CN112313034A - 自动地通过螺钉形成螺钉连接的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动地通过螺钉(1)实现螺钉连接的装置(100)，其中该装置(100)具有移动系统(10)，利用该移动系统能够将螺钉(1)引导到部件(2、3)，其中螺钉(1)在自动旋拧单元(11)处被拾取，并且其中自动旋拧单元(11)布置在移动系统(10)处。根据本发明，所述装置(100)具有保护套筒(12)，所述保护套筒被设置成使得所述保护套筒能够与所述自动旋拧单元(11)一起移动，并且所述保护套筒作为保护装置围绕不与待连接的部件(2、3)之一相接触地设置的所述螺钉(1)。

Description

自动地通过螺钉形成螺钉连接的装置
技术领域
本发明涉及一种自动地通过螺钉实现螺钉连接/螺纹连接的装置，其中，所述装置具有移动系统，螺钉能够通过所述移动系统被引导至待连接的部件，并且其中螺钉在自动旋拧单元处被拾取，并且自动旋拧单元设置在所述移动系统处。
背景技术
用于自动地实现螺纹连接的装置在现有技术中是已知的，并且例如DE102014001460A1示出了一种具有移动系统的装置，该移动系统被实施为关节型机器人并且在移动系统的安装端安装有自动旋拧装置，以便以相应的方式处理螺钉并且例如在两个部件之间产生螺纹连接。现代的工作站，特别是那些用于半自动装配的工作站，以及相关的材料的运动可以被实施为所谓的协作工作站，在该工作站中，工人与机器人通过交替地执行工作步骤而一起工作。在这种工作站中必须确保不会造成伤害，尤其是在机器人在其安装端上移动螺钉时，不会引起由于螺钉几何形状和由移动系统产生的力而可能造成的螺钉对人的伤害。为了避免这种碰撞，经常需要复杂的光学识别系统，其中，即使这样，例如也可能会有一个暴露的螺钉可能会造成伤害，如果操作者进行控制之外的运动的话。
由于具有机器人和操作人员的协作工作站的数量的增加，越来越需要创建能够有效用于防止对操作者的伤害的简单设计的保护装置。
发明内容
本发明的任务是提供一种自动地通过由移动系统操纵的螺钉/螺纹连接件形成螺钉连接/螺纹联接的装置的实施方式，其中，所述装置被设计为协作工作站，并且实现可靠地避免由于移动系统移动螺钉而对操作者造成的伤害。
该目的基于根据权利要求1的前序部分结合特征部分的特征的装置来实现。本发明的有利实施例在从属权利要求中详细说明。
本发明的技术贡献包括：所述装置具有保护套筒，所述保护套筒被设置成与自动旋拧单元一起移动，并且以保护的方式围绕不与待连接的部件之一相接触地设置的所述螺钉。
本发明的核心思想是将螺钉容纳在移动系统的装置中，特别是在螺钉被操作期间的时间跨度内，在该时间跨度内，螺钉不位于至少一个要通过螺钉连接到另一个部件的部件中或直接位于该部件上方。通过这样的保护套筒，可以以简单的方式基于(尤其是与操作者的肢体的)碰撞的纯触觉识别而构建传感器系统。然而，在这方面，操作者不能首先接触螺钉，因为螺钉的运动可以通过移动系统预先停止。为此，通过保护套筒的简单触觉识别就足够，而不需要复杂的非接触碰撞识别系统。在本文中，保护套筒可以是圆形的、正方形的或以任意其它的横截面形状来构造的，并且由塑料、金属玻璃或类似的材料制成。保护套筒的内径例如被设计成稍大于螺钉的头部的直径。
为了便于这种传感器系统的设计，保护套筒可以设置在螺钉的纵向延伸方向上，使得保护套筒可以在移动系统处直线地移动。在这方面，另一个优点是通过安装元件将保护套筒可移动地设置在移动系统处，其中安装元件包括电传感器，通过该电传感器，可以感测由外部施加的力引起的保护套筒在螺钉的纵向延伸方向上的移动。例如，如果操作者的手与保护套筒的下开口侧接触，则保护套筒相对于移动系统的安装点移位。具体地，在安装元件中，电传感器的切换信号被触发，并且移动系统被停止。在本文中应该注意，几个因素影响螺钉的运动达到静止所需的时间，例如不得不考虑的机器人的时滞、传感器的时滞和螺钉的长度等。因此，有利的是，保护套筒的长度被确定为使得在螺钉不与待连接的部件之一相接触的设置中在螺钉尖端侧突出超过所述螺钉。例如，保护套筒可以在螺钉尖端侧上突出超过螺钉至少90mm。如果操作者和保护套筒的开口侧之间的接触由位于被触发的安装元件中或安装元件处的布置中的传感器检测到，则机器人能够在假定每秒250mm的典型速度的情况下在大约50mm的路径内停止。由电传感器的识别引起的时滞进一步增加20mm的距离，并且螺钉的长度可以是例如15mm。在预留大约5mm的情况下，这因此导致保护套筒必须突出超过螺钉的远端总共90mm，以便即使当螺钉在移动系统上的布置中以全速运动时，也能避免其与操作者(例如，操作者的手)接触。
为了使保护套筒在正常操作中占据相对于螺钉——特别是沿着纵向延伸方向——的期望位置，保护套筒可以通过在移动系统处的安装元件以预张紧力被预张紧到如下位置，在该位置中保护套筒在所述螺钉不与待连接的部件之一相接触的设置中在螺钉尖端侧突出超过所述螺钉。安装元件可以例如是气缸/气动缸，并且如果保护套筒已经移位，则气缸可以相应地被加压以将保护套筒放回到期望的位置。此外，用于形成安装元件的气缸的受控的加压可以有助于将保护套筒的轻微预张紧保持在期望位置。
如果保护套筒具有横截面积为40mm2至100mm2和/或40mm2至50mm2和/或40mm2至45mm2的环形横截面，则可以获得进一步的优点。
通过有目的地选择最小横截面积，例如在操作者四肢的皮肤上的表面压力可以保持在一定限值之下，例如根据ISO/TS15066，最大力小于190N/cm2。
优选地，保护套筒具有限定的断裂点，其为在保护套筒的硬度上的局部弱化部的形式，该限定的断裂点可以被设计为围绕保护套筒的径向凹口/刻痕。首先，在例如与操作者的手碰撞的情况下，这种限定的断裂点用作由于保护套筒断裂而限制对根据本发明的装置的潜在损坏，并因此保护更复杂的部件，尤其是保护连接到保护套筒的安装元件。此外，提供屈服的限定的断裂点使操作者在碰撞事件中受伤的风险保持最小。限定的断裂点也可以通过在一定的局部限制区域中具有较低硬度水平的部分或穿孔(即几何/结构弱化部)来形成。
当用于将保护套筒安装在移动系统处的安装元件由气缸构成时，产生了特别的优点，此外，存在同样通过气缸将自动旋拧单元安装在移动系统处的可能性，其中两个气缸均便于保护套筒或螺钉在螺钉的纵向延伸方向上的运动。
在移动系统中实现的另一优点是通过关节型机器人形成的。在移动系统(尤其是关节型机器人)的装配端处可以设置承载板，用于装配自动旋拧单元和用于装配保护套筒，特别地，移动系统和待连接的部件可以安装在共同的基板上。安装头可以用于将承载板与移动系统连接，并且螺钉可以经由螺丝刀工具安装在自动旋拧单元上，例如通过相应地将螺丝刀工具的安装端和螺钉磁化。
附图说明
下面将使用附图详细描绘改进本发明的附加措施以及优选发明实施例的描述。其显示：
图1是根据本发明的具有保护套筒的装置100的示意图；并且
图2是安装在移动系统的安装头处的部件的详细视图，包括自动旋拧单元、螺丝驱动工具/螺丝刀工具、螺钉以及具体的保护套筒。
具体实施方式
图1以示意图示出了用于通过螺钉1自动实现/制造螺钉连接的设备100，并且作为主要部件，设备100具有关节型机器人16形式的移动系统10。具有壳体18和设置在其中的自动旋拧单元11的承载板7安装在安装头6处，并且螺钉1经由螺丝驱动工具/螺丝刀工具5安装在自动旋拧单元11处，其中在螺纹孔9中形成螺纹，该螺纹通过螺钉1而能够将部件2和3(示意性地示出)螺纹地连接在一起。
为此，螺钉1首先通过关节型机器人16的相应运动在螺钉孔9上方移动，其中螺钉1被设置在安装元件14上的保护套筒12包围，并且关节型机器人16将安装在安装头5上的单元移动到螺钉孔9上方的位置中，直到在部件2的上侧和保护套筒12的下端表面之间仅存在几个毫米，具体地为0.5mm至1mm。随后，气缸4b的致动可以使自动旋拧单元11在纵向延伸方向13中移位，使得螺钉1最终从保护套筒12的下开口伸出并且将两个部件2和3螺纹连接到彼此。该过程形成了用于将两个部件2和3螺纹连接在一起的通常的拧紧过程，作为示例，这两个部件安装在连接到移动系统10的公共基板8上。
如果在关节型机器人16的自由运动期间存在与保护套筒12的碰撞，例如如果保护套筒12被操作者的手触碰，则保护套筒12相对于螺钉1在纵向方向13上移位，这导致关节型机器人16的运动立即停止。这使得可以有效地防止人，特别是人的四肢与螺钉1接触。
图2示出了自动旋拧单元11和保护套筒12在移动系统10的安装头6处的设置的详细视图，为此目的已经设置了承载板7。第一气缸4b设置在承载板7上，自动旋拧单元11通过该第一气缸紧固到承载板7上，并且安装单元14设置成另一气缸4a的形式，保护套筒12通过该安装单元安装在承载板7上。安装元件14包括电传感器15，并且如果相应的触碰使保护套筒12在纵向延伸方向分13中向上移位，则这种移位被电传感器15识别并且移动系统10的运动被直接中断。
作为气缸4a的设计的替代方式，安装元件14也可以设计成螺旋弹簧，使得保护套筒12也可以被预张紧在螺旋弹簧所给予的位置中。如果保护套筒12受到施加到下端的力，则螺旋弹簧可以被压缩，并且如果停止施加该力，则螺旋弹簧将使保护套筒回到期望位置。这也提供了通过螺旋弹簧在纵向延伸13的方向上轴向地预张紧保护套筒12的选择。
在该过程期间，螺钉1仍保持设置在保护套筒12内，即使在保护套筒12与外物之间发生碰撞的情况下。其中该螺钉1位于螺丝刀工具5的端部，因此继而与自动旋拧单元11连接并且可以被带动旋转。为此，保护套筒12在螺钉尖端的下侧突出超过螺钉1例如90mm，从而在识别碰撞的时间和移动系统10的运动最终停止之间出现的所有制动和滞后时间都被考虑在内。当螺钉1的螺钉尖端从保护套筒12的底侧突出时，移动系统10的移动已经被有效地停止。
安装元件14也可以由气缸4a形成，该气缸特别地被略微加压，以便使保护套筒12在碰撞和朝向自动旋拧单元11移位的情况下回到期望的位置，具体地回到所示的位置。
将螺钉1拧入部件2和3时的向前运动通过对气缸4b加压来实现，从而在将螺钉1拧入部件2和3的过程中螺钉的位置的实际移位不必由移动系统10跟踪。在这种情况下，保护套筒12可以相对于承载板7保持在通常的位置，并且自动旋拧单元11以及由此还有螺丝刀工具5和螺钉1的沿竖直方向向下的移位便于螺钉1的旋拧过程，然而，仅当移动系统10的控制系统检测到目标位置时才启动该运动，在该目标位置处保护套筒12的下侧设置在部件2上方例如仅0.5mm或1mm处。为此可以排除与操作者身体的碰撞。
因此，这意味着，仅一个简单设计的电传感器15就足以可靠地防止螺钉1与操作者的碰撞，具体地，还通过设计为护套的保护套筒12，其完全包围螺钉1。如果在螺丝刀工具5处没有设置螺钉1，则意味着螺丝刀工具5的自由端位于保护套筒12内，这也使得可以避免与螺丝刀工具5和例如可能是锋利边缘的端部的碰撞。保护套筒12例如可以由塑料、特别是透明塑料制成。
优选地，保护套筒12具有围绕其圆周径向延伸的限定的断裂点17，保护套筒12沿着该断裂点失效，尤其是在与操作者的身体部分意外碰撞的情况下。这降低了对装置100的更复杂的部件的损坏风险，特别是在安装元件14和螺丝刀工具5处的损坏。限定的断裂点17设计为保护套筒12的在硬度上的局部弱化部。在图2中，限定的断裂点包括围绕保护套筒12径向延伸的凹槽，在过载的情况下，保护套筒可以沿着该凹槽断裂或扭结/折裂。优选地，限定的断裂点沿轴向方向设置在保护套筒12的从壳体18突出的部段的上半部中，特别地设置在距壳体18为30mm的轴向距离处。替代地，限定的断裂点17也可以设计成保护套筒12中的局部穿孔的形式。
本发明的设计不限于这里说明的优选实施例。相反，可以想到许多变型，这些变型甚至在完全不同类型的设计中利用本解决方案。从权利要求、说明书或附图中形成的所有特征和/或优点，包括设计细节、物理布局和工艺步骤，其自身和各种组合对于本发明都是至关重要的。
附图标记列表
100 装置
1 螺钉
2 部件
3 部件
4a、4b 气缸
5 螺丝刀工具
6 安装头
7 承载板
8 基板
9 螺纹孔
10 移动系统
11 自动旋拧单元
12 保护套筒
13 纵向延伸方向
14 安装元件
15 电传感器
16 关节型机器人
17 限定的断裂点
18 壳体

Claims (11)

1.一种自动地通过螺钉(1)实现螺钉连接的装置(100)，其中，所述装置(100)具有移动系统(10)，所述螺钉(1)能够通过所述移动系统被引导至待连接的部件(2、3)，并且所述螺钉(1)自动旋拧单元(11)处被拾取，其中，所述自动旋拧单元(11)设置在所述移动系统(10)处，其特征在于，所述装置(100)具有保护套筒(12)，所述保护套筒被设置成能够与所述自动旋拧单元(11)一起移动，并且所述保护套筒作为保护装置围绕不与待连接的部件(2、3)之一相接触地设置的所述螺钉(1)。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)设置在所述螺钉(1)的纵向延伸方向(13)上，使得所述保护套筒能够在所述移动系统(10)处直线地移动。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)通过安装元件(14)可移动地设置在所述移动系统(10)处，其中所述安装元件(14)包括电传感器(15)，利用所述电传感器能够感测由外部施加的力所引起的所述保护套筒(12)在所述螺钉(1)的纵向延伸方向(13)上的移动。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)的长度被确定为使得所述保护套筒(12)在螺钉不与待连接的部件(2、3)之一相接触的设置中在螺钉尖端侧突出超过所述螺钉(1)。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)在所述螺钉尖端侧延伸超过所述螺钉(1)达至少90mm。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)通过在所述移动系统(10)处的所述安装元件(14)以预张紧力被预张紧到如下位置，在该位置中所述保护套筒(12)在所述螺钉不与待连接的部件(2、3)之一相接触的设置中在螺钉尖端侧突出超过所述螺钉(1)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)具有环形横截面，所述环形横截面具有40mm2至100mm2和/或40mm2至50mm2和/或40mm2至45mm2的横截面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述保护套筒(12)具有限定的断裂点(17)，其中所述限定的断裂点(17)形成为所述保护套筒(12)在硬度上的局部弱化部。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，用于将所述保护套筒(12)安装在所述移动系统(10)处的安装元件(14)由气缸(4a)形成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述移动系统(10)由关节型机器人(16)形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置(100)，其特征在于，所述自动旋拧装置(11)通过气缸(4b)设置在所述移动系统(10)处，使得所述自动旋拧装置能够在移动冲程内移动。
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