EP3129196A1 - Verfahren zum teilautomatisierten fertigen von werkstücken an einem mrk-arbeitsplatz und zugehöriger mrk-arbeitsplatz - Google Patents

Verfahren zum teilautomatisierten fertigen von werkstücken an einem mrk-arbeitsplatz und zugehöriger mrk-arbeitsplatz

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Publication number
EP3129196A1
EP3129196A1 EP15716478.1A EP15716478A EP3129196A1 EP 3129196 A1 EP3129196 A1 EP 3129196A1 EP 15716478 A EP15716478 A EP 15716478A EP 3129196 A1 EP3129196 A1 EP 3129196A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
robot
manual
joints
mrk
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15716478.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard ZUNKE
Julian STOCKSCHLÄDER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Systems GmbH
Original Assignee
KUKA Systems 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 KUKA Systems GmbH filed Critical KUKA Systems GmbH
Publication of EP3129196A1 publication Critical patent/EP3129196A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Program-controlled manipulators
    • B25J9/16—Program controls
    • B25J9/1694—Program controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39372—Expert rule based system to correct parameters impedance controller
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40202—Human robot coexistence

Definitions

  • the invention relates to a method for partially automated fabricating workpieces at a MRK workstation comprising a manually workpiece to be machined and the workpiece holding robot with a robot controller and having a plurality of joints and the joints connecting links aufwei ⁇ send manipulator arm, the joints of the robot controller can be automatically adjusted based on a Roboterpro ⁇ program or in a manual drive mode.
  • the invention also relates to an associated MRK workstation.
  • DE 10 2006 056 528 A1 describes a device for holding, moving and positioning a particularly heavy-weight workpiece, wherein the device has a multi-axially movable and non-destructively separable connectable to the workpiece manipulator, wherein additionally a holding device is provided which the workpiece under Zu- circuit of a compensation unit for floating support of the workpiece holds and allows a force and / or torque ⁇ reduced moving and positioning of the workpiece by means of the manipulator connected to the workpiece.
  • the object of the invention is to improve a manual performance of a work operation on a workpiece at a MRK workstation, in particular to make it more ergonomic.
  • the object of the invention is achieved by a method for the partially automated production of workpieces at an MRK workstation, which includes a workpiece to be machined manually and a robot holding the workpiece with a robot tool. Includes control and with a plurality of joints and the joints ver ⁇ binding members having manipulator whose joints are automatically set by the robot control based on a robot program or in a manual drive mode to ver ⁇ , comprising the steps of:
  • MRK workstation stands for a human-robot collaboration workstation.
  • a MRK workstation is a person who can also be referred to as a worker, working in close proximity, in particular in direct cooperation with humans an automatically controllable robot performs movements, in particular performs work on a workpiece without the robot separated from humans by a protective fence.
  • a contact between human and robot can be permitted or take place, in particular the robot can also be guided manually by the human and / or a workpiece from the human and the robot are handled and / or edited together.
  • the MRK work station has a workpiece to be machined manually and a robot holding the work, with a robot control and with a manipulator arm having a plurality of joints and joints connecting the joints, the joints of which are automatically controlled by the robot control based on a robot program or in a manual operation can be adjusted, wherein the Robotersteu- tion is formed and / or set up to perform one of the inventions ⁇ inventive method.
  • Manipulator arms with associated robot controls are working machines that can be equipped for the automatic handling and / or machining of objects with tools and in several axes of motion, for example, in terms of orientation, position and workflow are programmable.
  • Industrial robots usually have a manipulator arm with several links connected via joints and programmable robot controls (control devices) which automatically control or regulate the movements of the manipulator arm during operation.
  • the links are drives, in particular electrical drives, which are angesteu ⁇ ert from the robot controller, in particular with respect to the movement axes of the industrial robot, which represent the degrees of motion of the joints moved.
  • a plurality of members connected by joints having Direction Ma ⁇ can nipulatorarm as an articulated robot having a plurality of serially arranged one after the limbs and joints be configurable riert, in particular, the redundant Industrierobo- ter have a manipulator arm with seven or more joints.
  • manipulator arms with associated robot controls such as industrial robots
  • lightweight robot can take positions ⁇ be operated only regulated, making for example, a human-robot collaboration safer particular force and / or torque control.
  • Such a manipulator arm or such a lightweight robot usually has more than six degrees of freedom, so that in this respect an over-determined system is created, whereby the same point in space in the same orientation in several, especially even infinitely many different poses of the manipulator arm can be achieved.
  • the light ⁇ construction robots can respond to external forces acting in appropriate ways. For force measurement, force sensors can be used which can measure forces and torques in all three spatial directions.
  • the external forces can also be estimated without sensors, for example based on the measured motor currents of the drives at the joints of the lightweight robot.
  • control concepts for example, an indirect force control by Mo-
  • the lightweight robot can be used as a mechanical resistance (impedance) or direct force control.
  • the industrial robot can be a redundant industrial robot, which is understood to mean a manipulator arm which can be moved by means of a robot controller and has more manipulatory degrees of freedom than are necessary for the fulfillment of a task.
  • the degree of Re ⁇ dancy results from the difference in the number of degrees of freedom of the manipulator arm and the dimension of the event-nisraums in which the task is to be solved. It can ⁇ a kinematic redundancy or a auf cooperatespe ⁇ -specific redundancy act in order to there.
  • ⁇ mean the number of joints of the manipulator arm, is greater than the event space which translational in a real environment at a movement in space by three, and the three rotational degrees of freedom, that is of six Free ⁇ degrees of freedom is formed.
  • a redundant industrial robot can therefore be, for example, a lightweight robot with seven joints, in particular seven hinges.
  • the dimension of the task is smaller than the number of kinematic degrees of freedom of the manipulator. This is for example the case when the manipulator arm carrying a tool is rotatable about a drive axis screw ⁇ tool at its hand flange and one of the rotary joints of the manipulator arm is oriented along the tool drive shaft.
  • the joints of the manipulator arm can be parameterized with regard to their rigidity.
  • the force- and / or torque-controlled driving of drives of the manipulator arm can take place by means of impedance regulation or admittance control.
  • the robots ter tortureung can be configured to generate a suitable for safe human-robot collaboration compliance of the manipulator arm in particular by means of impedance control or admittance control.
  • a manual operation can also mean that the manipulator arm can be moved manually by a worker, ie the joints of the manipulator arm can be manually adjusted.
  • a partially automated production means that of several work steps, which, for the execution of a production task, include one or more work steps, for example, performed by the robot and one or more other work steps are performed manually by a worker.
  • the worker can also use manual tools in the manual production process.
  • the semi-automated production can also be a joint completion of one or more work steps by the worker and the robot, i. the work step can be carried out in a human-machine collaboration.
  • a working process regulation can be a single Ferti ⁇ -transfer step, but also a list of several manufacturing steps.
  • the work process rule may also include specific instructions for the execution or parameters of the execution.
  • the work process regulation may be stored for example as a robot program, and in particular the Robotersteue ⁇ tion of the robot or obtainable by the robot ⁇ control of the robot from a network.
  • the manual operation may be, for example, reshaping, cutting or coating the workpiece, but also a joining, in particular an attachment of a further component to the workpiece.
  • the Manual operation can in particular be an assembly task, so a Anbrin ⁇ gen a separate component on the workpiece. By mounting the separate component to the workpiece, the separate component becomes part of the workpiece. It can therefore be manually mounted on the workpiece further components.
  • a speed that is safe for the man-machine collaboration is understood to mean a speed of the movement of the manipulator arm that is below a maximum speed, in which it is to be expected that even in the event of a collision between human and robot, no harm will be caused to man.
  • safe speeds may be prescribed by appropriate safety standards. It may be prescribed that a robot, i. a manipulator arm may only be moved at a maximum speed when in collaboration with humans, i. a worker is operated.
  • the robot serves both as a clamping means to hold the workpiece, as well as a kind of hoist, by which the workpiece in the room "suspended" is held so that, for example, very heavy workpieces are moved and aligned by a worker with little force
  • the robot can thereby form a positioning device, which can rotate the workpiece in different orientation, to make several manual production steps in succession by a worker, without the workpiece would have to be relocated or discontinued.
  • the manipulator can be operated by the robot controller in a compliance control, especially after a manual switch means is betae ⁇ actuated by a worker, whereby the workpiece can be corrected or corrected by manually guided movement of the workpiece and / or the manipulator arm in its machining position.
  • the robot control can be designed and / or set up to operate the manipulator arm in a compliance control, in particular only to operate in a compliance control, if a manual switching means, which is connected to the robot control, by a worker is actuated, and the robot controller can be formed and / or be set up to detect and / or store a manually changed position and / or orientation of the workpiece as a corrected machining position from the automatically set machining position.
  • a manual correction of the machining position can be permitted only in a limited range, so that deviations from the predetermined machining position only a specified spectrum is allowed.
  • the predefined machining position can, for example, specify a specific orientation of the workpiece, in particular in that a manual overhead machining is prevented, which is generally considered to be worse for humans than a machining of the workpiece from above.
  • Such machining from above can be adaptable, for example, with regard to different body sizes of different workers, for example by a certain variability of the height position of the workpiece.
  • the corrected machining position can be stored assigned to the selected work process rule.
  • this corrected Be ⁇ processing position for example, in a robot program or an associated table, in particular stored as an Off ⁇ set value and automatically retrieved at each newly supplied to the MRK workstation workpiece of the series and the corrected machining position of the work piece are set automatically by the robot immediately.
  • the corrected machining ⁇ position can be saved with an associated, representing the individual workers designation.
  • the robot control can be designed and / or set up at the inventive MRK workstation to store the corrected processing position with an associated designation representing the individual worker.
  • Processing positions for different people, ie workers are stored and retrieved. This is beispielswei ⁇ se then useful when at a MRK workstation, for example, in a series production in several shifts different people, ie workers to execute the same convincedsaufga ⁇ be on the same workpieces.
  • the individual, ie personal corrected machining positions are stored for example in a robot program or an associated table, in particular as an offset value and each layer ⁇ change or other change of the worker on MRK- workplace, for example, after entering the personal name now operating in the robot control, the individual, ie person-related, corrected machining position are retrieved automatically and the corrected machining position of the workpiece is immediately set automatically by the robot and presented to the new operator.
  • the machining position of the workpiece assigned to the respective operating procedure can be determined according to ergonomic parameters with regard to the position and / or the orientation of the workpiece in the working space of the MRK workstation, depending on the work process to be performed manually.
  • the robot controller may be configured and / or adapted to the present invention MRK-work, in dependence of the operation carried out manually according to ergonomic parameters in respect of the position and / or orientation of the workpiece in the associated one of the respective working process regulation machining ⁇ processing position of the workpiece workspace of the MRK workstation.
  • An ergonomic machining position assigned to the respective work procedure prescription can be adapted with regard to an ergonomic work design.
  • the task of the ergonomic work design is an efficient one
  • the manual operation to be performed on the workpiece can be performed.
  • the manual operation to be performed on the workpiece can be a manual joining, in particular a manual assembly, of an object, in particular of a component or of an operating medium, to the workpiece or into the workpiece.
  • Representative of any other workpieces may be considered as an exemplary workpiece to be assembled engine block of a motor vehicle to be manufactured.
  • the engine block of the robot in a convenient for the worker height can be put off to him such that in a first operation the worker the opening of a first cylinder liner into spatially convenient location him is presented so that the worker can insert the first piston in the opening of the first cylinder liner.
  • the robot moves the engine block at a safe speed to a position and / or position in which the opening of a second cylinder liner in a spatially favorable position is presented to the operator, so that he can insert the second piston in the opening of the second cylinder liner.
  • Example ⁇ example after the operator has confirmed the manual insertion of the second or any other piston, the robot control, the robot can move the engine block in a safe speed in a further position and / or position automatic ⁇ table, a further manual operation can be carried out.
  • the engine block can be automatically rotated by the robot, for example, rotated about 90 to 180 degrees, so that the worker can use a crankshaft and screw the pre-assembled to the piston rod.
  • the manually performed operation can also be performed on another component, however, to perform the manual operation to be performed on the other component, the workpiece must be in a processing position.
  • the workpiece may, for example, a boot lid or rear ⁇ flap be one to be manufactured a motor vehicle, in which the boot lid or tailgate is already stored pivotally mounted on the body, but still not having a boot lid or tailgate in an aperture Stel ⁇ ment oppressive gas spring is provided.
  • the robot can move the trunk lid or the tailgate as a workpiece in an open position and hold there, the worker then with an open trunk lid or open tailgate in the case ⁇ space, for example, performs a mounting task, as in ⁇ example, the insertion and / or connecting a wiring harness.
  • the robot may be configured to determine the weight ⁇ force of the workpiece held by the manipulator arm, in particular the weight force of the workpiece held by the door arm ⁇ Manipula after performing the manual working operation to be determined.
  • the Ro may be formed boter tortureung and / or equipped as to determine the weight of the workpiece held by the manipulator arm, in particular the weight force of the workpiece held by the Manipu ⁇ latorarm after performing the manual working operation to be determined.
  • the weight of the workpiece held by the manipulator arm is automatically determined by the robot controller, in particular after the successful assembly step is determined, it can be concluded from the weight alone whether the component to be mounted was actually mounted.
  • a component may also be designated a predetermined amount of a resource, such as engine oil o- the coolant, so that the operation can be a manual Be ⁇ fill the workpiece with the resources and by the weight of the workpiece held by the manipulator arm is automatically determined by the robot controller, even the filled amount of the equipment can be determined due to the weight measurement.
  • a resource such as engine oil o- the coolant
  • the robot controller may be formed and / or configured to compare a stored in the robot control value of the weight of the workpiece with the current Ge ⁇ weight of the workpiece and / or with the after the execution of the manual operation certain weight of the workpiece and from a obtained from the same Ver ⁇ comparison value automatically derive the manual operation qualifying result value.
  • the qualifying result value alone may be a statement "component mounted” or "component missing", but also, for example, a quantity specification, such as a filling quantity of a resource.
  • the qualifying result value can be displayed to the worker immediately.
  • the qualifying result value can be distinguished, ie stored automatically.
  • the instantaneous weight force of the workpiece may be logged in particular time-related ⁇ during execution of the manual working operation, and / or it may be logged certain after executing the manual operation process ⁇ weight force of the workpiece.
  • the robot controller can be connected to the inventive MRK workstation designed and / or be adapted, the current Ge ⁇ weight force of the workpiece during execution of the manu ⁇ economic working process particularly time-related to protocol ⁇ lose and / or the particular after performing the manual working operation weight force of the workpiece to ⁇ log.
  • a logging of the weight force and / or a qualifying result value derived from the weight force can be carried out automatically for purposes of quality assurance.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary
  • MRK workplace with a lightweight robot, a hand tool and a workpiece
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the MRK workstation according to FIG. 1, in which the workpiece on which a nueller operation, in particular to perform an assembly is an engine block of a motor vehicle to be manufactured, and
  • FIG. 3 is a schematic representation of the MRK workstation of FIG. 1, in which the workpiece is a trunk lid of a motor vehicle to be manufactured, ⁇ where a manual operation is not carried out on the trunk lid itself, but on affyka ⁇ rosserie.
  • FIG. 1 shows an MRK workstation with a robot 1 in an exemplary embodiment as a so-called lightweight robot having a manipulator arm 2 and a robot control 3.
  • the manipulator arm 2 comprises a plurality of links 5 to 12 arranged one after another and rotatably connected to one another by means of joints 4.
  • the robot controller 3 of the robot 1 is designed or adapted to perform a robot program, by which the joints 4 of the manipulator 2 can be automated according to the Roboterpro ⁇ program or automatic adjusted ⁇ table in a manual drive operation or rotationally moved.
  • the robot controller 3 is connected to controllable electric drives, which are designed to adjust the joints 4 of the industrial robot 1.
  • the invention MRK workstation of FIG. 1 comprises a manually workpiece to be machined 13 and the work piece 13 ⁇ holding robot 1 on.
  • the robot controller 3 is embodied and / or configured to carry out the method according to the invention.
  • the manipulator arm 2 automatically picks up the workpiece 13 and holds it in the space of the MRK workstation, as shown in FIGS. 1 to 3, respectively.
  • au tomatically ⁇ by a higher-level plant control or manu- ally by a worker 14 a selecting process of a work-15a provision of a plurality of data stored in the robot controller 3 ⁇ work operation rules 15a to 15d is performed.
  • 15a can process the work-instruction ⁇ example, an assembly task to be that the worker 14 by means of a hand-held screwdriver 16, a screw 17 on the
  • the robot 1 serves both as a clamping means to hold the workpiece 13, as well as a kind of hoist, by which the workpiece 13 is "suspended" in space, so that, for example, very heavy workpieces 13 by a worker 14 with less
  • the robot 1 thereby forms a positioning device which can rotate the workpiece 13 in different orientations to several manual ones
  • the manipulator arm 2 is operated by the robot controller 3 in a compliance control, after a manual switching means 18, for example, on a handle 19 for manually guiding the manipulator arm 2 by a worker 14 is actuated, whereby the workpiece 13 can be corrected by manually guided movement of the manipulator arm 2 in its processing position P.
  • the manual switching ⁇ medium 18 is connected to the robot controller 3 in the case of the present embodiment.
  • the robot controller is also designed and / or configured to detect a position and / or orientation of the workpiece manually changed from the automatically set machining position P as a corrected machining position K and to store it in the robot controller 3.
  • the robot controller 3 is formed and / or incorporated ⁇ directed to store the corrected machining position K to an associated, individual worker 14 representing the name 20 (Name).
  • the manual operation to be performed on the workpiece 13 be made.
  • the manual operation to be performed on the workpiece 13 may be a manual joining, in particular a manual assembly, of an object, in particular a component or an operating means, to the workpiece 13 or into the workpiece 13.
  • an exemplary plant ⁇ piece 13 may be a block to be mounted motor 13a to be manufactured of a motor vehicle.
  • the engine block 13a of the robot 1 in a favorable for the worker 14 height him be held so that in a first operation the Worker 14, the opening of a first row of cylinder liners 22 in spatially favorable position is presented to him, so that the worker 14 can insert the first piston 21 in the opening of a first cylinder liner 22.
  • the manual operation to be performed on another component (13c) may be performed, however, to perform the manually performed operation on the other component (13c), the work piece ⁇ 13, 13 b are in a processing position P. got to.
  • the workpiece 13 for example, a trunk lid 13b or a tailgate of a motor vehicle to be manufactured, in which the trunk lid 13b or the tailgate is already pivotally mounted on a body 13c, but not yet with a trunk lid 13b or the tailgate is provided in an opening position oppressive gas spring.
  • the robot 1 can move the trunk lid 13b or the tailgate as a workpiece 13 into an open position and hold it there, with the operator 14 then with the trunk lid 13b open or open tailgate in the trunk 23, for example, performs a mounting task.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Automatic Assembly (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teilautomatisierten Fertigen von Werkstücken (13, 13a, 13b, 13c) an einem MRK-Arbeitsplatz, der ein manuell zu bearbeitendes Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) und einen das Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) haltenden Roboter (1) mit einer Robotersteuerung (3) und mit einem mehrere Gelenke (4) und die Gelenke (4) verbindende Glieder (5-12) aufweisenden Manipulatorarm (2) umfasst, dessen Gelenke (4) von der Robotersteuerung (3) automatisch auf Grundlage eines Roboterprogramms oder in einem Handfahrbetrieb zu verstellen sind. Die Erfindung betrifft außerdem einen zugehörigen MRK-Arbeitsplatz.

Description

Verfahren zum teilautomatisierten Fertigen von Werkstücken an einem MRK-Arbeitsplatz und zugehöriger MRK-Arbeitsplatz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum teilautomatisierten Fertigen von Werkstücken an einem MRK-Arbeitsplatz , der ein manuell zu bearbeitendes Werkstück und einen das Werkstück haltenden Roboter mit einer Robotersteuerung und mit einem mehrere Gelenke und die Gelenke verbindende Glieder aufwei¬ senden Manipulatorarm umfasst, dessen Gelenke von der Robotersteuerung automatisch auf Grundlage eines Roboterpro¬ gramms oder in einem Handfahrbetrieb zu verstellen sind. Die Erfindung betrifft außerdem einen zugehörigen MRK- Arbeitsplatz .
Die DE 10 2006 056 528 AI beschreibt eine Vorrichtung zum Halten, Bewegen und Positionieren eines insbesondere schwergewichtigen Werkstücks, wobei die Vorrichtung einen mehrachsig bewegbaren und mit dem Werkstück zerstörungsfrei trennbar verbindbaren Manipulator aufweist, wobei zusätzlich eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, die das Werkstück unter Zu- schaltung einer Kompensationseinheit zur schwimmenden Lagerung des Werkstücks hält und ein kraft- und/oder drehmoment¬ reduziertes Bewegen und Positionieren des Werkstücks mittels des mit dem Werkstück verbundenen Manipulators erlaubt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein manuelles Durchführen eines Arbeitsvorgangs an einem Werkstück an einem MRK- Arbeitsplatz zu verbessern, insbesondere ergonomischer zu gestalten .
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zum teilautomatisierten Fertigen von Werkstücken an einem MRK-Arbeitsplatz , der ein manuell zu bearbeitendes Werkstück und einen das Werkstück haltenden Roboter mit einer Roboter- Steuerung und mit einem mehrere Gelenke und die Gelenke ver¬ bindende Glieder aufweisenden Manipulatorarm umfasst, dessen Gelenke von der Robotersteuerung automatisch auf Grundlage eines Roboterprogramms oder in einem Handfahrbetrieb zu ver¬ stellen sind, aufweisend die Schritte:
- Aufnehmen und automatisches Halten des Werkstücks durch den Manipulatorarm,
- Auswählen einer Arbeitsvorgangs-Vorschrift aus mehreren in der Robotersteuerung gespeicherten Arbeitsvorgangs- Vorschriften,
- automatisches Bewegen des Werkstücks in einer für die Mensch-Roboter-Kollaboration sicheren Geschwindigkeit in eine der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnete Bearbeitungsposition durch automatisches Verstellen der Gelenke des Manipulatorarms, und
- manuelles Durchführen eines der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift entsprechenden manuellen Arbeitsvorgangs in der Bearbeitungsposition des Werkstücks.
Die Bezeichnung MRK-Arbeitsplatz steht für einen Mensch- Roboter-Kollaborations-Arbeitsplatz. An einem solchen MRK- Arbeitsplatz ist ein Mensch, der auch als Werker bezeichnet werden kann, tätig, wobei in räumlicher Nähe, insbesondere in unmittelbarer Zusammenarbeit mit dem Menschen ein automatisch ansteuerbarer Roboter Bewegungen ausführt, insbesondere Arbeiten an einem Werkstück vornimmt, ohne dass der Roboter durch einen Schutzzaun von dem Menschen abgegrenzt wäre. Insbesondere kann, falls erforderlich, an einem MRK- Arbeitsplatz ein Kontakt von Mensch und Roboter zugelassen sein bzw. stattfinden, insbesondere der Roboter von dem Menschen auch manuell geführt werden und/oder ein Werkstück von dem Menschen und dem Roboter gemeinsam gehandhabt und/oder bearbeitet werden.
Der erfindungsgemäße MRK-Arbeitsplatz weist ein manuell zu bearbeitendes Werkstück und einen das Werkstück haltenden Roboter auf, mit einer Robotersteuerung und mit einem mehrere Gelenke und die Gelenke verbindende Glieder aufweisenden Manipulatorarm, dessen Gelenke von der Robotersteuerung automatisch auf Grundlage eines Roboterprogramms oder in einem Handfahrbetrieb zu verstellen sind, wobei die Robotersteue- rung ausgebildet und/oder eingerichtet ist, eines der erfin¬ dungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
Manipulatorarme mit zugehörigen Robotersteuerungen, insbesondere Industrieroboter sind Arbeitsmaschinen, die zur automatischen Handhabung und/oder Bearbeitung von Objekten mit Werkzeugen ausgerüstet werden können und in mehreren Bewegungsachsen beispielsweise hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind. Industrieroboter weisen üblicherweise einen Manipulatorarm mit mehreren über Gelenke verbundene Glieder und programmierbare Robotersteue- rungen (Steuervorrichtungen) auf, die während des Betriebs die Bewegungsabläufe des Manipulatorarms automatisch steuern bzw. regeln. Die Glieder werden über Antriebe, insbesondere elektrische Antriebe, die von der Robotersteuerung angesteu¬ ert werden, insbesondere bezüglich der Bewegungsachsen des Industrieroboters, welche die Bewegungsfreiheitsgrade der Gelenke repräsentieren, bewegt.
Ein mehrere über Gelenke verbundene Glieder aufweisender Ma¬ nipulatorarm kann als ein Knickarmroboter mit mehreren seriell nacheinander angeordneten Gliedern und Gelenken konfigu- riert sein, insbesondere kann der redundante Industrierobo- ter einen Manipulatorarm mit sieben oder mehr Gelenken aufweisen .
Manipulatorarme mit zugehörigen Robotersteuerungen, wie Industrieroboter können aber insbesondere sogenannte Leicht- bauroboter sein, die sich zunächst von üblichen Industrierobotern dadurch unterscheiden, dass sie eine für die Mensch- Roboter-Kollaboration (u.a. auch als Mensch-Roboter- Kooperation bezeichnet) günstige Baugröße aufweisen und da¬ bei eine zu ihrem Eigengewicht relativ hohe Tragfähigkeit aufweisen. Daneben können Leichtbauroboter insbesondere auch kraft- und/oder momentengeregelt statt lediglich positions¬ geregelt betrieben werden, was beispielsweise eine Mensch- Roboter-Kollaboration sicherer macht. Außerdem kann dadurch eine solche sichere Mensch-Maschine-Kollaboration erreicht werden, dass beispielsweise unbeabsichtigte Kollisionen des Manipulatorarmes mit Personen, wie beispielsweise Monteure in einer Fließfertigung von Kraftfahrzeugen entweder verhindert oder zumindest derart abgeschwächt werden können, so dass den Personen bzw. Monteuren kein Schaden entsteht. Ein solcher Manipulatorarm bzw. ein solcher Leichtbauroboter weist üblicherweise mehr als sechs Freiheitsgrade auf, so dass insoweit ein überbestimmtes System geschaffen wird, wodurch derselbe Punkt im Raum in gleicher Orientierung in mehreren, insbesondere sogar unendlich vielen verschiedenen Posen des Manipulatorarms erreicht werden kann. Der Leicht¬ bauroboter kann auf externe Krafteinwirkungen in geeigneten Weisen reagieren. Zur Kraftmessung können Kraftsensoren verwendet werden, die in allen drei Raumrichtungen Kräfte und Drehmomente messen können. Alternativ oder ergänzend können die externen Kräfte auch sensorlos, beispielsweise anhand der gemessenen Motorströme der Antriebe an den Gelenken des Leichtbauroboters abgeschätzt werden. Als Regelungskonzepte kann beispielsweise eine indirekte Kraftregelung durch Mo- dellierung des Leichtbauroboters als mechanischer Widerstand (Impedanz) oder eine direkte Kraftregelung verwendet werden.
Bei dem Industrieroboter kann es sich insbesondere um einen redundanten Industrieroboter handeln, unter dem ein mittels einer Robotersteuerung bewegbarer Manipulatorarm verstanden wird, der mehr manipulatorische Freiheitsgrade aufweist, als zur Erfüllung einer Aufgabe notwendig sind. Der Grad der Re¬ dundanz ergibt sich aus der Differenz der Anzahl von Freiheitsgraden des Manipulatorarms und der Dimension des Ereig- nisraums, in dem die Aufgabe zu lösen ist. Es kann sich da¬ bei um eine kinematische Redundanz oder um eine aufgabenspe¬ zifische Redundanz handeln. Bei der kinematischen Redundanz ist die Anzahl der kinematischen Freiheitsgrade, im Allge¬ meinen die Anzahl der Gelenke des Manipulatorarms, größer als der Ereignisraum, welcher in einer realen Umgebung bei einer Bewegung im Raum durch die drei translatorischen und die drei rotatorischen Freiheitsgrade, also von sechs Frei¬ heitsgrade gebildet wird. Ein redundanter Industrieroboter kann also beispielsweise ein Leichtbauroboter mit sieben Ge- lenken, insbesondere sieben Drehgelenken sein. Bei der aufgabenspezifischen Redundanz ist die Dimension der Aufgabenstellung hingegen kleiner als die Anzahl der kinematischen Freiheitsgrade des Manipulatorarms. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Manipulatorarm an seinem Handflansch ein sich um eine Werkzeug-Antriebsachse drehbares Schraub¬ werkzeug trägt und eine der Drehgelenke des Manipulatorarms entlang dieser Werkzeug-Antriebsachse ausgerichtet ist.
Bei einem kraft- und/oder momentengeregelten Ansteuern der Gelenke des Manipulatorarms können die Gelenke des Manipula- torarms hinsichtlich ihrer Steifigkeit parametriert sein. In allen Ausführungen kann dazu das kraft- und/oder momentengeregelten Ansteuern von Antrieben des Manipulatorarms mittels Impedanzregelung oder Admittanzregelung erfolgen. Die Robo- tersteuerung kann eingerichtet sein, eine für die sichere Mensch-Roboter-Kollaboration geeignete Nachgiebigkeit des Manipulatorarms insbesondere mittels Impedanzregelung oder Admittanzregelung zu erzeugen. In einer derartigen Nachgie- bigkeitsregelung kann ein Handfahrbetrieb auch bedeuten, dass der Manipulatorarm von einem Werker handgeführt bewegt werden kann, d.h. die Gelenke des Manipulatorarms manuelle verstellt werden können.
Generell bedeutet eine teilautomatisierte Fertigung, dass von mehreren Arbeitsschritten, die zur Ausführung eine Fertigungsaufgabe ein oder mehrere Arbeitsschritte austomati- siert, beispielsweise durch den Roboter ausgeführt werden und ein oder mehrere andere Arbeitsschritte manuell durch einen Werker vorgenommen werden. Der Werker kann sich bei dem manuellen Fertigungsvorgang auch manueller Werkzeuge bedienen. Die teilautomatisierte Fertigung kann aber auch eine gemeinsame Erledigung einer oder mehrerer Arbeitsschritte durch den Werker und dem Roboter sein, d.h. der Arbeitsschritt kann in einer Mensch-Maschine-Kollaboration durchge- führt werden.
Eine Arbeitsvorgangs-Vorschrift kann ein einzelner Ferti¬ gungsschritt sein, aber auch eine Aufstellung mehrerer Fertigungsschritte. Die Arbeitsvorgangs-Vorschrift kann neben einer Benennung von Fertigungsschritten auch bestimmte An- Weisungen der Ausführung oder Parameter der Ausführung umfassen. Die Arbeitsvorgangs-Vorschrift kann beispielsweise als ein Roboterprogramm, insbesondere auf der Robotersteue¬ rung des Roboters gespeichert sein oder durch die Roboter¬ steuerung des Roboters aus einem Netzwerk beziehbar sein. Der manuelle Arbeitsvorgang kann beispielsweise ein Umformen, ein Trennen oder Beschichten des Werkstücks sein, aber auch ein Fügen, insbesondere ein Anfügen eines weiteren Bauteils an das Werkstück. Der Der manuelle Arbeitsvorgang kann insbesondere eine Montageaufgabe sein, also ein Anbrin¬ gen eines separaten Bauteils an dem Werkstück. Durch ein Montieren des separaten Bauteils an das Werkstück wird das separate Bauteil Teil des Werkstücks. Es können also weitere Bauteile manuell an dem Werkstück montiert werden.
Unter einer für die Mensch-Maschine-Kollaboration sicheren Geschwindigkeit wird eine unter einer maximalen Geschwindig- keit liegende Schnelligkeit der Bewegung des Manipulatorarms verstanden, bei der zu erwarten ist, dass auch im Falle eine Kollision von Mensch und Roboter dem Menschen kein Schaden entsteht. Solche sicheren Geschwindigkeiten können durch entsprechende Sicherheitsnormen vorgeschrieben sein. Es kann dabei vorgeschrieben sein, dass ein Roboter, d.h. ein Manipulatorarm nur mit einer maximalen Geschwindigkeit verfahren werden darf, wenn er in Kollaboration mit dem Menschen, d.h. einem Werker betrieben wird.
Indem erfindungsgemäß ein automatisches Aufnehmen und auto- matisches Halten des Werkstücks durch den Manipulatorarm erfolgt, dabei ein Auswählen einer Arbeitsvorgangs-Vorschrift aus mehreren in der Robotersteuerung gespeicherten Arbeitsvorgangs-Vorschriften erfolgt, dann ein automatisches Bewegen des Werkstücks in einer für die Mensch-Roboter- Kollaboration sicheren Geschwindigkeit in eine der ausge¬ wählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordneten Bearbei¬ tungsposition durch automatisches Verstellen der Gelenke des Manipulatorarms erfolgt, kann ein manuelles Durchführen ei¬ nes der Arbeitsvorgangs-Vorschrift entsprechenden manuellen Arbeitsvorgangs in der Bearbeitungsposition des Werkstücks in besonders ergonomischer Weise erfolgen. Dabei dient der Roboter sowohl als ein Spannmittel, um das Werkstück festzuhalten, als auch als eine Art Hebezeug, durch welches das Werkstück im Raum „aufgehängt" gehalten wird, so dass beispielsweise auch sehr schwere Werkstücke von einem Werker mit geringer Kraft bewegt und ausgerichtet werden können. Außerdem kann der Roboter dadurch eine Positioniervorrichtung bilden, welche das Werkstück in unterschiedliche Orientierung drehen kann, um mehrere manuelle Fertigungsschritte nacheinander durch einen Werker vornehmen können, ohne dass das Werkstück umgespannt oder abgesetzt werden müsste.
Indem einerseits für den ausgewählten manuellen Arbeitsvorgang eine hinsichtlich der dazu erforderlichen körperlichen Bewegungen des Werkers günstige Position und Lage des Werk- Stücks durch den Roboter automatisch vorgegeben wird, kann eine besonders ergonomische Ausführung des manuellen Ar¬ beitsvorgangs sichergestellt werden.
Damit aber auch die individuellen, d.h. persönlichen Voraussetzungen des Werkers mit einfließen können, ist in einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Manipulatorarm durch die Robotersteuerung in einer Nachgiebigkeitsregelung betrieben werden kann, insbesondere nachdem ein manuelles Schaltmittel durch einen Werker betä¬ tigt ist, wodurch das Werkstück durch manuell geführtes Be- wegen des Werkstücks und/oder des Manipulatorarms in seiner Bearbeitungsposition korrigiert wird bzw. korrigiert werden kann. An dem erfindungsgemäßen MRK-Arbeitsplatz kann die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, den Manipulatorarm in einer Nachgiebigkeitsregelung zu betrei- ben, insbesondere nur dann in einer Nachgiebigkeitsregelung zu betreiben, wenn ein manuelles Schaltmittel, welches mit der Robotersteuerung verbunden ist, durch einen Werker betätigt ist, und die Robotersteuerung kann dabei ausgebildet und/oder eingerichtet sein, eine von der automatisch eingestellten Bearbeitungsposition manuell veränderte Position und/oder Orientierung des Werkstücks als eine korrigierte Bearbeitungsposition zu erfassen und/oder zu speichern. Eine manuelle Korrektur der Bearbeitungsposition kann dabei lediglich in einer begrenzten Spanne zulässig sein, so dass Abweichungen von der vorgegebenen Bearbeitungsposition nur einem festgelegten Spektrum zulässig ist. Die vorgegebene Bearbeitungsposition kann beispielsweise eine bestimmte Ori- entierung des Werkstücks vorgeben, insbesondere dahingehend, dass eine manuell Überkopfbearbeitung verhindert ist, die generell als für den Menschen schlechter zu bewerten ist, als eine Bearbeitung des Werkstücks von oben. Eine solche Bearbeitung von oben kann jedoch beispielsweise im Hinblick auf unterschiedliche Körpergrößen verschiedener Werker anpassbar sein, beispielsweise durch eine gewisse Variabilität der Höhenposition des Werkstücks.
Verfahrensgemäß kann die korrigierte Bearbeitungsposition der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnet ge- speichert werden. Insoweit kann an dem erfindungsgemäßen
MRK-Arbeitsplatz die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, die korrigierte Bearbeitungsposition der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnet zu spei¬ chern . Damit ein Werker beispielsweise in einer Serienfertigung nicht bei jedem neu an den MRK-Arbeitsplatz zugeführten Werkstück der Serie erneut eine manuelle Korrektur der Bearbeitungsposition vornehmen muss, kann die korrigierte Bearbeitungsposition der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnet gespeichert werden. So kann diese korrigierte Be¬ arbeitungsposition beispielsweise in einem Roboterprogramm oder einer zugeordneten Tabelle, insbesondere als ein Off¬ set-Wert gespeichert werden und bei jedem neu an den MRK- Arbeitsplatz zugeführten Werkstück der Serie automatisch abgerufen und die korrigierte Bearbeitungsposition des Werk- Stücks sofort automatisch durch den Roboter eingestellt werden .
Alternativ oder ergänzend kann die korrigierte Bearbeitungs¬ position mit einer zugeordneten, den individuellen Werker repräsentierenden Bezeichnung abgespeichert werden. Dazu kann an dem erfindungsgemäßen MRK-Arbeitsplatz die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, die korrigierte Bearbeitungsposition mit einer zugeordneten, den individuellen Werker repräsentierenden Bezeichnung abzuspeichern . So können individuelle, d.h. personenbezogene korrigierte
Bearbeitungspositionen für verschiedene Personen, d.h. Werker gespeichert und abgerufen werden. Dies ist beispielswei¬ se dann zweckmäßig, wenn an einem MRK-Arbeitsplatz beispielsweise in einer Serienfertigung in mehreren Schichten verschiedene Personen, d.h. Werker dieselbe Fertigungsaufga¬ be an denselben Werkstücken ausführen sollen. Auch hierbei können die individuellen, d.h. personenbezogenen korrigierten Bearbeitungspositionen beispielsweise in einem Roboterprogramm oder einer zugeordneten Tabelle, insbesondere als ein Offset-Wert gespeichert werden und bei jedem Schicht¬ wechsel oder sonstigem Wechsel des Werkers am MRK- Arbeitsplatz beispielsweise nach Eingabe des nun tätigen Personennamens in die Robotersteuerung, die individuelle, d.h. personenbezogene korrigierte Bearbeitungsposition auto- matisch abgerufen und die korrigierte Bearbeitungsposition des Werkstücks sofort automatisch durch den Roboter eingestellt und dem neuen Werker präsentiert werden. In einer alternativen oder ergänzenden Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die der jeweiligen Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnete Bearbeitungsposition des Werkstücks in Abhängigkeit des manuell durchzuführenden Ar- beitsvorgangs nach ergonomischen Parametern hinsichtlich der Position und/oder der Orientierung des Werkstücks im Arbeitsraum des MRK-Arbeitsplatzes festgelegt werden. Dazu kann an dem erfindungsgemäßen MRK-Arbeitsplatz die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, die der jeweiligen Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnete Bearbei¬ tungsposition des Werkstücks in Abhängigkeit des manuell durchzuführenden Arbeitsvorgangs nach ergonomischen Parametern hinsichtlich der Position und/oder der Orientierung des Werkstücks im Arbeitsraum des MRK-Arbeitsplatzes festzule- gen.
Eine der jeweiligen Arbeitsvorgangs-Vorschrift zugeordnete ergonomische Bearbeitungsposition kann hinsichtlich einer ergonomischen Arbeitsgestaltung angepasst sein. Aufgabe der ergonomischen Arbeitsgestaltung ist, ein effizientes
und/oder fehlerfreies manuelles Arbeiten sicherzustellen und die Menschen, d.h. die Werker vor Gesundheitsschäden auch bei langfristiger Ausübung der Fertigungstätigkeit zu schüt¬ zen .
In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der manuell durchzuführende Arbeitsvorgang an dem Werkstück vorgenommen werden. Der manuell an dem Werkstück durchzuführende Arbeitsvorgang kann ein manuelles Fügen, insbesondere eine manuelle Montage, eines Gegenstandes, insbesondere eines Bauteils oder eines Betriebsmittels, an das Werkstück oder in das Werkstück sein. Repräsentativ für beliebig andere Werkstücke kann als ein beispielhaftes Werkstück ein zu montierender Motorblock eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs betrachtet werden. Um bei¬ spielsweise mehrere Kolben in verschiedene Zylinderbuchsen manuell von einem Werker einzusetzen, kann der Motorblock von dem Roboter in einer für den Werker günstigen Höhe ihm derart hingehalten werden, dass in einem ersten Arbeitsvorgang dem Werker die Öffnung einer ersten Zylinderbuchse in räumlich günstiger Lage ihm dargeboten wird, so dass der Werker den ersten Kolben in die Öffnung der ersten Zylinderbuchse einfügen kann. Anschließend, beispielsweise nachdem der Werker das manuelle Einfügen des ersten Kolbens der Robotersteuerung bestätigt hat, bewegt der Roboter den Motorblock in einer sicheren Geschwindigkeit in eine Position und/oder Lage, in der die Öffnung einer zweiten Zylinderbuchse in räumlich günstiger Lage dem Werker dargeboten wird, so dass er den zweiten Kolben in die Öffnung der zweiten Zylinderbuchse einfügen kann. Anschließend, beispiels¬ weise nachdem der Werker das manuelle Einfügen des zweiten oder jeden weiteren Kolbens der Robotersteuerung bestätigt hat, kann der Roboter den Motorblock in einer sicheren Geschwindigkeit in eine weitere Position und/oder Lage automa¬ tisch bewegen, in der ein weiterer manueller Arbeitsvorgang durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann der Motorblock automatisch durch den Roboter gedreht werden, beispielsweise um ca. 90 bis 180 Grad gedreht werden, so dass der Werker eine Kurbelwelle einsetzen und die an den Kolben vormontierte Pleuel anschrauben kann.
Statt einer Vornahme des manuell durchzuführenden Arbeits- Vorgangs an dem Werkstück, kann der manuell durchzuführende Arbeitsvorgang auch an einem anderen Bauteil vorgenommen werden, wobei jedoch zur Vornahme des manuell durchzuführenden Arbeitsvorgangs an dem anderen Bauteil, das Werkstück sich in einer Bearbeitungsposition befinden muss. Repräsen- tativ für beliebig andere Ausführungsformen kann das Werkstück beispielsweise ein Kofferraumdeckel oder eine Heck¬ klappe eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs sein, bei dem der Kofferraumdeckel oder die Heckklappe bereits schwenkbar an der Karosserie gelagert ist, aber noch nicht mit einer den Kofferraumdeckel oder die Heckklappe in eine Öffnungsstel¬ lung drückenden Gasdruckfeder versehen ist. In einem solchen beispielhaften Fall kann der Roboter den Kofferraumdeckel oder die Heckklappe als ein Werkstück in eine Offenstellung bewegen und dort halten, wobei der Werker dann bei geöffnetem Kofferraumdeckel bzw. geöffneter Heckklappe im Koffer¬ raum beispielsweise eine Montageaufgabe wahrnimmt, wie bei¬ spielsweise das Einlegen und/oder Anschließen eines Kabelbaumes . Generell kann der Roboter ausgebildet sein, die Gewichts¬ kraft des vom Manipulatorarm gehaltenen Werkstücks zu bestimmen, insbesondere die Gewichtskraft des vom Manipula¬ torarm gehaltenen Werkstücks nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs zu bestimmen. Insbesondere kann die Ro- botersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, die Gewichtskraft des vom Manipulatorarm gehaltenen Werkstücks zu bestimmen, insbesondere die Gewichtskraft des vom Manipu¬ latorarm gehaltenen Werkstücks nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs zu bestimmen. Beispielsweise im Falle einer Montageaufgabe kann das Ge¬ wicht des an das Werkstück zu montierenden Bauteils vorbe¬ kannt sein. Indem die Gewichtskraft des vom Manipulatorarm gehaltenen Werkstücks automatisch durch die Robotersteuerung bestimmt wird, insbesondere auch nach dem erfolgten Montage- schritt bestimmt wird, kann allein aus dem Gewicht darauf geschlossen werden, ob das zu montierende Bauteil tatsächlich montiert wurde. Als Bauteil kann auch eine vorgegebene Menge eines Betriebsmittels bezeichnet sein, wie Motoröl o- der Kühlmittel, so dass der Arbeitsvorgang ein manuelles Be¬ füllen des Werkstücks mit dem Betriebsmittel sein kann und indem die Gewichtskraft des vom Manipulatorarm gehaltenen Werkstücks automatisch durch die Robotersteuerung bestimmt wird, kann sogar die eingefüllte Menge des Betriebsmittels aufgrund der Gewichtsmessung bestimmt werden.
In allen entsprechenden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein in der Robotersteuerung gespeicherter Wert der Gewichtskraft des Werkstücks mit der momentanen Ge- wichtskraft des Werkstücks und/oder mit der nach dem Ausfüh¬ ren des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmten Gewichtskraft des Werkstücks verglichen werden und aus einem aus dem Vergleich erhaltenen Vergleichswert automatisch ein den manuellen Arbeitsvorgang qualifizierender Ergebniswert abgeleitet werden. Demgemäß kann an dem erfindungsgemäßen MRK-
Arbeitsplatz die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, einen in der Robotersteuerung gespeicherten Wert der Gewichtskraft des Werkstücks mit der momentanen Ge¬ wichtskraft des Werkstücks und/oder mit der nach dem Ausfüh- ren des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmten Gewichtskraft des Werkstücks zu vergleichen und aus einem aus dem Ver¬ gleich erhaltenen Vergleichswert automatisch ein den manuellen Arbeitsvorgang qualifizierender Ergebniswert abzuleiten.
Der qualifizierende Ergebniswert kann demgemäß also schon allein eine Aussage sein „Bauteil montiert" oder „Bauteil fehlt", aber beispielsweise auch eine Mengenangabe sein, wie eine Einfüllmenge eines Betriebsmittels. Der qualifizierende Ergebniswert kann dem Werker unmittelbar angezeigt werden. Alternativ oder ergänzend kann der qualifizierende Ergebnis- wert ausgezeichnet, d.h. automatisch gespeichert werden. Die momentane Gewichtskraft des Werkstücks kann während des Ausführens des manuellen Arbeitsvorgangs insbesondere zeit¬ bezogen protokolliert werden und/oder es kann die nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmte Gewichts¬ kraft des Werkstücks protokolliert werden. Demgemäß kann an dem erfindungsgemäßen MRK-Arbeitsplatz die Robotersteuerung ausgebildet und/oder eingerichtet sein, die momentane Ge¬ wichtskraft des Werkstücks während des Ausführens des manu¬ ellen Arbeitsvorgangs insbesondere zeitbezogen zu protokol¬ lieren und/oder die nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmte Gewichtskraft des Werkstücks zu pro¬ tokollieren .
Ein Protokollieren der Gewichtskraft und/oder eines sich aus der Gewichtskraft ableitenden qualifizierenden Ergebniswertes kann zu Zwecken der Qualitätssicherung automatisch erfolgen .
Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Konkrete Merkmale dieser exemplarischen Ausführungsbeispiele können unabhängig davon, in welchem konkreten Zusammenhang sie erwähnt sind, gegebenenfalls auch einzeln oder in Kombination betrachtet, allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften
MRK-Arbeitsplatzes mit einem Leichtbauroboter, einem Handwerkzeug und mit einem Werkstück,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des MRK-Arbeitsplatzes gemäß Fig. 1, bei dem das Werkstück, an dem ein ma- nueller Arbeitsvorgang, insbesondere eine Montage durchzuführen ist, ein Motorblock eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs ist, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung des MRK-Arbeitsplatzes gemäß Fig. 1, bei dem das Werkstück ein Kofferraumdeckel eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs ist, wo¬ bei ein manueller Arbeitsvorgang nicht an dem Kofferraumdeckel selbst, sondern an einer Fahrzeugka¬ rosserie durchzuführen ist. Die Fig. 1 zeigt einen MRK-Arbeitsplatz mit einem Roboter 1 in einer beispielhaften Ausführung als ein so genannter Leichtbauroboter, der einen Manipulatorarm 2 und eine Robotersteuerung 3 aufweist. Der Manipulatorarm 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mehrere, nachei- nander angeordnete und mittels Gelenke 4 drehbar miteinander verbundene Glieder 5 bis 12.
Die Robotersteuerung 3 des Roboters 1 ist ausgebildet bzw. eingerichtet, ein Roboterprogramm auszuführen, durch welches die Gelenke 4 des Manipulatorarms 2 gemäß des Roboterpro¬ gramms automatisiert oder in einem Handfahrbetrieb automa¬ tisch verstellt bzw. drehbewegt werden können. Dazu ist die Robotersteuerung 3 mit ansteuerbaren elektrischen Antrieben verbunden, die ausgebildet sind, die Gelenke 4 des Indust- rieroboters 1 zu verstellen.
Der erfindungsgemäße MRK-Arbeitsplatz gemäß Fig. 1 weist ein manuell zu bearbeitendes Werkstück 13 und einen das Werk¬ stück 13 haltenden Roboter 1 auf. Die Robotersteuerung 3 ist ausgebildet und/oder eingerichtet, das erfindungsgemäße Ver¬ fahren durchzuführen. Zunächst nimmt der Manipulatorarm 2 das Werkstück 13 automatisch auf und hält es im Raum des MRK-Arbeitsplatzes , wie in den Figuren 1 bis 3 jeweils dargestellt. Beispielsweise au¬ tomatisch durch eine übergeordnete Fabriksteuerung oder ma- nuell durch einen Werker 14 erfolgt ein Auswählen einer Arbeitsvorgangs-Vorschrift 15a aus mehreren in der Roboter¬ steuerung 3 gespeicherten Arbeitsvorgangs-Vorschriften 15a bis 15d. Die Arbeitsvorgangs-Vorschrift 15a kann beispiels¬ weise eine Montageaufgabe sein, dass der Werker 14 mittels eines handgeführten Schraubers 16 eine Schraube 17 an dem
Werkstück 13 festschrauben soll. Nachdem die diesbezügliche Arbeitsvorgangs-Vorschrift 15a ausgewählt ist, erfolgt ein automatisches Bewegen des Werkstücks 13 in einer für die Mensch-Roboter-Kollaboration sicheren Geschwindigkeit in ei- ne der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift 15a zugeord¬ nete Bearbeitungsposition P durch automatisches Verstellen der Gelenke des Manipulatorarms 2. In dieser automatisch angefahrenen Bearbeitungsposition P kann der Werker 14 in ergonomischer Weise einen der ausgewählten Arbeitsvorgangs- Vorschrift 15a entsprechenden manuellen Arbeitsvorgang
(Schrauben) in der Bearbeitungsposition P des Werkstück 13 manuell durchführen.
Dabei dient der Roboter 1 sowohl als ein Spannmittel, um das Werkstück 13 festzuhalten, als auch als eine Art Hebezeug, durch welches das Werkstück 13 im Raum „aufgehängt" gehalten wird, so dass beispielsweise auch sehr schwere Werkstücke 13 von einem Werker 14 mit geringer Kraft bewegt und ausgerichtet werden können. Außerdem bildet der Roboter 1 dadurch eine Positioniervorrichtung, welche das Werkstück 13 in unter- schiedliche Orientierung drehen kann, um mehrere manuelle
Fertigungsschritte nacheinander durch den Werker 14 vornehmen zu können, ohne dass das Werkstück 13 umgespannt oder abgesetzt werden müsste. Indem einerseits für den ausgewählten manuellen Arbeitsvorgang 15a eine hinsichtlich der dazu erforderlichen körperlichen Bewegungen des Werkers 14 günstige Position und Lage des Werkstücks 13 durch den Roboter 1 automatisch vorgegeben wird, kann eine besonders ergonomische Ausführung des manu¬ ellen Arbeitsvorgangs sichergestellt werden.
Damit aber auch die individuellen, d.h. persönlichen Voraussetzungen des Werkers 14 mit einfließen können, ist vorgesehen, dass der Manipulatorarm 2 durch die Robotersteuerung 3 in einer Nachgiebigkeitsregelung betrieben wird, nachdem ein manuelles Schaltmittel 18 beispielsweise an einem Griff 19 zum manuellen Führen des Manipulatorarms 2 durch einen Werker 14 betätigt ist, wodurch das Werkstück 13 durch manuell geführtes Bewegen des Manipulatorarms 2 in seiner Bearbei- tungsposition P korrigiert werden kann. Das manuelle Schalt¬ mittel 18 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der Robotersteuerung 3 verbunden. Die Robotersteuerung ist außerdem ausgebildet und/oder eingerichtet, eine von der automatisch eingestellten Bearbeitungsposition P manuell veränderte Position und/oder Orientierung des Werkstücks als eine korrigierte Bearbeitungsposition K zu erfassen und in der Robotersteuerung 3 zu speichern.
Dazu ist die Robotersteuerung 3 ausgebildet und/oder einge¬ richtet, die korrigierte Bearbeitungsposition K mit einer zugeordneten, den individuellen Werker 14 repräsentierenden Bezeichnung 20 (Name) abzuspeichern. So können individuelle, d.h. personenbezogene korrigierte Bearbeitungspositionen für verschiedene Personen, d.h. Werker 14 gespeichert und abge¬ rufen werden. In allen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der manuell durchzuführende Arbeitsvorgang an dem Werkstück 13 vorgenommen werden. Der manuell an dem Werkstück 13 durchzuführende Arbeitsvorgang kann ein manuelles Fügen, insbesondere eine manuelle Montage, eines Gegenstandes, insbesondere eines Bauteils oder eines Betriebsmittels, an das Werkstück 13 oder in das Werkstück 13 sein.
Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, kann repräsentativ für beliebig andere Werkstücke 13 ein beispielhaftes Werk¬ stück 13 ein zu montierender Motorblock 13a eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs sein. Um beispielsweise mehrere Kolben 21 in verschiedene Reihen von Zylinderbuchsen 22 manuell von einem Werker 14 in ergonomischer Weise einsetzen zu können, kann der Motorblock 13a von dem Roboter 1 in einer für den Werker 14 günstigen Höhe ihm derart hingehalten werden, dass in einem ersten Arbeitsvorgang dem Werker 14 die Öffnung ei- ner ersten Reihe von Zylinderbuchsen 22 in räumlich günstiger Lage ihm dargeboten wird, so dass der Werker 14 den ersten Kolben 21 in die Öffnung einer ersten Zylinderbuchse 22 einfügen kann. Anschließend, beispielsweise nachdem der Wer¬ ker 14 das manuelle Einfügen des ersten Kolbens 21 der Robo- tersteuerung 3 bestätigt hat, bewegt (Pfeilrichtung R) der Roboter 1 den Motorblock 13a in einer sicheren Geschwindigkeit in eine Position und/oder Lage, in der die Öffnung einer zweiten Reihe von Zylinderbuchsen 22 in räumlich günstiger Lage dem Werker 14 dargeboten wird, so dass er den zwei- ten Kolben 21 in die Öffnung der zweiten Reihe von Zylinderbuchse 22 einfügen kann.
Wie in der Fig. 3 schematisch dargestellt, kann statt einer Vornahme des manuell durchzuführenden Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 13, 13a selbst, der manuell durchzuführende Ar- beitsvorgang auch an einem anderen Bauteil (13c) vorgenommen werden, wobei jedoch zur Vornahme des manuell durchzuführenden Arbeitsvorgangs an dem anderen Bauteil (13c), das Werk¬ stück 13, 13b sich in einer Bearbeitungsposition P befinden muss. Repräsentativ für beliebig andere Ausführungsformen kann das Werkstück 13 beispielsweise ein Kofferraumdeckel 13b oder eine Heckklappe eines zu fertigenden Kraftfahrzeugs sein, bei dem der Kofferraumdeckel 13b oder die Heckklappe bereits schwenkbar an einer Karosserie 13c gelagert ist, aber noch nicht mit einer den Kofferraumdeckel 13b oder die Heckklappe in eine Öffnungsstellung drückenden Gasdruckfeder versehen ist. In einem solchen beispielhaften Fall kann der Roboter 1 den Kofferraumdeckel 13b oder die Heckklappe als ein Werkstück 13 in eine Offenstellung bewegen und dort halten, wobei der Werker 14 dann bei geöffnetem Kofferraumdeckel 13b bzw. geöffneter Heckklappe im Kofferraum 23 beispielsweise eine Montageaufgabe wahrnimmt.

Claims

Verfahren zum teilautomatisierten Fertigen von Werkstücken (13, 13a, 13b, 13c) an einem MRK-Arbeitsplatz , der ein manuell zu bearbeitendes Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) und einen das Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) halten¬ den Roboter (1) mit einer Robotersteuerung (3) und mit einem mehrere Gelenke (4) und die Gelenke (4) verbinden¬ de Glieder (5-12) aufweisenden Manipulatorarm (2) um- fasst, dessen Gelenke (4) von der Robotersteuerung (3) automatisch auf Grundlage eines Roboterprogramms oder in einem Handfahrbetrieb zu verstellen sind, aufweisend die Schritte :
- Aufnehmen und automatisches Halten des Werkstücks durch den Manipulatorarm (2),
- Auswählen einer Arbeitsvorgangs-Vorschrift aus mehre¬ ren in der Robotersteuerung (3) gespeicherten Arbeitsvorgangs-Vorschriften (15a-15d),
- automatisches Bewegen des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) in einer für die Mensch-Roboter-Kollaboration sicheren Geschwindigkeit in eine der ausgewählten Arbeits¬ vorgangs-Vorschrift (15a-15d) zugeordnete Bearbeitungs¬ position (P) durch automatisches Verstellen der Gelenke (4) des Manipulatorarms (2), und
- manuelles Durchführen eines der ausgewählten Arbeitsvorgangs-Vorschrift (15a-15d) entsprechenden manuellen Arbeitsvorgangs in der Bearbeitungsposition (P) des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c).
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Manipulatorarm (2) durch die Robotersteuerung (3) in einer Nachgiebigkeitsregelung betrieben wird, insbesondere nachdem ein manuelles Schaltmittel (18) durch einen Werker (14) be¬ tätigt ist, und das Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) durch manuell geführtes Bewegen des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) und/oder des Manipulatorarms (2) in seiner Bearbei¬ tungsposition korrigiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die korrigierte Bearbeitungsposition (K) der ausgewählten Arbeitsvorgangs- Vorschrift (15a-15d) zugeordnet gespeichert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die korrigierte Bearbeitungsposition (K) mit einer zugeordneten, den individuellen Werker (14) repräsentierenden Bezeichnung (20) abgespeichert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die der jeweiligen Arbeitsvorgangs-Vorschrift (15a-15d) zu¬ geordnete Bearbeitungsposition (P) des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) in Abhängigkeit des manuell durchzufüh¬ renden Arbeitsvorgangs nach ergonomischen Parametern hinsichtlich der Position und/oder der Orientierung des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) im Arbeitsraum des MRK- Arbeitsplatzes festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der manuell durchzuführende Arbeitsvorgang an dem Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der manuell an dem Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) durchzuführende Arbeits¬ vorgang ein manuelles Fügen, insbesondere eine manuelle Montage, eines Gegenstandes, insbesondere eines Bauteils oder eines Betriebsmittels, an das Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) oder in das Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Roboter (1) ausgebildet ist, die Gewichtskraft des vom Manipulatorarm (2) gehaltenen Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) zu bestimmen, insbesondere die Gewichtskraft des vom Manipulatorarm (2) gehaltenen Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ein in der Robotersteuerung (3) gespeicherter Wert der Gewichtskraft des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) mit der momentanen Ge¬ wichtskraft des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) und/oder mit der nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmten Gewichtskraft des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) verglichen wird und aus einem aus dem Vergleich erhaltenen Vergleichswert automatisch ein den manuellen Arbeitsvorgang qualifizierender Ergebniswert abgeleitet wird .
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die momentane Gewichtskraft des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) während des Ausführens des manuellen Arbeitsvorgangs insbesonde¬ re zeitbezogen protokolliert wird und/oder die nach dem Ausführen des manuellen Arbeitsvorgangs bestimmte Ge¬ wichtskraft des Werkstücks (13, 13a, 13b, 13c) protokol¬ liert wird.
MRK-Arbeitsplatz , aufweisend ein manuell zu bearbeiten des Werkstück (13, 13a, 13b, 13c) und einen das Werk¬ stück (13, 13a, 13b, 13c) haltenden Roboter (1) mit ei ner Robotersteuerung (3) und mit einem mehrere Gelenke (4) und die Gelenke (4) verbindende Glieder (5-12) auf¬ weisenden Manipulatorarm (2), dessen Gelenke (4) von der Robotersteuerung (3) automatisch auf Grundlage eines Ro- boterprogramms oder in einem Handfahrbetrieb zu verstel¬ len sind, wobei die Robotersteuerung (3) ausgebildet und/oder eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
EP15716478.1A 2014-04-11 2015-04-09 Verfahren zum teilautomatisierten fertigen von werkstücken an einem mrk-arbeitsplatz und zugehöriger mrk-arbeitsplatz Withdrawn EP3129196A1 (de)

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