CN106457575A - 插塞安装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在车身部件(6)上自动地安装插塞(5)的装置以及一种相应的方法。插塞安装装置(1)具有包括插塞安装工具(3)和插塞存储库(12)的工业机器人(2)，并且被构造为适用于人机协作(MRK)的。插塞安装工具(3)具有一个或多个MRK适用的电驱动器(23，24，25)，所述驱动器的速度和力或力矩被限制在MRK允许的值上。

Description

插塞安装装置

技术领域

本发明涉及一种具有如独立权利要求前述部分所述特征的插塞安装装置。

背景技术

由专利文献DE102010005798A1可知一种这样的用于将插塞自动安装在车身部件上的装置。该插塞安装装置包括具有插塞安装工具的多轴工业机器人，该插塞安装工具配设有插塞存储库。

发明内容

本发明的目的在于提出一种改进的插塞安装技术。

本发明的目的通过独立权利要求中的特征来实现。根据本发明的插塞安装技术，即插塞安装装置和插塞安装方法，具有功能和安全技术上的优势。

在现代的自动化工作和制造业中，有利的是人与工业机器人、特别是触觉机器人可以合作或者协作。这被称为人机合作或者人机协作(简称MRK)。在此，人的身体和工业机器人或者说其处理工具之间的物理接触在采用物理作用的保护措施的情况下在一定范围内是允许的。在MRK和采用物理作用的保护措施的过程中，应遵守特定的边界值，该边界值基于应力类型而有所不同，并且还与相关的人体部位有关。与人体的物理接触可以根据所产生的冲击力与所产生的夹紧力和挤压力而有所不同。冲击力是一种动态力，其在第一次力冲击中在与人的身体发生接触时被传递出去(峰值)。而夹紧力和挤压力是静态力，其在第一次力冲击之后得以保留。对于各种类型的应力的力边界值在人体模型中将关于单个的身体部位来确定。

这种标准、特别是ISO/TS15066和ENISO10218-1,2包含了用于MRK的关于保护措施、传感器可靠性等的规定。在MRK的情况下，利用检测装置探测机器人或者说其工具与障碍物、特别是与工人的撞击，并且为了安全而引入保护措施，特别是机器人的静止状态或回返运动。这种撞击检测可以物理地并根据需要通过对所产生撞击力的测量来实现。

根据本发明的插塞安装技术被设计为适用于MRK的，并且与专利文献DE102010005798A1相反的是，其适用于在人也可进入的工作环境中使用。其优点在于使工作内容紧凑并可由此实现较高的经济性。插塞可以被自动地安装，在此，工人可以在附近在同一工件上执行其他的操作。这包括通过工人对所安装的插塞进行控制。

另一方面，通过这种MRK适用性，可以保护工人免于事故，并且特别是使其免于发生负面的结果。在此，插塞安装装置的MRK适用性可以通过各种措施来实现并优化。这些措施可以单独使用或者结合作用。

通过适用于MRK的电驱动技术，在要与工人发生撞击时可以通过对速度和力或者说力矩的限制来避免。这特别是可能涉及到在工具部件、特别是安装单元及其插塞收纳部的运动过程中的挤压风险。专利文献DE102005005798A1在此披露了特别的风险，并且对于MRK使用是不适用的。

此外，插塞安装工具还可以通过适用于MRK的保护套被遮蔽，以缓解伤害风险。软的、柔性的以及圆形的设计对此是有利的。在根据本发明的插塞安装装置中，尽管存在对插塞工具的遮蔽，但仍然可以实现对插塞存储库的自动地更换或重新装载，因此尽管有MRK保护，但是仍然可以持续地使用。特别是不需要为了补充插塞储备而取下MRK保护套，并为此中断插塞安装过程。此外，通过根据本发明的插塞安装工具的模块化设计，可以利用插塞关于其形状和大小的大幅变化来经济地工作。存储库更换可以自动地进行。另一方面，也可以在插塞安装工具上安放多个具有相同或者不同插塞规格的存储库。通过统一的存储库收纳和根据其他不同的插塞存储库进行统一的收纳调整，可以任意地扩大变形幅度。在更换插塞规格时，可以利用相同的插塞安装工具继续工作。不需要进行工具更换。

根据本发明的插塞安装技术还提供了功能和结构上的改进。插塞收纳部可以利用转动装置实施其他的并且与专利文献DE102010005798A1所述相比更少卸载的转动运动。这提高了工具的功能和速度。此外，还可以避免出现大的间隙或间隔以及因此随之而来的挤压风险。特别是可以在安装操作中实现使MRK安全的封闭轮廓和对插塞存储库和存储库收纳部的密封安装。在这样的工具区域中，可以为保护套留出空间，在此通过上述措施来避免挤压风险。

此外，还可以实现对插塞收纳部的转动锁定，并由此确保插塞收纳部在安装操作中、也就是在将插塞插入并安装在工件的开口上时的位置。这在功能和安全技术上是有优势的，特别是在构成前述的使MRK安全的封闭轮廓和对插塞存储库和存储库收纳部进行密封安装的情况下。对于这种转动锁定而言不需要单独的执行机构。

此外，这对于在安装插塞时的功能和运动学也是有利的。在此为了插入并安装插塞而需要的按压力和进给运动可以如专利文献DE102010005798A1所述地通过自有的并且集成在插塞收纳部中的驱动器来实现。根据本发明的插塞安装技术还可以附加地提供其他的可能性。进给和力特别是可以由工业机器人来施加。这能够降低插塞安装工具的结构成本和空间需求。插塞收纳部中的独立驱动器可以被放弃。另一方面，还可以加快插塞安装过程。一个插塞的安装和另一个插塞在插塞收纳部处的重新装载可以在时间上重合地进行。

对于插塞安装工具的这种设计方案，建议使用触觉工业机器人，其能够利用已安装的或者也可以是集成的传感装置快速、安全地实现插塞安装过程。利用这种传感装置，一方面可以寻找工件开口并且使插塞相对于其正确地取向。另一方面，可以通过对在此产生的机械负载或者说力/力矩进行检测来控制和检查这种自动化的安装过程。这包括可由加载进程而导出的、在工件上检测正确的插塞位置和可能的质量监视。

工业机器人的触觉能力对于MRK适用性也是有利的。未预料到会出现的可能的阻力，特别是与障碍物、尤其是工人的撞击，可以通过传感装置来检测并分析。通过相应的程序配置，工业机器人可以启动相应的MRK措施，例如运动停止、回位行进和根据需要绕开障碍物。

触觉工业机器人可以按照不同的方式设计。适用于插塞安装应用的触觉关节臂工业机器人例如由专利文献DE102007063009A1、专利文献DE102007014023A1和专利文献DE102007028758B4可知。

本发明的其他优选的设计方案由从属权利要求给出。

附图说明

在附图中示例性并示意性地示出了本发明。其中：

图1示出了插塞安装装置，其包括工业机器人和位于工件上的插塞安装工具，

图2以放大的立体视图示出了根据图1的插塞安装工具，以及

图3以立体俯视图示出了根据图1和图2的插塞安装工具。

具体实施方式

本发明涉及一种插塞安装装置(1)和一种插塞安装方法。本发明还涉及一种插塞安装工具(3)。

根据本发明的装置(1)用于在工件(6)上、特别是在车身部件上自动地安装插塞(5)，如图1所示。在此示意性示出的插塞(5)被插入至工件(6)上的开口中，并被按压以构成夹紧或卡槽连接。该开口的空间位置是已知的并且可以直接进入。另一方面，还可以通过插塞安装装置(1)来寻找工件开口。这将降低编程成本并提高灵活性。

插塞安装装置(1)具有多轴的操作装置(2)、特别是工业机器人和由受到机器人引导的插塞安装工具(3)。图1示例性示出了这种设计方案。

工业机器人(2)被构造为多节肢的，并且具有多个可控制和可调节的机器人轴。在此，该工业机器人可以具有任意数量和组合的旋转机器人轴和/或平移机器人轴。在图1中示出的工业机器人(1)具有七个机器人轴和四个机器人节肢，包括：一个基座，两个中间节肢和一个端部节肢或从动节肢(7)，该从动节肢具有法兰或其他形式的、可移动的、特别是旋转的从动元件(8)。工业机器人(1)的中间节肢可以具有成角度的形状，并且能够借助于集成于其中的机器人轴围绕其纵向延伸部扭转。也可以利用其他任意的机器人配置来替代所示出的这种设置。工业机器人(2)可以被固定或者不固定地设置。在不固定设置的情况下，工业机器人(2)可以具有行驶轴，或者被设置在可能是多轴的、在空间中可移动的车辆上。

工业机器人(2)具有触觉属性并具有相应的传感装置(9)，该传感装置用于检测并分析从外部作用的或者说外部的负载，特别是力和/或力矩。在所示出的机器人布局中，传感装置(9)被集成在工业机器人(2)中，在此，例如转矩传感器位于旋转的机器人轴和轴承上。此外，在此还设有行程编码器、特别是转动编码器。替代地或附加地，可以在工业机器人(2)的从动区域中，例如在从动元件(8)和插塞安装工具(3)之间设置用于接收负载的传感装置。

优选将该多轴工业机器人(1)设计为关节臂机器人或者曲臂机器人。该工业机器人是可编程的并且具有机器人控制器(未示出)，也可以将插塞安装工具(3)连接在该机器人控制器上。

此外，对于插塞安装工具(3)，还可以存在用于所需运行资源(例如电信号和/或功率流、流体、特别是压缩空气、冷却介质等)的运行资源输送。这种运行资源输送可以从外部或者在内部通过机器人节肢来进行。为此，可以在从动元件(8)上建立合适的耦合，其例如被构造为介质耦合，并使得能够根据需要实现自动的工具更换。

插塞安装装置(1)被构造为适用于人-机器人协作的(MRK)。具有传感装置(9)的触觉工业机器人(1)可以在此可以被构造为MRK适用的。为此，可以在机器人控制器中存储并执行相应的软件。插塞安装工具(3)同样被构造为MRK适用的。

正如在图2和图3中以放大视图所表明的那样，为了能够与机器人和其从动元件(8)一起使用，插塞安装工具(3)具有带有接口(11)的支架(10)。此外，插塞安装工具(3)包含插塞存储库(12)和安装单元(18)。两者均可以根据需求存在一个或多个。安装单元(18)具有插塞收纳部(19)和转动装置(20)，该转动装置用于使插塞收纳部(19)围绕在图2中示出的转动轴线进行受到控制的转动运动。该转动轴线垂直于优选为杆形或圆柱形的插塞存储库(12)的纵向轴线取向。这些轴线是可以交叉的。

插塞安装工具(3)及其组件可以被适用于MRK的保护套(4)包围。该保护套(4)由软的并且在发生撞击时能下陷的材料组成，例如橡胶或者泡沫塑料，并且具有圆形的轮廓。保护套(4)包围并围合支架(10)、转动装置(20)、进给装置(17)、装载装置(22)和一个或多个将在下面进行说明的、用于插塞工具(3)的组件的驱动器(23，24，25)。保护套(4)可以是单件式或多件式的。也可以用帽状的护套部件至少局部地覆盖插塞收纳部(19)。

保护套(4)在插塞存储库(12)的功能区域中具有开口(16)，该开口允许进入插塞存储库(12)，并且许可对插塞存储库(12)进行自动地更换或重新装载。插塞存储库(12)具有同样为圆形的轮廓，并且与开口(16)相匹配，由此能够避免存在潜在事故可能性的挤压间隙等。在安装单元(18)的区域中，同样可以省略保护套(4)，由此使得安装装置(18)能够进行功能性运动，另一方面也可以最大程度地避免容易造成伤害的挤压间隙等。安装单元(18)同样具有有利于MRK的圆形形状。在安装单元(18)的下方，支架(10)被保护套(4)遮盖。

为了实现前述的自动存储库更换，插塞安装装置(1)可以具有相应固定的用于一个或多个插塞存储库(12)的供应部，以及相应的用于存储库更换的辅助装置。为清楚起见，它们在此未示出。工业机器人(2)沿编程的轨迹将插塞安装工具(3)运动到其供应部，并且利用开口(16)相对于前述的辅助装置将该插塞安装工具定位。

优选插塞安装工具(3)被模块化地构成，并且可以接待用于不同插塞规格的不同的插塞存储库(12)。在附图中示例性示出的插塞(5)可以按照不同的方式构成。该插塞具有用于至少区域性地覆盖工件开口的碟式或帽式的头部部件，和适用于插塞锁定的足部部件，该足部部件具有一个或多个横向放置的足部和适用于卡口或搭扣连接的轮廓。插塞(5)具有与工件开口相匹配的合适的形状。在该俯视图中，插塞被构造为例如旋转对称的，特别是圆形的，替代地被构造为椭圆形的或棱柱形的。插塞(5)的头部部件可以具有封闭的壁或者通孔。

插塞(5)被成排地依次收纳在插塞存储库(12)的容器(13)中。优选插塞容器(13)具有杆形或者管形的形状，并且特别是被构造为圆柱形的。该插塞容器沿着安装方向并相对于从动元件(8)的从动轴线横向地取向。

此外，插塞存储库(12)还可以具有装载装置(22)，该装载装置在附图中仅通过箭头示出，并且优选隐藏地设置在保护套(4)内。通过该装载装置(22)，可以在优选单个地取下位于前面的各个插塞(5)之后使插塞容器(13)中的插塞(5)补充前移。替代地，装载装置(22)也可以用于在插塞存储库(12)中插入和重新装载插塞。

插塞安装工具(3)针对各种不同的插塞存储库(12)具有统一的存储库收纳部(15)，该存储库收纳部也可以根据要求被自动地更换。这些不同的插塞存储库(12)在此分别具有与各个插塞规格相匹配的插塞容器(13)。这些插塞容器具有统一的收纳部适配器(14)，这种收纳部适配器将根据存储库收纳部(15)被调整。该统一的收纳部适配器(14)针对各种不同的插塞存储库(12)分别具有相同的并优选为外部的收纳部轮廓，该收纳部轮廓将与统一的存储库收纳部(15)相匹配。随着插塞的几何形状变化的容器规格通过该收纳部适配器(14)被等同化。

存储库收纳部(15)和收纳部适配器(14)可松脱地彼此耦接。这优选通过形状配合的连接、特别是弹性的卡接或者夹接来实现。这也有利于前述的存储库自动更换。通过提到的卡扣连接，还能够自动地实现杆形存储库(12)在存储库收纳部(15)中的定位。

插塞安装工具(3)可以具有用于在插塞存储库(12)和插塞收纳部(19)之间进行轴向相对运动的进给装置(17)。该进给装置(17)例如可以使杆形存储库(12)轴向地前进和后退。由此可以使插塞存储库(12)靠近插塞收纳部(19)并根据需要也可以与其形状配合地接合。替代地，该进给装置(17)可以使插塞收纳部(19)的一部分运动。该进给装置(17)同样可以隐藏地设置在保护套(4)中。

通过该轴向相对运动，可以形成在图2和图3中示出的使MRK安全的封闭外轮廓，在此，插塞存储库(12)以其前端部与插塞收纳部(19)的后端部密封地彼此贴靠。在此，它们可以借助于凸起和凹陷形状配合地彼此接合。由此还可以形成转动锁定部(21)，该转动锁定部优选利用机械的形状配合起作用。

插塞收纳部(19)通过转动装置(20)来转动，在此，插塞收纳部可以在位于插塞存储库(12)上的后端部上被装载新的插塞(5)，并且利用前端部将被收纳在这里的插塞(5)插入至工件开口中。转动装置(20)同样可以隐藏地设置在保护套(4)中。

这种进给和安装运动可以由集成在插塞收纳部(19)中的安装驱动器通过根据专利文献DE102010005798A1的可抽拉的推杆来实现。替代地，可以由工业机器人(2)实施这种进给和安装运动。

替代地，前述的传感装置也可以安装在安装单元(18)上，通过该传感装置(9)，在此可以在安装插塞(5)的过程追踪力进程。首先将插塞(5)放置在工件开口上，这可以通过相对准确的位置设定或者通过工业机器人(2)的寻找功能来实现。随后，向前推进插塞(5)，在此，插塞以其足部区域没入工件开口中。在此，优选该足部区域为了形成机械的卡接或者搭接而发生变形，这表示有相应的力升高。在实现搭接时，沿进给方向作用的轴向力又快速地降低，这可以作为安装过程成功和结束的信号被检测并分析。在插塞被搭接之后，力又再次升高。

所述安装单元(18)也可以具有其他的结构设计和功能，在此，进给运动和进给力由工业机器人(2)施加，并且插塞(5)在此以合适的方式被从插塞收纳部(19)排出。这可以例如通过与专利文献DE102010005798A1中不同的另一种插塞和推杆之间的相对运动来实现。

在所示出的实施方式中，插塞收纳部(19)具有两个用于插塞(5)的收纳位置，因此可以在前面安装插塞(5)的同时在后面重新装载新的插塞(5)。替代地，插塞收纳部(19)的收纳位置的数量也可以更少或更多。该数量例如可以是一个、三个、四个或者五个或者更多个。

在所示出的优选的实施方式中，插塞收纳部(19)在安装中与插塞存储库(12)对齐地取向。替代地，也可以实现其他的角度位置，特别是当插塞收纳部(19)具有多个收纳位置和/或在插塞安装工具(3)上设有多个插塞存储库(12)时。

转动装置(20)、装载装置(22)和进给装置(17)各自具有合适的驱动器(23，24，25)。在所示出的实施例中，这些驱动器被构造为MRK适用的电驱动器，其具有相应的可控或可调的电动机。此外，还相应地设有用于力传递和运动传递的传动器。所述电驱动器(23，24，25)例如被安置在后侧的工具区域上，并且被保护套(4)围住。

电驱动器(23，24，25)具有MRK适用的设计，在此，电驱动器的速度以及产生的力矩或力被限制在MRK允许的值上。这是针对所涉及到的被驱动装置(17，21，22)的对外起作用的从动元件。通过这种限制，可以使得相应的装置运动在可能的撞击下不会造成伤害。此外，可以通过相应的传感装置来探测阻力、特别是撞击的意外出现，并被考虑用于对相应的驱动器(23，24，25)进行控制或者说调节。驱动器(23，24，25)以合适的方式(例如管线连接或者无线地)与机器人控制器相连接，并且根据需要与机器人运动协调一致地被机器人控制器所操控。替代地，插塞安装工具(3)可以具有自有的、集成的控制器。此外，控制器建构的其他变型方式也是可以的。

所示出的和所描述的实施例的变形方式可以各种不同的方式实现。特别是可以将所述实施例的特征任意地彼此组合，并且也可以根据需要加以交换。

替代地，插塞(5)也可以安装在工件(6)的其他安装位置或接合位置上。这种位置例如可以是突出部，以替代前述的工具开口。

附图标记列表

1 插塞安装装置

2 操作装置，工业机器人

3 插塞安装工具

4 保护套

5 插塞

6 工具，车身部件

7 从动节肢，机器人手

8 从动元件

9 传感装置

10 支架

11 接口

12 插塞存储库

13 插塞容器

14 收纳部适配器

15 存储库收纳部

16 开口，凹陷部

17 进给装置

18 安装单元

19 插塞收纳部

20 转动装置

21 转动锁定部

22 装载装置

23 进给装置的驱动器

24 转动单元的驱动器

25 装载装置的驱动器。

Claims (18)

1.一种用于在工件(6)、特别是车身部件上自动地安装插塞(5)的装置，其中，插塞安装装置(1)具有包括插塞安装工具(3)和插塞存储库(12)的工业机器人(2)，其特征在于，所述插塞安装装置(1)被构造为适用于人机协作(MRK)的。

2.根据权利要求1所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装工具(3)具有驱动器(23，24，25)，所述驱动器被构造为MRK适用的电驱动器，所述驱动器的速度和力或力矩被限制在MRK允许的值上。

3.根据权利要求1或2所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装工具(3)具有MRK适用的保护套(4)，所述保护套在存储库区域中具有开口(16)，用于自动地更换或重新装载所述插塞存储库(12)。

4.根据权利要求1、2或3所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装工具(3)被模块化地构造，并收纳各种用于不同插塞规格的插塞存储库(12)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装工具(3)针对各种不同的插塞存储库(12)具有统一的存储库收纳部(15)，所述插塞存储库分别具有与所述插塞规格相匹配的插塞容器(13)，所述插塞容器具有统一的并且与所述存储库收纳部(15)相匹配的收纳部适配器(14)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的插塞安装装置，其特征在于，所述存储库收纳部(15)和所述收纳部适配器(14)能够被可松脱地耦接，特别是通过卡接来耦接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装工具(3)具有包括一插塞收纳部(19)和一转动装置(20)的安装单元(18)，其中，所述插塞收纳部(19)在安装中与所述插塞存储库(12)对齐地取向，并且在此，两者(19，12)通过轴向相对运动彼此密封地贴靠，形成使MRK安全的封闭轮廓。

8.根据前述权利要求中任一项所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞收纳部(19)和所述插塞存储库(12)在安装中形状配合地并且形成转动锁定部(21)地彼此接合。

9.根据前述权利要求中任一项所述的插塞安装装置，其特征在于，所述插塞安装装置(1)具有MRK适用的触觉工业机器人(2)，所述触觉工业机器人具有接收外部负载的传感装置(9)。

10.一种借助于插塞安装装置(1)在工件(6)、特别是车身部件上自动地安装插塞(5)的方法，其中，工业机器人(2)引导带有插塞存储库(12)的插塞安装工具(3)，其特征在于，所述插塞安装装置(1)用于人机协作(MRK)并具有适用于此的设计。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过所述工业机器人(2)来执行在安装插塞(5)的过程中的进给运动和安装运动。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述插塞安装工具(3)通过被设计用于人机协作(MRK)的触觉工业机器人(2)来引导。

13.根据权利要求10、11或12所述的方法，其特征在于，利用配属于所述触觉工业机器人(2)的、特别是集成的传感装置(9)，来检测并分析从外部起作用的负载，特别是力和/或力矩。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的方法，其特征在于，通过检测在此所产生的机械负载或者说力/力矩，来控制和检查自动安装过程。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的方法，其特征在于，基于传感检测到的负载进程来探测所述工件(6)上的正确的插塞位置和/或监视过程质量。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的方法，其特征在于，将所述插塞安装工具(3)的驱动器(23，24，25)的速度和力或力矩限制在MRK允许的值上。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的方法，其特征在于，利用MRK适用的保护套(4)来遮蔽所述插塞安装工具(3)，以缓解伤害风险。

18.根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其特征在于，自动地更换或重新装载所述插塞存储库(12)。