CN103209810A - 工作装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种上螺丝装置（1）和一种上螺丝的方法，该装置具有多节肢（12，13，14，15）的机器人（6），该机器人具有从动转动轴，其中，机器人（6）在其端部节肢（12）上承载带有转动工具（8）的独立驱动的转动装置（7），该转动装置被设置和设计用于快速地拧入或拧出转动件（3）。转动件（3）的旋紧或松脱通过机器人（6）、特别是其端部节肢（12）实现。

Description

工作装置和方法

技术领域

本发明涉及具有如独立权利要求的前序部分所述特征的一种工作装置和一种用于转动接合和/或转动松脱的方法，特别是一种上螺丝的装置。

背景技术

拧紧机器人在实践中是众所周知的，其由常规的关节臂机器人组成，关节臂机器人在其端部节肢上承载着例如可移动的多轴机器人手，用以执行整个拧紧过程。机器人和拧紧装置分别具有配属于自己的驱动器和控制器。此外，还设有包括流程程序的设备控制器。这种拧紧机器人需要较高的构造成本和设备成本，并且灵活性受到限制。所需要的包括安全护栏的安全成本等也是很高的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的工作装置和一种用于转动接合和/或转动松脱的方法。

本发明利用如独立权利要求所述的特征实现了这一目的。在现有技术中，机器人只执行引导任务并对拧紧装置进行定位。其本身并不参与转动接合过程，特别是拧紧过程。

在根据本发明的工作装置、特别是上螺丝装置中以及在根据本发明的方法中，机器人本身参与到转动接合过程或转动松脱过程中。上述过程例如可以是上螺丝过程。机器人在此具有多个功能。一方面，机器人承载、操作和定位用于拧入或拧出螺丝或其他转动件的转动装置。另一方面，机器人还通过自身的转动运动实现对转动件的旋紧或松脱。随同机器人行进的转动装置可以具有减少的功能并只用于快速拧入或拧出。转动装置可以为了随后的旋紧或之前的松脱而冻结其转动运动性。转动装置将因此而停住（versteift），而将机器人的转动运动传递给螺丝或类似的部件，以实现旋紧或转动松脱。

该工作装置可以具有合适的并在必要时是由多部件组成的传感装置，用以执行转动接合过程和/或转动松脱过程，并针对这些过程检测必要时要记录的重要事件。该传感装置还可以检测负荷（例如在转动件上产生或将要施加在转动件上的旋紧力矩或拧紧力矩或松脱力矩或拧松力矩）和负荷的下降，以及检测转动运动和转动位置。通过转动检测或位置检测，可以在负荷检测时实现可靠性检查

优选可以在机器人中使用已存在的、特别是集成的传感装置，这可能会由于冗余性而特别安全。转动接合过程或转动松脱过程可以借助于传感装置和与此相关的受控机械装置特别安全、精确地实现，在此，还可以进行监控、日志记录和质量保护。

在根据本发明的工作装置中，构建和管理成本相对于现有技术来说大大降低。对于转动接合过程或转动松脱过程，可以使用机器人的现有的部件和功能。对整个过程的控制可以通过现有的机器人控制器执行，在此，例如可以将转动装置作为附加轴来绑定。

通过功能划分，可以最优化地利用具有各自的结构和功能的机器人和转动件，并根据工艺要求加以调整，这特别有利于工作装置的工作效率和经济性。尤其是可以使用在机器人中已有的部件和功能，并相应地简化转动装置。

与已知的拧紧装置相比，该转动装置可以在其构造成本、功能以及重量上都有所降低。此外，根据本发明的工作装置还能够使用重量轻、可移动的机器人。因此，该工作装置是可移动的并可以使用在任何地方。它还可以快速地改变使用地点并安装好。在此安装费用是很小的。

此外，优选使用具有至少一个柔性轴的机器人。这降低了发生事故的危险并减少了到目前为止所需要的安全费用。此外这种机器人还可以更快、更容易地进行示教和编程。它可以自动校正在工件和/或转动件上的可能的位置公差或零件公差，这将降低在机器人编程时的精度和费用。

根据本发明的工作装置的工作效率高。可以通过相应设计的转动装置以较高的速度并在很短的时间内实现对螺丝等的拧入或拧出，在此不需要很高的力矩。有限的转动角度就足以实现旋紧或松脱，在此，旋紧所需的较高的力或力矩由机器人施加。相应地可以减轻转动装置的负担并简化其精确性。总体上，可以快速、可靠、高精度地实现转动接合过程或转动松脱过程。

该工作装置可以具有保持装置，通过该保持装置可以容置转动件，并为向接合位置的进给、在那里的定位和拧入而保持。由此工作装置可以自主地操作并执行整个转动接合过程，包括对转动件的容置、进给和定位。

具有至少一个柔性轴的机器人特别适用于在转动接合过程或转动松脱过程之前或期间安全地引导和定位转动装置。其优势特别是在于在轴向转动进给时跟踪转动件及其垂直于转动接合轴的侧向引导。机器人还可以沿转动接合轴的轴向方向施加定义的垂直力（Normalkraft）。转动装置的能源供应和通信线路可以通过机器人的空心轴输送。由此使得对传感装置的测量结果、特别是对所测得的转矩的影响低于外部布线时的影响。

该工作装置可以使用在不同的技术领域，例如对家用机器或办公机器的组装。特别是其可以将螺丝旋入和拧紧在螺纹孔中或从中松开和旋出。反过来说，其也可以将螺母放置在螺栓上并拧紧或松开。其还可用于其他的转动接合连接，例如卡口式连接等。

在一种优选的实施方式中，该工作装置具有用于检测端部节肢、特别是其从动元件的转动的传感装置，。

在一种优选的实施方式中，该工作装置具有用于检测转动装置的转动的传感装置。

在一种优选的实施方式中，该工作装置具有用于检测旋紧力矩和/或拧松力矩的传感装置。

在一种优选的实施方式中，该工作装置具有用于检测拧入力矩和/或拧出力矩的传感装置。

在一种优选的实施方式中，该工作装置的传感装置具有一个或多个用于检测转矩和/或转动角度的传感器，它们被设置在端部节肢上，特别是设置在其从动元件上。

在一种优选的实施方式中，该工作装置的传感装置具有至少一个用于检测转矩和/或转动角度的传感器，其被设置在转动装置上。

在一种优选的实施方式中，该工作装置的传感装置至少部分地被设计为冗余的。

在一种优选的实施方式中，转动装置具有固定或可拆卸地设置的转动工具。

在一种优选的实施方式中，转动装置具有可控的转动驱动器，特别是带有传动装置的可控电动机。

在一种优选的实施方式中，转动装置具有与转动驱动器相连接的工具容纳件。

在一种优选的实施方式中，从动元件具有可控的转动驱动器，特别是带有传动装置的可控电动机。

在一种优选的实施方式中，从动元件具有可控的制动器。

在一种优选的实施方式中，机器人具有多个彼此铰接连接的节肢，这些节肢具有可控的轴Ⅰ-Ⅶ，特别是转动轴。

在一种优选的实施方式中，至少具有三节肢的机器人具有一个端部节肢、一个基础节肢和至少一个中间节肢。

在一种优选的实施方式中，机器人具有一个或多个传感器，用于检测其至少一个节肢的负荷，特别是用于检测所施加的力和/或力矩。

在一种优选的实施方式中，可编程机器人只具有一个用于其轴Ⅰ-Ⅶ的位置控制器。

在一种优选的实施方式中，将机器人设计为可移动的。

在另一种优选的实施方式中，转动装置可以通过由机器人控制的耦合器冻结其转动运动性，以将转动运动和机器人的旋紧力矩或拧松力矩传递到转动件上。该耦合器设置在机器人的从动元件和转动工具之间，并且可以使从动元件为了传递运动和力矩而直接与机器人的从动元件和端部节肢相连接。这种机械耦合器特别是可以通过机器人的进给运动而闭合或打开，由此可以不再需要单独的驱动装置和控制装置。此外，机器人可以通过重复关闭和打开以及在此期间的回转使转动工具以棘轮的方式转动。这特别在下述情况下是具有优点的：机器人和特别是其从动节肢具有有限的转动角度，并且为了旋紧或松脱而需要更大的转动角度。

在转动装置的这种变形中，可以放弃转动装置上的传感装置。独立驱动的转动装置在拧入或拧出时的转动运动可以由机器人自身的传感装置通过与机器人、特别是从动元件的连接位置上的反应力和反应力矩进行检测。替代地，转动装置的转动驱动器可以通过驱动器自身的传感装置，特别是通过电机电流测量装置检测其自身的转动运动和转矩。为此同样只需要付出很小的构建及控制费用。

本发明的其他优选的实施方式由从属权利要求给出。

附图说明

在附图中示意性地举例示出了本发明。其中：

图1以透视图和分解图示出了包括转动件、工件和供给装置的工作装置，

图2以侧视图示出了具有转动装置和示意性组件的机器人，

图3示出了具有柔性轴的轻型机器人，

图4以侧视图示出了转动装置的一种变形，

图5示出了如图4所示转动装置的折叠的纵向截面图，

图6和图7示出了如图4和图5所示的转动装置的另外的视图。

具体实施方式

本发明涉及一种用于使转动件转动接合和/或转动松脱的工作装置（1）。本发明还涉及一种转动接合和转动松脱的方法和一种使用该工作装置（1）的方法。

在转动接合和/或转动松脱过程中，转动件（3）与转动接口（4）连接。在此可能附带有对其他部件的夹紧、固定等附加功能。在转动接合和/或转动松脱过程中，在转动件（3）和转动接口（4）之间进行相对运动，该相对运动至少包括转动和可能的线性运动，例如轴向的进给或回复运动。在下面所述的实施例中描述了一种转动接合过程，其被设计为上螺丝过程。在此转动部件（3）是螺旋件（Schraubteil）。在这里，例如附图中示出的螺丝可以具有杆、螺纹（5）和螺丝头。其例如被旋入位于工件（2）上的转动接口或螺丝接口（4）中，例如螺纹孔中。这种螺旋配置也可以颠倒过来，其中，转动件（3）是具有内螺纹的螺母，其被旋拧在构造为螺栓的转动接口（4）上。

在图1中示意性示出了工件（2）。其可以具有任意的类型、大小和结构。例如，其可以是设备（例如洗衣机）的壳体，盖（未示出）通过螺丝（3）固定在该壳体上。除此以外，任何的不同设计的工件和工作装置（1）的应用领域都是可能的。

转动接合过程（例如上螺丝过程）可以通过多个接续的步骤进行。在第一步中，可以在定位之后执行对转动件（3）的拧入，在此使转动件（3）进行一次或优选为多次完全转动，在此例如同时进行进给运动。在拧入过程中通常只需要很小的力或力矩，在此，更重要的是拧入路径和速度。拧入之后接着进行旋紧，这种旋紧在例如小于360°的有限的转动角度下需要较高的力矩，并利用该力矩通过夹紧等实现对转动连接、特别是螺丝连接的保护。这种旋紧也可以被看作是对转动件、例如螺丝的牵拉。在这里，速度的重要性比力矩以及必要时需要的关于高度的精度以及可能还有旋紧力矩的增长要低。

在如图1所示的实施方式中，工作装置（1）具有多节肢的机器人（6）和转动装置（7）。工作装置（1）还包括用于一个或多个转动件（3）的供给装置（27）。此外，工作装置（1）还可以具有例如被设计为机器人控制器的控制器（11）。该控制器（11）可以一起控制机器人（6）和转动装置（7）。替代地还可以是必要时具有相互的耦合装置的分离的控制器。

机器人（6）和转动装置（7）共同参与转动接合过程。机器人（6）支承转动装置（7），而转动装置（7）通过固定或可拆卸设置的转动工具（8）与转动件（3）转动配合地接合。机器人（6）操作和控制转动装置（7），在此通过机器人的运动将转动件（3）输送到接合位置、特别是转动接口（4）上，并在那里定位。随后对转动件（3）、例如螺栓的拧入由转动装置（7）独立执行。随后的旋紧由机器人（6）负责并为此做转动运动。为此，机器人（6）具有端部节肢（12），其具有可转动的从动元件（10），转动装置（7）抗扭地设置在该从动元件（10）上。

工作装置（1）还可以具有用于容置和保持松脱的转动件（3）的保持装置（9）。保持装置（9）例如可以设置在转动工具（8）上。其可用于容纳转动件（3）并将转动件安全地抓在供给装置（27）上。

如图1和图2所示的转动装置（7）在从动侧具有转动轴（26），其与转动件（3）和转动工具（8）的旋转轴对齐。转动装置（7）被设计为可转动运动的并且是可独立驱动和控制的。为了借助于由机器人（6）进行的转动运动拧紧转动件（3），转动装置（7）可以冻结其自身的转动运动性。其将因此而停住，从而使机器人（6）的转动运动优选无松弛地传递给转动工具（8）。

图2示意性示出了转动装置（7）的结构组成，其也被称为拧入装置。该转动装置包括转动驱动器（22），其是可控的并优选与机器人控制器（11）相连接。转动驱动器（22）例如由可控的电动机和必要时配属的传动装置构成。转动驱动器（22）例如是在低力矩下高速的。速度可以控制，并在拧入或拧出时根据要求加以调整。

转动驱动器（22）的定子与从动元件（10）的盘或法兰抗扭地连接。这种连接是可拆卸的，在此在必要时可以在中间接入自动更换耦合装置。机器人或从动件例如被设计为电机主轴并与转动工具（8）连接。

转动装置（7）还具有闭锁装置（23）。该闭锁装置例如可以是用于转动驱动器（22）的从动件的制动器。替代地也可以是锁定装置、止动装置等。闭锁装置（23）同样可以是可控或可切换的（schaltbar）并与控制器（11）连接。

另外，转动装置（7）具有固定地或可拆卸地设置的转动工具（8），该转动工具就其设计和设置而言适用于各种转动件（3）。转动装置（7）例如可以具有工具容纳件（25），用于可拆卸或可更换地设置转动工具（8）。工具容纳件（25）例如可以是插座等。转动工具（8）例如可以是螺丝刀、六角定位销、开口扳手或环形扳手等。

保持装置（9）例如可以是转动工具（8）的磁化的端部区域，这对于由钢或其它可磁化的材料制成的转动件是有利的。替代地或附加地可以将保持装置（9）设计为可控的夹钳、抽吸装置或夹紧件，用于抓住和保持转动件（3），例如螺丝头。

工作装置（1）具有传感装置（19），其可以拥有一种或多种功能，并同样与控制器（11）连接。传感装置（19）例如可以检测拧入进程的结束并报告给控制器（11），然后控制器（11）据此关闭转动驱动器（22）、接通闭锁装置（23）并控制机器人（6）实现转动运动，以使转动件（3）旋紧。可以通过不同的方式检测拧入进程的结束，例如通过机械阻力的提高和转动所需力矩的增加、路径测量或位置测量以及通过止挡件或触点等。

此外，传感装置（19）可以检测旋紧力矩，可以将其与设定值相比较，在此，相应地调整机器人（6）的转动运动。传感器（19）在需要时还可以检测拧入力矩，从而据此探测拧入运动的结束或者在需要时影响、特别是控制拧入运动。

传感装置（19）还可用于检测转动运动和/或转动位置。这可以涉及到转动装置（7）和/或机器人（6）的转动运动。该运动值或位置值可用于根据转动运动的实际执行来对转动装置（7）和/或机器人（6）进行功能监控。此外，该运动值或位置值还可用于可靠性检查，并与并行检测到的负荷、特别是力矩相关联。由此可以检测：是否有基于转动运动的负荷增加、特别是力矩增加出现，并给出关于拧入运动结束或实际达到旋紧力矩的信号；或者是否出现故障，例如螺纹损坏。

传感装置（19）可以至少部分是冗余设计的。在此，例如其具有两个或更多同类型的并同时进行检测的传感器，并对它们结果进行比较和分析，以验证所感测到的物理效应的真实可靠性。

多节肢机器人（6）具有所提到的端部节肢（12），其例如被设计为机器人手。端部节肢（12）在其一侧具有可转动的从动元件（10），其例如被设计为从动法兰并围绕轴（16）转动，轴（16）平行于转动驱动器（7）的转动轴（26）设置并优选与其对齐。机器人侧的转动轴（16）还可以与转动工具（8）和转动件（3）的转动轴对齐。

从动元件（10）具有可控的转动驱动器（17），其与机器人控制器（11）连接。转动驱动器（17）例如由可控的电动机和必要时设置的传动装置组成。此外，可以为从动元件（10）配置可切换的或必要时可控的制动器（18）或其他用于锁定和抓住从动元件（10）的装置。从动元件（10）的转动角度可能会受到限制。利用必要时为中空的从动元件（10）和必要时其他的机器人节肢（13，14，15），可以输送一个或多个用于运行介质（例如电流、信号流，流体等）的导线并在法兰处向外延伸。

端部节肢（12）、优选其从动元件（10）执行用于旋紧转动件（3）的最后运动，在此，转动驱动器（17）和制动器（18）由机器人控制器（11）相应地控制。转动装置（7）的制动器（23）被操纵，使制动器（18）被释放。转动驱动器（17，22）可以被设计为具有不同的、特别是相反的特性，尤其是转速和力矩。例如，可以将机器人侧的转动驱动器（17）设计为低转速、高力矩的，而将转动驱动器（22）设计为高转速、低力矩的。

上面提到的传感装置（19）配属于转动装置（7）和/或机器人（6），特别是配属于端部节肢（12）。为此它们可以以不同的方式构成。

转动装置（7）中的传感部件可以通过机器人（6）、特别是端部节肢（12）中的传感部件来校准（冗余）。

在所示出的实施例中，传感器（20）配属于从动元件（10），用于测量出现的负荷，并将其例如设计为力矩传感器或所谓的关节力矩传感器。另一个传感器（21）同样配属于从动元件（10），用于检测从动元件（10）的转动运动或位置，并将其例如设计为转动传感器。基于安全性和冗余的原因，可以设置多个、例如两倍于目前的传感器（20，21）。它们也与机器人控制器（11）相连接。

可以利用负荷传感器（20）检测旋紧力矩或者根据需要检测拧入力矩。在拧入运动期间随着不断增加的旋入深度而升高的转动装置（7）的阻力或阻力矩被传递给从动元件（10），并可以在此进行检测。在锁定的转动装置（7）中，通过从动元件（10）直接检测旋紧力矩。通过位置传感器或转动传感器（21），可以同时以上述方式检测：从动元件（10）是否执行转动运动以及可能执行哪种转动运动。在此，转动传感器是一种能够检测例如转动角度、转速等旋转参数的传感器。

传感装置（19）还包括位于转动装置（7）上的传感器（24），其在必要时可以设置多个并可以不同的方式构成。

例如，传感器（24）可以是位置传感器或转动传感器，用于检测转动驱动器（22）和转动工具（8）的转动运动和从动运动。在利用负荷传感器（20）检测拧入力矩的过程中，可以通过传感器（24）感测转动装置（7）的转动运动的存在和类型，并与负荷信号一起进行分析。

传感器（24）可以具有与机器人侧的传感器（21）相比更简单的结构和更低的精度。传感器（24）也可以被省略。

机器人（6）具有多个可移动和相互连接的节肢（12，13，14，15）。优选这些节肢（12，13，14，15）是铰接的并通过转动轴（Ⅰ-Ⅶ）相互连接。此外，还可以使各个节肢（13，14）由多部件组成并且是本身可移动的。在所示出的实施方式中，机器人（6）被设计为关节臂机器人，并具有七个驱动轴或运动轴（Ⅰ-Ⅶ）。轴（Ⅰ-Ⅶ）与机器人控制器（11）相连接，并可以被控制和根据需要进行调节。从动的转动轴（16）例如是机器人轴（Ⅶ）。

机器人（6）是可编程的，其中，机器人控制器（11）具有计算单元、一个或多个用于数据和程序的存储器以及输入和输出单元。转动装置（7）、特别是其转动驱动器（22）可以在机器人控制器（11）中例如作为可控的轴（Ⅷ）实现。机器人控制器（11）可以存储与过程相关的数据（例如传感器数据）并记录，以用于质量监督和质量安全。

所谓的轴（Ⅰ-Ⅶ）分别具有转动轴承或关节和在此配属的且必要时可以集成地控制的、在需要时可调节的转动驱动器。此外，轴（Ⅰ-Ⅵ）还可以拥有可控或可切换的制动器和必要时是冗余的传感装置，例如上述类型的转动轴（16）或轴（Ⅶ），其具有用于检测负荷、特别是力矩以及转动运动和可能需要的转动位置的传感器（20，21）。

优选机器人（6）具有三个或多个可移动的部件。在所示出的实施例中，机器人（6）具有与地面、例如基座相连接的基础节肢（15）和前面所述的端部节肢（12）以及两个中间节肢（13，14）。中间节肢（13，14）是由多部分组成的，并且其自身可以借助于轴（Ⅲ）和轴（Ⅴ）扭转。替代地可以增加或减少中间节肢（13，14）的数量。在另一种变形中，各个或所有的中间部件（13，14）本身都是抗扭的并且没有附加轴。

机器人（16）可以在节肢（12，13，14，15）之间具有一个或多个力控制或力调节的轴（Ⅰ-Ⅶ）或力控制或力调节的轴驱动器。在此机器人（6）特别是可以包括一个或多个具有柔性调节器的柔性轴（Ⅰ-Ⅶ）和柔性轴驱动器。柔性调节器可以是纯粹的力调节器或者是位置调节器和力调节器的组合。这种柔性轴可以有利地应用于转动接合过程的各个方面。一方面，机器人（6）能够弹性闪避地保持和引导转动装置（7），由此例如可以避免碰撞和特别是人员事故。这种特性还可以用于手动示教和编程。此外，通过利用机器人传感装置在轴（Ⅰ-Ⅶ）上的负荷检测，还可以支持和促进对接合位置、特别是转动接口（4）的寻找和发现。还可以检测到节肢（12，13，14，15）在相对位置中的角度误差并根据要求进行校正。

此外，一个或多个柔性轴还有利于在拧入过程中根据进给跟踪转动装置（7）。机器人（6）也可用于在转动接合过程中沿转动接合轴线或螺丝轴线的轴向方向施加设定的按压力。这对于例如金属板螺丝、自攻螺丝等是非常有利的。同样有利于此目的的是机器人（6）具有一个或多个力调节的并在必要时是位置调节的轴（Ⅰ-Ⅶ）。

替代地或附加地，机器人（6）可以包括一个或多个可驱动的轴（Ⅰ-Ⅶ），它们是无柔性的，但具有例如精确的位置控制或位置调节。

图3示出了在实施例中处于伸展状态的机器人（6），并示出了节肢（12，13，14，15）和可驱动、可控或可调节的轴（Ⅰ-Ⅶ）的构成。在此还示出了长形中间节肢（13，14）的分离的结构，它们在此分别具有一体化的转动轴（Ⅲ）和（Ⅴ）。运行介质的输送管线被引入节肢（12，13，14，15）的内部，为此，这些节肢例如在关节或转动轴承上具有空心轴。

所示出的机器人（6）被设计为轻型机器人，并由较轻的材料构成，例如轻金属和合成材料。结构和功能被简化的转动装置（7）同样拥有较低的重量。由此使得工作装置（1）总体上是轻型的，并且在运输和从一个使用地点向另一个使用地点移动时不需要花费较高的费用。工作装置（1）的重量可以低于50kg，特别是约30kg。通过手动示教的可能性，可以对工作装置（1）快速、简单地编程，投入运行并根据不同的转动接合任务或上螺丝任务加以调整。

作为代替或除了以上所述的转动接合过程之外，工作装置（1）还可以执行转动松脱过程，在该过程中，螺丝或其它位于转动接口（4）上的转动件（3）被松开并根据需要被移除。为此，使转动工具（8）与固定的转动件（3）啮合，然后施加松脱转动力矩或拧松力矩。这种力矩可以由机器人（6），优选通过端部节肢（12）、特别是其从动元件（10）产生。利用上述传感装置（19），可以检测松脱进程的结束，这例如可以通过松脱力矩的确认的下降来检测。在这里，为了实现可靠性检查，还可以感测转动运动的存在。此外，通过传感装置（19）的其他部件，例如通过位于机器人轴（Ⅰ-Ⅶ）上的传感器，可以确定：转动工具（8）在转动期间是否与转动件（3）保持连接，或是否松开，以及机器人（6）是否做出相应的闪避运动。

一旦机器人控制器（11）通过传感装置（19）确认了松脱进程或拧松进程结束，就可以切断机器人或从动元件（10）的转动驱动器并接通转动装置（7），转动装置（7）在松开其闭锁装置（23）之后会使转动件（3）旋出。机器人（6）可以利用相应的回复运动沿轴向方向引发这种旋出运动。这种旋出运动的结束同样可以适当的方式检测到，例如通过监视旋出力矩，其在转动件（3）脱离转动接口（4）时会降低。机器人（6）可以利用保持装置（9）运走已自由的转动件（3）并置于合适的位置上。

图4至图7以不同视图示出了转动装置（7）的变形。这种转动装置（7）特别适用于与上述类型的触觉机器人（6）一起使用，该触觉机器人具有一个或多个力控制或力调节的机器人轴（Ⅰ-Ⅶ）或轴驱动器或具有柔性调节装置的轴或轴驱动器。

所示出的转动装置（7）具有支架（28），该支架具有法兰形的连接件（30），用于与机器人（6）的从动元件（10）相连接。此外，该支架（28）还具有板条（31），其沿着从动轴（16）和在此变形中对齐的转动轴（26）延伸，并在一端与连接件（30）连接，在另一端与横向保持板（32）连接，转动驱动器（22）侧向错开地设置在该保持板上。

在如图5所示的剖视图中，转动驱动器（22）具有电机（33）和后置连接的传动装置（34）（例如皮带传动件），其从动元件（35）（例如小齿轮）与插入的转动工具（8）转动配合地连接。优选马达（33）是电动机，特别是直流电机。上述传感器（24）可以配属于马达（33），并且可以检测电机电流。由此可以确定：电机（33）是否转动和以什么力和什么力矩转动，并由此也使转动工具（8）转动。

在该实施例中，将转动工具（8）设计为轴，优选设计为多边形轴或多棱边轴，并在下端部具有用于转动件（未示出）的保持装置（9）。转动工具（8）在转动装置（7）中，特别是在支架（28）中，可以围绕其纵向和从动轴（26）转动，并且还沿轴向可移动地被引导。这种引导可以通过从动元件（35）中的轴导向件（36）以及通过连接件（30）上的轴导向件（37）完成。轴导向件（36）是转动配合的并可以轴向运动。支架侧的轴导向件（37）使得转动工具（8）能够转动和轴向移动。

转动工具（8）被复位元件（38）（例如在轴的上端部上拉开的弹簧）沿轴向方向加载。在转动工具（8）上设置弹簧支承件（39）并优选抗扭地连接，在图5中示出的弹簧（38）的下端部支承在该弹簧支承件上。弹簧上端部支承在连接件（30）上并可以搭接在轴导向件（37）上。复位元件（38）或弹簧、特别是压缩弹簧沿轴向方向（26）作用，并压迫转动工具（8）离开连接件或法兰（30）。保持板（32）具有用于转动工具（8）的通道开口，该通道开口可以在顶部扩大并提供用于弹簧支承件（39）的接口。

转动装置（7）具有具有耦合器（29），该耦合器设置在从动元件（10）或端部节肢（12）和转动工具（8）之间。该耦合器（29）可以通过机器人（6）控制或操作。其特别是可以通过机器人（6）的优选为线性的进给运动被关闭和打开。为此，耦合器（29）用于在闭合状态下将机器人（6）的相应的转动运动和力矩传递到转动工具（8）上，以使转动件（3）旋紧或转动松开。耦合器（29）通过机器人（6）和转动工具（8）之间的直接驱动连接冻结转动装置（7）的转动运动性并构成闭锁装置（23）的一种实施方式。

耦合器（29）具有位于支架（28）上的耦合元件（40）和位于转动工具（8）上并与耦合元件（40）相啮合的耦合元件（41）。在耦合器（29）的闭合状态下，耦合元件（40，41）将机器人（6）的转动运动和力矩传递到已耦合的转动工具（8）上，并优选为此处于形状配合的啮合中。

耦合器（29）在结构上可以以不同的方式形成。其特别可以是爪式耦合器、皮带轮耦合器等。在所示出的实施例中使用爪式耦合器。

耦合元件（40）被设计为套筒状的，并如图4和图6所示在其套筒下边缘上具有多个轴向的并优选均匀分布在套筒护套上的定位槽（42）。耦合元件（40）具有旋转对称并特别是圆柱形的护套形状，并且与机器人（6）的从动轴（16）和转动工具（8）的转动轴（26）同轴地设置。耦合元件（40）同时也可以在支架侧形成轴导向件（37），并将转动工具（8）的上端部接收在套筒内部空间中，在那里，该上端部根据耦合状态或多或少地深深沉入。

耦合元件（41）由一个或多个、优选为两个或更多从转动工具（8）侧向或径向突出的定位螺栓（43）组成，这些定位螺栓为了实现耦合闭合而沉入前面所述的定位槽（42）中并建立形状闭合和转动闭合。定位螺栓（43）和定位槽（42）的轮廓具有圆形的形状，在此，它们至少局部地具有逐渐尖细的形状或楔形形状，以实现无间隙。在啮合状态下，耦合器（29）可以抗扭地、无间隙地闭合。在定位槽边缘上的倾斜设置使得啮合非常容易。此外，定位槽（42）的数量要多于定位螺栓（43）。定位销/定位槽（42，43）相对于耦合元件（40，41）的对应关系也可以交换。

耦合器（29）通过转动工具（8）相对于支架（28）的轴向移动运动而被打开和闭合。为了闭合耦合器（29），机器人（6）沿轴（16，26）执行具有轴向方向分量的进给运动。在这里，复位元件（38）被张紧。另一方面，当机器人（6）执行回复运动时，该回复元件通过它的放松打开耦合器（29）。

为了实现转动接合，机器人（6）将容置于保持装置（9）的转动件（3）放置在接合开口中，在此，在预定位之后，可以使用机器人自己的传感装置（19）来寻找和发现接合位置。在此，耦合器（29）可以被打开。为了实现拧入，转动驱动器（22）通过打开的耦合器（29）以很小的力矩和很高的转速使转动工具（8）转动。在此，这种转动运动可以通过电机电流或以其它适当的方式利用传感装置（24）进行检测和监督。在该拧入进程结束时，阻力矩（头部设备）升高，这可以通过传感器（24）和/或通过机器人自己的传感装置（19）利用传感器（20）检测（反应力矩）。然后，机器人（6）执行上述的轴向进给运动，在此，转动工具（8）抗扭地保持和支承在接合位置上，相应地，耦合元件（40）随支架（28）一起相对于转动工具（8）移动。

通过机器人自己的传感装置（19），可以根据进给运动的类型和大小检测耦合器（29）的正确闭合以及在此所出现的负荷。通过机器人轴（7）或从动轴（16）的柔性功能，可以在对转动状态的相互调整下有利于耦合元件（40，41）的啮合。根据要求，机器人可以执行较小的转动运动。可以检测机器人（6）及其机器人轴（1，7）在耦合器（29）的闭合状态下所处的位置。然后，机器人（6）围绕从动轴（16）实现自己的转动运动，以旋紧转动件（3）。

如果从动元件（10）在从动侧可用的转动角度小于所需的旋紧角度，则机器人（6）可以棘轮的方式工作。在其自己的允许的转动角度结束时，其在耦合器（29）松开的情况下执行有限的回复运动，使从动元件（10）回转，再次耦合并继续旋紧运动。在这里，可以通过机器人自己的传感装置（19）、特别是传感器（20，21）检测转动运动和整个可能累加的转动角度或已实现的转动位置以及旋紧力矩。正如在第一实施例中那样，当达到预设的旋紧力矩和/或到达预设的转动角度或转动位置时，可以结束这种旋紧。

通过转动装置（7）和机器人（6）还可以执行转动松脱过程，在该过程中，机器人（6）使转动工具（8）与保持装置（9）一起在转动件（3）上进给，根据需要寻找位置并建立啮合。通过机器人（6）的进给运动还将使耦合器（29）闭合，从而随后可以由机器人（6）围绕转动轴（16）向转动工具（8）施加拧松力矩。如果针对这种拧松需要更大的转动角度，可以使用前面所述的棘轮功能。可以通过机器人自己的传感装置（19）检测该拧松过程的结束。随后，为了拧出转动件（3），可以通过机器人（6）的回复运动打开耦合器（29）并操作转动驱动器（22）。转动驱动器（22）、特别是其电机（33）和可能存在的传感器（24）与机器人控制器（11）连接，并在需要时也可以通过机器人控制器（11）实现控制或调节。

可以通过不同的方式实现所示出和描述的实施方式的变形。一方面，机器人（6）可以在其节肢（12，13，14，15）和其从动轴（Ⅰ-Ⅶ）的数量和设计上有所变化。其可以具有任意数量和组合的旋转轴和/或平移轴，在此，其轴驱动器和轴承结构的设计也相应地有所不同。

在所示出的实施方式中，端部节肢（12）包括可移动的从动元件（10），该从动元件具有可驱动和可控或可调节的第七轴（Ⅶ）。在另一种实施方式中，该端部节肢（12）具有用于转动装置（7）的抗扭的连接件，在此，端部节肢（12）可以相对于前置连接的其他节肢转动，在此，转动轴可以具有与从动元件（10）的转动轴相同的设计和功能。因此，机器人（6）的从动端转动轴作为轴（Ⅶ）或转动轴（16）可以是其他的机器人轴。

另外，机器人（6）可以具有其他的和常规设计和构造的节肢。机器人也可具有较大的重量。此外，传感装置（19）的结构和设计也是可变的。在转动装置（7）上同样可以设置检测负荷、尤其是力矩的传感器，并在需要时与共有的控制器（11）连接。替代地可以去除用于检测转动、特别是转动运动和/或转动位置的传感器，在此，必要时可以由于所需的拉紧力矩而只检测负荷以及特别是力矩。此外，为了满足传感装置（19）的上述功能，传感器（20，21，24）也可以有其他的设计和设置。在所示出的实施方式中，在转动装置（7）上设置单独的转动工具（8）。在这种变形中，转动装置（7）可以例如支承多重转动工具或具有多个转动工具（8）的工具舱室，例如转塔。

附图标记列表

1   工作装置，上螺丝装置

2   工件

3   转动件，螺旋件，螺丝

4   转动接口，螺丝接口，螺纹孔

5   螺纹

6   机器人，轻型机器人

7   转动装置，拧入装置

8   转动工具，上螺丝工具，轴，多边形轴

9   用于转动件的保持装置，夹钳

10  从动元件，从动法兰，转动法兰

11  控制器，机器人控制器

12  节肢，端部节肢，手

13  节肢，中间节肢

14  节肢，中间节肢

15  节肢，基础节肢

16  转动轴，从动轴

17  驱动器，转动驱动器

18  制动器

19  传感装置

20  传感器，负荷传感器，力矩传感器

21  传感器，位置传感器，转动传感器

22  转动驱动器

23  闭锁装置，制动器

24  传感器，位置传感器

25  工具容纳件

26  转动轴

27  供给装置

28  支架

29     耦合器

30     连接件，法兰

31     板条

32     保持板

33     电机，直流电机

34     传动装置

35     从动元件，小齿轮

36     从动元件中的轴导向件

37     支架上的轴导向件

38     复位元件，弹簧

39     弹簧支承件

40     支架侧的耦合元件，冠状件

41     轴侧的耦合元件，螺栓

42     定位槽

43     定位螺栓

Ⅰ-Ⅶ  机器人轴。

Claims (35)

1.一种用于使转动件（3）、特别是螺丝或螺母转动接合和/或转动松脱的工作装置，特别是上螺丝装置，其具有多节肢（12，13，14，15）的机器人（6），该机器人包括从动转动轴，其中，所述机器人（6）在其端部节肢（12）上承载具有转动工具（8）的、独立驱动的转动装置（7），其特征在于，所述转动装置（7）被设置和设计用于快速地拧入或拧出转动件（3），其中，所述机器人（6）、特别是其端部节肢（12）被设置和设计用于旋紧或松脱所述转动件（3）。

2.如权利要求1所述的工作装置，其特征在于，所述机器人（6）、特别是其端部节肢（12）为了旋紧或松脱所述转动件（3）而与所述转动工具（8）一起执行自己的转动运动。

3.如权利要求1或2所述的工作装置，其特征在于，所述端部节肢（12）具有可围绕从动轴（16）转动并具有可控转动驱动器（17）的从动元件（10），其中，所述转动装置（7）设置在该从动元件（10）上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的工作装置，其特征在于，所述端部节肢（12）的从动元件（10）被设置和设计用于旋紧或松脱所述转动件（3）。

5.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动装置（7）具有可控的转动驱动器（22）和转动轴（26）。

6.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动驱动器（22）具有电动机（33），特别是直流电动机和传动装置（34）。

7.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述机器人（6）和所述转动装置（7）的转动驱动器（17，22）就其特性而言，特别是关于转速和力矩具有不同的设计，其中，在所述机器人侧的转动驱动器（17）具有较低转速和较高力矩，而所述转动装置（7）的转动驱动器（22）具有较高转速和较低力矩。

8.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动装置（7）的转动轴（26）和所述从动元件（10）的从动轴（16）平行地取向，特别是对齐。

9.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动装置（7）可以冻结其转动运动性，在此，所述机器人（6）的转动运动和用于旋紧或松脱的旋紧力矩或松脱力矩被传递到所述转动件（3）上。

10.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动装置（7）具有用于其转动运动性的可控闭锁装置（23）。

11.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述闭锁装置（23）被设计为用于所述转动驱动器（22）的可控制动器、锁定装置或止动装置。

12.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述闭锁装置（23）作为可由所述机器人（6）控制的耦合器（29）设置在所述从动元件（10）和所述转动工具（8）之间。

13.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述耦合器（29）通过所述机器人（6）的进给运动关闭和打开。

14.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，关闭的所述耦合器（29）将所述机器人（6）的转动运动和力矩传递给所述转动工具（8）。

15.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动工具（8）在所述转动装置（7）的支架（28）上可轴向运动地被引导，并由使所述耦合器（29）打开的复位元件（38）、特别是弹簧的加载。

16.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述支架（28）与所述从动元件（10）连接，其中，一个耦合元件（40）设置在所述支架（28）上，另一个耦合元件（41）设置在所述转动工具（8）上。

17.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动工具（8）被设计为轴，特别是多边形轴，并与所述转动装置（7）的转动驱动器（22）转动配合以及可轴向移动地连接。

18.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，该工作装置（1）、特别是所述转动装置（7）具有用于容纳和保持松开的转动件（3）的保持装置（9）。

19.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，该工作装置（1）具有用于松开的转动件（3）的供给装置（27）。

20.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述机器人（6）、特别是其端部节肢（12）和/或其从动元件（10）和所述转动装置（7）可以被共同控制，特别是通过机器人控制器（11）共同控制。

21.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，该工作装置（1）具有传感装置（19），用于检测过程步骤、特别是拧入进程或松脱进程的结束。

22.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，该工作装置（1）具有传感装置（19），用于检测负荷、特别是力矩和/或转动运动和/或转动位置。

23.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述传感装置（19）与控制器相连接，特别是与机器人控制器（11）连接。

24.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述传感装置（19）设置在所述机器人（6）中并在必要时部分地设置在所述转动装置（7）中。

25.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述传感装置（19）在至少一个机器人轴（Ⅰ-Ⅶ）上具有用于检测负荷、特别是力矩的传感器（20），以及用于检测转动运动和/或转动位置的传感器（21）。

26.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述传感装置（19）具有位于所述转动装置（7）中、特别是位于所述转动驱动器（17）中的传感器（24），其特别是用于检测所述转动驱动器（22）和所述转动工具（8）的转动运动和从动运动。

27.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述机器人（6）具有一个或多个力控制或力调节的轴（Ⅰ-Ⅶ）。

28.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述机器人（6）具有至少一个柔性轴（Ⅰ-Ⅶ），该柔性轴具有柔性调节器，特别是纯粹的力调节器或位置调节器和力调节器的组合。

29.如前面任一项权利要求所述的工作装置，其特征在于，所述转动装置（7）借助于所述柔性轴（Ⅰ-Ⅶ）能弹性闪避地被保持和引导。

30.一种利用工作装置（1）、特别是上螺丝装置使转动件（3）、特别是螺丝或螺母转动接合和/或转动松脱的方法，该工作装置具有多节肢（12，13，14，15）的机器人（6），该机器人具有从动转动轴，其中，所述机器人（6）在其端部节肢（12）上承载带有转动工具（8）的、独立驱动的转动装置（7）并对其进行操纵和定位，其特征在于，所述转动装置（7）用于快速拧入或拧出转动件（3），其中，所述机器人（6）、特别是其端部节肢（12）旋紧或松脱所述转动件（3）。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述机器人（6）、特别是其端部节肢（12）为了旋紧或松脱所述转动件（3）而与所述转动工具（8）一起执行自身的转动运动。

32.如权利要求30或31所述的方法，其特征在于，为了旋紧或松脱所述转动件（3），冻结所述转动装置（7）的转动运动性，在此，所述机器人（6）的转动运动和旋紧力矩或松脱力矩被传递给所述转动件（3）。

33.如权利要求30、31或32所述的方法，其特征在于，利用设置在所述机器人（6）中的传感装置（19）实施所述转动接合过程和/或转动松脱过程。

34.如权利要求30至33中任一项所述的方法，其特征在于，所述转动装置（7）由所述机器人（6）通过一个或多个力控制或力调节的机器人轴（Ⅰ-Ⅶ）进行操纵。

35.如权利要求30至34中任一项所述的方法，其特征在于，所述转动装置（7）由所述机器人（6）通过至少一个柔性机器人轴（Ⅰ-Ⅶ）进行操纵，所述柔性机器人轴具有柔性控制器，特别是纯粹的力调节器或位置调节器和力调节器的组合。

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