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Die Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Industrieroboter, mit mindestens einem mit Hilfe eines Antriebs und einer Steuereinrichtung bewegbaren und/oder beweglichen Arm, an dem mindestens ein Führungsdorn mit einem freien Ende angebracht ist, das in eine Öffnung eines Bauteils einführbar ist.
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Industrieroboter werden zum Beispiel verwendet, um zu montierende Bauteile eines Kraftfahrzeugs, wie Kraftfahrzeugtüren, einem Ladungsträger zu entnehmen und zu einem Karosserierohbau eines Kraftfahrzeugs zu transportieren. Zu diesem Zweck weist ein solcher Industrieroboter mindestens einen bewegbaren Arm auf, an dem zum Beispiel ein Greifer befestigt ist, der dazu dient, das zu montierende Bauteil zu greifen und beim Transport festzuhalten. Zusätzlich kann an dem Roboterarm mindestens ein Führungsdorn befestigt sein, der vor oder während der Greifbewegung des Roboterarms in eine an dem Bauteil vorgesehene Öffnung eingeführt wird, um das Bauteil beim Transport in einer bestimmten Lage zu halten. Wenn das Bauteil falsch in dem Ladungsträger positioniert ist, dann kann es passieren, dass das Bauteil durch den Führungsdorn beschädigt wird. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 23 199 A1 ist eine Sicherheitsschalteinrichtung zur Verwendung in Kombination mit Bedienelementen einer Robotersteuerung bekannt. Die bekannte Sicherheitsschalteinrichtung ermöglicht die wechselweise Einnahme wenigstens zweier, insbesondere dreier Schaltzustände, wobei ein Kraft- oder Drucksensor angeordnet ist, auf welchem von einem Bediener zur Betätigung der Sicherheitsschalteinrichtung eine Krafteinwirkung einbringbar ist. Der Kraft- oder Drucksensor ist zur Ermittlung der jeweils eingenommenen Schaltzustände in Abhängigkeit der vom Kraft- oder Drucksensor erfassten Belastungswerte mit einer elektronischen Auswertevorrichtung verbunden.
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AT 25 835 B weist einen Aufbau einer Andockvorrichtung mit einem männlichen und weiblichen Kupplungsglied auf. Vorzugsweise ist der ausdehnbare Kopf des Kupplungsschafts im Wesentlicher kugelförmig ausgebildet, wobei der Kupplungssitz, der mit dem ausdehnbaren Kopf zusammenwirken soll, entsprechend geformt ist.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 3215229 A1 ist eine Ankoppelvorrichtung für Raumflugkörper in Form eines federnd ausgerichteten Teleskoparms bekannt. Der Teleskopstab ist mit einem Rastklinken aufweisenden Kopfstück ausgebildet, das beim Kupplungsvorgang beim Entlanggleiten der Trichterwand in eine Sperrfalle am Trichtergrund eingreift. Der gefederte Teleskoparm hat unter anderem die Aufgabe, die kinetische Energie beim Berühren der Raumfahrzeuge zu absorbieren und bei Fehlausrichtung je nach Abmessung der Raumflugkörper und der Ankoppelvorrichtung bis zu einem bestimmten Raumwinkel und einem bestimmten Versatz auzugleichen.
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Die U.S. Patentschrift
US 364,046 A zeigt eine Ankoppelvorrichtung mit einem kugelförmigen Kopf, der am Ende eines Kabels befestigt ist. Dieses federgelagerte Kabel trifft auf ein trichterförmigen Einlass, wobei die Anstossfläche am Trichtergrund federgelagert ist. Beim Auftreffen des kugelförmigen Tastorgans in den Trichtergrund wird dieser verriegelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Handhabungseinrichtung, insbesondere einen Industrieroboter, mit mindestens einem mit Hilfe eines Antriebs und einer Steuereinrichtung bewegbaren und/oder beweglichen Arm, an dem mindestens ein Führungsdorn mit einem freien Ende angebracht ist, das in eine Öffnung eines Bauteils einführbar ist, zu schaffen, durch die der Ausschuss in der industriellen Serienfertigung verringert werden kann.
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Die Aufgabe ist bei einer Handhabungseinrichtung, insbesondere einem Industrieroboter, mit mindestens einem mit Hilfe eines Antriebs und einer Steuereinrichtung bewegbaren und/oder beweglichen Arm, an dem mindestens ein Führungsdorn mit einem freien Ende angebracht ist, das in eine Öffnung eines Bauteils einführbar ist, dadurch gelöst, dass der Führungsdorn ein Tastorgan aufweist, das in Verlängerung des Führungsdorns aus dem freien Ende des Führungsdorns herausragt und aus einer ausgefahrenen Stellung in den Führungsdorn bewegbar ist, wobei die Handhabungseinrichtung eine Sensoreinrichtung für das Tastorgan aufweist, die mit der Steuereinrichtung so zusammenwirkt, dass die Bewegung des Arms gestoppt wird, bevor das freie Ende des Führungsdorns mit dem Bauteil in Kontakt kommt. Wenn das Bauteil korrekt positioniert ist, dann wird das Tastorgan in die Bauteilöffnung eingeführt, sobald sich der Führungsdorn der Bauteilöffnung nähert. Wenn das Bauteil falsch positioniert ist, dann kommt das Tastorgan mit dem Bauteil in Kontakt und wird aus seiner ausgefahrenen Stellung in den Führungsdorn hinein bewegt. Diese Bewegung wird von der Sensoreinrichtung erfasst. Daraufhin wird von der Sensoreinrichtung ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung übermittelt, woraufhin die Bewegung des Arms mit dem Führungsdorn unterbrochen wird. Dadurch kann eine Beschädigung des Bauteils auf einfache Art und Weise sicher vermieden werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdorn ein zentrales Durchgangsloch aufweist, durch welches das Tastorgan geführt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Durchgangsloch um eine Bohrung, deren Innendurchmesser nur geringfügig größer als der Außendurchmesser des Tastorgans ist, das vorzugsweise die Gestalt einer zylindrischen Stange aufweist. Die Länge des Tastorgans ist vorzugsweise so gewählt, dass das Tastorgan sowohl in seiner ausgefahrenen als auch in seiner eingefahrenen Stellung aus dem Führungsdorn herausragt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsdorn ein spitz zulaufendes Ende zum Einführen in die Bauteilöffnung und ein mit einem Außengewinde versehenes Ende aufweist, das zur Befestigung des Führungsdorns an einem Führungsdorngehäuse dient. Vorzugsweise ist zwischen den beiden Enden des Führungsdorns ein Bund ausgebildet, der einen Anschlag bildet. Vorzugsweise ist an dem Bund mindestens eine Abflachung vorgesehen sein, die als Angriffsfläche für ein Werkzeug dient.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsdorngehäuse ein Durchgangsloch aufweist, das mehrere funktionelle Abschnitte umfasst. Vorzugsweise hat das Durchgangsloch keinen konstanten Innendurchmesser. Der Innendurchmesser des vorzugsweise zentralen Durchgangslochs ist jedoch über seine gesamte Länge größer als der Außendurchmesser des Tastorgans.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Durchgangsloch an dem dem Führungsdorn zugewandten Ende des Führungsdorngehäuses einen Führungsdornbefestigungsabschnitt mit einem Innengewinde aufweist, das komplementär zu dem Außengewinde des Führungsdorns ausgebildet ist. Das Innengewinde dient dazu den Führungsdorn lösbar, das heißt zerstörungsfrei trennbar an dem Führungsdorngehäuse zu befestigen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Führungsdornbefestigungsabschnitt ein Anschlagabschnitt vorgesehen ist, der einen kleineren Innendurchmesser als der Führungsdornbefestigungsabschnitt aufweist. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser des Anschlagabschnitts etwas größer als der Außendurchmesser des Tastorgans.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Anschlagabschnitt ein Führungsabschnitt vorgesehen ist, der einen größeren Innendurchmesser als der Anschlagabschnitt aufweist. Das Durchgangsloch erstreckt sich durch den Führungsabschnitt, den Anschlagabschnitt und den Führungsdornbefestigungsabschnitt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an den Führungsabschnitt ein Befestigungsabschnitt für ein Verschlusselement vorgesehen ist. Bei dem Verschließelement handelt es sich zum Beispiel um eine Abschlussplatte, die zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben lösbar andern Führungsdorngehäuse befestigbar ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Führungsabschnitt ein Schieber hin und her bewegbar geführt ist, an dem ein Ende des Tastorgans befestigt ist. Vorzugsweise weist der Schieber ein zentrales Durchgangsloch auf, in welches ein Ende des Tastorgans zum Beispiel eingepresst, eingeschraubt oder eingeklebt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dädurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Verschlusselement und dem Schieber eine Federeinrichtung eingespannt ist. Durch die Federeinrichtung wird das Tastorgan in seine ausgefahrene Stellung vorgespannt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Handhabungseinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsdorngehäuse in dem Führungsabschnitt im Bewegungsbereich des Schiebers ein Fenster aufweist. Das Fenster ermöglicht einen Kontakt mit dem Schieber und hat vorzugsweise die Gestalt eines Langlochs. Durch das Fenster kann die Bewegung des Schiebers von der Sensoreinrichtung erfasst werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Dabei zeigen:
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1 ein Führungsdorngehäuse mit einem Tastorgan im Längsschnitt;
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2 einen Führungsdorn, der in das in 1 dargestellte Führungsdorngehäuse einsetzbar ist, in der Draufsicht;
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3 den Führungsdorn aus 2 in einer Seitenansicht von links;
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4 das Führungsdorngehäuse aus 1 in der Draufsicht;
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5 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4;
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6 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VI-VI in 4;
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7 einen Schieber in der Draufsicht;
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8 ein Verschlusselement in der Vorderansicht und
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9 das Verschlusselement aus 8 in einer Seitenansicht von rechts.
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In 1 ist ein Führungsdorngehäuse 1 im Längsschnitt dargestellt. Das Führungsdorngehäuse 1 hat im Wesentlichen die Gestalt eines länglichen Quaders mit zwei rechteckigen Stirnseiten 2 und 3. Zwischen den Stirnseiten 2 und 3 erstreckt sich über die gesamte Länge des Führungsdorngehäuses eine zentrale Durchgangsbohrung 4, die mehrere Längsabschnitte mit unterschiedlichen Bohrungsdurchmessern aufweist.
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Ausgehend von der Stirnseite 2 weist die Durchgangsbohrung einen Führungsdornbefestigungsabschnitt 6 auf, der mit einem Innengewinde 7 ausgestattet ist. Auf den Führungsdornbefestigungsabschnitt 6 folgt ein Anschlagabschnitt 9. In dem Anschlagabschnitt 9 hat die Durchgangsbohrung 4 einen Innendurchmesser, der etwas größer als der Außendurchmesser eines Tastorgans 12 ist. Auf den Anschlagabschnitt 9 folgt ein Führungsabschnitt 15, in dem ein Schieber 17 hin und her bewegbar geführt ist, der im Wesentlichen die Gestalt eines kreiszylinderförmigen Kolbens aufweist. Der Schieber 17 weist eine zentrale Durchgangsbohrung 18 auf, in der ein Ende des Tastorgans 12 befestigt ist. Der Schieber 17 liegt an dem Anschlagabschnitt 9 an. Das Tastorgan 12 erstreckt sich von dem Schieber 17 durch den Anschlagabschnitt 9 und den Führungsdornbefestigungsabschnitt 6. Das freie Ende des Tastorgans 12 ragt aus dem Führungsdorngehäuse 1 heraus.
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Am Ende des Führungsabschnitts 15 weist das Führungsdorngehäuse 1 einen Befestigungsabschnitt 20 auf, dessen Innendurchmesser 21 dem Innendurchmesser des Führungsabschnitts 15 entspricht. In dem Befestigungsabschnitt 20 ist ein Stopfen 22 aufgenommen, der von einer Verschlussplatte 24 ausgeht, die an der Stirnseite 3 des Führungsdorngehäuses 1 anliegt. Die Verschlussplatte 24 und der Stopfen 22 bilden ein Verschlusselement 25, durch welches das Führungsdorngehäuse 1 an seiner Stirnseite 3 verschlossen ist.
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Zwischen dem Stopfen 22 des Verschlusselements 25 und dem Schieber 17 ist eine Schraubendruckfeder 27 eingespannt. Durch die Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 27 wird der Schieber 17 in Anlage an dem Anschlagabschnitt 9 gehalten. Dadurch wird das Tastorgan 12 in einer ausgefahrenen Stellung gehalten. Wenn auf das freie Ende des Tastorgans 12 eine Kraft in Längsrichtung des Tastorgans zu dem Verschlusselement 25 hin aufgebracht wird, dann bewegt sich das Tastorgan 12 mit dem Schieber 17 entgegen der Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 27 auf das Verschlusselement 25 zu.
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In 2 ist eine Vorderansicht eines Führungsdorns 30 gezeigt. Der Führungsdorn 30 weist ein spitz zulaufendes Ende 32 auf, das in eine Öffnung eines Bauteils einführbar ist. Außerdem weist der Führungsdorn 30 ein Außengewinde 34 auf, das an dem anderen Ende 35 des Führungsdorns 30 ausgebildet ist. Das Außengewinde 34 des Führungsdorns 30 ist komplementär zu dem Innengewinde 7 des Führungsdornbefestigungsabschnitts 6 (siehe 1) ausgebildet.
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Zwischen dem spitz zulaufenden Ende 32 und dem Ende 35 mit dem Außengewinde 34 ist an dem Führungsdorn 30 ein Bund 36 ausgebildet. Der Bund 36 bildet einerseits einen Anschlag beim Einschrauben des Endes 35 des Führungsdorns 30 in den Führungsdornbefestigungsabschnitt 6 (siehe 1). Andererseits bildet der Bund 36 einen Anschlag beim Einführen des spitz zulaufenden Endes 32 des Führungsdorns 30 in eine Bauteilöffnung.
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Der Bund 36 ist außen mit einer Abflachung 38 ausgestattet, die eine Angriffsfläche für ein Werkzeug schafft. Über die gesamte Länge des Führungsdorns 30 erstreckt sich eine Durchgangsbohrung 40, deren Innendurchmesser in der in 3 gezeigten Seitenansicht mit 41 bezeichnet ist. Der Innendurchmesser 41 der Durchgangsbohrung 40 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Tastorgans 12. Wenn der Führungsdorn 30 an dem Führungsdorngehäuse 1 befestigt ist, dann ragt das Tastorgan 12 mit seinem freien Ende aus dem spitz zulaufenden Ende 32 des Führungsdorns 30 heraus.
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In 4 ist das Führungsdorngehäuse 1 aus 1 in Alleinstellung in der Draufsicht dargestellt. In der Draufsicht sieht man, dass das Führungsdorngehäuse 1 eine rechteckförmige Aussparung 44 mit abgerundeten Ecken aufweist. Die rechteckförmige Aussparung 44 dient zur Aufnahme einer Sensoreinrichtung sowie einer Auswerteeinheit. Die Breite der Aussparung 44 ist mit 46 bezeichnet. Im Bereich der Aussparung 44 weist das Führungsdorngehäuse 1 ein Fenster 48 auf, das im Wesentlichen die Gestalt eines Langlochs aufweist. Über das Fenster 48 steht die rechteckförmige Aussparung 44 mit der Durchgangsbohrung 4 in Verbindung, die in 4 gestrichelt angedeutet ist. Die Breite 49 des Fensters 48 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsbohrung 4 in dem Führungsabschnitt 15 (siehe 1). Außerdem ist in 4 angedeutet, dass in der Stirnseite 3 des Führungsdorngehäuses 1 zwei Gewindesackbohrungen 51, 52 vorgesehen sind.
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In 5 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4 dargestellt. In der Schnittansicht sieht man, dass die Aussparung 44 eine relativ geringe Tiefe aufweist. Je nach Form und Größe der Auswerteeinheit ragt diese aus der Aussparung 44 heraus.
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In 6 ist die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VI-VI in 4 dargestellt. In der Schnittansicht sieht man, dass die beiden Gewindesackbohrungen 51, 52 diagonal versetzt zueinander angeordnet sind.
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In 7 ist der Schieber 17 aus 1 in Alleinstellung in der Vorderansicht dargestellt. In 7 sieht man, dass die Enden des Schiebers 17 jeweils eine Abfasung 55, 56 aufweisen.
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In 8 ist das Verschlusselement 25 aus 1 in Alleinstellung in der Vorderansicht dargestellt. In 9 ist das Verschlusselement 25 aus 8 in einer Seitenansicht von rechts dargestellt. In der Seitenansicht sieht man, dass in der Verschlussplatte 24 diagonal zueinander versetzt zwei Durchgangslöcher 61, 62 ausgespart sind. Die Durchgangslöcher 61, 62 dienen zum Durchführen von (nicht dargestellten) Schrauben, mit denen das Verschlusselement 25 an der Stirnseite 3 des Führungsdorngehäuses 1 befestigbar ist.
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Das Führungsdorngehäuse 1 mit dem daran befestigten Führungsdorn 30 wird gemäß der Erfindung an einem Greifer eines Roboterarms befestigt. Das mittig aus dem Ende 32 des Führungsdorns 30 herausragende Ende des Tastorgans 12 kommt an einem Bauteil zur Anlage, bevor der Führungsdorn 30 daran in Anlage kommt. Sobald das Tastorgan 12 zusammen mit dem Schieber 17 entgegen der Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 27 in dem Führungsgehäuse 1 auf den Stopfen 22 des Verschlusselements 25 zu bewegt wird, wird dies über die Sensoreinrichtung erfasst und von der Auswerteeinheit an eine (nicht dargestellte) Steuereinrichtung eines Industrieroboters übermittelt, an dem der Arm mit dem Greifer angebracht ist. Die Steuereinrichtung sorgt dann dafür, dass die Bewegung des Roboterarms unterbrochen wird.
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Im Normalfall, wenn ein Bauteil in der vorgesehenen Lage liegt, passiert nichts. Das aus dem Führungsdorn 30 herausragende Tastorgan 12 wird genau mittig durch die entsprechende Öffnung des Bauteils geführt. Im Fehlerfall, wenn das Bauteil nicht in der vorgesehenen Lage liegt, dann trifft das Tastorgan 12 auf das Bauteil. Wenn sich der Arm mit dem Führungsdorn 30 und dem Tastorgan 12 weiter bewegt, dann bleibt das freie Ende des Tastorgans 12, das mit einem elastischen Pufferelement ausgestattet sein kann, an der Bauteiloberfläche stehen, ohne diese zu beschädigen. Wenn sich der Roboterarm weiter in Richtung Bauteil bewegt, dann wird nach einem bestimmten Weg des Führungsdorns 30 relativ zu dem Tastorgan 12 ein Kontakt ausgelöst.
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Es können mehrere Kontakte vorgesehen sein, die unterschiedlich empfindlich auf eine Bewegung des Tastorgans 12 reagieren. Der Kontakt, der auch als Sicherheitskontakt bezeichnet wird, wird von dem Industrieroboter interruptmäßig abgefragt, um einen sofortigen Halt auszulösen und somit einen sehr kurzen Bremsweg des Roboterarms zu garantieren. Gleichzeitig kann auf einem Display des Roboters eine entsprechende Meldung ausgegeben werden. Dadurch ist gewährleistet, dass das Bauteil unbeschädigt bleibt. Das falsch liegende Bauteil kann nach dem Erscheinen der Fehlermeldung durch das Bedienungspersonal entfernt oder in eine korrekte Lage gebracht werden.
