用于机器人装置的操作设备、装配站和车玻璃的装配方法与流程

本发明涉及一种用于机器人装置的操作设备，用于在装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上，其中，操作设备具有用于将操作设备与机器人装置耦连的接口，其中，操作设备具有用于将车玻璃固持在玻璃平面中的固持装置，其中，操作设备具有xr线性轴和y线性轴，其中，固持装置能够在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动，并且其中，固持装置能够在第二平移自由度中沿着y线性轴在y方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。本发明还涉及一种具有按照本发明的操作设备的装配站和一种用于在按照本发明的装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上的方法，所述装配站具有操作设备，其中，操作设备具有用于将操作设备与机器人装置耦连的接口，其中，操作设备具有用于将车玻璃固持在玻璃平面中的固持装置，其中，操作设备具有带第一滑动副的xr线性轴，并且其中，操作设备具有带第二滑动副的y线性轴，其中，固持装置在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动，并且其中，固持装置在第二平移自由度中沿着y线性轴和/或y线性旋转轴在y方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。

背景技术：

通常利用手动引导的操作设备由工人将车辆部件从提供平面或者应用单元移动至装配站。但也已知的是，通过机器人全自动地将车辆部件从提供平面或者应用单元移动至装配站。工人接着在装配位置中通过操作设备对车辆部件进行最终定位和精细调节。

例如构成最接近现有技术的专利文献de102014002722a1描述了一种用于在装配站将车辆部件装配到车身上的方法。在所述方法中使用操作设备，其具有机器人装置、抓取装置和最终定位装置。操作设备通过抓取装置在传递位置中抓取车辆部件并且通过最终定位装置在装配位置中进行预定位。工人在该处通过最终定位装置将车辆部件装配到车身上。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于最终装配的在功能上改进的操作设备。

该技术问题按本发明通过一种用于机器人装置的操作设备、一种具有按照本发明的操作设备的装配站和一种用于在按照本发明的装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上的方法解决。

所述机器人装置用于在装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上，其中，操作设备具有用于将操作设备与机器人装置耦连的接口，其中，操作设备具有用于将车玻璃固持在玻璃平面中的固持装置，其中，操作设备具有xr线性轴和y线性轴，其中，固持装置能够在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动，并且其中，固持装置能够在第二平移自由度中沿着y线性轴在y方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。

在按照本发明的方法中，所述装配站具有操作设备，其中，操作设备具有用于将操作设备与机器人装置耦连的接口，其中，操作设备具有用于将车玻璃固持在玻璃平面中的固持装置，其中，操作设备具有带第一滑动副的xr线性轴，并且其中，操作设备具有带第二滑动副的y线性轴，其中，固持装置在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动，并且其中，固持装置在第二平移自由度中沿着y线性轴和/或y线性旋转轴在y方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。

按照本发明提供了一种用于机器人装置的用于在装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上的操作设备。机器人装置例如设计为笛卡尔机器人或者设计为关节臂式机器人。

操作设备具有用于将操作设备与机器人装置耦连的接口。由此可以使操作设备在装配站中运动到与机器人装置耦连的状态中。操作设备优选设计用于由工人引导和/或操作。通过操作设备的支持，工人可以抓取、固持车玻璃并且将其移动至车身区段。操作设备尤其在预装配时并且可选地作为补充甚至在将车玻璃最终装配到车身区段上时支持工人。车身优选是轿车的车身。车身区段尤其构成在前窗玻璃和/或后窗玻璃区域内的车身区段。车玻璃优选设计为用于装配在车身的车身区段上的前窗玻璃或者后窗玻璃。

在本发明范围内优选的是，在装配站内部将车身制造成为机动车。可选地，车身在装配站的生产线上，例如传送带和/或输送带上被自动装置和/或机器人装置输送至装配站和/或通过装配站输送。在本发明的范围内可行的是，生产线为了装配车玻璃在车身区段处停止并且随即再次启动。在这种情况下，尤其在将车玻璃预装配和/或最终装配到车身区段上时，车身处于静止状态。然而特别优选的是，车玻璃在生产线尤其不停止的流水生产中装配到车身区段上。在这种优选实施形式中，连续地进行车身的输送，没有中断和/或没有停止。

操作设备具有用于将车玻璃固持在玻璃平面、尤其是通过车玻璃定义的玻璃平面中的固持装置。输送固持装置例如包括至少一个抓取装置，通过输送抓取装置可以抓取和夹持车玻璃。至少一个抓取装置例如设计为至少一个吸盘。尤其在设置至少一个吸盘时在车玻璃与吸盘之间形成真空，通过所述真空将车玻璃固定在吸盘上。

被抓取和固持的车玻璃优选可以通过操作设备尤其由工人移动，以便进行预装配和/或最终装配。可选地，操作设备具有补偿装置，其设计用于补偿车玻璃的重量。补偿装置例如设计为至少一个柱体，其例如可以产生相对于车玻璃的平衡重量。由此可以补偿车玻璃的重量，这尤其对于工人是有利的，因为他能够耗费较少的力更轻易地通过操作设备移动车玻璃。

操作设备具有xr线性轴和y线性轴。固持装置能够在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上移动。沿着xr方向的移动相对于接口并且平行于玻璃平面地进行。

固持装置能够在第二平移自由度中沿着y线性轴在y方向上移动。沿着y方向的移动相对于接口并且平行于玻璃平面地进行。

有利的是，基于固持装置沿xr方向和y方向的可能运动，可以针对工人在人体工程学方面改善在将车玻璃预装配和/或最终装配到车身区段上时操作设备的操作。通过固持装置沿xr和y方向相对于接口并且平行于玻璃平面的可移动性，尤其可以更简单、更准确且更快速地相对于接口并且平行于玻璃平面地最终定位甚至精细调节车玻璃。由此能够以有利的方式节约在将车玻璃预装配和/或最终装配到车身区段上时的工作时间。

可选地，工人使用至少一个间隔垫片和/或至少一个量规来对车身区段上的车玻璃进行最终装配和/或精细调节。

在本发明的优选实施形式中，所述固持装置布置在xr线性轴上并且能够通过所述xr线性轴运动。所述xr线性轴优选具有第一滑动副。所述第一滑动副尤其包括第一导轨和能够在导轨上沿xr方向滑移的第一车。特别优选的是，固持装置布置在第一车上并且由此能够沿xr方向运动。

可选补充地，y线性轴具有第二滑动副，所述第二滑动副包括第二导轨和能够在导轨上滑移的第二车。所述第二车尤其能够在第二导轨上沿y方向移动。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，所述xr线性轴与y线性轴处于运动链中。由此，xr线性轴可以通过y线性轴沿y方向运动。为此例如将第一导轨布置在第二车上。由此，固持装置可以与xr线性轴共同地相对于接口并且平行于玻璃平面地沿y方向运动。

本发明的一种特别优选的设计方案规定，所述y线性轴设计为y线性旋转轴。优选地，y线性旋转轴能够在旋转自由度中沿着yrot方向旋转。特别优选的是，所述xr线性轴与y线性旋转轴处于运动链中。由此，xr线性轴可以沿yrot方向旋转。可选补充地，固持装置能够尤其与xr线性轴共同地围绕y线性旋转轴沿yrot方向旋转。通过围绕y线性旋转轴旋转的可能性以有利的方式实现了，车玻璃可以相应于不同车身类型的不同安装角定位并且定向。这既可以自动地控制也可以手动地通过工人在装配车玻璃时进行调节。由此即使在车身类型不同的情况下也能够进行灵活的装配。

在本发明的一种优选实施形式中，操作设备具有带第三滑动副的x线性轴。第三滑动副优选包括第三导轨和能够在导轨上沿x方向滑移的第三车。

在本发明的范围内特别优选的是，所述y线性轴和/或y线性旋转轴与x线性轴在运动链中相连。优选地，y线性轴和/或y线性旋转轴布置在第三滑动副的第三车上。由此，y线性轴和/或y线性旋转轴能够沿x方向运动。可选补充地，固持装置在第三平移自由度中可以沿着x线性轴在x方向上相对于接口运动。尤其是操作设备在x方向上自由地支承。由此可以补偿当在生产线中停止时的运动或者随动路径。这尤其对于在流水生产线的范围内装配车玻璃非常有利。

本发明的一种优选的设计方案规定，所述y线性轴和/或y线性旋转轴在从上方对操作设备的俯视图中相对于x线性轴成直角地或者垂直地延伸。优选地，xr线性轴在从上方的俯视图中根据围绕y线性旋转轴的旋转度相对于x线性轴成角度地或者同向地延伸。

本发明的另一主题涉及一种装配站，其具有按照本发明所述的操作设备。装配站具有操作设备。可选补充地，装配站包括机器人装置、车身和/或车玻璃。

在一种优选设计方案中，操作设备通过接口连接在机器人装置上并且处于耦连状态。在耦连的状态中，操作设备作为工具设置在机器人装置上。因此，操作设备可以由机器人装置运动和/或引导。

在本发明的范围内特别优选的是，机器人装置能够从机器人装置可移动的激活状态进入减速或者甚至不能运动的保护状态。例如，机器人装置可以在激活状态中带动操作设备。尤其是机器人装置在保护状态中降低运动速度或者安全关闭。所述安全关闭可以例如通过机器人装置的断电实现。在本发明的范围内也可行的是，机器人装置在保护状态下被制动闭锁和/或不能运动。

装配站优选包括生产线，车身布置在所述生产线上。车身尤其沿运行方向输送通过装配站。

在本发明的一种优选设计方案中，操作设备的x线性轴相对于车身的纵轴同向和/或平行地延伸，车身优选布置在生产线上并且尤其沿运行方向输送。作为备选或者可选补充地，y线性轴和/或y线性旋转轴相对于车身的横轴同向和/或平行地延伸。

在本发明的范围内，装配站具有用于车玻璃的提供位置。可选地，操作设备可以在提供位置中抓取车玻璃。为此优选地在提供位置中布置提供装置，其例如设计为提供台，在所述提供台上提供多个待装配的车玻璃，以便通过操作设备进行抓取。

本发明的优选实施形式规定，装配站具有装配位置，车玻璃被设置在装配位置中以便工人进行预装配和/或最终装配。优选地，装配位置直接处于布置在生产线上的车身上。装配位置尤其通过车身区段确定，车玻璃装配在该车身区段上。

在本发明的范围内可行的是，装配站具有用于工人的安全区。所述安全区优选是空间上限定的区域，其尤其在机器人装置的动作区域内在提供位置与装配位置之间延伸。可选补充地，装配站包括监测装置和控制装置，其中，监测装置设计用于监测安全区。控制装置尤其设计用于控制机器人装置的激活状态或者保护状态。

监测装置优选监测当机器人装置处于激活状态时工人进入或者接近安全区的情形。可选补充地，当工人进入安全区或者接近安全区时，控制装置使机器人装置进入保护状态。由此能够以有利的方式保护工人以防与机器人装置碰撞。

在本发明的一种特别优选的实施形式中，当操作设备与被抓取的车玻璃处于装配位置时，机器人装置进入保护状态。由此，工人能够接近并且使用操作设备，以便将车玻璃预装配和/或最终装配到车身区段上。

本发明的另一主题涉及一种用于通过按照本发明所述的操作设备在装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上的方法。

在所述方法的范围内，固持装置尤其在装配位置中并且为了通过工人进行预装配和最终装配在第一平移自由度中沿着xr线性轴在xr方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。在所述方法的范围内，固持装置在第二平移自由度中沿着y线性轴和/或y线性旋转轴在y方向上相对于接口并且平行于玻璃平面地运动。

在优选的方法步骤中，机器人装置将与之处于耦连状态中的操作设备移动至提供位置。优选地，操作设备承接处于提供位置中的车玻璃，方式为操作设备通过至少一个抓取装置抓取车玻璃。接着机器人装置尤其将操作设备和被抓取的车玻璃通过安全区移动至装配位置。在该处，机器人装置将车玻璃定位在装配位置中，以便通过工人进行预装配和/或最终装配。与车玻璃的运输手动地而不是通过机器人装置进行的传统操作设备相比，尤其可以节省工人用于将车玻璃运输至车身区段的工作时间。此外，通过机器人装置的运输使得工人的工作更容易。

在所述方法的范围内优选的是，在将车玻璃从提供位置传递至装配位置期间，激活安全区。在安全区激活时，当工人进入或者接近安全区时，使机器人装置进入保护状态。当工人接近或者进入安全区时，监测装置尤其向控制装置传输信号。控制装置由此控制使得机器人装置进入保护状态。

可选补充地，当操作设备布置在装配位置中时，机器人装置在安全区激活时进入保护状态。优选地，机器人装置这样将操作设备定位在装配位置中，使得车玻璃与车身区段间隔最大40毫米，优选最大30毫米。由此使得工人只需要将操作设备本身向车身区段移动几毫米。工人所需耗费的力能够以有利的方式减少。

如果工人通过操作设备进行预定位和最终定位，则能够以有利的方式省去昂贵和容易出现故障的观察系统，即所谓的visionsystems。这种visionsystems通常在通过机器人装置进行预装配和/或最终装配时使用。

在所述方法的范围内优选的是，机器人装置接近布置在提供位置与装配位置之间的粘接站。所述粘接站例如包括用于将粘接剂涂覆在车玻璃上的喷嘴装置。在粘接站中，尤其将粘接剂涂覆在车玻璃上，以便之后与车身区段粘接。涂覆可以例如通过以下方式进行，即机器人装置中断车玻璃的运输并且将其朝向喷嘴装置定位，其中，喷嘴装置将粘接剂涂覆在车玻璃上。

附图说明

本发明的其它特征、优点和作用由以下对本发明的优选实施例的说明得出。在附图中：

图1示出用于机器人装置的用于在装配站中将车玻璃装配到车身的车身区段上的操作设备；

图2示出从上方观察装配站的俯视图，其中，操作设备布置在提供位置中；

图3示出图2中的装配站，其中，操作设备布置在装配位置中。

具体实施方式

相应或者相同的部件在附图中分别配设有相同的附图标记。

图1示出用于机器人装置2(参见图2-3)的用于在装配站6(参见图2-3)中将车玻璃17装配到车身5(参见图2-3)的车身区段4上的操作设备1。

操作设备1具有接口7，通过所述接口能够将操作设备1与机器人装置2耦连并且进入耦连状态(k)。车身5设计为轿车的车身。车身区段4布置在车身5的前窗玻璃区域内。备选地，车身区段4也可以布置在车身5的后窗玻璃区域内。车身5布置在装配站6的生产线15(参见图2)上，尤其是传送带和/或输送带上并且由其沿运行方向移动。

操作设备1具有带至少一个抓取装置3的固持装置8。所述至少一个抓取装置3设计为至少一个吸盘。车玻璃17可以由此通过产生真空被抓取装置3抓取并且固持。在固持状态中，车玻璃17形成玻璃平面e。

操作设备1具有xr线性轴9。所述xr线性轴9包括第一滑动副，所述第一滑动副具有第一导轨(未示出)和第一车10。所述第一车10能够在第一导轨上沿着xr线性轴9在第一平移自由度中在xr方向xr上滑移。

固持装置8布置在第一车10上并且由此能够相对于接口7并且平行于玻璃平面e沿xr方向xr运动。

操作设备1具有y线性轴11，其设计为y线性旋转轴12。所述y线性旋转轴12尤其设计为可以沿yrot方向旋转的轴。y线性轴11与车身5的横向延伸同向地延伸。

y线性轴11具有第二滑动副，所述第二滑动副具有第二导轨(未示出)和第二车13。所述第二车13能够在第二导轨上沿着y线性轴11在第二平移自由度中在y方向y上滑移。

xr线性轴9与y线性轴11和/或与y线性旋转轴12布置在运动链中。尤其是第一导轨与y线性轴的第二车13相连并且可以通过其沿y方向滑移。由此，布置在xr线性轴9的第一车10上的固持装置8能够相对于接口7并且平行于玻璃平面e地在y方向上运动。

此外，第一导轨和/或xr线性轴9可旋转地与y线性旋转轴12耦连，因此第一导轨和/或xr线性轴9可以围绕y线性旋转轴12旋转。同时，固持装置8可以围绕y线性旋转轴12沿yrot方向yrot旋转。由此，车玻璃可以与针对不同车身类型所需的不同安装角适配，尤其是相应地定位并且定向。由此可以使车玻璃的装配更灵活。由此可以避免昂贵的改装时间。

操作设备1包括x线性轴14，其具有第三滑动副，所述第三滑动副具有第三道轨(未示出)和第三车15。所述第三车15能够在第三道轨上在第三平移自由度中沿x方向x滑移。所述x方向与车身5的纵向l同向地延伸。

y线性轴11和/或y线性旋转轴12与x线性轴14布置在运动链中。尤其是第二导轨与x线性轴14的第三车15相连并且能够与其沿x方向x滑移。由此，固持装置8也可以相对于接口7沿x方向x运动。这尤其在流水线生产的范围内是有利的，因为运动或者随动路径在生产线中的停止时可以通过沿x方向的运动补偿。

操作设备1具有至少一个重量调节装置21，其例如设计为至少一个柱体。例如通过重量调节装置21产生相对于车玻璃17的重量的平衡重量。

图2和图3显示从上方观察装配站6的俯视图。装配站6包括操作设备1、车玻璃17、机器人装置2、车身5和生产线16。

装配站6包括提供位置b和装配位置m。在提供位置b中，提供待装配的车玻璃7，以便通过操作设备1进行抓取。在装配位置m中，操作设备1固持车玻璃17，以便通过工人在车身区段4上进行预装配和/或最终装配。

在提供位置b与装配位置m之间设有安全区18。装配站6具有用于监测安全区18的监测装置19和用于控制机器人装置2的控制装置20。

机器人装置2设计为弯折臂和/或关节臂式机器人。作为弯折臂和/或关节臂式机器人，机器人装置2可以在至少两个自由度内进行翻转和/或旋转运动。

操作设备1作为工具与机器人装置2耦连。尤其是操作设备1布置在机器人装置2上，其中，机器人装置2可以带动操作设备1。

按照图2，机器人装置2使操作设备1朝向提供位置b运动，在所述提供位置中操作设备1抓取车玻璃17。接着，机器人装置2将带有车玻璃17的操作设备1通过安全区18输送至装配位置m，如图3所示。可行的是，在提供位置b与装配位置m中间连接有粘接站k，在所述粘接站上将粘接剂涂覆在车玻璃17上，以便之后与车身区段4粘接。

在按照图3的装配位置m中，操作设备1通过机器人装置2这样定位，使得车玻璃17与车身区段4间隔最大40毫米，尤其是最大30毫米。工人使用操作设备1，以便将车玻璃17在车身区段4上进行预定位和/或最终定位并且可选补充地进行精细调节。

为此，工人将操作设备1移动至车身区段4并且必要时借助至少一个量规或者至少一个间隔垫片将车玻璃17安装在车身区段4上。所述至少一个重量调节装置21(参见图1)用作相对于车玻璃17的重量的平衡重量并且由此使工人更易于移动和引导操作设备1。因此，工人在装配时所需耗费的力较少。

由于固持装置8(参见图1)按照图1中的描述可以在多达四个自由度中运动，所以可以通过工人进行车玻璃17在车身区段4上的最终装配，尤其是精细调节。能够以有利的方式省去通过机器人装置2的自动化装配和省去为此所需的高价观察系统，即所谓的visionsystems。

机器人装置2可以由控制装置20由激活状态置入保护状态。在激活状态中，机器人装置2可以在安全区18中运动并且将操作设备1从提供位置b传输至装配位置m。在保护状态中，机器人装置2降低其运动速度。所述速度尤其与生产线16的生产线速度适配。在此，机器人装置2与操作设备1和被抓取的车玻璃17连续地沿运行方向v运动并且在此不停止。在生产线16上提供车身5和通过布置在机器人装置2上的操作设备1提供车玻璃17的速度，尤其是频率相互协调。备选可行的是，机器人装置2在保护状态中不能运动。这尤其是在生产线16停止以便将车玻璃17最终装配在车身区段4上时的情况。

在工人接近安全区18时和/或工人进入安全区18时，这种情况由监测装置19检测到，控制装置20由此将机器人装置2置入保护状态。由此保护工人以防与机器人装置2碰撞。当具有车玻璃17的操作设备1布置在装配位置m中时，也将机器人装置2置入保护状态。

虽然之前详细阐述了至少一个实施例，但显而易见的是，还存在大量按照本发明的变型方案。同样需要强调的是，所述的至少一个实施例只是示例性的特性，并不用于限制保护范围、应用范围或者配置。上述说明只是为本领域技术人员实现至少一个实施例提供方向性指导。因此显然的是，至少一个实施例的各元件的功能和布置可以进行不同的变型，只要不背离权利要求书所述技术方案及其等同技术方案的保护范围。

附图标记清单

1操作设备

2机器人装置

3抓取装置

4车身区段

5车身

6装配站

7接口

8固持装置

9xr线性轴

10第一车

11y线性轴

12y线性旋转轴

13第二车

14x线性轴

15第三车

16生产线

17车玻璃

18安全区

19监测装置

20控制装置

b提供位置

l车辆纵向

m装配位置

v运行方向

xx方向

xrxr方向

yy方向

yrotyrot方向