WO2020126129A1 - Mobile roboterplattform - Google Patents

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WO2020126129A1
WO2020126129A1 PCT/EP2019/074074 EP2019074074W WO2020126129A1 WO 2020126129 A1 WO2020126129 A1 WO 2020126129A1 EP 2019074074 W EP2019074074 W EP 2019074074W WO 2020126129 A1 WO2020126129 A1 WO 2020126129A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
platform
joint
end effector
mobile robot
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/074074
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert TABELING
Volker Neemann
Original Assignee
Broetje-Automation Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Broetje-Automation Gmbh filed Critical Broetje-Automation Gmbh
Priority to US17/414,664 priority Critical patent/US20220016755A1/en
Publication of WO2020126129A1 publication Critical patent/WO2020126129A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/14—Riveting machines specially adapted for riveting specific articles, e.g. brake lining machines
    • B21J15/142—Aerospace structures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/041—Cylindrical coordinate type
    • B25J9/042—Cylindrical coordinate type comprising an articulated arm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/50—Handling or transporting aircraft components

Definitions

  • the invention relates to a mobile robot platform for processing an aircraft structural component according to the preamble of claim 1, a robot arrangement, in particular a mobile robot platform, for processing an aircraft structural component according to the preamble of claim 15 and a method for processing an aircraft structural component with a mobile robot platform according to the preamble of claim 16.
  • Some mobile robot platforms also have a height adjustment unit with which the robot can be adjusted in height in order to enlarge its working area.
  • Aircraft structural components are usually large, often flat components. These can be stringers, fuselage segments and / or wing segments.
  • the end effectors for machining aircraft structural components are sometimes very heavy and / or high machining forces occur during machining. The greater the range of the robot and thus its working area, the greater the impact.
  • large working areas are of crucial importance for the productivity of the system when machining aircraft structural components, since this can avoid the frequent use of the mobile robot platform.
  • a mobile robot platform has become known, for example, which has a height adjustment unit on which a particularly rigid articulated arm robot is arranged.
  • This articulated arm robot is known from DE 10 2016 118 785 A1.
  • a disadvantage of this mobile robot platform is that its movement space and work area are restricted by design.
  • the invention is based on the problem of designing and developing the known mobile robot platform in such a way that it covers the work area and can also accommodate heavy weight end effectors and / or high process forces.
  • the axes of rotation of the first, second and third robot joints are oriented transversely, essentially orthogonally, to the horizontal and / or parallel to the height adjustment direction.
  • the height adjustment is implemented on the platform side.
  • the height adjustment unit is linearly adjustable, as described in claim 3. In this way, the workpiece change (change of the aircraft structural component) can be simplified by lifting the entire robot.
  • Claims 4 and 5 relate to a preferred parking position or travel position and machining positions of the robot.
  • Claims 1 1 to 13 relate to advantageous developments of the platform and claim 14 to referencing between the mobile robot platform and the aircraft structural component to be processed.
  • FIG. 2 shows a top view along the direction of gravity onto the mobile robot platform according to FIG. 1b with the robot in two different positions
  • FIG. 3 shows a top view along the direction of gravity of the mobile robot platform from FIG. 2 prior to the process from a first processing station to a second processing station for processing one and the same aircraft structural component
  • FIG. 1a shows a proposed robot arrangement in the form of a mobile robot platform 1 for processing an aircraft structural component 2. It has a robot 3, a platform 4 which can be moved along a horizontal travel direction onto a floor B and a height adjustment unit 5 arranged on the platform 4 for height adjustment of the robot 3.
  • the proposed robot arrangement can have such a platform 4, but in principle the height adjustment unit 5 can also be arranged on the floor B, for example.
  • the robot arrangement in connection with the mobile robot platform 1 is also described below. However, all statements regarding the mobile robot platform 1 should also apply to the robot arrangement, even if it does not have a movable platform.
  • a mobile robot platform 1 is understood to mean a robot platform 1 which can be brought to various processing stations for processing aircraft structural components. Correspondingly, it can be moved on a floor B along one and / or more horizontal travel directions. This preferably free process takes place here without mechanical guide means, such as rails.
  • Processing an aircraft structural component 2 is understood here to mean processing the aircraft structural component 2 in the narrower sense and / or producing the aircraft structural component 2.
  • the machining can be a mechanical machining of the aircraft structural component 2.
  • the processing is riveting and / or drilling and / or milling of the aircraft structural component 2.
  • the robot 3 is arranged on the height adjustment unit 5 so as to be height adjustable.
  • the height adjustment unit 5 can be arranged so that it can pivot to the platform 4 in at least one processing mode of the mobile robot platform 1.
  • a processing mode is understood here to mean a state of the mobile robot platform 1, in which the mobile robot platform processes an aircraft structural component 2. Maintenance configurations in particular should not be included here.
  • the height adjustment unit can in principle be swivel-proof or only swivel-proof in the processing mode. "Swivel test" means that mechanical means, in particular positive locking and / or non-positive locking and / or material locking, prevent pivoting.
  • the height adjustment unit 5 is particularly preferably firmly connected to the platform 4. In the exemplary embodiment, it serves the linear, in particular the vertical, movement of the robot 3. For this purpose, it preferably has a linear guide 5a, as can be seen from the kinematic schematic representation of FIG. 1b).
  • the height adjustment unit 5 can be moved linearly in the horizontal H.
  • the robot 3 can be adjusted not only in height, but also in the horizontal. It is then particularly preferably designed to be linearly movable along the longitudinal extent of the platform 4. This is then preferably done with a linear guide. A pivotability of the height adjustment unit by means of an adjustment drive is expressly not provided here.
  • the robot 3 has a robot kinematics 6 for positioning an end effector 7.
  • the robot kinematics 6 are serial kinematics.
  • the robot kinematics 6 has a first robot joint 8, a first robot link 9 upstream of the first robot joint 8 and a second robot link 10 downstream of the first robot joint 8. Furthermore, the robot kinematics 6 has a second robot joint 11, which is preceded by the second robot link 10 and a third robot member 12 is located downstream. The fact that the third robot link 12 is followed by a third robot joint 13 and that the first robot joint 8, the second robot joint 11 and the third robot joint 13 have essentially parallel axes of rotation R1, R2, R3, creates a robot 3 which has a particularly large one Has working area A and can take a heavy weight end effector 7 and / or high machining forces.
  • the robot kinematics 6 has a fourth robot element, which is arranged downstream of the third robot joint 13.
  • the end effector 7, in particular via a coupling is arranged on this fourth robot member.
  • the robot 3 is particularly preferably designed in the manner of a Scara robot.
  • the axes of rotation R 1 , R 2 , R 3 of the first, second and third robot joints 8, 11, 13 are aligned transversely to the horizontal H and / or parallel to the height adjustment direction.
  • transverse to the horizontal is meant here and preferably in the direction of the direction of gravity G or orthogonal to the direction of travel or the platform 4.
  • the robot 3 can be folded in as shown in FIG. 2b).
  • the robot 3, in particular including the end effector 7, can preferably be moved into an area within the limits of a vertical projection of the platform 4.
  • vertical is meant here and preferably orthogonal to the horizontal and / or parallel to the direction of gravity.
  • at least the tool center point TCP and / or at least the third robot member 12 can also be moved completely into an area within the limits of a vertical projection of the platform 4. This is a parking position and / or a travel position of the mobile robot platform 1. It is shown in FIG. 2b).
  • the platform 4 acts as protection for the robot 3 and the end effector 7. This can prevent possible collisions or a colliding object would first collide with the platform 4, so that the robot 3 and / or the end effector 7 is protected. Damage caused by collisions can thus be avoided or significantly reduced.
  • the platform can have protective elements 4a projecting from the platform, such as walls, for protecting the end effector 7. These are preferably arranged on transverse sides which have a shorter extension than the long sides of the platform 4. As shown in FIG. 2, the height adjustment unit 5 is offset on the mobile robot platform 1 along the direction of gravity G to the center M of the platform 4 in a plan view.
  • the axis of rotation Ri of the first robot joint 8 preferably runs past the center M of the platform 4 at a maximum of 0.5 m away. Particularly preferred and in the exemplary embodiments, this axis of rotation Ri essentially runs through the center M of the platform 4 in this view.
  • the second robot member 10 extends laterally beyond the platform 4 in at least one processing position.
  • the third robot member 12 can also be arranged laterally completely outside the platform 4 in at least one processing position. In the park position and / or travel position of FIG. 2 b), it is arranged here and preferably completely within the platform 4.
  • the platform 4 extends along a longitudinal axis and that the working area A extends laterally and outside of the platform 4 with respect to the longitudinal axis at least over the entire length LP of the platform 4.
  • the working area A extends laterally and outside of the platform 4 with respect to the longitudinal axis over a width Bi of at least 50%, more preferably at least 80%, the width Bp of the platform 4 and at least over the entire length Lp of the platform 4 4.
  • the mobile robot platform 1 has a working area A which extends along the longitudinal axis of the mobile robot platform 1 over at least 6.5 m, in the width direction of the mobile robot platform 1 over at least 2.8 m and in the height direction over at least 2 , 8 m extends.
  • the mobile robot platform 1 has a working area A which extends in the longitudinal direction of the mobile robot platform 1 by at least 6.5 m and in the width direction of the current Bile robot platform 1 extends over at least 2 m and in the vertical direction over at least 2.8 m.
  • the end effector 7 has at least one tool 14. In particular, this can be a tool 14 that mechanically processes the aircraft structural component 2.
  • the end effector 7 preferably has a drilling unit 15 for drilling and / or milling the aircraft structural component 2 and / or a riveting unit 16 for riveting the aircraft structural component 2. Additionally or alternatively, the end effector 7 can have a milling unit for milling the aircraft structural component 2.
  • a drilling / riveting unit 17 is particularly preferably provided for drilling or milling and riveting.
  • the riveting unit 16 or the boring rental unit 17 can be designed to produce the rivet connection on one or both sides. In the exemplary embodiment in FIGS.
  • the riveting unit 16 and / or the drilling / riveting unit 17 has a riveting tool 18 and a riveting counter tool 19 for riveting.
  • the end effector 7 has a U-shaped tool holder 20, the riveting tool 18 being arranged on one leg 20a of the U-shaped tool holder 20 and the riveting counter tool 19 being arranged on the other leg 20b of the U-shaped tool holder 20.
  • the legs 20a, 20b extend here and preferably essentially orthogonally to the horizontal H and / or parallel to the axes of rotation R 1 , R 2 , R 3 of the first, second and third robot joints 8, 11, 13.
  • the end effector 7 points down to the floor B.
  • the legs 20a, 20b of the U-shaped tool holder 20 point downwards from the direction of the third robot joint 13 to the floor B or upwards from the floor.
  • the machining of the aircraft structural component 2 takes place here, at least when riveting, on both sides, from one side of the aircraft structural component 2 with the riveting tool 18 and from the other side of the aircraft structural component 2 with the riveting counter tool 19.
  • the end effectors 7 each have only one-sided riveting unit 16. These can preferably be used to set rivets for which only one side of the aircraft structural component 2 Tool 14 is needed.
  • the machining of the aircraft structural component 2 is carried out from only one lateral side thereof.
  • processing is carried out only from below.
  • the end effector 7 points upward from the floor B or to the side from the direction of the third robot joint 13. This is also shown in the figures.
  • the end effector 7 has a first pivoting unit 21 for pivoting the at least one tool 14.
  • the pivoting unit 21 can have a curved guide. Through this, the pivoting can be easily realized.
  • the arc guide is preferably in the form of a circular arc.
  • the virtual axis of rotation R4 of the first pivoting unit 21, in the exemplary embodiment of FIG. 1b), is preferably inclined, here orthogonal, to the axis of rotation R 3 of the third robot joint 13.
  • the axis of rotation R4 preferably runs outside the gift unit 21.
  • the axis of rotation R4 of the first pivoting unit 21 runs through the tool center point TCP of the end effector 7.
  • the pivot axis R 4 of the first pivoting unit 21 no further away from the tool center point TCP than 50%, further preferably 20%, further preferably 5%, of the distance between the pivoting unit 21 and the tool center point TCP.
  • the rotation axis R 4 of the first pivoting unit 21 can run through the first pivoting unit 21.
  • the end effector 7 has only a first pivoting unit 21 for pivoting the at least one tool 14, the tool 14 being able to process the aircraft structural component 2 as intended before and after the pivoting.
  • the end effector 7 can also have an additional second pivoting unit 22 for pivoting the at least one tool 14.
  • the axis of rotation R 5 of the second pivoting unit 22 is here and preferred arranged orthogonally to the axis of rotation R4 of the first pivoting unit 21 and / or runs through the tool center point TCP of the end effector 7.
  • the axis of rotation R 5 of the second pivoting unit 22 runs through the second pivoting unit 22.
  • the second pivoting unit 22 is preferably located downstream of the first pivoting unit 21 in the kinematic chain towards the end effector 7.
  • the end effector 7 has only two pivoting units 21, 22 for pivoting the at least one tool 14 of the end effector 7, the tool 14 being able to process the aircraft structural component 2 as intended before and after the pivoting.
  • the mobile robot platform 1 can be designed to be self-propelled along the horizontal travel direction or can be moved by an external device.
  • the platform 4 has wheels 23 on which the mobile robot platform 1 is moved. These are here and preferably at least partially steerable and / or swivelable, more preferably all steerable and / or swivelable. Individual wheels 23 and / or all wheels 23 can be driven in the case of a self-driving mobile robot platform 1.
  • air cushion units (not shown in the exemplary embodiments) can also be provided, after activation of which the mobile robot platform 1 can be moved in the horizontal H on the floor B.
  • the platform 4 is preferably lowered here and / or supports are extended so that it is stable.
  • the platform 4 can then be raised, for example, relative to the wheels 23 and / or the supports can be retracted.
  • the mobile robot platform 1 is supplied externally with electricity and / or compressed air. It is particularly preferred that only these two media, as well as any additional data lines, with which the mobile robot platform is supplied from the outside, in particular continuously.
  • the platform 4 also has a rivet preparation unit 24.
  • This provides the end effector 7 with rivet elements over a transport path.
  • the transport from the rivet preparation unit 24 to the end effector 7 is preferably carried out via a hose.
  • the rivet elements preferably of different types, are stored in magazines in the rivet preparation unit 24.
  • a magazine preferably has essentially identical rivet elements.
  • the controller 29 of the mobile robot platform 1 is also arranged on the platform 4. This controls here and preferably the platform 4, the height adjustment unit 5, the robot 3 as well as the end effector 7. This enables a particularly autonomous processing of the aircraft structural component 2 by the mobile robot platform 1.
  • the controller 29 can preferably be operated from the outside by means of an operating panel 30.
  • the mobile robot platform 1 can also have a test plate holder 25.
  • a test sheet 26 can be held by the latter and the end effector 7 can carry out a test bore and / or test riveting thereon.
  • the platform 4 can have a drilling lubricant device for supplying the end effector 7, in particular the drilling unit 15 or drilling riveting unit 17 or milling unit, with lubricant during the drilling process or milling process. This is promoted here via hoses to the end effector 7.
  • the platform 4 can have an extraction device for extracting drilling chips and / or milling chips. Through this, swarf and / or milling swarf can be sucked through a hose from the end effector 7 into the suction device.
  • the mobile robot platform 1 can be moved to different processing stations. Here, and preferably as shown in FIG. 3, these are arranged along an aircraft structural component 2.
  • the mobile robot platform 1 has a sensor 27.
  • the sensor 27 is a camera.
  • the sensor 27 is arranged here on the end effector 7. Referencing takes place in particular by means of reference rivets 28 and / or reference bores on the aircraft structural component!
  • Aircraft structural components 2 are preferably processed with the mobile robot platform 1 as follows.
  • the mobile robot platform 1 has a robot 3, a platform 4 which can be moved along a horizontal travel direction on a floor, and a height adjustment unit 5 arranged on the platform 4 for height adjustment of the robot 3.
  • the robot 3 is arranged on the height adjustment unit 5 so as to be height adjustable.
  • a first robot member 9 of the robot 3 is preferably fastened on a height-adjustable part of the height adjustment unit 5.
  • the robot 3 has a robot kinematics 6 for positioning an end effector 7.
  • the robot kinematics 6 has a first robot joint 8 with a first robot link 9 upstream of the first robot joint 8 and a second robot link 10 downstream of the first robot joint 8 and a second robot joint 11, which is preceded by the second robot link 10 and a third robot link 12 is downstream .
  • the third robot link 12 is followed by a third robot joint 13 and the first robot joint 8, the second robot joint 11 and the third robot joint 13 have essentially parallel axes of rotation R 1 , R 2 , R 3 .
  • the aircraft structural component 2 is now processed at a first processing station, which is drawn with solid lines in FIG. 3. If the processing is completed at this processing station, the robot 3 is moved here and preferably into the travel position or parking position described above.
  • the mobile robot platform 1 After processing at the first processing station, at which the mobile robot platform 1 has processed a section 2a in the work area A of the mobile robot platform 1 in the first processing station, the mobile robot platform 1 is moved along the aircraft structural component 2, preferably to a second processing station. This is shown in FIG. 3 with dashed lines. In this, the aircraft structural component 2 can then be processed further in a section 2b which lies outside the work area A of the previous processing.
  • the second processing station is started here and preferably by means of a platform positioning system.
  • This can have markings, for example, which identify the second processing station or enable position detection of the second processing station.
  • markings can be floor markings, for example.
  • These markings can be optical markings, for example, which are painted onto the bottom B.
  • centering devices can be provided in the bottom B, via which the mobile robot platform 1 is positioned in the second processing station, for example centering openings in the bottom B, into which centering pins of the mobile robot platform 1 engage for positioning the same.
  • RFID markings can be provided, for example in the floor B, which enable the mobile robot platform 1 to be positioned in the second processing station.
  • the first and possibly further processing stations are approached here and preferably analogously.
  • the mobile robot platform 1 After the starting and positioning of the processing station, the mobile robot platform 1 is preferably placed firmly on the floor B. Here and preferably the referencing of the aircraft structural component with the sensor 27, which has already been described, takes place. Thereafter, as shown in dashed lines in FIG. 3, the aircraft structural component 2 is processed by the mobile robot platform 1 in a section 2b which lies outside the work area A of the first processing station.
  • the height adjustment unit 5, the first, second and third robot joints 8, 11, 13 and, if appropriate, the first and possibly second swivel units 21, 22 each have their own adjustment drives 5b, 11a, 13a, 21a, 22a Can have adjustment. This can be controlled or regulated separately from the other adjustment drives 5b, 11a, 13a, 21a, 22a.

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Abstract

Die Erfindung betritt eine mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist und die Höhenverstelleinheit (5) in mindestens einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform (1) schwenkfest zur Plattform (4) angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R1, R2, R3) aufweisen.

Description

Mobile Roboterplattform
Die Erfindung betrifft eine mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 , eine Roboteranordnung, insbesondere mobile Roboterplattform, zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils mit einer mobilen Roboterplattform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16.
Der Einsatz von mobilen Roboterplattformen zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen ist bereits bekannt. Bei diesen wird in der Regel ein Roboter auf einer Plattform angeordnet. Die Plattform kann dann zu verschiedenen Bearbeitungsstationen verfahren werden und der Roboter an diesen ein Flugzeugstrukturbauteil abschnittsweise bearbeiten. Einige mobile Roboterplattformen weisen auch eine Höhenverstelleinheit auf, mit welcher der Roboter zur Vergrößerung seines Arbeitsbereichs in der Höhe verstellt werden kann.
Bei Flugzeugstrukturbauteilen handelt es sich in der Regel um große, häufig flächige Bauteile. Dies können Stringer, Rumpfsegmente und/oder Flügelsegmente sein. Zudem haben die Endeffektoren zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen teilweise ein hohes Gewicht und/oder es treten bei der Bearbeitung hohe Bearbeitungskräfte auf. Dies wirkt sich umso stärker aus, je größer die Reichweite des Roboters und damit auch sein Arbeitsbereich ist. Große Arbeitsbereiche sind bei der Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen jedoch von entscheidender Bedeutung für die Produktivität der Anlage, weil durch diese ein häufiges Verfahren der mobilen Roboterplattform vermieden werden kann.
Bekannt geworden ist beispielsweise eine mobile Roboterplattform, welche eine Höhenverstelleinheit aufweist, auf der ein besonders steifer Knickarmroboter angeordnet ist. Dieser Knickarmroboter ist aus der DE 10 2016 118 785 A1 bekannt. Nachteilig an dieser mobilen Roboterplattform ist, dass dessen Bewegungsraum und Arbeitsbereich konstruktionsbedingt eingeschränkt ist.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, die bekannte mobile Roboterplattform derart auszugestalten und weiterzubilden, dass sie einen möglichst gro- ßen Arbeitsbereich abdeckt und dabei auch ein hohes Gewicht aufweisende Endeffektoren und/oder hohe Prozesskräfte aufnehmen kann.
Das obige Problem wird bei einer mobilen Roboterplattform gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Durch das Vorsehen der Höhenverstelleinheit und die höhenverstellbare Anordnung des Roboters an derselben sowie die spezielle Ausgestaltung der Roboterkinematik wird eine mobile Roboterplattform geschaffen, welche nicht nur einen großen Arbeitsbereich bereitstellt, sondern auch ein hohes Gewicht aufweisende Endeffektoren tragen kann und/oder hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen kann.
In einer Weiterbildung gemäß Anspruch 2 sind die Rotationsachsen des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks quer, im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet. Hierdurch wird ein Roboter nach Art eines Scara-Roboters geschaffen, durch welchen die Verstellantriebe durch hohe Lasten und/oder Bearbeitungskräfte möglichst wenig belastet werden.
Die Höhenverstellung ist hier plattformseitig realisiert. Gemäß einer Weiterbildung ist die Höhenverstelleinheit linear verstellbar, wie dies im Anspruch 3 beschrieben ist. Hierdurch kann der Werkstückwechsel (Wechsel des Flugzeugstrukturbauteils) durch Anheben des gesamten Roboters vereinfacht werden.
Die Ansprüche 4 und 5 betreffen eine bevorzugte Parkstellung bzw. Verfahrstellung sowie Bearbeitungsstellungen des Roboters.
In den Ansprüchen 6 bis 10 sind vorteilhafte Weiterbildungen des Endeffektors beschrieben, welche flugzeugstrukturbauteilabhängig Vorteile bei der Bearbeitung bieten. Die Ansprüche 1 1 bis 13 betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Plattform und der Anspruch 14 das Referenzieren zwischen der mobilen Roboterplattform und dem zu bearbeitenden Flugzeugstrukturbauteil.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 15, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird das obige Problem bei einer Roboteranordnung, insbesondere mobilen Roboterplattform, zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 15 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 15 gelöst. Hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen darf auf die Ausführungen zur mobilen Roboterplattform verwiesen werden. Alle diesbezüglichen Ausführungen gelten auch für die Roboteranordnung, auch wenn diese nicht eine mobile Roboterplattform ist.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 16, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird das obige Problem bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 16 gelöst. Eine bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens ist in Anspruch 17 beschrieben. Hinsichtlich der Vorteile und Ausgestaltungen darf auf die vorschlagsgemäße mobile Roboterplattform sowie die vorschlagsgemäße Roboteranordnung verwiesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 a) eine dreidimensionale Darstellung der vorschlagsgemäßen mobilen Roboterplattform, b) das Kinematikschema der mobilen Roboterplattform aus Fig. 1 a),
Fig. 2 eine Aufsicht von oben entlang der Schwerkraftrichtung auf die mobile Roboterplattform gemäß Fig. 1 b mit dem Roboter in zwei verschiedenen Stellungen,
Fig. 3 in einer Aufsicht von oben entlang der Schwerkraftrichtung die mobile Roboterplattform aus der Fig. 2 vor dem Verfahren von einer ersten Bearbeitungsstation zu einer zweiten Bearbeitungsstation zum Bearbeiten ein und desselben Flugzeugstrukturbauteils, Fig. 4 a) ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorschlagsgemäßen mobilen Roboterplattform und b) noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der mobilen Roboterplattform, jeweils als Kinematikschema.
Die Fig. 1a) zeigt eine vorschlagsgemäße Roboteranordnung in Form einer mobilen Roboterplattform 1 zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils 2. Sie weist einen Roboter 3, eine entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einen Boden B verfahrbare Plattform 4 und eine auf der Plattform 4 angeordnete Höhenverstelleinheit 5 zur Höhenverstellung des Roboters 3 auf. Die vorschlagsgemäße Roboteranordnung kann eine solche Plattform 4 aufweisen, grundsätzlich kann die Höhenverstelleinheit 5 jedoch beispielsweise auch auf dem Boden B angeordnet sein. Nachfolgend wird auch die Roboteranordnung in Zusammenhang mit der mobilen Roboterplattform 1 beschrieben. Sämtliche Ausführungen zur mobilen Roboterplattform 1 sollen jedoch auch für die Roboteranordnung gelten, auch wenn diese keine verfahrbare Plattform aufweist.
Unter einer mobilen Roboterplattform 1 wird eine Roboterplattform 1 verstanden, welche zur Bearbeitung von Flugzeugstrukturbauteilen zu verschiedenen Bearbeitungsstationen verbracht werden kann. Entsprechend ist sie entlang einer und/oder mehrerer horizontaler Verfahrrichtungen auf einem Boden B verfahrbar. Dieses vorzugsweise freie Verfahren erfolgt hier ohne mechanische Führungsmittel, wie beispielsweise Schienen.
Unter der Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils 2 wird hier ein Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 im engeren Sinne und/oder ein Herstellen des Flugzeugstrukturbauteils 2 verstanden. Insbesondere kann das Bearbeiten ein mechanisches Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 sein. Im Ausführungsbeispiel ist das Bearbeiten ein Nieten und/oder Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2.
Wie der Fig. 1a) weiter entnommen werden kann, ist der Roboter 3 an der Höhenverstelleinheit 5 höhenverstellbar angeordnet. Die Höhenverstelleinheit 5 kann dabei mindestens in einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform 1 schwenkfest zu der Plattform 4 angeordnet sein. Unter einem Bearbeitungsmodus wird hier ein Zustand der mobilen Roboterplattform 1 verstanden, in welchem die mobile Roboterplattform ein Flugzeugstrukturbauteil 2 bearbeitet. Wartungskonfigurationen sollen insbesondere nicht hierunter fallen. Die Höhenverstelleinheit kann grundsätzlich schwenkfest oder nur in dem Bearbeitungsmodus schwenkfest sein. "Schwenktest" heißt, dass durch mechanische Mittel, inbesondere Formschluss und/oder Kraftschluss und/oder Stoffschluss eine Verschwenkbarkeit ausgeschlossen ist. Besonders bevorzugt ist die Höhenverstelleinheit 5 fest mit der Plattform 4 verbunden. Im Ausführungsbeispiel dient sie dem linearen, insbesondere dem vertikalen Verfahren des Roboters 3. Hierfür weist sie, wie der kinematischen Schemadarstellung der Fig. 1 b) entnommen werden kann, vorzugsweise eine Linearführung 5a auf.
Zusätzlich kann in einer hier nicht dargestellten Variante vorgesehen sein, dass die Höhenverstelleinheit 5 linear in der Horizontalen H verfahrbar ist. Hierdurch kann der Roboter 3 nicht nur in der Höhe verstellt werden, sondern auch in der Horizontalen. Besonders bevorzugt ist er dann entlang der Längserstreckung der Plattform 4 linear verfahrbar ausgebildet. Dies erfolgt dann vorzugsweise mit einer Linearführung. Eine Verschwenkbarkeit der Höhenverstelleinheit mittels eines Verstellantriebs ist hier ausdrücklich nicht vorgesehen.
Der Roboter 3 weist vorschlagsgemäß eine Roboterkinematik 6 zur Positionierung eines Endeffektors 7 auf. Hier und vorzugsweise ist die Roboterkinematik 6 eine serielle Kinematik.
Die Roboterkinematik 6 weist ein erstes Robotergelenk 8 auf, ein dem ersten Robotergelenk 8 vorgelagertes erstes Roboterglied 9 und ein dem ersten Robotergelenk 8 nachgelagertes zweites Roboterglied 10. Des Weiteren weist die Roboterkinematik 6 ein zweites Robotergelenk 11 auf, dem das zweite Roboterglied 10 vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied 12 nachgelagert ist. Dadurch, dass dem dritten Roboterglied 12 ein drittes Robotergelenk 13 nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk 8, das zweite Robotergelenk 11 und das dritte Robotergelenk 13 im Wesentlichen parallele Rotationsachsen R1, R2, R3 aufweisen, wird ein Roboter 3 geschaffen, welcher einen besonders großen Arbeitsbereich A aufweist und einen ein hohes Gewicht aufweisenden Endeffektor 7 und/oder hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen kann. Im Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist die Roboterkinematik 6 ein viertes Roboterglied auf, welches dem dritten Robotergelenk 13 nachgelagert ist. An diesem vierten Roboterglied ist hier und vorzugsweise der Endeffektor 7, insbesondere über eine Kupplung, angeordnet.
Besonders bevorzugt ist der Roboter 3 wie im Ausführungsbeispiel nach der Art eines Scara-Roboters ausgebildet. Hier und vorzugsweise sind die Rotationsachsen R1, R2, R3 des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks 8, 11 , 13 quer zur Horizontalen H und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet. Mit quer zur Horizontalen ist hier und vorzugsweise in Richtung der Schwerkraftrichtung G bzw. orthogonal zu der bzw. den Verfahrrichtungen der Plattform 4 gemeint.
Um die mobile Roboterplattform 1 möglichst sicher zu verfahren und/oder abzustellen und eine Kollision beim Verfahren oder durch andere fahrbare Gegenstände zu vermeiden, kann der Roboter 3 wie in der Fig. 2b) gezeigt eingeklappt werden. Vorzugsweise ist der Roboter 3, insbesondere einschließlich des Endeffektors 7, in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform 4 verfahrbar. Mit vertikal ist hier und vorzugsweise orthogonal zur Horizontalen und/oder parallel zur Schwerkraftrichtung gemeint. In alternativen Ausgestaltungen kann jedoch auch zumindest der Tool-Center- Point TCP und/oder zumindest das dritte Roboterglied 12 vollständig in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform 4 verfahrbar sein. Hierbei handelt es sich um eine Parkstellung und/oder eine Verfahrstellung der mobilen Roboterplattform 1. Sie ist in der Fig. 2b) gezeigt. Bei einem Parken und/oder Verfahren in einer solchen Parkstellung bzw. Verfahrstellung wirkt die Plattform 4 als Schutz für den Roboter 3 und den Endeffektor 7. Hierdurch können mögliche Kollisionen verhindert werden bzw. ein kollidierender Gegenstand würde zunächst mit der Plattform 4 kollidieren, so dass der Roboter 3 und/oder der Endeffektor 7 geschützt wird. Dadurch können Schäden durch Kollisionen vermieden oder erheblich verringert werden. Um die Schutzwirkung zu steigern, kann die Plattform von der Plattform aufragende Schutzelemente 4a, wie beispielsweise Wände, zum Schutz des Endeffektors 7 aufweisen. Diese sind vorzugsweise an Querseiten, welche eine kürzere Erstreckung als die Längsseiten der Plattform 4 aufweisen, angeordnet. Wie in der Fig. 2 gezeigt, ist die Höhenverstelleinheit 5 in einer Aufsicht auf die mobile Roboterplattform 1 entlang der Schwerkraftrichtung G zum Mittelpunkt M der Plattform 4 versetzt auf dieser angeordnet. In einer Aufsicht entlang der Schwerkraftrichtung G auf die mobile Roboterplattform 1 verläuft die Rotationsachse Ri des ersten Robotergelenks 8 vorzugsweise maximal 0,5 m entfernt an dem Mittelpunkt M der Plattform 4 vorbei. Besonders bevorzugt und in den Ausführungsbeispielen verläuft diese Rotationsachse Ri in dieser Aufsicht im Wesentlichen durch den Mittelpunkt M der Plattform 4.
Wie in Fig. 2a) gezeigt, erstreckt sich das zweite Roboterglied 10 in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich über die Plattform 4 hinaus. Das dritte Roboterglied 12 kann ebenfalls in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich vollständig außerhalb der Plattform 4 angeordnet sein. In der Parkstellung und/oder Verfahrstellung der Fig. 2b) ist es hier und vorzugsweise vollständig innerhalb der Plattform 4 angeordnet.
In der Fig. 2a) ist gezeigt, dass sich die Plattform 4 entlang einer Längsachse erstreckt und dass sich der Arbeitsbereich A bezogen auf die Längsachse seitlich und außerhalb der Plattform 4 mindestens über die gesamte Länge LP der Plattform 4 erstreckt. Dieser ist in der Fig. 2a) von oben mit einer halbkreisförmigen Schraffur dargestellt. Vorzugsweise erstreckt sich der Arbeitsbereich A bezogen auf die Längsachse seitlich und außerhalb der Plattform 4 auf einer Breite Bi außerhalb der Plattform 4 von mindesten 50%, weiter vorzugsweise mindestens 80%, der Breite Bp der Plattform 4 und mindestens über die gesamte Länge Lp der Plattform 4. Hierdurch ergibt sich insbesondere für längliche Flugzeugstrukturbauteile 2 eine besonders flexible Fertigung, wie dies weiter unten in Verbindung mit dem Verfahren zur Bearbeitung näher beschrieben ist.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 weist die mobile Roboterplattform 1 einen Arbeitsbereich A auf, der sich entlang der Längsachse der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 6,5 m, in Breitenrichtung der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 2,8 m und in Höhenrichtung über mindestens 2,8 m erstreckt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 4a) und 4b) weist die mobile Roboterplattform 1 einen Arbeitsbereich A auf, der sich in Längsrichtung der mobilen Roboterplattform 1 über mindestens 6,5 m, in Breitenrichtung der mo- bilen Roboterplattform 1 über mindestens 2 m und in Höhenrichtung über mindestens 2,8 m erstreckt.
Der Endeffektor 7 weist mindestens ein Werkzeug 14 auf. Dabei kann es sich insbesondere um ein das Flugzeugstrukturbauteil 2 mechanisch bearbeitendes Werkzeug 14 handeln. Vorzugsweise weist der Endeffektor 7 eine Bohreinheit 15 zum Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2 und/oder eine Nieteinheit 16 zum Nieten des Flugzeugstrukturbauteils 2 auf. Zusätzlich oder alternativ kann der Endeffektor 7 eine Fräseinheit zum Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils 2 aufweisen. Besonders bevorzugt ist eine Bohr- /Nieteinheit 17 zum Bohren bzw. Fräsen und Nieten vorgesehen. Die Nieteinheit 16 bzw. die Bohmieteinheit 17 kann zum einseitigen oder beidseitigen Erzeugen der Nietverbindung ausgebildet sein. Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 3 weist die Nieteinheit 16 und/oder die Bohr-/Nieteinheit 17 ein Nietwerkzeug 18 und ein Nietgegenwerkzeug 19 zum Nieten auf. Hier weist der Endeffektor 7 eine U-förmige Werkzeugaufnahme 20 auf, wobei an einem Schenkel 20a der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 das Nietwerkzeug 18 und an dem anderen Schenkel 20b der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 das Nietgegenwerkzeug 19 angeordnet ist. Die Schenkel 20a, 20b erstrecken sich hier und vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal zur Horizontalen H und/oder parallel zu den Rotationsachsen R1, R2, R3 des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks 8, 11 , 13.
Der Endeffektor 7 weist im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 nach unten zum Boden B. Hier weisen die Schenkel 20a, 20b der U-förmigen Werkzeugaufnahme 20 aus Richtung des dritten Robotergelenks 13 nach unten zum Boden B oder nach oben vom Boden weg.
Die Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 erfolgt hier zumindest beim Nieten beidseitig, von einer Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 mit dem Nietwerkzeug 18 und von der anderen Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 mit dem Nietgegenwerkzeug 19.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 weisen die Endeffektoren 7 jeweils nur eine einseitige Nieteinheit 16 auf. Mit diesen können vorzugsweise solche Niete gesetzt werden, für die nur von einer Seite des Flugzeugstrukturbauteils 2 ein Werkzeug 14 benötigt wird. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4a) erfolgt die Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 von nur einer seitlichen Seite desselben. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4b) erfolgt die Bearbeitung nur von unten. Der Endeffektor 7 weist aus Richtung des dritten Robotergelenks 13 nach oben vom Boden B weg bzw. zur Seite. Dies ist jeweils auch in den Figuren dargestellt.
Hier und vorzugsweise weist der Endeffektor 7 eine erste Verschwenkeinheit 21 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 auf. Die Verschwenkeinheit 21 kann eine Bogenführung aufweisen. Durch diese kann das Verschwenken einfach realisiert werden. Die Bogenführung ist vorzugsweise kreisbogenförmig.
Die, im Ausführungsbeispiel von Fig. 1b) virtuelle, Rotationsachse R4 der ersten Verschwenkeinheit 21 ist vorzugsweise geneigt, hier orthogonal, zur Rotationsachse R3 des dritten Robotergelenks 13 angeordnet. Vorzugsweise verläuft die Rotationsachse R4 außerhalb der Verschenkeinheit 21. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 b) und im Ausführungsbeispiel der Fig. 4a) verläuft die Rotationsachse R4 der ersten Verschwenkeinheit 21 durch den Tool-Center-Point TCP des Endeffektors 7. In bevorzugten Ausgestaltungen verläuft die Schwenkachse R4 der ersten Verschwenkeinheit 21 nicht weiter entfernt von dem Tool-Center- Point TCP als 50%, weiter vorzugsweise 20%, weiter vorzugsweise 5%, des Abstands zwischen der Verschwenkeinheit 21 und dem Tool-Center-Point TCP. Alternativ kann, wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die Rotationsachse R4 der ersten Verschwenkeinheit 21 durch die erste Verschwenkeinheit 21 verlau- fen.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und im Ausführungsbeispiel der Fig. 4a) weist der Endeffektor 7 nur eine erste Verschwenkeinheit 21 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 auf, wobei das Werkzeug 14 vor und nach dem Verschwenken das Flugzeugstrukturbauteil 2 bestimmungsgemäß bearbeiten kann.
Alternativ kann der Endeffektor 7 auch eine zusätzliche zweite Verschwenkeinheit 22 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 aufweisen. Die Rotationsachse R5 der zweiten Verschwenkeinheit 22 ist hier und vorzugs- weise orthogonal zur Rotationsachse R4 der ersten Verschwenkeinheit 21 angeordnet und/oder verläuft durch den Tool-Center-Point TCP des Endeffektors 7. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4b) verläuft die Rotationsachse R5 der zweiten Verschwenkeinheit 22 durch die zweite Verschwenkeinheit 22. Hier und vorzugsweise ist in der kinematischen Kette zum Endeffektor 7 hin die zweite Verschwenkeinheit 22 der ersten Verschwenkeinheit 21 nachgelagert.
In diesem Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist der Endeffektor 7 nur zwei Verschwenkeinheiten 21 , 22 zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs 14 des Endeffektors 7 auf, wobei das Werkzeug 14 vor und nach dem Verschwenken das Flugzeugstrukturbauteil 2 bestimmungsgemäß bearbeiten kann.
Die mobile Roboterplattform 1 kann entlang der horizontalen Verfahrrichtung selbstfahrend ausgebildet sein oder durch eine externe Vorrichtung verfahrbar sein. Im Ausführungsbeispiel und vorzugsweise weist die Plattform 4 Räder 23 auf, auf welchen die mobile Roboterplattform 1 verfahren wird. Diese sind hier und vorzugsweise zumindest teilweise lenkbar und/oder schwenkbar, weiter vorzugsweise alle lenkbar und/oder schwenkbar, ausgebildet. Einzelne Räder 23 und/oder alle Räder 23 können im Falle einer selbstfahrenden mobilen Roboterplattform 1 angetrieben sein.
Alternativ zu Räder 23 können beispielsweise auch in den Ausführungsbeispielen nicht gezeigte Luftkisseneinheiten vorgesehen sein, nach deren Aktivierung die mobile Roboterplattform 1 in der Horizontalen H auf dem Boden B verfahrbar ist.
Während der Bearbeitung des Flugzeugstrukturbauteils 2 ist die Plattform 4 hier und vorzugsweise abgesenkt und/oder es sind Stützen ausgefahren, so dass sie einen stabilen Stand hat. Zum Verfahren an eine andere Bearbeitungsstation kann die Plattform 4 dann beispielsweise relativ zu den Räder 23 angehoben werden und/oder die Stützen eingefahren werden.
Um ein möglichst autonomes Bearbeiten von Flugzeugstrukturbauteilen 2 durch die mobile Roboterplattform 1 zu ermöglichen, wird hier und vorzugsweise die mobile Roboterplattform 1 von extern mit Strom und/oder Druckluft versorgt. Besonders bevorzugt sind es nur diese beiden Medien, sowie gegebenenfalls zusätzliche Datenleitungen, mit welchen die mobile Roboterplattform von außen, insbesondere kontinuierlich, versorgt wird.
Die Plattform 4 weist im Ausführungsbeispiel ferner eine Nietbereitstellungseinheit 24 auf. Diese stellt dem Endeffektor 7 über eine Transportstrecke Nietelemente zur Verfügung. Vorzugsweise erfolgt der Transport von der Nietbereitstellungseinheit 24 zum Endeffektor 7 über einen Schlauch. In der Nietbereitstellungseinheit 24 werden die Nietelemente, vorzugsweise solche unterschiedlicher Art, in Magazinen gelagert. Dabei weist ein Magazin vorzugsweise im Wesentlichen nenngleiche Nietelemente auf.
Zusätzlich oder alternativ ist auch die Steuerung 29 der mobilen Roboterplattform 1 auf der Plattform 4 angeordnet. Diese steuert hier und vorzugsweise die Plattform 4, die Höhenverstelleinheit 5, den Roboter 3 sowie den Endeffektor 7. Hierdurch wird ein besonders autarkes Bearbeiten des Flugzeugstrukturbauteils 2 durch die mobile Roboterplattform 1 ermöglicht. Die Steuerung 29 kann vorzugsweise mittels eines Bedienpanels 30 von außen bedient werden.
Um die Funktionsweise der Nieteinheit 16 bzw. Bohr-/Nieteinheit 17 zu prüfen, kann die mobile Roboterplattform 1 ferner einen Testblechhalter 25 aufweisen. Von diesem kann ein Testblech 26 gehalten werden und der Endeffektor 7 kann an diesem eine Testbohrung und/oder Testnietung vornehmen.
Ferner kann die Plattform 4 eine Bohrschmiermittelvorrichtung zur Versorgung des Endeffektors 7, insbesondere der Bohreinheit 15 bzw. Bohr-Nieteinheit 17 bzw. Fräseinheit mit Schmiermittel während des Bohrprozesses oder Fräsprozesses aufweisen. Dieses wird hier über Schläuche zum Endeffektor 7 gefördert.
Zusätzlich oder alternativ kann die Plattform 4 eine Absaugvorrichtung zum Absaugen von Bohrspänen und/oder Frässpänen aufweisen. Durch diese können Bohrspäne und/oder Frässpäne durch einen Schlauch vom Endeffektor 7 aus in die Absaugvorrichtung abgesaugt werden. Wie bereits angedeutet, kann die mobile Roboterplattform 1 an verschiedene Bearbeitungsstationen verfahren werden. Diese sind hier und vorzugsweise wie in der Fig. 3 gezeigt entlang eines Flugzeugstrukturbauteils 2 angeordnet.
Um nach dem Verfahren und/oder vor dem Bearbeiten eines neuen Flugzeugstrukturbauteils 2 die Position desselben mit der mobilen Roboterplattform
1 , insbesondere dem Endeffektor 7, zu referenzieren, weist die mobile Roboterplattform 1 einen Sensor 27 auf. Grundsätzlich kann die mobile Roboterplattform 1 bzw. die Plattform 4, vorzugsweise der Roboter 3, weiter vorzugsweise der Endeffektor 7, einen Sensor 27 zum Referenzieren der Position und/oder Lage des Flugzeugstrukturbauteils 2 relativ zu der mobilen Roboterplattform 1 und/oder zu dem Roboter 3 und/oder zu dem Endeffektor 7 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel ist der Sensor 27 eine Kamera. Der Sensor 27 ist hier am Endeffektor 7 angeordnet. Das Referenzieren erfolgt insbesondere mittels Referenznieten 28 und/oder Referenzbohrungen an dem Flugzeugstrukturbautei!
2. Diese werden von dem Sensor 27 erfasst und anhand deren Orientierung und/oder Position die Referenzierung durchgeführt.
Flugzeugstrukturbauteile 2 werden vorzugsweise wie folgt mit der mobilen Roboterplattform 1 bearbeitet. Wie bereits erläutert, weist die mobile Roboterplattform 1 einen Roboter 3, eine entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden verfahrbare Plattform 4 und eine auf der Plattform 4 angeordnete Höhenverstelleinheit 5 zur Höhenverstellung des Roboters 3 auf. Der Roboter 3 ist an der Höhenverstelleinheit 5 höhenverstellbar angeordnet. Vorzugsweise ist ein erstes Roboterglied 9 des Roboters 3 auf einem höhenverstellbaren Teil der Höhenverstelleinheit 5 befestigt. Der Roboter 3 weist eine Roboterkinematik 6 zur Positionierung eines Endeffektors 7 auf. Die Roboterkinematik 6 weist ein erstes Robotergelenk 8 mit einem dem ersten Robotergelenk 8 vorgelagerten ersten Roboterglied 9 und einem dem ersten Robotergelenk 8 nachgelagerten zweiten Roboterglied 10 und ein zweites Robotergelenk 11 , dem das zweite Roboterglied 10 vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied 12 nachgelagert ist, auf. Dem dritten Roboterglied 12 ist ein drittes Robotergelenk 13 nachgelagert und das erste Robotergelenk 8, das zweite Robotergelenk 11 und das dritte Robotergelenk 13 weisen im wesentlichen parallele Rotationsachsen R1, R2, R3 auf. Im Übrigen darf auf die Beschreibung der mobilen Roboterplattform 1 verwiesen werden. An einer ersten Bearbeitungsstation, welche in der Fig. 3 mit durchgezogenen Linien gezeichnet ist, wird nun das Flugzeugstrukturbauteil 2 bearbeitet. Ist an dieser Bearbeitungsstation die Bearbeitung abgeschlossen, wird hier und vorzugsweise der Roboter 3 in die zuvor beschriebene Verfahrstellung bzw. Parkstellung verfahren.
Nach der Bearbeitung an der ersten Bearbeitunsstation, an welcher die mobile Roboterplattform 1 einen Abschnitt 2a in dem Arbeitsbereich A der mobilen Roboterplattform 1 in der ersten Bearbeitungsstation bearbeitet hat, wird die mobile Roboterplattform 1 entlang des Flugzeugstrukturbauteils 2 verfahren, vorzugsweise an eine zweite Bearbeitungsstation. Diese ist in der Fig. 3 mit gestrichelten Linien gezeigt. In dieser kann das Flugzeugstrukturbauteil 2 dann in einem Abschnitt 2b weiterbearbeitet werden, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs A der vorherigen Bearbeitung liegt.
Das Anfahren der zweiten Bearbeitungsstation erfolgt hier und vorzugsweise mittels eines Plattformpositioniersystems. Dieses kann beispielsweise Markierungen aufweisen, welche die zweite Bearbeitungsstation kennzeichnen oder eine Positionserfassung der zweiten Bearbeitungsstation ermöglichen. Dies können beispielsweise Bodenmarkierungen sein. Diese Markierungen können beispielsweise optische Markierungen sein, welche auf den Boden B aufgemalt sind. Zusätzlich oder alternativ können im Boden B Zentriervorrichtungen vorgesehen sein, über welche die mobile Roboterplattform 1 in der zweiten Bearbeitungsstation positioniert wird, beispielsweise Zentrieröffnungen im Boden B, in welche Zentrierbolzen der mobilen Roboterplattform 1 zum Positionieren derselben eingreifen. Zusätzlich oder alterativ können RFID-Markierungen, beispielsweise im Boden B, vorgesehen sein, welche ein Positionieren der mobilen Roboterplattform 1 in der zweiten Bearbeitungsstation ermöglichen. Das Anfahren der ersten und ggf. weiteren Bearbeitungsstation erfolgt hier und vorzugsweise analog.
Nach dem Anfahren und Positionieren der Bearbeitungsstation wird die mobile Roboterplattform 1 vorzugsweise fest auf dem Boden B abgestellt. Hier und vorzugsweise erfolgt danach das zuvor bereits beschriebene Referenzieren des Flugzeugstrukturbauteils mit dem Sensor 27. Danach wird, wie in gestrichelten Linien in der Fig. 3 dargestellt, das Flugzeugstrukturbauteil 2 von der mobilen Roboterplattform 1 in einem Abschnitt 2b bearbeitet, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs A der ersten Bearbeitungsstation liegt.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass die Höhenverstelleinheit 5, das erste, zweite und dritte Robotergelenk 8, 11 , 13 sowie ggf. die erste und ggf. zweite Verschwenkeinheit 21 , 22 jeweils einen eigenen Verstellantrieb 5b, 11a, 13a, 21a, 22a zur Verstellung aufweisen kann. Dieser ist jeweils getrennt von den jeweils anderen Verstellantrieben 5b, 11 a, 13a, 21a, 22a steuerbar bzw. regelbar.

Claims

Patentansprüche
1. Mobile Roboterplattform zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3), wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist und die Höhenverstelleinheit (5) in mindestens einem Bearbeitungsmodus der mobilen Roboterplattform (1 ) schwenkfest zur Plattform (4) angeordnet ist,
wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und
wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (1 1), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11 ) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R1, R2, R3) aufweisen.
2. Mobile Roboterplattform nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachsen ( R1, R2, R)3 des ersten, zweiten und dritten Robotergelenks (8, 11 , 13) quer, vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen (H) und/oder parallel zur Höhenverstellrichtung ausgerichtet sind.
3. Mobile Roboterplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhenverstelleinheit (5) linear verstellbar ist, insbesondere quer, vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Horizontalen (H).
4. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (3) vollständig, vorzugsweise einschließlich des Endeffektors (7), in einen Bereich innerhalb der Grenzen einer vertikalen Projektion der Plattform (4) verfahrbar ist.
5. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Roboterglied (10) sich in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich über die Plattform (4) hinaus erstreckt, weiter vorzugsweise, dass das dritte Roboterglied (12) in mindestens einer Bearbeitungsstellung seitlich vollständig außerhalb der Plattform (4) angeordnet ist.
6. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) mindestens ein Werkzeug (14), vorzugsweise eine Bohreinheit (15) zum Bohren und/oder Fräsen des Flugzeugstrukturbauteils (2) und/oder eine Nieteinheit (16) zum Nieten des Flugzeugstrukturbauteils (2), weiter vorzugsweise eine Bohr-/Nieteinheit (17) zum Bohren und Nieten des Flugzeugstrukturbauteils (2), aufweist.
7. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nieteinheit (16) und/oder die Bohr- /Nieteinheit (17) ein Nietwerkzeug (18) und ein Nietgegenwerkzeug (19) zum Nieten aufweist, vorzugsweise, dass der Endeffektor (7) eine U-förmige Werkzeugaufnahme (20) aufweist, wobei an einem Schenkel (20a) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) das Nietwerkzeug (18) und an dem anderen Schenkel (20b) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) das Nietgegenwerkzeug (19) angeordnet ist.
8. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) nach unten zum Boden (B) oder nach oben vom Boden (B) weg weist, vorzugsweise, dass die Schenkel (20a; 20b) der U-förmigen Werkzeugaufnahme (20) nach unten zum Boden (B) oder nach oben vom Boden weg weisen.
9. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) eine erste Verschwenkein- heit (21 ) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (R4) aufweist, vorzugsweise, dass die Rotationsachse (R4) der ersten Verschwenkeinheit (21 ) quer, insbesondere im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R3) des dritten Robotergelenks (13) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
10. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (7) eine zweite Verschwenkein- heit (22) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (Rs) aufweist, vorzugsweise, dass die Rotationsachse (Rs) der zweiten Verschwenkeinheit (22) quer, insbesondere im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R4) der ersten Verschwenkeinheit (21) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
11. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1 ) entlang der horizontalen Verfahrrichtung selbstfahrend ausgebildet ist und/oder durch eine externe Vorrichtung verfahrbar ist.
12. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1 ) von extern mit Strom und/oder Druckluft versorgt wird.
13. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Plattform (4) eine Nietbereitstellungseinheit (24) angeordnet ist, welche dem Endeffektor (7) über eine Transportstrecke Nietelemente bereitstellt.
14. Mobile Roboterplattform nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1 ), vorzugsweise der Roboter (3), insbesondere der Endeffektor (7), einen Sensor (27), insbesondere eine Kamera, zum Referenzieren der Position und/oder Lage des Flugzeugstrukturbauteils (2) relativ zu der mobilen Roboterplattform (1 ) und/oder zu dem Roboter (3) und/oder zu dem Endeffektor (7) aufweist.
15. Roboteranordnung, insbesondere mobile Roboterplattform (1 ), zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einem Roboter (3), mit einer Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3),
wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar angeordnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) mit mindestens einem Werkzeug (14) aufweist und
wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11 ), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11 ) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (R1, R2, R3) aufweisen, und
dass der Endeffektor (7) eine erste Verschwenkeinheit (21 ) zum Verschwenken des mindestens einen Werkzeugs (14) um eine Rotationsachse (R4) aufweist, dass die Rotationsachse (R4) der ersten Verschwenkeinheit (21 ) geneigt, vorzugsweise quer, weiter vorzugsweise im Wesentlichen orthogonal, zur Rotationsachse (R3) des dritten Robotergelenks (13) angeordnet ist und/oder durch den Tool-Center-Point (TCP) des Endeffektors (7) verläuft.
16. Verfahren zur Bearbeitung eines Flugzeugstrukturbauteils (2) mit einer mobilen Roboterplattform (1 ) mit einem Roboter (3), mit einer entlang einer horizontalen Verfahrrichtung auf einem Boden (B) verfahrbaren Plattform (4) und mit einer auf der Plattform (4) angeordneten Höhenverstelleinheit (5) zur Höhenverstellung des Roboters (3),
wobei der Roboter (3) an der Höhenverstelleinheit (5) höhenverstellbar ange- ondnet ist, wobei der Roboter (3) eine Roboterkinematik (6) zur Positionierung eines Endeffektors (7) aufweist und
wobei die Roboterkinematik (6) ein erstes Robotergelenk (8) mit einem dem ersten Robotergelenk (8) vorgelagerten ersten Roboterglied (9) und einem dem ersten Robotergelenk (8) nachgelagerten zweiten Roboterglied (10) und ein zweites Robotergelenk (11 ), dem das zweite Roboterglied (10) vorgelagert ist und ein drittes Roboterglied (12) nachgelagert ist, aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass dem dritten Roboterglied (12) ein drittes Robotergelenk (13) nachgelagert ist und dass das erste Robotergelenk (8), das zweite Robotergelenk (11 ) und das dritte Robotergelenk (13) im Wesentlichen parallele Rotationsachsen (Ri, R2, Ra) aufweisen und der Endeffektor (7) das Flugzeugstrukturbauteil (2) bearbeitet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mobile Roboterplattform (1 ) einen Arbeitsbereich (A) aufweist, in welchen sie einen Abschnitt (2a) eines Flugzeugstrukturbauteils (2) ohne verfahren zu werden bearbeiten kann, dass das Flugzeugstrukturbauteil (2) mit einem Abschnitt in diesem Arbeitsbereich (A) angeordnet ist und in diesem Abschnitt (2a) bearbeitet wird, dass nach der Bearbeitung dieses Abschnitts (2a) die mobile Roboterplattform (1 ) entlang des Flugzeugstrukturbauteils (2) verfahren wird und anschließend das Flugzeugstrukturbauteil (2) in einem Abschnitt (2b) bearbeitet wird, welcher außerhalb des Arbeitsbereichs (A) der vorherigen Bearbeitung liegt.
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