可定位机器人单元、具有制造装置和可定位机器人单元的生产设备以及用于操作该可定位机器人单元的方法与流程

本发明涉及一种用于放置在根据权利要求1的前序部分所述的制造装置处的可定位机器人单元，具体地涉及一种用于放置在根据权利要求1的前序部分所述的制造装置处的、具有机器人和用于容纳机器人的框架的可定位机器人单元，以及根据权利要求12所述的一种具有制造装置和这种可定位机器人单元的生产设备。此外，本发明涉及根据权利要求13所述的一种用于操作在制造装置处的这种可定位机器人单元的方法。

背景技术：

制造装置，特别是钣金加工装置，通常用于生产单个零部件，有时是批量的。这些单个零部件通常是重复零部件(recurringpart)或批量零部件。

例如，折弯机或压弯机用于弯曲工件。特别是在批量制造过程期间，机器的操作不仅昂贵，而且对于操作者来说也非常疲劳。

其他钣金加工装置例如是激光切割机或流体喷射切割机。在本文中，术语“制造装置”基本上应理解为适于制造所供给的工件的任何机器。

众所周知，工件的零部件可以通过设置在制造装置处的机器人自动地制造而成，因此在批量制造过程中的生产成本低于将工件手动供给制造装置的情况。

通常已知解决方案的缺点是必须阻挡机器人的工作区以防止无意入侵。此外，机器人永久地与制造装置相关联，这意味着例如如果重组生产车间时额外的人工费用，并且这也妨碍或甚至阻止制造装置的人工出勤。

由de102011107617a1中已知一种用于放置在制造装置处的可定位机器人单元。机器人单元包括用于容纳机器人的框架和用于至少一个工件的至少一个接收装置。在将机器人在机器人单元中被布置为处理装置的情况下，在将机器人单元放置在制造装置处之后，工件被供给制造装置和从制造装置送出。

缺点在于：在将机器人单元定位在制造装置处之后，机器人单元或机器人必须以与制造装置的一定关系被定向。

由ep0636435b1中已知一种用于放置在制造装置处的可定位机器人单元。制造装置是钣金加工装置，并且特别是折弯机或压弯机。该机器人单元还包括用于容纳机器人的框架和用于至少一个工件的至少一个接收装置。在框架上设置轮子作为用于重新定位机器人单元的定位装置。

多个定中心块布置在制造装置前方的底板上。多个定中心头设置在机器人单元的框架上，所述多个定中心头可以被塞入定中心块中或从定中心块拉出。这样，机器人单元相对于制造装置被定向在一定位置。

这种已知解决方案的缺点在于定中心块必须设置在底板上，因此，对于机器人单元，仅存在一个限定的定位格栅。

ep0462286b1公开了一种传感器装置，该传感器装置确定机器人夹爪与加工机器的工具之间的距离。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的问题是创造一种用于放置在制造装置处(特别是放置在诸如折弯机或压弯机的钣金加工装置处)的可定位机器人单元，该机器人单元没有上述缺点，并且该机器人单元特别是可灵活定位的。此外，本发明要解决的问题是创造一种生产设备以及提供一种用于操作这种可定位机器人单元的方法，其中该生产设备具有制造装置(特别是具有诸如折弯机或压弯机的钣金加工装置)和这种可定位机器人单兀。

这些问题通过独立权利要求的特征得以解决。在附图和从属专利权利要求中给出了有利的改进。

根据本发明，至少一个第一传感器装置被设置以用于检测机器人单元相对于制造装置的位置。机器人单元优选地包括至少一个机器人和容纳该机器人的框架。

该至少一个第一传感器装置是位置检测装置的一部分，或者该至少一个第一传感器装置构成这种位置检测装置。在将可定位机器人单元定位在制造装置处之后，所述至少一个第一传感器装置被使用以确定可定位机器人单元相对于制造装置的位置。有利地，通过控制单元控制所述至少一个第一传感器装置。此外，所述至少一个第一传感器装置布置在至少一个可移动元件(例如，布置在可定位机器人单元中的机器人的元件)上。借助于该至少一个可移动元件，所述至少一个第一传感器装置可以在空间中适当地移动并执行期望的活动。

在这种情况下，术语“定位装置”不仅指例如轮子、辊、导轨，而且指用于外部的辅助装置(例如导向件、钩子、孔眼等)或自主重新定位装置(例如托盘车、叉车、吊车等)。

优选地，所述至少一个第一传感器装置是自检测的，由此该至少一个第一传感器装置本身执行机器人单元相对于生产设备的位置的检测。

有利地，至少一个第一传感器装置是自动地自检测的，因此在机器人单元定位之后，机器人单元相对于生产设备的位置的检测自动发生，并且有利地完全不需要操作者的参与。

优选地，至少一个第一传感器装置包括用于检测和/或用于测量位置的至少一个第一传感器，从而使得可以容易地检测机器人单元相对于生产设备的位置。

所述至少一个第一传感器例如是光学传感器，有利地是激光传感器，由此机器人单元相对于生产设备的位置的检测可以通过光学检测和/或测量容易地完成。

在一个替代实施例中，所述至少一个第一传感器是声波传感器，有利地是超声波传感器，通过该声波传感器，有利地通过该超声波传感器，机器人单元相对于生产设备的位置的检测可以通过声波检测或通过超声波检测来容易地完成。

在另一替代实施例中，所述至少一个第一传感器是机械传感器，通过该机械传感器，机器人单元相对于生产设备的位置的检测可以通过机械检测(例如，感测)容易地完成。

在另一替代实施例中，所述至少一个第一传感器是磁传感器，通过该磁传感器，机器人单元相对于生产设备的位置的检测可以容易地完成。磁传感器例如是永磁传感器或电磁传感器。

至少一个第一传感器装置还可以包括至少一个第一传感器，从而使得各种测量和/或检测成为可能。这尤其产生了非常灵活的可定位机器人单元，其中机器人单元相对于生产设备的位置的检测通过在当前情况下最为有利的这类测量和/或检测来完成。

有利地，所述至少一个第一传感器与评估单元相关联，该评估单元借助于由传感器提供的测量数据(尤其是借助于数学模型)来评估机器人单元的位置，并确定相对于制造装置的位置。这使得机器人单元相对于制造装置的特别精确的定位成为可能。

结合前述说明，通过位置的测量是指至少两个位置参数的相关联，并且通过检测是指至少一个位置参数的识别。

优选地，至少一个第一传感器装置包括至少一个额外的传感器，其中所述至少一个额外的传感器是光学传感器，优选地是激光传感器，和/或声波传感器，优选地是超声波传感器，和/或机械传感器和/或磁传感器。这样，同样产生非常灵活的可定位机器人单元，其中机器人单元相对于生产设备的位置的检测通过在当前情况下最为有利的这类测量来完成。

优选地，除了定位装置之外，重新定位装置被设置以用于机器人单元的重新定位，这简化了所述机器人单元的重新定位。重新定位装置包括例如导轨、钩子、孔眼等，对于有利地外部或自主重新定位装置来说，所述重新定位装置例如是托盘车、叉车、吊车等。

有利地，重新定位装置与所述至少一个第一传感器装置相互作用，或者所述重新定位装置检测机器人单元的重新定位。

优选地，所述至少一个接收装置包括至少一个导向元件，所述至少一个导向元件可以互换地布置在接收装置的支承表面上，并且所述至少一个导向元件的位置可以由传感器装置检测。该接收装置可以灵活地适应工件和/或成品工件，例如弯曲零部件。借助于传感器装置对所述至少一个导向元件的位置的检测确保了诸如机器人的处理装置可以安全地移动工件。

有利地，所述至少一个导向元件的位置由至少一个第一传感器装置检测，以使得不需要另外的传感器装置，因此可以保持制造可定位机器人单元的成本较低。

优选地，机器人单元包括至少一个通信连接装置，所述至少一个通信连接装置用于将机器人单元连接到制造装置，以使得所述机器人单元与所述制造装置之间的通信成为可能。有利地，机器人单元与制造装置之间的通信通过无线电和/或wlan和/或gps和/或通过进行。另外地或可选地，也可以在机器人单元与制造装置之间设置至少一根电缆连接。

优选地，至少一个额外的传感器装置被设置以用于检测同时抓取的多个工件，这确保了可靠有利的自动批量生产。所述至少一个额外的传感器装置识别处理装置何时已经意外地抓取一个以上的工件。在这种情况下，不启动工件的加工，以防止错误加工。

优选地，提供至少一个工件分离单元，借助于该工件分离单元，彼此粘在一起或彼此贴靠并且已被处理装置抓取的多个工件可以被相互分离。该至少一个工件分离单元包括用于工件的至少一个第一保持装置以及用于另一个工件的至少另一个保持装置，通过所述至少一个第一保持装置和所述至少另一个保持装置，可以容易地将彼此粘在一起或彼此贴靠的多个工件相互分离。

有利地，所述至少一个第一保持装置和所述至少一个第二保持装置彼此面对，以使得彼此粘在一起或彼此贴靠的多个工件可以特别容易地被相互分离。

例如，所述至少一个第一保持装置和/或所述至少一个第二保持装置在设计上是气动的或磁性的。

优选地，一个抓取装置被设置以抓住工件或成品工件，这确保了在机加工工件的生产中容易操纵。例如，工件由制造装置加工，借助于抓取装置被抓住，并且可以在制造装置的不同方向上被进给以进行进一步加工。抓取装置有利地是抓取台的至少一部分，该抓取台又有利地布置在机器人单元中或机器人单元处。

有利地，抓取装置与前述传感器装置中的另一个或至少一个相互作用，以使得例如可检测工件的类型、工件相对于制造装置的位置，和/或多个工件同时被多次抓取，从而使有利的批量生产成为可能。

优选地，至少一个处理装置被设置以用于操纵工件，从而产生紧凑且多样化的可定位机器人单元。

有利地，所述至少一个处理装置包括至少一个机器人，该机器人还有利地是多轴机器人。

有利地，至少一个传感器装置设置在所述至少一个处理装置上，通过所述至少一个传感器装置，可以容易地获取数据。特别有利地，第一传感器装置设置在所述至少一个处理装置上，以使得可容易地检测机器人单元相对于制造装置的位置。

所述至少一个传感器装置有利地可拆卸地设置在所述至少一个处理装置上，以使得在获取必要的数据之后，所述至少一个传感器装置可以被从所述至少一个处理装置移除并且不妨碍处理装置的后续移动或不妨碍制造。

优选地，根据本发明的生产设备包括制造装置(尤其是钣金加工装置，例如折弯机或压弯机)以及可定位机器人单元，该可定位机器人单元具有上述特征中的至少一个。机器人单元可以由计算机程序控制。为此，计算机程序通过第一传感器装置检测机器人单元相对于制造装置的位置。

计算机程序用于机器人单元的自动定位。优选地，可以考虑用于定位的规则，该规则已经在制造装置、(特定的)制造装置的选择或所有制造装置的准备阶段被创建。因此，控制方法可以针对特定制造装置或一组制造装置以一致且专用的方式被执行。

在根据本发明的用于操作用于制造装置或在制造装置(特别是钣金加工装置，例如折弯机或者是压弯机)处的具有上述特征中的至少一个的可定位机器人单元的方法中，机器人单元被定位在制造装置处。然后，借助于至少一个第一传感器装置检测机器人单元相对于制造装置的位置。该方法优选地由计算机程序自动地执行。

因此，通过具有计算机程序段的计算机程序进一步解决了该问题，其中当计算机程序在计算机单元(计算机、计算机网络、机器人单元的处理器等)上运行时，该计算机程序段被存储在用于实施如上所述的所有方法步骤的计算机可读数据存储介质上。

这样，机器人单元相对于制造装置的精确位置是已知的，并且该精确位置可以考虑用于制造工件。

利用所获取的数据，例如确定基点(basis)，并且处理装置(例如，机器人)将相对于该基点发生移动。处理装置的移动有利地总是相同的，并且仅基点将改变。处理装置的基座有利地是坐标系的零位置。因此，确定关于零位置的位置、角度和/或方向，从而有利地与处理装置(尤其是机器人)的(全球)坐标系统有关。

利用例如可拆卸地布置在处理装置上(例如，在机械臂上)的所述至少一个传感器，横穿线并测量到所述线的相应距离。如果对两条线执行该程序，则也可以以这种方式容易地确定机器人单元相对于制造装置的旋转。

可选地，选择并检测至少两个点以确定相应的距离。

基于所获取的参数，例如距离参数，例如绘制图表。

优选地，在检测到机器人单元的第一位置之后，将机器人单元重新定位在至少另一个位置。如果在第一次测量期间识别出并非可以执行所有所需制造步骤或者这些步骤都不可以执行，则机器人单元有利地通过重新定位装置被重新定位到可以执行所需制造步骤的位置。在生产状态之前，进行重复测量以检测机器人单元相对于制造装置的位置。

优选地，机器人单元与制造装置通信，以使得机器人单元和制造装置可以相互通信。

有利地，机器人单元与制造装置的控制装置通信。更有利地，机器人单元的操作通过制造装置的操作单元发生。

然而，特别有利的是，制造装置由机器人单元控制，这防止了借助于制造装置意外地加工工件。

本发明的其他益处、特征和细节将从以下描述中显现，其中参考附图描述了本发明的示例性实施例。

附图说明

附图标记的列表以及专利权利要求书和附图的技术内容是本公开的一部分。附图以相互关联的方式被描述。相同的附图标记表示相同的结构部件；具有不同标记体的附图标记表示相似或功能相同的结构部件：

图1是根据本发明的生产设备的一个实施例的立体图，该生产设备具有根据本发明的制造装置和可定位机器人单元；

图2是图1的生产设备的主视图；

图3是图1的生产设备的俯视图；

图4是根据本发明的机器人单元的机器人的立体细节图；

图5是根据本发明的机器人单元的接收装置的立体细节图；

图6是图5的接收装置的立体细节图；

图7是根据本发明的机器人单元的工件分离单元的立体图；

图8是根据本发明的机器人单元的定位装置处于第一位置的侧视图；以及

图9是图8的定位装置处于第二位置的侧视图。

具体实施方式

图1至图4所示的生产设备11包括制造装置(这里是折弯机14)和可定位机器人单元21。机器人单元21布置在折弯机14的前方，于是自动地操作折弯机14。

机器人单元21包括机器人24和容纳机器人24的框架22。此外，机器人单元21包括用于重新定位机器人单元21的定位装置41。定位装置41在这里包括四个辊42，所述四个辊42通过旋转装置43全部有利地旋转地连接到框架22。特别是从图8和图9中可以进一步看出，对于这些辊42中的每一个辊来说，有利地为框架22或为可定位机器人单元21设置支撑装置46。支撑装置46包括支承元件47和启动装置48，该启动装置48具有用于降下支承元件47的第一提升机构49和用于升起支承元件47的第二提升机构50。在启动第一提升机构49时，支承元件47逐渐抵靠基部表面18，并且另外，框架22被升起，以使得辊42不再与基部表面18接触(参见图9)。通过启动第二提升机构50，支承元件47被再次升起并且恢复辊42与基部表面18之间的接触，以使得可定位机器人单元21可以容易地被重新定位(参见图8)。

机器人(特别是多轴机器人24)设置在框架22中作为用于处理工件的处理装置。此外，在框架22中设置有接收装置31，该接收装置31具有用于支撑工件16和/或成品工件的两个支承表面32。

机器人24包括可移动机械臂25，该机械臂25在其自由端部具有操纵装置26，这里所述操纵装置为用于抓住、保持和输送工件16或成品工件的抓取件的形式。操控装置26有利地通过手动快速更换系统固定，通过该手动快速更换系统，可以根据需要容易地布置专用于部件的操纵装置。

可释放地设置在机械臂25上的是用于检测机器人单元21相对于折弯机14的位置的第一传感器装置61。第一传感器装置61是自检测的并且有利地是自动自检测的。第一传感器装置61包括光学传感器，这里是激光传感器。

可选地或另外地，第一传感器装置61包括声波传感器，有利地是超声波传感器，和/或机械和/或磁传感器。

可选地或另外地，第一传感器装置61包括至少一个额外的传感器，其中所述至少一个额外的传感器是光学传感器(优选地是激光传感器)、和/或声波传感器(优选地是超声波传感器)、和/或机械传感器和/或磁传感器。

有利地，支撑装置46的位置传感器44与第一传感器装置61相互作用，以使得例如折弯机14的加工过程将不会在如图8所示的一个位置中开启。位置传感器44例如包括压力传感器，该压力传感器在非启动状态下中断折弯机14的加工过程和/或防止该加工过程的开启。这样，在折弯机14处防止了不受控制的加工过程并且工件废品更少。

在框架22的下侧上设有两个导轨作为重新定位装置23。该重新定位装置23例如可以作为自主重新定位装置被叉车或托盘车的叉子接合，以使得机器人单元21可以容易地被重新定位。或者，例如带、绳索和/或链条可以沿着该重新定位装置23被引导，并被附接到吊车吊钩或其他一些用于重新定位机器人单元21的自动重新定位装置的钩子上。

再次可选地，也可以在框架22上设置手柄，以便由操作者手动重新定位。

有利地，重新定位装置23的位置传感器54与第一传感器装置61相互作用。一旦机器人单元21的重新定位结束，则机器人单元21相对于制造装置或另一参考源的新位置然后由第一传感器装置61获取。位置传感器54例如包括压力传感器，该压力传感器在启动状态下停用机器人单元21，特别是停用第一传感器装置61。这排除了在重新定位期间机器人单元21的任何不受控制的活动。

机器人单元21通过连接装置66连接到折弯机14。这里的连接是通过无线电连接的。连接装置66包括位于机器人单元21处的第一发送器/接收器67和位于折弯机14处的第二发送器/接收器68，这在机器人单元21在折弯机14处的定位期间或之后有利自动识别并连接彼此。

机器人单元21包括用于检测同时抓取的多个工件16的另一传感器装置71。该另一传感器装置71包括两个传感器72和74，这两个传感器72和74彼此相对并以一间距放置(参见图7)。有利地，两个传感器72和74在这里是相同类型的光学传感器，即激光传感器。一旦工件16位于这两个传感器72和74之间，传感器72和74两者就检测从相应表面到传感器72或74的距离。间距a减去由传感器72和74两者确定的距离之和的差产生工件16的厚度。由于工件16的这个厚度是已知的，所以可以容易地确定何时已经抓取了一个以上的工件16。

为了在同时抓一个以上的工件16时不会不必要地延迟制造过程，设置工件分离单元81。工件分离单元81包括用于工件16的第一保持装置82和用于另一工件16的另一保持装置84。第一保持装置82和第二保持装置84彼此面对。两个保持装置82和84都包括相应的抽吸装置，通过该抽吸装置，粘在一起的工件16可以容易地相互分离。作为抽吸装置的替代或补充，一个或两个保持装置82、84还可以包括夹持装置。

此外，抓取装置76被设置以用于抓住工件16或成品工件。抓取装置76在这里包括两个夹持部分77，这两个夹持部分77根据需要抓住工件16或成品工件，以使得机器人24可以再次以不同的取向抓住该工件或成品工件。抓取装置76还可以在过程链中用作用于工件16或成品工件的临时存储器。抓取装置76还有利地与所述传感器装置中的另一个或一个相互作用。

在图5和图6中详细示出的接收装置31具有两个支承表面32。每个支承表面32都设有被布置成栅格的多个孔33。此外，接收装置31包括多个导向元件34，所述多个导向元件34可以互换地布置在支承表面32上。导向元件34被布置成使得工件16或工件堆以预期的方向位于支承表面上。接收装置31配备有相应的工件-例如，根据先前限定的弯曲计划-同时甚至可以如此布置不同形状的工件。也可以想到在接收装置31上布置多个工件堆。

导向元件34的位置可以由传感器装置61检测，例如借助于位置传感器，例如借助于距离传感器。将基于如此获取的值对机器人24进行控制，以使得相应的工件16可以被机器人抓住以用于想要的弯曲过程。

机器人单元21位于折弯机14处并借助于支撑装置46被固定。第一传感器装置61被预先布置在机械臂25上或当前被布置在机械臂25上。借助于第一传感器装置61，获取机器人单元21相对于折弯机14的位置。机器人24的控制系统当前适于机器人单元21的获取位置。

如果机器人单元21的位置恰好使得机器人24无法到达用于既定目的的制造过程的所有点或位置，则机器人单元21将被重新定位，然后将再次获取该机器人单元的该重新定位的位置。有利地，机器人单元21具有其自己的驱动装置，以使得该机器人单元21可以被重新定位-特别有利地以自主的方式被重新定位。

通过机器人单元21和折弯机14之间的通信连接，折弯机14由机器人单元21控制。在这种情况下，机器人单元21的操作由折弯机14的操作单元15完成，其中该操作单元15被设计为触摸屏。因此，可定位机器人单元21不需要具有其自己的操作单元。

为了制造弯曲零部件，机器人24从接收装置31抓住工件16。机器人24将工件16带到另一传感器装置71，以便确定是否已同时抓住了多个工件16。如果是这种情况，则所述多个工件16通过工件分离单元81被相互分离。

机器人24现在将单个工件16带到折弯机14并根据弯曲计划可以借助于折弯机的后挡件定位单个工件定位。现在开启弯曲过程。在整个弯曲过程中，工件16可以由机器人24保持。

在完成弯曲过程之后，弯曲的工件由机器人24保持并且例如经由斜槽36被带到接收箱38。

可选地，机器人24也可以将成品弯曲工件直接放置在接收箱38中。

如果弯曲计划涉及进一步的弯曲过程并且工件不能由机器人24直接供给折弯机14-例如，由于已经执行的弯曲步骤-机器人24将该工件移交给抓取装置76并且再次检测工件，但是在有利于进一步加工步骤的方向上。

机器人单元21在如此定位的状态下面向折弯机14的侧部处或在于该侧部相邻的侧部处具有安全门39。这些安全门39相对于折弯机14被定位成使得机器人24的工作区不能直接访问。此外，可以封闭机器人单元21的相应侧部，这在机器人单元21的重新定位期间是特别有利的。安全门39的至少一部分是透明的，从而可以从外部观察工作区。有利地，机器人单元21具有所有都围绕该机器人单元的多个安全门。

可定位机器人单元21形成移动式机器人弯曲单元，并且可以以较少的定位步骤被布置在制造装置处。通过可定位机器人单元21，甚至对于较小的制造装置，都可以扩展应用领域，这是因为即使在倒班操作中，也可以在这些制造装置上自动地或无需操作者地制造批量制造零部件。这样，一方面，增加了折弯机的使用寿命，并且降低了生产成本，特别是对于批量制造零部件而言。

本发明的特别益处(但不是唯一的)是：

机器人单元21不需要精确地定位在折弯机14的前方，而是仅大致定位在折弯机14的前方。借助于第一传感器装置61，确定机器人单元21相对于折弯机14的准确位置。

与折弯机14的接口是无线或有线的，例如，跨越两根以太网电缆，其中一根用于数据传输，另一根用于安全信号的传输。

制造装置的安全控制单元，例如折弯机的脚踏板，可以直接连接到机器人单元，从而使得制造装置的操作可以比手动操作具有更高的速度。

制造装置以及可定位机器人单元的编程可以完全离线完成。当将制造装置和可定位机器人单元连接在一起时，制造装置和可定位机器人单元相互协调并开始生产-不迟于设置后(工具、机器人抓取装置、电路板、托盘)。在几分钟的校准周期之后，可以进行自动制造。

附图标记的列表

11生产设备

14折弯机

15操作单元

16工件

18基部表面

21机器人单元

22框架

23重新定位装置

24机器人

25机械臂

26操纵装置

31接收装置

32支承表面

3332中的孔

3431的导向元件

36滑槽

38接收箱

39安全门

41定位装置

42辊

43旋转装置

4447的位置传感器

46支撑装置

47支承元件

48启动装置

49第一提升机构

50第二提升机构

5423的位置传感器

61第一传感器装置(位置检测装置)

66连接装置

67第一发送器/接收器

68第二发送器/接收器

71额外的传感器装置(双工件识别)

72传感器

74传感器

a72和74之间的间距

76抓取装置

77夹持部分

81工件分离单元

82第一保持装置

84第二保持装置