnahme einer Antriebseinheit (9) aufweisen,
gekennzeichnet durch zumindest einen der Schritte: - Anordnen von ersten Gehäusesegmenten (7) in einer für den Roboterarm (2) vorgesehenen Reihenfolge;
Einsetzen der Antriebseinheiten (9) in die ersten Gehäusesegmente (7) unter Verbindung der
Antriebseinheiten (9) mit den dafür vorgesehenen Lagervorrichtungen (20,21) der ersten Gehäusesegmente (7) ;
Aufsetzen der jeweils komplementären zweiten Gehäusesegmente (12) auf die die Antriebseinheiten (9) aufweisenden ersten Gehäusesegmente (7) unter Verbindung der Antriebseinheiten (9) mit den dafür vorgesehenen Lagervorrichtungen (20,21) der zweiten Gehäusesegmente ( 12 ) ; und
Befestigen der zweiten Gehäusesegmente (12) an den ersten Gehäusesegmenten (7) mit Hilfe von
Befestigungsmitteln (22), wodurch die Antriebseinheiten (9) in den Achsgliedern (3) fixiert werden;
wobei die Verfahrensschritte von zumindest einem Montageroboter (M1;M2) selbsttätig durchführbar sind. Verfahren nach Anspruch 1, weiter aufweisend den Schritt, der von dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) durchführbar ist:
Anbringen von elektrischen Leitungen und/oder Medienleitungen und/oder Sensormodulen an den eingesetzten Antriebseinheiten (9) und/oder in den Gehäusesegmenten (7,12).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter aufweisend die Schritte, die von dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) durchführbar sind:
Anbringen eines Basiselements (6) an dem unteren Achsglied (3) des Roboterarms (2); und/oder
Anbringen eines Effektoraufnahmeglieds (4) an dem oberen Achsglied (3) des Roboterarms (2) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der zumindest eine Montageroboter (M1;M2) die jeweils für die einzelnen Montageschritte erforderlichen Komponenten der herzustellenden Roboters (R) und/oder erforderlichen Werkzeuge von einem stationären und/oder mobilen Lager (10,11,13) selbsttätig entnimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der zumindest eine Montageroboter (M1;M2) seine für die einzelnen Montageschritte erforderlichen Effektoren in Abhängigkeit dieser durchzuführenden Montageschritte selbsttätig wechselt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter aufweisend die Schritte, die von dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) durchführbar sind:
Anschließen des montierten Roboters (R) an eine Stromversorgung und/oder Datenversorgung und/oder Medienversorgung .
7. Verfahren nach Anspruch 6, weiter aufweisend den Schritt, der von dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) durchführbar ist:
- Aktivieren von zumindest einem Funktionstest für den montierten Roboter (R) .
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Montageschritte durchführbar sind, wenn der zu montierende Roboter (R) in seiner Längserstreckung horizontal angeordnet ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, weiter aufweisend den Schritt, der von dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) durchführbar ist:
Überführen des montierten Roboters (R) in eine definierte Position. 10. Verfahren nach Anspruch 8, weiter aufweisend die
Schritte :
Anschließen des montierten Roboters (R) an eine Stromversorgung und/oder Datenversorgung; und
- Ansteuern des montierten Roboters (R) , so dass sich dieser selbsttätig in eine definierte Position überführt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der zumindest eine Montageroboter (M1;M2) nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der zu montierende Roboter (R) zu dem zumindest einen Montageroboter (M1;M2) baugleich ausgestaltet ist.
13. Roboter (R) mit einem mehrachsigen Roboterarm (2), der aus mehreren, relativ zueinander bewegbar angeordneten Achsgliedern (3) besteht, die jeweils eine Achse des Roboterarms (2) ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Achsglieder (3) aus zumindest zwei komplementären Gehäusesegmenten (7,12) aufgebaut ist, wobei der Roboter (R) nach zumindest einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 12 herstellbar ist. 14. Vorrichtung zur Herstellung eines Roboters (R) , der zumindest einen mehrachsigen Roboterarm (2) aufweist, der aus mehreren, relativ zueinander bewegbar angeordneten Achsgliedern (3) besteht, die jeweils eine Achse des Roboterarms (2) ausbilden, wobei zumindest ein Teil der Achsglieder (3) aus zumindest zwei komplementären
Gehäusesegmenten (7,12) aufgebaut ist, die an zumindest einem ihrer Enden jeweils eine Lagervorrichtung (20,21) zur Aufnahme einer Antriebseinheit (9) aufweisen,
mit zumindest einem Montageroboter (Ml ; M2 ) , der ausgestaltet ist, diverse Montageschritte zur Herstellung des Roboters (R) durchzuführen; und
mit einem Arbeitsraum (1), der dem zumindest einem Montageroboter (M1;M2) zugeordnet ist, wobei der Arbeitsraum (1) eine Haltevorrichtung (8) für zumindest ein Gehäusesegment (7,12) des Roboterarms (R) aufweist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Haltevorrichtung (8) zumindest teilweise komplementär zu der Kontur der Gehäuse der Achsglieder (3) des Roboterarms (2) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Haltevorrichtung (8) ausgebildet ist, den Roboterarm (2) in seiner Längserstreckung horizontal zu positionieren.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die
Haltevorrichtung (8) jeweils ein Widerlager für die beiden Enden des Roboterarms (2) aufweist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der ein Widerlager für ein Basiselement (6) des Roboterarms (2) ausgestaltet ist derart, dass der montierte Roboter (R) mit Hilfe des Montageroboters (M1;M2) um dieses Widerlager in eine definierte Position kippbar ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei der im Bereich des Arbeitsraums (1) zumindest ein Lager (11,13) für die Komponenten zur Montage des Roboters (R) vorgesehen ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei der im Bereich des Arbeitsraums (1) zumindest eine Fördereinrichtung (10) vorgesehen ist, entlang der die Komponenten zur Montage des Roboters (R) bewegbar sind.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei der im Bereich des Arbeitsraums (1) zumindest eine Halterung für diverse Effektoren des Montageroboters (M1;M2) vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei der der zumindest eine Montageroboter (M1;M2) nachgiebig und/oder feinfühlig ausgestaltet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei der zumindest zwei Montageroboter (M1,M2) dem Arbeitsraum (1) zugeordnet sind, wobei die Montageroboter (M1,M2) ausgestaltet sind, unterschiedliche oder gleichartige Montageschritte gleichzeitig oder sequentiell durchzuf üh
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