DD246069A1 - Drillschrauber fuer industrieroboter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drillschrauber fuer Industrieroboter, mit dem Schraubvorgaenge lotrecht bis waagerecht insbesondere von Schrauben und Muttern durchgefuehrt werden koennen. Der Drillschrauber stellt ein einfaches und damit zuverlaessiges, leicht bzw. automatisch wechselbares Roboterwerkzeug dar, das ohne eigenes Antriebsmedium auskommt und mit dem die von der Robotersteuerung gegebenen Moeglichkeiten der sensorueberwachten Linearbewegungen und Handgelenkdrehungen ausgenutzt werden. Der Nachteil fast aller Industrieroboter, ihr Handgelenk nicht ueber 360 bzw. fuer Schraubvorgaenge viel zu langsam drehen zu koennen, wird dadurch ausgeglichen, dass das Schraubelement schnell mittels Drillprinzip eingedreht und langsamer bis zum endgueltigen Anzugsmoment durch Drehung des gesamten Schraubers, der am Roboterhandgelenk befestigt ist, angezogen wird. Das Drillprinzip wird verwirklicht, indem die Drillmutter fest am Gehaeuse angebracht ist und die Drillspindel axial verschiebbar in einer Huelse gefuehrt wird, die wiederum drehbar, aber axial unverschiebbar im Gehaeuse gelagert ist. Durch eine ausrueckbare Drehrichtungssperre wird die Verbindung zwischen dieser Fuehrungshuelse und dem Gehaeuse hergestellt und die Uebertragung des Drehmomentes beim Anziehen der Schraubverbindung gewaehrleistet.

Description

unverschiebbar im Gehäuse.gelagert ist. Ein Gleitstein, der an der Drillspindel befestigt ist und in einer Nut der Führungshülse läuft, verhindert ein Verdrehen von Drillspindel und Führungshülse gegeneinander. Eine einseitig wirkende Drehrichtungssperre greift in eine Außenverzahnung der Führungshülse ein und stützt sich gegen das Gehäuse ab. Diese Drehrichtungssperre gestattet beim Einschraubvorgang mittels Drillprinzip die Drehung der Drillspindel samt Führungshülse im Gehäuse, verhindert aber bei der Anziehbewegung, die durch Drehung des gesamten Schraubers realisiert wird, die entgegengesetzte Bewegung der Führungshülse mit Drillspindel im Gehäuse. Da das Ausspindeln mittels Druckfederkraft die gleiche, im Arbeitszustand gesperrte Drehrichtung der Führungshülse im Gehäuse bedingt, wird für diesen Vorgang die Drehrichtungssperre ausgerückt. Wenn der Drillschrauber durch den Industrieroboter linear auf die Schraubstelle zu bewegt wird und die Schraubnuß, die fest am vorderen Ende der Drillspindel angebracht ist, aufsitzt, wird die Drehbewegung durch die weitere lineare Vorschubbewegung des Roboters bis zum Erreichen des Schwellmomentes erzeugt. Ist das Schwellmoment bis zum Erreichen der Endlage der Drillspindel nicht erreicht, wird nach einem Rückhub die Vorschubbewegung erneut eingeleitet. Während des Rückhubes wird die Drehrichtungssperre ausgerückt und die sich innerhalb der Führungshülse befindliche Druckfeder schiebt die Drillspindel wieder in die Ausgangslage zurück. Nachdem geeignete Moment- bzw. Krafsensoren das Erreichen des Schwellmomentes erkannt haben, wird die lineare Vorschubbewegung gestoppt und durch eine Handgelenkdrehung des Roboters, mit der der gesamte Drillschrauber gedreht wird, das entgültige, wiederum sensorüberwachte Anzugsmoment aufgebracht. Das Anzugsmoment wird vom Gehäuse über die Drehrichtungssperre auf die Führungshülse und somit auf die Drillspindel übertragen. Die Drehrichtungssperre verhindert dabei eine Drehung der Führungshülse im Gehäuse entgegen der beim Eindrehvorgang auftretenden Drehrichtung.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drillschrauber in Ausgangsstellung. In der dargestellten Variante ist der Schrauber direkt am Flansch des Roboterhandgelenkes angebracht. In einer erweiterten Koppelmöglichkeit kann an dieser Schnittstelle eine automatisch wirkende Schnellwechseleinheit eingefügt sein. Des weiteren basiert das Ausführungsbeispiel auf einer mechanischen Betätigung der Drehrichtungssperre.

Das eigentliche Gehäuse 3 des Drillschraubers ist axial beweglich, aber radial gegen Verdrehung gesichert in einem Führungsflansch 12 angeordnet und wird durch eine Druckfeder 14 in die dargestellte Ausgangsstellung gebracht. Der Führungsflansch 12 ist am Anschlußflansch 2, an dem auch ein Ausrücker 13 befestigt ist, angeschraubt. Die Drillmutter 8 ist fest am Gehäuse 3 angebracht, die Drillspindel 9 ist axial verschiebbar aber unverdrehbar zusammen mit der Rückhubfeder 6 in der Führungshülse 5 angeordnet, die wiederum drehbar im Gehäuse 3 gelagert ist.

Die Führungshülse 5 hat am hinteren Ende eine Außenverzahnung, in die eine einseitig wirkende Drehrichtungssperre 4 während des Schraubtaktes eingreift, die sich im Gehäuse 3 abstützt und durch den Ausrücker 13 in der dargestellten Ausgangsstellung außer Eingriff gebracht ist.

Die Funktionsweise des dargestellten Drillschraubers ist folgende. Nach dem Aufsitzen des Schraubelements, das sich in der Schraubnuß 10 befindet, führt die weitere Zustell bewegung des Roboters senkrecht auf die Schraubstelle zu vorerst zum Einfedem des Gehäuses 3 in den Führungsflansch 12 entgegen der Wirkung der Druckfeder 14 bis zum Anschlag auf Grund dessen, daß die Druckfeder 14 eine kleinere Federkonstante besitzt als die entsprechend vorgespannte Rückhubfeder 6. Dabei läßt der Ausrücker 13 die Drehrichtungssperre 4 in Eingriff mit der Außenverzahnung der Führungshülse 5 kommen. Die weitere Linearbewegung des Roboters führt zum Einfedern der Drillspindel 9, wobei diese durch die Drillmutter 8 in Drehung versetzt und die vorliegende Drehrichtung durch die Drehrichtungssperre 4 nicht gesperrt wird. Die dabei auftretende Relativbewegung zwischen Führungshülse 5 samt Drillspindel 9 und Gehäuse 3 würde gegenläufig werden beim sensorgesteuerten Übergang von der Linearbewegung des Roboters zur Handgelenkdrehung, wenn nicht die Drehrichtungssperre 4 diese Drehrichtung während des Anziehvorganges sperren und gleichzeitig das Drehmoment übertragen würde.

Nach erfolgtem Sonsorstopp für die Handgelenkdrehung bei aufgebrachtem Anzugsmoment findet der lineare Rückhub statt.

Dabei federt zuerst das Gehäuse 3 aus dem Führungsflansch 12 bis zur Endlage aus, wobei der Ausrücker 13 die Drehrichtungssperre 4 außer Eingriff bringt. Jetzt kann die Rückhubfeder 6 die Drillspindel 9 wieder in die Ausgangslage zurückschieben und dabei zurückdrehen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Drillschrauberfür Industrieroboter zum Anziehen von Schrauben und Muttern, dessen Schraubwerkzeug an einer Drillspkidel befestigt ist, die zu einer Drillmutter axial bewegt und in Drehung versetzt wird, gekennzeichnet dadurch, daß am Gehäuse (3) des Drillschraubers die Drillmutter (8) fest angebracht ist und die Drillspindel (9) axial verschiebbar, aber unverdrehbar in einer im Gehäuse (3) jedoch drehbar gelagerten Führungshülse (5) angeordnet ist, wobei die Führungshülse (5) mit dem Gehäuse (3) über eine ausrückbare Drehrichtungssperre (4) in Verbindung steht.

2. Drillschrauber nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß das Gehäuse (3) in einem Führungsflansch (12) axial verschiebbar ist und am Anschlußflansch (2) ein Ausrücker (13) befestigt ist. '

3. Drillschrauber nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gehäuse und die Drillspindel durch Druckfedern (6 und 14) in Ausgangsstellung gehalten werden.

4. Drillschrauber nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Führungshülse (5) eine Nut (11) aufweist, in die ein an der • Drillspindel (9) befestigter Gleitstein (7) ragt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Drillschrauberfür Industrieroboter, der als Werkzeug am Handgelenk eines Industrieroboters befestigt ohne zusätzliches Antriebsmedium Schraubvorgänge ermöglicht. Dabei wird mittels Drillprinzip die Linearbewegung des Roboters in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Erfindung ist daher überall dort einsetzbar, wo mittels Industrieroboter Schraubvorgänge realisiert werden sollen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Drillschrauber die vom Industrieroboter gehandhabt werden und ohne zusätzliches Antriebsmedium auskommen existieren nicht. Bekannte Drillschrauber sind entweder handbetätigte oder druckmittelgetriebene Werkzeuge. Die Patentschrift DD 124021 beschreibt einen hydraulischen Drillschrauber mit mechanischer Drehmomentkupplung, DE 949999 einen pneumatisch angetriebenen. Gleichfalls mit einer Druckmittelhubeinheit ausgestattet ist der in DE 202830 beschriebene Drillschrauber. Als möglichst einfach wechselbares Werkzeug für die Handhabung durch Industrieroboter erweisen sich die bekannten Lösungen wegen ihres Druckmittelbedarfes und ihres komplizierten Aufbaus als ungünstig. Gleichfalls ungeeignet wegen ihrer großen Ungenauigkeit sind mechanische Drehmomentkupplungen an Drillschraubern. Des weiteren berücksichtigen die bekannten Lösungen noch nicht die günstigen Randbedingungen, die die Handhabung durch Industrieroboter bietet, wie robotereigene Antriebskräfte, Handgelenkdrehungen und Sensorüberwachung der Zustell-und Drehbewegung.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, einen einfachen und damit zuverlässigen Schrauber als Roboterwerkzeug zu schaffen, der ohne eigenes Antriebsmedium auskommt, lotrecht bis waagerecht schrauben kann, einen unkomplizierten Werkzeugwechsel, bei Bedarf auch automatisch, ermöglicht und mit dem die von der Robotersteuerung gegebenen Möglichkeiten der sensorüberwachten Linearbewegungen und Handgelenkdrehungen ausgenutzt werden für ein wartungsarmes, energieökonomisches, arbeitszeitsparendes und drehmomentgenaues Schrauben.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die die Handhabung eines Schraubers durch einen Industrieroboter bietet, maximal dahingehend auszunutzen, daß mit einem einfachen, wartungsarmen und zuverlässigen Werkzeug gearbeitet wird, das kein eigenes Antriebsmedium benötigt.

Des weiteren soll der Nachteil vieler Industrieroboter ausgeglichen werden, daß sie ihr Handgelenk nicht über 360° bzw. für Schraubvorgänge viel zu langsam drehen können. Deshalb besteht die Aufgabe, die durch einen Industrieroboter mögliche Linearbewegung mit dem Drillprinzip in eine Drehbewegung umzuwandeln, die zum Eindrehen des Schraubenelementes benutzt wird und ausreicht, bis zu einem sensorüberwachten und unterhalb des endgültigen Anzugsmomentes liegenden Schwellmoment anzuziehen. Bei Erreichen dieses Schwellmomentes soll die lineare Zustellbewegung gestoppt werden und das geforderte höhere Anzugsmoment durch .eine ebenfalls sensorüberwachte Drehbewegung des Handgelenkes einschließlich Schrauber aufgebracht werden, wobei dann eine Drehung unter 360° ausreicht. Die Eindrehbewegung mittels Drillprinzip soll schnell, die Anziehbewegung kann dagegen langsamer zwecks einer genaueren elektronischen Drehmomentkontrolle erfolgen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Drillmutter fest am Gehäuse des Drillsch raubers angebracht ist und die Drillspindel axial verschiebbar in einer Führungshülse angeordnet wird, die wiederum drehbar, aber axial