CN116710237A - 具有顺应性机构的安全旋拧装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种旋拧装置(2)，该旋拧装置(2)包括连接部分(42)，该连接部分(42)构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂(24)。旋拧装置(2)包括壳体(22)和固定至壳体(22)的螺钉保持部分(30)。螺钉保持部分(30)构造成保持螺钉(28)并且使螺钉(28)与物体(32)的布置在预定位置中的螺钉孔(46)接触。旋拧装置(2)包括马达(10)，该马达布置成使螺钉保持部分(30)相对于螺钉保持部分(30)的纵向轴线(Z)旋转。旋拧装置(2)包括警报单元，该警报单元配置成当结构件(32、34)对螺钉保持部分(30)或由螺钉保持部分(30)保持的螺钉(28)进行压靠的力(F₁)超过预定水平(F_R)时允许螺钉保持部分(30)移动远离结构件(32、34)。警报单元配置成使旋拧装置(2)进入故障模式，在故障模式中，当力(F₁)超过预定水平(F_R)时，马达(10)关闭。

Description

具有顺应性机构的安全旋拧装置

技术领域

本发明涉及用于机器人的旋拧装置。本发明更具体地涉及用于协作式机器人的旋拧装置。

背景技术

旋拧过程在许多工业应用中是必不可少的。在许多工业应用中，执行手动且重复的旋拧任务。因此，已经开发了若干种用于螺钉、螺栓和螺母的工业组装的旋拧装置。然而，现有技术的旋拧装置是复杂的，并且不适合在许多应用中使用。

因此，需要一种用于协作式机器人的安全的旋拧方法和旋拧装置，其减少或者甚至消除现有技术的上述缺点。

本发明的目的是提供一种用于协作式机器人的安全且用户友好的旋拧装置以及使用这种旋拧装置的方法。

发明内容

本发明的目的可以通过权利要求1中所限定的旋拧装置以及权利要求9中所限定的方法来实现。优选实施方式在从属权利要求中进行限定，在下面的描述中进行解释，并且在附图中进行图示。

根据本发明的旋拧装置是包括连接部分的旋拧装置，该连接部分构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂，其中，该旋拧装置包括壳体和固定至壳体的螺钉保持部分，其中，该螺钉保持部分构造成将螺钉保持成使得螺钉能够与物体的布置在预定位置中的螺钉孔接触，其中，旋拧装置包括布置成使螺钉保持部分相对于螺钉保持部分的纵向轴线旋转的马达，其中，该旋拧装置包括警报单元，该警报单元配置成当结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时允许螺钉保持部分移动远离结构件，其中，警报单元配置成使旋拧装置进入故障模式，在该故障模式中，当力超过预定水平时，马达被关闭。

由此，可以提供一种用于协作式机器人的简单、可靠且安全的旋拧装置。

根据本发明的旋拧装置是包括连接部分的旋拧装置，该连接部分构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂。在一个实施方式中，该连接部分构造成直接附接至机器人臂。

在优选实施方式中，旋拧装置包括连接部分，该连接部分构造成借助于联接件以可拆卸的方式附接至机器人臂。

旋拧装置包括壳体和固定至壳体的螺钉保持部分，其中，螺钉保持部分构造成将螺钉保持成使得螺钉能够与物体的布置在预定位置中的螺钉孔接触。

旋拧装置包括马达，该马达布置成使螺钉保持部分相对于螺钉保持部分的纵向轴线旋转。在一个实施方式中，该马达是齿轮马达。

警报单元配置成当物体对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时允许螺钉保持部分移动远离结构件，其中，警报单元配置成使旋拧装置进入故障模式，在该故障模式中，当力超过预定水平时，马达关闭。

通常，机器人臂布置成移动螺钉保持部分，使得螺钉与物体的布置在预定位置中的螺钉孔接触。因此，旋拧装置构造成使螺钉保持部分旋转，同时可以通过使用机器人臂来执行螺钉沿着螺钉的纵向轴线的移位。

旋拧装置配置成允许螺钉保持部分被动地移动远离结构件。因此，不需要致动器来使螺钉保持部分移动。

使螺钉保持部分移动远离结构件需要螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉与结构件接触，并且结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平。这意味着，在螺钉对螺钉保持部分进行压靠的力由于螺钉孔螺纹损坏而超过预定水平的情况下，螺钉保持部分将移动远离结构件。同样地，在与结构件(例如手)的不期望的/计划外的接触导致结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平的情况下，螺钉保持部分将移动远离结构件。

在一个实施方式中，预定水平是60牛顿或更小。

在一个实施方式中，预定水平是50牛顿或更小。

在一个实施方式中，预定水平是40牛顿或更小。

在一个实施方式中，预定水平是40牛顿。

可能有利的是，警报单元配置成当螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉与结构件(例如，第二物体)接触时关闭马达。关闭马达可以通过使用集成在旋拧装置中的控制单元来实现。然而，在另一实施方式中，关闭马达可以通过使用与旋拧装置连接的外部控制系统、优选地机器人的控制系统来实现。

在优选实施方式中，旋拧装置包括控制单元，该控制单元配置成检测结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力何时超过预定水平，其中，控制单元连接至机器人的控制系统，并且因此配置成当对象对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时通知机器人的控制系统。因此，只要结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平，机器人的控制系统就可以用于关闭旋拧装置的马达。

在优选实施方式中，旋拧装置配置成允许螺钉保持部分在沿着螺钉保持部分的纵向轴线的方向上移动。

术语“螺钉”意指需要通过旋转运动来紧固的任何紧固器件。因此，术语“螺钉”包括螺钉、螺栓和螺母。

在一个实施方式中，旋拧装置包括线性平移单元，该线性平移单元包括以可滑动的方式布置在轨道中的滑动构件，其中，滑动构件刚性地附接至机器人臂。因此，可以提供一种简单且可靠的机械顺应性机构。

滑动构件可以直接附接至机器人臂或者附接至与机器人臂附接的联接件。

在一个实施方式中，轨道沿着螺钉保持部分的运动的轴线延伸。因此，可以执行螺钉保持部分的最有效且最快速的运动。

在一个实施方式中，线性平移单元包括一个或更多个弹簧，所述一个或更多个弹簧布置成使滑动构件沿着轨道的纵向轴线移位。因此，一个或多个弹簧将提供确保可以执行旋拧操作的力。此外，当旋拧装置在警报单元已经被启用之后必须在正常操作模式下操作时，一个或多个弹簧将压靠该滑动构件，并且由此使壳体移位返回就位(通过使壳体和螺钉保持部分沿着螺钉保持部分的纵向轴线移动)。

在一个实施方式中，壳体以可滑动的方式附接至该连接部分。由此，当旋拧装置在故障模式下操作时(即当警报单元检测到与结构件(例如第二物体)的接触时)，整个壳体可以移动远离结构件。

在一个实施方式中，旋拧装置包括形成壳体的一部分的基部结构件，其中，基部结构件以可滑动的方式附接至滑动构件，该滑动构件刚性地附接至机器人臂。基部结构件可以布置在壳体的侧部部分处。

在一个实施方式中，旋拧装置包括以可滑动的方式布置的安全套筒，该安全套筒构造成沿着保持部分的纵向轴线移动，其中，该旋拧装置包括布置在壳体中的马达和机械传输单元，其中，机械传输单元布置成使安全套筒沿着保持部分的纵向轴线移位。

在一个实施方式中，马达是步进马达。

在优选实施方式中，壳体中布置有配置成使保持部分旋转的马达。

可能有利的是，配置成使保持部分旋转的马达是齿轮马达。

在一个实施方式中，壳体中布置有安全传感器，其中，安全传感器布置成检测安全传感器何时沿着螺钉保持部分的纵向轴线移位。

在一个实施方式中，安全传感器布置并配置成检测壳体何时相对于连接部分沿着螺钉保持部分的纵向轴线移位。

在一个实施方式中，安全传感器是感应传感器，其配置成检测安全传感器的远端部分何时紧密靠近金属。当壳体沿着螺钉保持部分的纵向轴线移位时，传感器的远端部分不再紧密靠近联接件的金属。

安全传感器配置成关闭使螺钉保持部分旋转的马达。

在一个实施方式中，旋拧装置包括自由驱动(空档)按钮，其中，自由驱动按钮配置成与机器人臂电通信，并且使机器人臂进入自由驱动(空档)配置，在该自由驱动(空档)配置中，机器人臂可以由操作者自由地移动。

在一个实施方式中，自由驱动(空档)按钮可以从壳体外部触及。

在一个实施方式中，自由驱动(空档)按钮从壳体突出。

在一个实施方式中，自由驱动(空档)按钮集成在壳体中。

旋拧装置配置成在可以执行旋拧操作发操作模式下操作。

旋拧装置配置成进入故障模式，在该故障模式中，旋拧装置已经被停用。旋拧装置并且特别是使螺钉保持部分旋转的马达的停用借助于警报单元来执行。重要的是要强调，旋拧装置的马达的停用可以直接通过使用配置成使马达停用的集成式控制单元来执行，或者通过使用与旋拧装置连接的机器人控制系统来执行。

根据本发明的方法是一种用于使用旋拧装置来进行安全的旋拧操作的方法，该旋拧装置包括构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂的连接部分，其中，旋拧装置包括壳体和固定至壳体的螺钉保持部分，其中，螺钉保持部分构造成保持螺钉并且使螺钉与物体的布置在预定位置中的螺钉孔接触，其中，旋拧装置包括马达，该马达布置成使螺钉保持部分相对于螺钉保持部分的纵向轴线旋转，其中，该方法包括以下步骤：

-当结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时，允许螺钉保持部分移动远离结构件；

-使旋拧装置进入故障模式，在该故障模式中，当力超过预定水平时，马达关闭。

由此，可以提供一种用于使用用于协作式机器人的旋拧装置的简单、可靠且安全的方法。

在一个实施方式中，该方法应用根据本发明的旋拧装置。

连接部分可以以可拆卸的方式直接附接至机器人臂。然而，连接部分可以以可拆卸的方式附接与机器人臂附接的联接件。

该方法通过执行以下步骤来提供安全的旋拧操作：

-当结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时，允许螺钉保持部分移动远离物体；

-使旋拧装置进入故障模式，在该故障模式中，当力超过预定水平时，马达关闭。

在一个实施方式中，该方法包括允许螺钉保持部分在沿着螺钉保持部分的纵向轴线的方向上移动离开的步骤。因此，可以实现螺钉保持部分的快速运动。

通过使用该方法，允许螺钉保持部分被动地移动远离结构件。该运动在不使用任何致动器的情况下执行。结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力决定了螺钉保持部分是否移动远离结构件。在结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力小于预定水平的情况下，螺钉保持部分将不会移动远离结构件。在结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力大于预定水平并且此后减小至低于预定水平的水平的情况下，螺钉保持部分将被动地(朝向结构件)移动返回。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：当结构件对螺钉保持部分或由螺钉保持部分保持的螺钉进行压靠的力超过预定水平时，借助于线性平移单元使螺钉保持部分移动远离结构件，该线性平移单元包括以可滑动的方式布置在轨道中的滑动构件，其中，所述滑动构件刚性地附接至机器人臂。该解决方案简单、可靠且实用。

可能有利的是，该方法包括应用沿着螺钉保持部分的运动的轴线延伸的轨道的步骤。该取向将是最佳的，以便提供尽可能快的缩回。

可能有利的是，该方法包括应用线性平移单元的步骤，该线性平移单元包括一个或更多个弹簧，所述一个或更多个弹簧布置成使滑动构件沿着轨道的纵向轴线移位。由此，一个或多个弹簧可以提供确保可以执行旋拧操作的力。此外，当操作旋拧装置在警报单元已被启用之后必须在正常操作模式下时，一个或多个弹簧将压靠滑动构件，并且由此(通过使壳体和螺钉保持部分沿着螺钉保持部分的纵向轴线移动)使壳体移位返回原位。

可能有益的是，该方法包括应用以可滑动的方式附接至连接部分的壳体的步骤。

在一个实施方式中，该方法包括应用旋拧装置的步骤，该旋拧装置包括形成壳体的一部分的基部结构，其中，基部结构以可滑动的方式附接至滑动构件，该滑动构件刚性地附接至机器人臂。

在一个实施方式中，该方法包括应用以可滑动的方式布置的安全套筒的步骤，该安全套筒构造成沿着保持部分的纵向轴线移动，其中，旋拧装置包括布置在壳体中的步进马达和机械传输单元，其中，机械传输单元布置成使安全套筒沿着保持部分的纵向轴线移位。由此，可以避免从外部触及旋转螺钉，并且因此可以提供安全的解决方案。

在一个实施方式中，该方法包括应用齿轮马达的步骤，该齿轮马达构造成使布置在壳体中的保持部分旋转。

在一个实施方式中，该方法包括应用安全传感器的步骤，该安全传感器布置成检测安全传感器何时沿着螺钉保持部分的纵向轴线移位。

在一个实施方式中，该方法包括应用布置在壳体中的安全传感器的步骤，其中，安全传感器布置成检测安全传感器何时沿着螺钉保持部分的纵向轴线移位。

在一个实施方式中，该方法包括应用感应传感器的步骤，该感应传感器构造成检测安全传感器的远端部分何时紧密靠近金属。

在一个实施方式中，自由驱动(空档)按钮设置在壳体处并且构造成与机器人臂电通信。

该方法允许旋拧装置在可以执行旋拧操作的操作模式下操作。

此外，该方法允许旋拧装置进入故障模式，在故障模式中，旋拧装置已被停用。借助于警报单元来执行旋拧装置的停用、并且特别是使螺纹保持部分旋转的马达的停用。

本发明的目的还可以通过如权利要求13中限定的旋拧装置和如权利要求20中限定的方法来实现。优选实施方式在从属权利要求14至19以及21至23中限定、在以下描述中解释并在附图中图示。

在一个实施方式中，旋拧装置包括连接部分，该连接部分构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂，其中，旋拧装置包括壳体和固定至壳体的螺钉保持部分，其中，螺钉保持部分构造成保持螺钉并使螺钉与物体的布置在预定位置中的螺钉孔接触，其中，旋拧装置包括布置成使螺钉保持部分相对于螺钉保持部分的纵向轴线旋转的马达，其中，旋拧装置包括以可滑动的方式布置的安全套筒，该安全套筒构造成沿着螺钉保持部分的纵向轴线移动，其中，安全套筒的远端端部中布置有构造成检测螺钉在螺钉保持部分中的存在的传感器。

由此，可以提供一种用于协作式机器人的甚至更安全的旋拧装置。安全套筒将保护旋拧装置的使用者免受由与旋转螺钉接触造成的损坏。

在一个实施方式中，传感器是霍尔传感器。由此，可以以简单且可靠的方式执行螺钉的检测。

在一个实施方式中，在螺钉保持部分的远端端部中设置有永磁体。由此，如果螺钉由适合于此的材料制成，则永磁体的磁场可以沿着螺钉的长度延伸。因此，使用设置在螺钉保持部分的远端端部中的永磁体是简单、可靠且实用的解决方案。

在一个实施方式中，螺钉保持部分包括设置在螺钉保持部分的远端端部处的钻头保持器。

在一个实施方式中，永磁体是环形的。

在一个实施方式中，永磁体相对于螺钉保持部分的纵向轴线居中布置。

在一个实施方式中，钻头保持器包括筒形部分，其中，筒形永磁体布置在筒形部分内部。由此，可以使永磁体与螺钉之间的径向距离最小。同时，永磁体可以由径向地环绕该永磁体的筒形部分保护。

在一个实施方式中，旋拧装置包括马达，该马达布置和构造成使安全套筒移位，该安全套筒构造成沿着螺钉保持部分的纵向轴线移动。

在一个实施方式中，机械连接单元布置成将动力从马达机械地传输至一个或更多个结构件，所述一个或更多个结构件布置和构造成使安全套筒移位。

在一个实施方式中，马达是步进马达。

在一个实施方式中，旋拧装置包括电连接至霍尔传感器的控制单元。

控制单元可以布置在旋拧装置的壳体内部。

在一个实施方式中，控制单元电连接至旋拧装置的马达。

在一个实施方式中，控制单元电连接至旋拧装置的所有马达。

在一个实施方式中，控制单元电连接至机器人的控制系统。

在一个实施方式中，该方法是一种用于使用旋拧装置来执行安全的旋拧操作的方法，该旋拧装置包括连接部分，该连接部分构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂，其中，该旋拧装置包括壳体和固定至该壳体的螺钉保持部分，其中，该方法包括检测螺钉是否存在于螺钉保持部分中的步骤。

由此，可以提供一种用于使用用于协作式机器人的旋拧装置的安全的方法。安全套筒将保护旋拧装置的使用者免受由与旋转螺钉接触造成的损坏。

在一个实施方式中，借助于布置在安全套筒的远端端部处的传感器来执行检测螺钉是否存在于螺钉保持部分中的步骤。

在优选实施方式中，传感器是霍尔传感器。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：

-将由所述传感器检测到的传感器信号传送至旋拧装置的控制单元；以及

-使用控制单元来控制旋拧装置的一个或更多个马达。

由此，可以根据由传感器检测到的传感器信号来控制一个或更多个马达。

术语“控制”意指启动、停止和以其他方式改变一个或更多个马达的活动。

在一个实施方式中，该方法包括在传感器已经检测到没有螺钉被螺钉保持部分保持的情况下指示机器人拾取新螺钉的步骤。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：

-在所述传感器已经检测到没有螺钉被螺钉保持部分保持的情况下，指示机器人臂将旋拧装置移动到旋拧装置能够拾取螺钉的位置中；以及-拾取螺钉。

在一个实施方式中，该方法包括以下步骤：

-提供关于螺钉的长度和/或材料特性的信息；以及

-将安全套筒定位到传感器预期检测到具有所提供的长度和/或材料特性的螺钉的存在的位置中。

因此，为了检测螺钉在螺钉保持部分中存在，该方法考虑了螺钉的特性并且将安全套筒放置在最佳位置中。

附图说明

从下文中给出的详细描述中，本发明将得到更充分地理解。附图仅经由图示给出，并且因此附图不限制本发明。在附图中：

图1A示出了处于操作模式的根据本发明的旋拧装置的侧视图；

图1B示出了处于操作模式的图1B中所示的旋拧装置的立体侧视图；

图2A示出了处于故障模式的根据本发明的旋拧装置的侧视图，在故障模式中，旋拧装置已被停用；

图2B示出了图1A中所示的旋拧装置的立体侧视图；

图3A示出了根据本发明的旋拧装置的侧视图；

图3B示出了图3A中所示的旋拧装置的特写视图；

图4A示出了根据本发明的旋拧装置的立体侧视图；

图4B示出了图4A中所示的旋拧装置的特写视图；

图5A示出了处于第一构型的根据本发明的旋拧装置的螺钉保持部分的远端部分；

图5B示出了处于第二构型的根据本发明的旋拧装置的螺钉保持部分的远端部分；

图5C示出了图5A和图5B中所示的螺钉保持部分的钻头保持器的远端部分的特写立体图；

图6A示出了如何用手将根据本发明的旋拧装置操作到用于将螺钉旋拧到螺钉孔中的位置中；

图6B示出了处于下述构型的图6A中所示的旋拧装置，在该构型中，旋拧装置已定位在所需位置中，以用于将螺钉旋拧到该螺钉的螺钉孔中；

图6C示出了图6A和图6B中所示的旋拧装置远端部分的特写视图；

图7A示出了根据本发明的旋拧装置；并且

图7B示出了图7A中所示的旋拧装置的一部分的特写视图。

具体实施方式

为了说明本发明的优选实施方式，现在详细参照附图，图1A和图1B中图示了本发明的旋拧装置2。

图1A是处于操作模式的根据本发明的旋拧装置2的侧视图，而图1B图示了处于操作模式的图1B中所示的旋拧装置2的立体侧视图。图2A图示了处于故障模式的根据本发明的旋拧装置2的侧视图，在故障模式中，旋拧装置2已被停用。图2B图示了图1A中所示的旋拧装置2的立体侧视图。

旋拧装置2包括连接部分42，该连接部分42构造成以可拆卸的方式附接至快速联接件20。在图1A和图1B中，可以看到快速联接件20以可拆卸的方式附接至机器人臂24。

在优选实施方式中，连接部分42构造成以可拆卸的方式附接至快速联接件20。然而，在一个实施方式中，连接部分42可以构造成以可拆卸的方式直接附接至机器人臂24。

旋拧装置2包括壳体22和以可滑动的方式布置在壳体22中的安全套筒4。安全套筒4可以沿着螺钉保持部分30的纵向轴线Z移位，以防止触及附接至螺钉保持部分30的螺钉28。旋拧装置2包括马达8，并且构造成使安全套筒4移位的对应的驱动装置可以沿着螺钉保持部分30的纵向轴线Z(上下)移位。

旋拧装置2包括滑动构件16，该滑动构件16刚性地附接至联接件20，该联接件20附接至机器人臂24。壳体22以可滑动的方式附接至滑动构件16。滑动构件16以可滑动的方式安装在设置在壳体22中的轨道18中。因此，整个壳体22可以相对于滑动构件16并且因此相对于机器人臂24移位。

轨道18中设置有一个或更多个弹簧14。一个或多个弹簧14布置成向滑动构件16提供力，由此迫使壳体22沿着Z轴的方向向下。因此，一个或多个弹簧提供足够大的力，以保持螺钉28与螺钉孔46接合，使得螺钉28可以旋拧到第一物体32的螺钉孔46中。

旋拧装置2包括警报单元，该警报单元构造成在螺钉保持部分30或由螺钉保持部分28保持的螺钉28与手34接触的情况下允许螺钉保持部分20和壳体22被动地移动远离手34。警报单元包括安全传感器6，该安全传感器6电连接至马达10，并且构造成在螺钉保持部分30或由螺钉保持部分30保持的螺钉28与第二物体34、比如图2A和图2B中所示的手34接触时关闭马达10。旋拧装置2包括机械地连接至马达10和螺钉保持部分30的轴。因此，马达10布置成使螺钉保持部分30旋转，并且由此将螺钉28旋拧到螺钉孔46中或者将螺钉从螺钉孔48移除。

在一个实施方式中，安全传感器6是感应传感器，其构造成在传感器6的远端部分紧密靠近金属时(如图1A和图1B中所示)进行登记。然而，当壳体22沿着螺钉保持部分30的纵向轴线Z移位到图2A和图2B中所图示的构型中时，传感器6的远端部分不再紧密靠近联接件20的金属。因此，在图2A和图2B中，传感器6将启动下述程序，该程序致使使螺钉保持部分30旋转的马达10将被关闭。关闭马达10可以通过向机器人臂24的控制系统(未示出)发送指令以使得机器人臂24的控制系统可以将马达10与马达10的电源电力地断开连接来实现。在另一实施方式中，旋拧装置2可以设置有控制单元，该控制单元构造成在传感器6的远端部分不再紧密靠近联接件20的金属时将马达10与马达10的电源电力地断开连接。在一个实施方式中，马达10是齿轮马达。

在图2A和图2B中，与图1A和图1B中所图示的构型相比，螺钉28和螺钉保持部分30以及壳体22已经缩回(沿着螺钉保持部分30的纵向轴线Z向上移位)。因此，壳体22的顶部部分相对于联接件20的顶部部分已经升高了距离Δh。

旋拧装置2包括马达8，并且构造成使安全套筒4移位的对应的驱动装置可以沿着螺钉保持部分30的纵向轴线Z(上下)移位。在一个实施方式中，马达8是步进马达。

旋拧装置2包括可以从壳体22外部触及的按钮40。在优选实施方式中，按钮40是按压按钮。按钮40构造成使机器人臂24进入到自由驱动(空档)模式中，如图6A中所图示的，在自由驱动模式中，旋拧装置2可以在机器人臂24的运动范围内自由地定位。

在安全套筒4的远端端部中布置有霍尔传感器12。霍尔传感器12布置成检测螺钉28的存在。这将参照图3A、图3B、图4A和图4B进一步解释。

图3A图示了根据本发明的旋拧装置2的侧视图。图3B图示了图3A中所示的旋拧装置2的特写视图。图4A图示了根据本发明的旋拧装置2的立体侧视图。图4B图示了图4A中所示的旋拧装置2的特写视图。

旋拧装置2对应于图1A、图1B、图2A和图2B中所示的旋拧装置。可以看出，在安全套筒4的远端部分中设置有霍尔传感器12。此外，在钻头保持器48的远端端部中设置有永磁体(在图5C中示出)。

霍尔传感器12构造成检测从永磁体(在图5C中示出)传输至螺钉(在图5B中示出)的磁场。

旋拧装置2构造成：当霍尔传感器12检测到存在由铁磁性材料(例如铁、钴或镍)制成或者包括铁磁性材料的螺钉时，使安全套筒4移位至下述位置，在该位置中，安全套筒4覆盖附接至钻头50并从钻头50延伸的螺钉。

在优选实施方式中，旋拧装置2包括控制单元，该控制单元构造成基于由霍尔传感器12进行的测量来启动马达8。在优选实施方式中，控制单元构造成将安全套筒4保持在安全套筒4覆盖螺钉的位置，直到螺钉已经几乎完全旋拧到螺钉的螺钉孔中为止。控制单元电连接至马达8和霍尔传感器12。

图5A图示了处于第一构型的根据本发明的旋拧装置2的螺钉保持部分的远端部分。图5B图示了处于第二构型的根据本发明的旋拧装置2的螺钉保持部分30的远端部分。图5C图示了图5A和图5B中所示的螺钉保持部分30的钻头保持器48的远端部分的特写立体图。

旋拧装置2对应于前面附图中所示的旋拧装置。在图5A中，安全套筒4未覆盖附接至钻头保持器50的螺钉28。然而，在图5B中，安全套筒4覆盖了附接至钻头保持器50的螺钉28。

图5C图示了螺钉保持部分30的钻头保持器48包括筒形部分，该筒形部分设置有永磁体54，该永磁体54布置在筒形部分的内部部分的远端端部处。筒形部分包括居中布置的钻头保持器50，该钻头保持器50构造成接纳螺钉头并与螺钉头接合。

图6A图示了如何用手将根据本发明的旋拧装置2操纵到用于将螺钉旋拧到螺钉孔的位置中。图6B图示了处于下述构型的图6A中所示的旋拧装置2，在该构型中，旋拧装置2已定位在所需位置中，以用于将螺钉旋拧到螺钉的螺钉孔中。旋拧装置2经由联接件20附接至机器人臂24。图6C图示了图6A和图6B中所示的旋拧装置2的远端部分的特写视图。

旋拧装置2包括按压按钮40，该按压按钮40构造成使机器人臂24进入到自由驱动(空档)模式中，在自由驱动模式中，操作者可以手动地将旋拧装置2定位在机器人臂24的运动范围内。

在图6C中，在螺钉保持部分30的远端部分中放置有尖头定位工具56。一旦旋拧装置2已经定位在所需位置中，旋拧装置2就将进行登记并将登记位置传达给机器人臂(参见图1A)。定位工具56现在可以用螺钉代替，或者定位工具56可以用来定位附加的螺钉孔。

图7A图示了根据本发明的旋拧装置2。图7B图示了图7A中所示的螺钉装置2的螺钉保持部分的近端部分的特写视图。

安全覆盖件4已经沿着螺钉保持部分的纵向轴线Z移位，并且可以看到螺钉装置2的操作机构36。操作机构36布置和构造成使钻头保持器48进入锁定构型，在锁定构型中，插入到钻头保持器48中的钻头50可以保持与钻头保持器48锁定接合。

操作机构36还布置和构造成使钻头保持器48进入解锁构型，在解锁构型中，插入到钻头保持器48中的钻头50可以从钻头保持器48移除(这在必须更换钻头50时是重要的)。

安全覆盖件4定形状成用以与操作机构36机械地接合，并且由此执行操作机构36沿着螺钉保持部分的纵向轴线Z的移位。通过提供第一预定移位，安全覆盖件4将使钻头保持器48进入解锁构型。同样地，通过提供另一预定移位，安全覆盖件4将使钻头保持器48进入锁定构型。

附图标记列表

2旋拧装置

4安全套筒

6安全传感器

8马达

10马达

12检测传感器

14弹簧

16滑动构件

18轨道

20联接件

22壳体

24机器人臂

28螺钉

30螺钉保持部分

32第一物体

34第二物体

36操作机构

38线性平移单元

40按钮

42连接部分

44传输单元

46螺钉孔

48钻头保持器

50钻头

52轴

54永磁体

56定位工具

Δh距离

X、Y、Z轴线

Claims (23)

1.一种旋拧装置(2)，包括连接部分(42)，所述连接部分(42)构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂(24)，其中，所述旋拧装置(2)包括壳体(22)和固定至所述壳体(22)的螺钉保持部分(30)，其中，所述螺钉保持部分(30)构造成将螺钉(28)保持成使得所述螺钉(28)能够与物体(32)的布置在预定位置中的螺钉孔(46)接触，其中，所述旋拧装置(2)包括马达(10)，所述马达(10)布置成使所述螺钉保持部分(30)相对于所述螺钉保持部分(30)的纵向轴线(Z)旋转，其中，所述旋拧装置(2)包括警报单元，所述警报单元配置成当结构件(34)对所述螺钉保持部分(30)或由所述螺钉保持部分(30)保持的螺钉(28)进行压靠的力(F₁)超过预定水平(F_R)时允许所述螺钉保持部分(30)移动远离所述结构件(34)，其中，所述警报单元配置成使所述旋拧装置(2)进入故障模式，在所述故障模式中，当所述力(F₁)超过所述预定水平(F_R)时，所述马达(10)关闭。

2.根据权利要求1所述的旋拧装置(2)，其中，所述旋拧装置(2)包括线性平移单元(38)，所述线性平移单元(38)包括以可滑动的方式布置在轨道(18)中的滑动构件(16)，其中，所述滑动构件(16)刚性地附接至所述机器人臂(24)。

3.根据权利要求2所述的旋拧装置(2)，其中，所述轨道(18)沿着所述螺钉保持部分(30)的运动的轴线(Z)延伸。

4.根据权利要求2或3所述的旋拧装置(2)，其中，所述线性平移单元(38)包括弹簧(14)，所述弹簧(14)布置成使所述滑动构件(16)沿着所述轨道(18)的纵向轴线移位。

5.根据权利要求2至4中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述壳体(22)以可滑动的方式附接至所述连接部分(42)。

6.根据权利要求2至5中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述旋拧装置(2)包括以可滑动的方式布置的安全套筒(4)，所述安全套筒(4)构造成沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移动，其中，所述旋拧装置(2)包括布置在所述壳体(22)中的马达(8)和机械传输单元(44)，其中，所述机械传输单元(44)布置成使所述安全套筒(4)沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移位。

7.根据权利要求2至6中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述壳体(22)中布置有配置成使所述螺钉保持部分(30)旋转的马达(10)。

8.根据权利要求2至7中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述旋拧装置(2)包括布置在所述壳体(22)中的安全传感器(6)，其中，所述安全传感器(6)布置成检测所述安全传感器(6)何时沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移位。

9.一种用于使用旋拧装置(2)来进行安全的旋拧操作的方法，所述旋拧装置(2)包括构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂(24)的连接部分(42)，其中，所述旋拧装置(2)包括壳体(22)和固定至所述壳体(22)的螺钉保持部分(30)，其中，所述螺钉保持部分(30)构造成将螺钉(28)保持成使得所述螺钉(28)能够与物体(32)的布置在预定位置中的螺钉孔(46)接触，其中，所述旋拧装置(2)包括马达(10)，所述马达(10)布置成使所述螺钉保持部分(30)相对于所述螺钉保持部分(30)的纵向轴线(Z)旋转，其中，所述方法包括以下步骤：

-当结构件(32、34)对所述螺钉保持部分(30)或由所述螺钉保持部分(30)保持的螺钉(28)进行压靠的力(F₁)超过预定水平(F_R)时，允许所述螺钉保持部分(30)移动远离所述结构件(32、34)；

-使所述旋拧装置(2)进入故障模式，在所述故障模式中，当所述力(F₁)超过所述预定水平(F_R)时，所述马达(10)关闭。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述方法包括借助于线性平移单元(38)使所述螺钉保持部分(30)移动远离所述结构件(32、34)的步骤，所述线性平移单元(38)包括以可滑动的方式布置在轨道(18)中的滑动构件(16)，其中，所述滑动构件(16)刚性地附接至所述机器人臂(24)。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述方法包括应用以可滑动的方式布置的安全套筒(4)的步骤，所述安全套筒(4)构造成沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移动，其中，所述旋拧装置(2)包括布置在所述壳体(22)中的马达(8)和机械传输单元(44)，其中，所述机械传输单元(44)布置成使所述安全套筒(4)沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移位。

12.根据权利要求9至11中的一项所述的方法，其中，所述方法包括应用布置在所述壳体(22)中的安全传感器(6)的步骤，其中，所述安全传感器(6)布置成检测所述安全传感器(6)何时沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移位。

13.一种旋拧装置(2)，包括构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂(24)的连接部分(42)，其中，所述旋拧装置(2)包括壳体(22)和固定至所述壳体(22)的螺钉保持部分(30)，其中，所述螺钉保持部分(30)构造成将螺钉(28)保持成使得所述螺钉(28)能够与物体(32)的布置在预定位置中的螺钉孔(46)接触，其中，所述旋拧装置(2)包括马达(10)，所述马达(10)布置成使所述螺钉保持部分(30)相对于所述螺钉保持部分(30)的纵向轴线(Z)旋转，其中，所述旋拧装置(2)包括以可滑动的方式布置的安全套筒(4)，所述安全套筒(4)构造成沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移动，其中，所述安全套筒(4)的远端端部中布置有配置成检测螺钉(28)在所述螺钉保持部分(30)中的存在的传感器(12)。

14.根据权利要求13所述的旋拧装置(2)，其中，所述传感器(12)是霍尔传感器(12)。

15.根据权利要求13或14所述的旋拧装置(2)，其中，所述螺钉保持部分(30)的所述远端端部中设置有永磁体(54)。

16.根据权利要求15所述的旋拧装置(2)，其中，钻头保持器(48)包括筒形部分，其中，所述筒形部分的内部布置有筒形永磁体(54)。

17.根据前述权利要求13至16中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述旋拧装置(2)包括马达(8)，所述马达(8)布置并配置成使所述安全套筒(4)移位，所述安全套筒(4)构造成沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移动。

18.根据权利要求17所述的旋拧装置(2)，其中，所述马达(8)是步进马达(8)。

19.根据权利要求13至18中的一项所述的旋拧装置(2)，其中，所述旋拧装置(2)包括电连接至霍尔传感器(12)的控制单元。

20.一种用于使用旋拧装置(2)来进行安全的旋拧操作的方法，所述旋拧装置(2)包括构造成以可拆卸的方式附接至机器人臂(24)的连接部分(42)，其中，所述旋拧装置(2)包括壳体(22)和固定至所述壳体(22)的螺钉保持部分(30)，其中，所述方法包括检测螺钉(28)是否存在于所述螺钉保持部分(30)中的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述旋拧装置(2)包括以可滑动的方式布置的安全套筒(4)，所述安全套筒(4)构造成沿着所述螺钉保持部分(30)的所述纵向轴线(Z)移动，其中，所述方法包括借助于布置在所述安全套筒(4)的远端端部处的传感器(12)来执行检测螺钉(28)是否存在于所述螺钉保持部分(30)中的步骤。

22.根据权利要求21的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-在所述传感器(12)已经检测到没有螺钉被所述螺钉保持部分(30)保持的情况下指示所述机器人臂(24)将所述旋拧装置(2)移动到所述旋拧装置(2)能够拾取螺钉(28)的位置，以及

-拾取螺钉(28)。

23.根据权利要求20至22中的一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-提供关于螺钉(28)的长度和/或材料特性的信息，以及

-将所述安全套筒(4)定位到所述传感器(12)预期检测到具有所提供的长度和/或材料特性的所述螺钉(28)的存在的位置中。