本发明涉及一种用于制造支承结构的方法，所述支承结构是用于操作物体、尤其是车辆部件的操作设备的支承结构，所述支承结构与所述操作设备的运动装置、尤其是多轴机器人耦合或可耦合并且构造用于将至少一个末端执行器与所述运动装置连接。
背景技术：
1、操作设备原则上由现有技术已知，所述操作设备构造用于操作物体（例如车辆部件）并且具有运动装置（例如门式结构或多轴机器人），所述运动装置通过支承结构与至少一个末端执行器连接。例如作为末端执行器可以使用抽吸器、抓具或类似的构造元件或结构组合件，通过所述构造元件或结构组合件，操作设备与物体可相互作用。例如因此操作设备可以使车辆部件（例如底板、车顶或发动机罩）在工作站之间运动，即将其从第一工作站取出并且放入第二工作站中。所述操作过程在此原则上任意地可行，其中除了操作之外或术语“操作”也可以包括加工，从而构造用于加工物体部分的对应的末端执行器也可以设置在支承结构上。
2、由现有技术已知标准化的系统以用于提供这样的支承结构，所述系统作为“eurogreifer tooling（欧式抓取工装系统）”或“egt”已知。这样的egt构件构成组合部件，所述组合部件具有多个不同的预定的构件，所述构件通常基于带孔的八角形轮廓构成。为了可以利用操作设备操作不同的物体、例如不同的车辆部件，通常由组合部件的不同零件来组装支承结构。在这里，一方面所述构造是高成本的，因为必须将各个构件挑选出来并且相互装配。此外，存在关于支承结构的构造自由度以及总重量的缺点，因为只可以使用来自组合部件的可供使用的构件，以便近似希望的或理想的几何结构。
3、由于较重的和/或较大的车辆或车辆部件的趋势，操作设备、尤其是要操作的物体和支承结构的总重量升高，从而必要时使用的运动装置不再足够能操作所述总重量。这导致，由于提高的质量惯性必须降低运动装置的运动速度或必须使用性能更强的并且由此更复杂的、更贵的并且具有提高的能耗的运动装置。
4、关于所述组合部件的之前所述的构件还要考虑，犹豫其结构、尤其是带孔的八角形轮廓结构，维护、特别是清洁是高成本的。例如污染物可聚集在带孔的结构中，使得在确定的工作区域中（尤其是在洁净室环境或脏污环境中）使用由现有技术已知的支承结构是困难的，因为这样的结构可聚集污染物并且不可预测地再次放出污染物，从而可能污染敏感的工作环境。
技术实现思路
1、本发明的任务是，给出一种改进的用于制造支承结构的方法。
2、所述任务通过根据权利要求1的方法解决。从属于此的权利要求涉及可行的实施方式。
3、如说明的那样，本发明涉及一种用于制造用于操作物体（尤其是车辆部件）的操作设备的支承结构的方法，所述支承结构与所述操作设备的运动装置（尤其是多轴机器人）耦合或能耦合并且构造用于将至少一个末端执行器与所述运动装置连接。如说明的，利用本方法制造用于操作设备的支承结构，所述操作设备构造用于操作物体。所述操作设备具有运动装置，所述运动装置例如可以实施为多轴机器人，并且可以与支承结构耦合。支承结构为此可以具有至少一个连接板或连接接口，通过所述连接板或连接接口，支承结构可以固定在运动装置上。例如支承结构可以借助其连接接口拧紧在运动装置上。支承结构因此构成在运动装置和至少一个末端执行器之间的连接结构。特别地，操作设备的每个末端执行器可以通过支承结构与运动装置连接。为了连接所述至少一个末端执行器，支承结构可以提供至少一个连接区域。
4、本发明依据如下认识，即，基于所述支承结构的三维模型一件式、尤其是一体式地制造所述支承结构。代替通过在标准化的组合部件中可获得的各个构件构造支承结构，提出，产生或提供支承结构的三维模型并且基于该三维模型一件式地制造支承结构。
5、术语“一件式”在该语境中尤其是定义，支承结构不是由零件组装而成，而是在制造过程中作为唯一的构件制造。术语“一件式”因此也尤其是理解为“一体式”，从而支承结构由一件尤其是没有接缝部位、分离部位、连接部位、例如螺钉或焊接连接或类似物地制造。由此，尤其是相对于由现有技术已知的组合部件系统减少装配成本。此外，提高构造自由度，因为支承结构的三维模型可以如支承结构对于相应的操作过程、例如与要操作的物体协调所要求的那样产生，并且无须通过标准化的构件近似。
6、所述三维模型可以在此关于操作任务、例如针对要操作的物体优化，从而可以较高效地实施支承结构的成型。由此可实现，与要操作的物体协调地满足操作任务所基于的边界条件，而不用不必要地提高支承结构的重量。尤其是可以这样提供重量优化的支承结构。
7、在操作作为物体的车辆部件（所述车辆部件相对大和/或重地构成，例如是车辆的底板总成、门、车顶和类似物）时，可以实现一种支承结构，所述支承结构比利用来自所述组合部件的标准化的构件可实现的支承结构显著较轻。对应的物体通常具有多于1m的长度和/或多于50kg的重量，其中组合对应地可能。所述支承结构在此不仅对于相对轻的和大的构件、例如gfk车顶，而且对于与此相对较小和较重的构件或大且重的构件的组合、例如机动车的底板总成有利地可实现。
8、对应地，在相对轻的支承结构与要操作的物体的组合中可实现，利用一个相同的机器人或相同的运动装置操作相对较重的物体，因为物体的相比来说较高的重量可以通过相对较轻的支承结构补偿，从而不超出对运动装置的要求。因此可以放弃使用重载机器人作为运动装置并且使用与此相对较轻的、较不复杂的并且借此也成本较低的运动装置、特别是多轴机器人。
9、根据所述方法的一种设计，可以尤其是自动化地借助至少两种不同的优化器的组合产生所述支承结构的之前所述的三维模型。这尤其是提供优点，即，不同的优化器的优点可组合利用，其中各个优化器的缺点相互补偿或无须忍受所述缺点。换句话说，可以由每个优化器引入其优点，而不体现各个优化器的缺点。
10、尤其是可实现，自动化地实施支承结构的三维模型的产生，在所述模型中使用至少两种优化器的组合。由此，能够例如与使用单个优化器相比避免高的人工构造成本。相对地，支承结构可以例如在到运动装置上的连接接口和到所述至少一个末端执行器上的连接区域之间自动化地产生。为此，可以首先使用第一优化器，所述第一优化器的中间结果可以输送给第二优化器，所述第二优化器可以输出支承结构的最终模型。接着详细说明单个优化器的使用。在这里术语“优化器”尤其是理解为装置或控制装置或软件模块，其在考虑要求或边界条件的情况下可以输出支承结构的三维结构。
11、根据所述方法的一种进一步构成，可以借助第一优化器产生所述支承结构的描述所述支承元件的空间走向的基本形状。如说明的，所述支承结构可以具有至少一个连接接口和至少一个连接区域，其中，在所述连接接口上进行到运动装置上的连接，并且在所述连接区域上进行到所述至少一个末端执行器上的连接。例如末端执行器可以构造为抓具，利用所述抓具，将用于操作的所述物体固定在支承结构上，其中，所述连接接口可以实施为连接板，利用所述连接板，支承结构与运动装置连接。支承结构的支承元件例如可以理解为牵杆，所述牵杆必要时相互分支，并且至少部分地例如成网状地从连接接口至连接区域地延伸。
12、支承元件的几何结构或所述支承元件的空间布置结构尤其是限定支承结构的刚度或力吸收和转矩吸收。所述第一优化器可以例如在有限元方法（fem）的范围中在考虑输入的边界条件、尤其是所述连接接口和所述至少一个连接区域的布置结构的情况下在给出作用的力或转矩的情况下输出支承结构的基本形状。支承结构的基本形状可以至少描述所述支承元件的走向，即确定，支承元件必须怎样三维地延伸，以便可以实现希望的刚度。在这里可以通过第一优化器关于支承结构的支承元件的数量和走向进行拓扑优化。第一优化器尤其是考虑支承结构的刚度或所述支承结构的三维模型。
13、此外，可以在所述方法中设置，借助第二优化器，尤其是通过结构空间的体积元素的迭代细化基于所述借助第一优化器产生的基本形状产生所述支承结构的三维模型。由第一优化器输出并且输送给第二优化器的“基本形状”因此可以视为中间步骤。在由第一优化器实施的第一优化步骤中，所述结构空间例如可以离散化为限定的体积元素，所述体积元素可以等体积。因为由此产生通常具有高的人工再加工成本的相对粗糙的栅格，所以使用第二优化器，以用于基于所产生的基本形状产生支承结构的三维模型。第二优化器可以尤其是考虑在支承结构的三维模型中的应力。
14、因此通过组合所述至少两种优化器保证，实现所产生的支承结构的需要的刚度并且在支承结构内的应力被避免或处于允许的（预定的）界限中。通过体积元素的迭代细化还保证，目标表面对应于给定的要求，尤其是“柔和构造”或“可追溯”地产生。第二优化器在此可以尤其是适配支承元件的横截面，所述支承元件的空间走向由第一优化器预定。在由第一优化器输出的基本形状中，所述支承元件或其走向可以作为偏移或最薄地构造、即以最小厚度地构造，从而第二优化器由此可以产生支承结构的三维模型。
15、进一步在所述方法中可以设置，借助第一优化器产生的基本形状确定所述支承结构的至少一个对于第二优化器不可改变的区域、尤其是骨架，其中，借助第二优化器对不可改变的区域的至少一个横截面进行适配。概念“不可改变的区域”在该设计的范围中应这样理解，即，所述基本形状的走向、尤其是支承元件在空间中的走向不可以由第二优化器改变。所述基本形状的不可改变的区域因此应由第二优化器理解为不可以改变的所谓的“non-design space（非设计空间）”。这表示，来自基本形状的支承元件的走向在每种情况中也在支承结构的模型中实现。
16、然而，第二优化器可以与这样的不可改变的区域的横截面的厚度或大小适配或在支承结构的模型中围绕所述不可改变的区域添加材料。因为第二优化器尤其是考虑应力，所以所述不可改变的区域的规定导致，借助第二优化器，基于支承结构的产生基本形状的三维模型，未改变地接受支承元件的特别是关于刚度在第一优化器中引入的空间走向。因此，通过两种优化器的组合，不仅对支承结构的刚度而且对所述支承结构的应力优化地考虑。原则上可以使用任意的优化器作为第一优化器和第二优化器。有利地，作为第一优化器使用基于刚度进行拓扑结构的优化的优化器并且作为第二优化器使用考虑在所述构件或支承结构中的应力的优化器。纯示例性地可以使用“optistruct（优化结构）”作为第一优化器并且使用“emendate（修订器）”作为第二优化器。
17、例如可以在所述方法的实施中设置，为了产生所述支承结构的三维模型，确定所述支承结构的结构空间和连接点，并且尤其是对于第一优化器限定所述支承结构的至少一个边界条件、尤其是力和/或转矩和/或允许的变形，其中，基于所述结构空间和所述连接点和所述至少一个边界条件产生所述三维模型、尤其是所述基本形状。如之前说明的，所述基本形状可以理解为中间步骤或“中间模型”。尤其是之前所述的连接接口和连接区域或所述至少一个用于所述至少一个末端执行器的连接区域可以理解为支承结构的连接点。换句话说，预定原则上用于产生三维模型可供使用的结构空间。所述结构空间例如可以这样限定，使得可以维持支承结构的最大尺寸。作为边界条件确定由支承结构必须提供或必须承受的负载。随后第一优化器可以这样输出基本形状，使得在考虑刚度的情况下，支承结构具有对应的支承元件，以便满足所述边界条件。
18、所述基本形状可以如已经说明的输送给第二优化器，以便输出支承结构的三维模型。随后可以基于三维模型制造支承结构。
19、在所述方法的一种进一步构成中可以设置，基于所述三维模型借助增材制造过程尤其是层式地制造所述支承结构，或者基于所述三维模型尤其是增材地制造铸模并且铸造所述支承结构。因此，原则上可实现，“正向”制造支承结构，其中，该支承结构尤其是可以层式地借助增材制造过程、例如sls或slm制造。替代地，所述支承结构可以基于三维模型也“反向”制造，其方式为产生所述三维模型的负型作为铸模并且随后通过铸造、尤其是铝压铸在所述铸模中产生所述支承结构。在脱模之后获得支承结构。
20、纯示例性地，所述铸模可以制造为型芯或包括多个型芯的组合芯。在这里，尤其是可以使用砂型铸造，即由砂制造、例如三维打印所述至少一个型芯。各个型芯例如可以借助芯胶粘剂粘合。最后的铸模可以必要时在去除未固化的构造材料、例如砂之后以应该制成支承结构的材料填充，例如通过引入液体的铝，所述铝在硬化或冷却之后可以脱模。
21、通过支承结构的一件式的或一体式的实施，可以取得尤其是相对于由组合部件的各个构件制造的支承结构而言的其他优点。例如可以设置，封闭地制造所述支承结构的表面、尤其是所述支承结构的整个表面，和/或无空腔地制造所述支承结构。如说明的，例如可以通过层式的构造或铸造制造支承结构，其中，封闭地制造外部的表面，尤其是整个外部的表面，从而不会产生开口。
22、替代或附加地可以设置，无空腔地制造所述支承结构。在两种变型中可以保证，没有污染物会聚集在支承结构内，所述污染物例如可以随机地在工作环境内被接收并且再次放出。特别地，在支承结构内不会聚集湿气和其他的污染物、如焊接飞溅、灰尘和类似物。这尤其是允许，也可以在洁净室中或交替地在脏污室和洁净室中使用该支承结构。由此，显著改善支承结构的维护或清洁，因为没有难以接近的或不可接近的区域处于支承结构上。
23、除了所述方法之外，本发明涉及一种用于操作物体（尤其是车辆部件）的操作设备的支承结构，所述支承结构借助之前所述的方法制造。
24、此外，本发明涉及一种用于产生用于操作物体（尤其是车辆部件）的操作设备的支承结构的三维模型的方法，所述支承结构与所述操作设备的运动装置、尤其是多轴机器人耦合或能耦合并且构造用于将至少一个末端执行器与所述运动装置连接，其中，尤其是自动化地借助至少两种不同的优化器的组合产生所述支承结构的三维模型。
25、关于用于制造支承结构的方法说明的全部的优点、细节、实施方式和/或特征完全可转用于所述支承结构和所述用于产生支承结构的三维模型的方法。利用用于产生支承结构的三维模型的方法，可以尤其是产生支承结构的三维模型，所述三维模型形成用于制造支承结构的方法的基础。如之前说明的，特别是可以通过产生的三维模型基于所述支承结构的三维模型一件式、尤其是一体式地制造所述支承结构。