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Die Erfindung betrifft ein Nietwerkzeug, eine Nieteinrichtung und ein Nietverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff der Verfahrens- und Vorrichtungshauptansprüche.
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Ein solches Nietwerkzeug ist aus der Praxis bekannt. Es weist ein gehäuseartiges Gestell mit einem darin integrierten Backengreifer für einen Niet und einen pneumatischen Stauchantrieb zum Setzen des Niet auf, welcher auch den Backengreifer betätigt und mittels einer Keilführung öffnet und schließt.
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Die
DE 10 2004 010 036 A1 zeigt eine Blindnietsetzvorrichtung mit einem Roboter, der ein Blindnietsetzgerät führt und an einem Nietloch positioniert, wobei die Lochposition optisch durch eine Kamera ermittelt und der positionsgesteuerte Roboter entsprechend gesteuert wird. Die Niete werden dem Blindnietsetzgerät aus einem internen Magazin oder von einer angebauten externen Zuführvorrichtung übergeben.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Niettechnik aufzuzeigen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den Verfahrens- und Vorrichtungshauptansprüchen.
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Die beanspruchte Niettechnik, d.h. das Nietwerkzeug, die Nieteinrichtung und das Nietverfahren, haben verschiedene Vorteile. Zum Einen baut das Nietsetzwerkzeug einfacher, leichter und kleiner. Es ist außerdem zur robotergeführten Aufnahme eines Niets ausgebildet. Aufwändige und am Nietwerkzeug angebaute Magazine oder mechanische Zuführeinrichtungen sind entbehrlich. Ferner ist der Detektions- und Steueraufwand zum funktionsgerechten und sicheren Betreiben des Nietwerkzeugs verringert. Das Nietwerkzeug ist außerdem für einen vollautomatischen Betrieb und für eine Benutzung mit einem taktilen Industrieroboter geeignet und ausgebildet.
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Mit der Niettechnik kann ein extern bereit gestellter Niet mit einer Drehbewegung aufgenommen und zum Beispiel aufgeschraubt werden. Dies kann durch einen werkzeugeigenen Drehantrieb mit einer Halterung erfolgen, die eine Drehaufnahme, z.B. ein Gewinde, trägt. Der taktile Roboter hat sensitive Fähigkeiten, die bei der Führung und Positionierung des Nietwerkzeugs am bereit gestellten Niet und bei dem drehenden Aufnahmevorgang benutzt werden können. Insbesondere können die dabei auftretenden äußeren Belastungen, insbesondere Reaktionskräfte und Reaktionsmomente, durch eine dem Roboter zugeordnete, vorzugsweise integrierte, Sensorik detektiert und ausgewertet werden. Hierüber kann festgestellt werden, ob das Nietwerkzeug und seine Drehaufnahme exakt positioniert und zum bereit gestellten Niet ausgerichtet sind und ob die drehende Nietaufnahme, insbesondere das Aufschrauben des Niets, korrekt abläuft.
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Das Aufnehmen, Setzen und Lösen des Niets vom Nietwerkzeug können vollautomatisch erfolgen. Ein eigenständiger Erfindungsaspekt sieht vor, dass die korrekte Aufnahme des Niets an der Halterung mit einer Detektionseinrichtung kontrolliert wird. Zum Positionieren und Setzen des aufgenommenen Niets können ebenfalls die sensitiven Fähigkeiten des taktilen Industrieroboters eingesetzt werden. Mit einer taktilen Suchfunktion kann das Nietloch gesucht und der Niet korrekt eingesetzt werden. Das Stauchen des Niets erfolgt durch eine lineare Stauchbewegung entlang einer Stauchachse. Vorzugsweise wird der Niet, insbesondere Blindniet, durch eine Zugbewegung und mit einer vom Stauchantrieb über die Halterung ausgeübten Zugkraft gestaucht.
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In einer Ausgestaltung des Nietwerkzeugs weist der Drehantrieb der Greifeinrichtung einen steuerbaren Motor, insbesondere einen elektrischen Schrittmotor, auf.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Nietwerkzeugs ist der steuerbare rotierende Motor des Stauchantriebs als elektrischer Hohlwellenmotor ausgebildet.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1: Eine Nieteinrichtung mit einem taktilen Industrieroboter und einem Nietwerkzeug,
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2: eine perspektivische Ansicht des Nietwerkzeugs von 1,
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3: eine Seitenansicht des Nietwerkzeugs von 1 und 2,
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4: ein Längsschnitt durch das Nietwerkzeug gemäß Schnittlinie IV-IV von 3,
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5: ein Querschnitt durch das Nietwerkzeug gemäß Schnittlinie V-V von 3 und
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6: ein anderer, abgebrochener Querschnitt durch das Nietwerkzeug gemäß Schnittlinie VI-VI von 3.
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Die Erfindung betrifft ein Nietwerkzeug (3) und eine damit ausgerüstete Nieteinrichtung (1) sowie ein Nietverfahren.
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Der in 4 schematisch angedeutete Niet (10) kann eine beliebige Form haben. Vorzugsweise handelt es sich um einen Blindniet, insbesondere eine Blindnietmutter. Diese besteht z.B. aus einer Niethülse mit einem Innengewinde und einem ringförmigen, verbreiterten Nietkopf für die Auflage am Werkstück. In 4 ist eine solche Blindnietmutter (10) schematisch angedeutet.
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Die in 1 gezeigte Nieteinrichtung (1) umfasst einen taktilen Industrieroboter (2) und ein von ihm geführtes Nietwerkzeug (3). Das Nietwerkzeug (3) weist einen Roboteranschluss (5) zur Verbindung mit einem Abtriebselement (47) des taktilen Industrieroboters (2) auf. Der nachfolgend näher erläuterte taktile Industrieroboter (2) hat sensitive Fähigkeiten, die beim robotergeführten Einsatz des Nietwerkzeugs (3) und beim Nietprozess benutzt werden.
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Das Nietwerkzeug (3) weist ein Gestell oder eine Tragkonstruktion (4) mit dem besagten Roboteranschluss (5), eine Greifeinrichtung (6) für den Niet (10) und einen Stauchantrieb (7) zum Setzen des Niets auf. Vom Stauchantrieb (7) wird der mit der Greifeinrichtung (6) aufgenommene Niet (10) mit einer linearen Stauchbewegung entlang einer Stauchachse (35) gestaucht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird hierfür der Blindniet (10) mit einer Zugbewegung und mit Zugkraft gegen das am Lochrand des Werkstücks abgestützte Gestell (4) bewegt und dabei gestaucht. In anderen Varianten der Erfindung können die Kinematik und die Kräfte anders sein.
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Wie 3 und 4 in der Seitenansicht und im geklappten Längsschnitt verdeutlichen, weist die Greifeinrichtung (6) eine Halterung (22) mit einer Drehaufnahme (37) für das Aufnehmen der Blindnietmutter (10) und einen mit der Halterung (22) verbundenen steuerbaren Drehantrieb (16) auf. Die Drehaufnahme (37) ist an die Blindnietmutter (10) angepasst und ist z.B. als Außengewinde am freien Ende eines axialen Dorns (36) der Halterung (22) ausgebildet. Bei anderen Nietformen kann die Drehaufnahme (37) entsprechend anders ausgebildet und angepasst sein.
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Die Halterung (22) ist auch mit dem Stauchantrieb (7) verbunden und wird von diesem längs der Stauchachse (35) beim Setzen und Stauchen des Niets (10) bewegt. Die Drehbewegung zur Aufnahme des extern bereit gestellten Niets (10) und zu dessen Abgabe nach dem Setzen erfolgt ebenfalls um die Stauchachse (35). Die Halterung (22) ist entsprechend drehbar und axial verschieblich am Gestell (4) geführt.
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Die Halterung (22) weist einen Korpus (39) mit dem erwähnten axialen Dorn (36) am einen vorderen Ende und einem radialen Bund (40) sowie einem axialen Zapfen (41) am anderen hinteren Ende auf. Der Dorn (36) kann fest oder lösbar mit dem Korpus (39) verbunden sein. In 4 ist eine lösbare Verbindung (38) dargestellt, die einen bedarfsweisen Wechsel des Dorns (36) nebst Gewinde (37) ermöglicht. Für andere Nietformen, z.B. Blindniete mit Gewindestift kann ein anderes, z.B. hülsenförmiges Aufnahmeteil (36) statt des Dorns verwendet werden.
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Gemäß 4 weist der Drehantrieb (16) einen steuerbaren Motor (17) mit einer bevorzugt zylindrischen Treibwelle (18) auf, die sich konzentrisch zur Stauchachse (35) erstreckt und an ihrem freien Ende mit der Halterung (22) über eine drehschlüssige und axialtolerante Verbindung (20) gekoppelt ist. Der steuerbare Motor (17) ist mit dem anderen Ende der Treibwelle (18) über eine drehschlüssige und axialtolerante Kupplung (19) verbunden. Diese überträgt zum einen die drehenden Antriebskräfte und ermöglicht zum anderen durch die eine axiale Verschiebebewegung der Treibwelle (18) gegenüber dem relativ ortsfest am Gestell (4) montierten Motor (17). Dies wird als Axialtoleranz bezeichnet. Die Kupplung (19) ist z.B. als Metallbalgkupplung ausgebildet.
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Der steuerbare Motor (17) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich um einen Elektromotor, insbesondere um einen elektrischen Schrittmotor. Die Motorwelle ist mit der besagten Kupplung (19) verbunden. Dem Drehantrieb (16), vorzugsweise dem Motor (17), ist auch eine nicht näher dargestellte Sensorik zur Erfassung des Antriebsmoments, des Drehwinkels und der Drehzahl zugeordnet und vorzugsweise integriert.
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Am Gestell (4) ist ferner eine Steuer- und Versorgungseinheit (9) für das Nietwerkzeug (3) und seine Komponenten angeordnet. Sie kann auch eine Schnittstelle zur Übertragung von extern zugeführten Betriebsmitteln aufweisen. Die Betriebsmittel können z.B. elektrische Leistungsströme oder Signalströme oder Fluide sein.
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Die Treibwelle (18) ist am freien Ende mit der Halterung (22) und insbesondere deren Zapfen (41) drehschlüssig und axialtolerant verbunden. Zur Bildung dieser Verbindung (20) wird z.B. der axiale Zapfen (41) in einem axialen Hohlraum (21) am freien Wellenende aufgenommen, wobei der Drehschluss über eine Passfeder oder auf andere Weise hergestellt werden kann. Der Hohlraum (21) hat ein axiales Übermaß gegenüber dem Zapfen (41), der beim Stauchen hier linear eintauchen kann.
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Wie 3 und 4 verdeutlichen, sind der Drehantrieb (16) und der Stauchantrieb (7) entlang der Stauchachse (35) gleichachsig und hintereinander angeordnet. Die Treibwelle (18) durchsetzt dabei den Stauchantrieb (7).
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Der Stauchantrieb (7) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist er einen steuerbaren, rotierenden Motor (23) und ein mit der Halterung (22) verbundenes Wandelgetriebe (24) zur Umsetzung der Motordrehung in einen axialen Vorschub auf, der zum Stauchen benutzt wird. Der Motor (23) ist hohl und wird von der Treibwelle (18) durchsetzt. Vorzugsweise ist der Motor (28) als elektrischer Hohlwellenmotor ausgebildet.
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Das Wandelgetriebe (24) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein und kann ebenfalls von der Treibwelle (18) durchsetzt werden. Das Wandelgetriebe (24) weist ein vom Motor (23) angetriebenes Getriebeteil (25) und ein damit gekoppeltes und axial und linear relativ zum Gestell (4) entlang der Achse (35) verschiebliches Getriebeteil (26) auf, welches mit der Halterung (22) drehbar sowie zug- und schubfest verbunden ist. Das Getriebeteil (26) wird durch eine Motordrehung beim Stauchhub eingefahren und gezogen, wobei es auf die Halterung (22) und den Niet (10) eine Zugkraft ausübt. Der Niet (10) wird dabei vom Gestell (4) über ein frontseitiges Mundstück (13) am Werkstück (nicht dargestellt) gehalten und angepresst.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Wandelgetriebe (24) als hohler Spindeltrieb mit einer Gewindespindel (25) und einer Spindelmutter (26) ausgebildet. Die axial festgelegte Gewindespindel (25) ist rotierend angetrieben und mit der Abtriebswelle des Motors (23) verbunden, wobei die Spindelmutter (26) entlang der Achse (35) linear und relativ zum Gestell (4) verschoben wird. Die Spindelmutter (26) ist mit der Halterung (22) über einen Mitnehmer (30) drehbar sowie zug- und schubfest verbunden. In einer anderen Getriebevariante kann die Kinematik umgekehrt sein.
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Der Stauchantrieb (7) weist eine Messeinrichtung (34) für den axialen Vorschub auf. Diese ist vorzugsweise dem Wandelgetriebe (24), insbesondere dem Getriebeteil (26) bzw. der Spindelmutter zugeordnet. Die Messeinrichtung (34) besteht z.B. aus einem gestellfesten Messkopf und einem axial ausgerichteten bandförmigen Messgeber, z.B. einem Metallband, am Mantel der Spindelmutter (26).
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Das Getriebeteil (26), insbesondere die Spindelmutter, kann am Gestell (4) in Axialrichtung verschieblich und verdrehfest geführt sein. Hierfür kann eine gestellfeste Führung (28) vorhanden sein. Eine in 2 und 5 an der Führung (28) unter dem Roboteranschluss (5) ersichtliche axiale Passfeder kann ein Verdrehen der Spindelmutter (26) verhindern.
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Das Gestell (4) kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist es einen mit dem Roboteranschluss (5) verbundenen Stützring und mehrere Gehäuse (11) sowie ein Kopfteil (12) und ein Mundstück (13) auf. Ein hinteres Gehäuse (11) umgibt den Motor (23) und bietet die Abstützung für den rückseitig angebauten Motor (17) und die Einheit (9). Ein vorderes Gehäuse (11) umgibt den Spindeltrieb (24) und ist stellenweise am Mantel offen. 2 bis 4 verdeutlichen diese Ausbildung. Am Gehäuse (11) befindet sich auch die in 5 im Querschnitt dargestellte Führung (28).
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Der Mitnehmer (30) ist gemäß 4 frontseitig am abtreibenden Getriebeteil (26) des Wandelgetriebes (24) angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist er mit der Spindelmutter (26) verbunden. Der Mitnehmer (30) ist mit der Halterung (22) um die Achse (35) drehbar und dabei in Axialrichtung zug- und schubfest verbunden. Er hat hierfür einen innenliegenden Hohlraum (27) und eine zentrale axiale Öffnung, durch die sich der Halter (22), insbesondere sein Korpus (39) erstreckt. Eine Lagerung (33) erlaubt die Drehung des Halters (22) um die Stauchachse (35) und überträgt zugleich die Axialkräfte. Die Lagerung (33) wird z.B. durch ein Axial-Zylinderrollenlager gebildet, welches zwischen dem Bund (40) und einem radialen Vorsprung des Mitnehmers (30) eingespannt ist. Ferner kann die Lagerung (33) eine Gleitbuchse oder ein anderes Radiallager für den Korpus (39) in der Mitnehmeröffnung aufweisen. Die Halterung (22), insbesondere ihr Korpus (39), ist am Mitnehmer (30) axial über den Bund (40) und einen Sicherungsring (31) fixiert.
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Die Halterung wird ihrerseits am Gestell (4) drehbar und axial verschiebbar geführt. Hierfür weist das Gestell (4) das erwähnte Kopfteil (12) und das hieran anschließende Mundstück (13) auf. Das Kopfteil (12) ist am vorderen Gehäuse (11) angesetzt und ebenfalls im Querschnitt konisch ausgebildet, wobei es die Mitnehmer (30) umschließt und außerdem eine Queröffnung für die Zugänglichkeit zum Verbindungsstift (38) hat. Am vorderen Ende des Kopfteils (12) ist das Mundstück (13) befestigt, z.B. eingeschraubt. Es ist mit einer zentralen Durchgangsöffnung versehen, in welcher die Halterung (22), insbesondere der Dorn (36), drehbar und axial verschieblich geführt ist.
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Gemäß eines einständigen Erfindungsaspekts hat das Nietwerkzeug (3) eine Detektionseinrichtung (8), mit der die Anwesenheit eines von der Greifeinrichtung (6) aufgenommenen Niets (10) kontrolliert werden kann. Die Detektionseinrichtung (8) kann in verschiedener Weise ausgebildet und angeordnet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist sie am Frontende des Mundstücks (13) angeordnet und beinhaltet eine ringförmige Andrückscheibe (14), die rückseitig von Druckfedern (15) beaufschlagt wird. Die Andrückscheibe (14) ist in einer frontseitigen Öffnung des Mundstücks (13) axial beweglich geführt und wird von der Halterung (22), insbesondere von deren Dorn (36), durchsetzt. 5 zeigt diese Anordnung in Draufsicht und ohne die Andrückscheibe (14). Am Boden der besagten Mundstücköffnung befinden sich ein oder mehrere Sensoren der Detektionseinrichtung (8), die z.B. als Näherungssensoren, als Endschalter oder dgl. ausgebildet sind und die die Annäherungs- oder Anschlagstellung der Andrückscheibe (14) am Öffnungsboden detektieren.
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Der axiale Bewegungsspielraum der federbelasteten Andrückscheibe (14) wird frontseitig durch einen Sicherungsring begrenzt. An diesem schlägt die Andrückscheibe (14) in der Ausgangsstellung an und ragt dabei mit einem Ansatz axial nach vorn aus dem Mundstück (13) heraus. Die Andrückscheibe (14) hat hierfür im Querschnitt eine entsprechend abgestufte Form. Wenn ein Niet (10) aufgenommen wird, z.B. durch das erwähnte Aufschrauben oder Aufspindeln, schlägt der Nietkopf an der Andrückscheibe (14) an und schiebt diese nach innen in die Endstellung, welche durch die Detektionseinrichtung (8) sensorisch erfasst und signalisiert wird.
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Die Detektionseinrichtung (8), die Messeinrichtung (34) und die vorerwähnten Sensoren des Drehantriebs (16) und des Stauchantriebs (7) sind mit der Steuer- und Versorgungseinheit (9) und/oder mit der Robotersteuerung (50) verbunden und werden zur Steuerung und Regelung des Nietwerkzeugs (3) und seiner Komponenten benutzt. Die vorerwähnten sensitiven Fähigkeiten des taktilen Industrieroboters (2) werden beim Betrieb der Nieteinrichtung (1) und des Nietwerkzeugs (3) benutzt.
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Zum Nieten führt der taktile Industrieroboter (2) das Nietwerkzeug (3) mit dem Dorn (36) und dem Gewinde (37) an einen in geeigneter Weise extern und getrennt vom Nietwerkzeug (3) und vom Roboter (2) angeordneten Niet (10) heran und positioniert ihn dort in einer aufnahmegerechten Lage. Der Niet (10) kann z.B. an der Ausgabestelle eines externen und im Arbeitsbereich des Industrieroboters (2) befindlichen Magazins in einer vorgegebenen Lage und Ausrichtung angeordnet sein. Wenn diese Lage definiert ist, kann der taktile Industrieroboter (2) den Dorn (36) positionsgesteuert an den Niet (10) heranführen. Falls die Nietlage (10) nicht oder nicht hinreichend genau bekannt ist, kann der taktile Industrieroboter (2) eine tastende Suchfahrt durchführen und dabei über die bei einem Kontakt mit einer bestimmten Größe und Richtung auftretenden Reaktionskräfte und Reaktionsmomente die Nietenlage ertasten und den Dorn (36) exakt positionieren.
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Die sensitiven Fähigkeiten werden auch bei der Drehaufnahme des Niets (10) genutzt. Bei Einnahme der korrekten Position und Ausrichtung des Dorns (36) wird der Drehantrieb (16) eingeschaltet und das Außengewinde (37) in das Nietengewinde gedreht. Mit der sensitiven Fähigkeit des Industrieroboters (2) kann dieser Anschraubvorgang überwacht und ggf. korrigiert werden. Anhand der Reaktionskräfte und -momente kann festgestellt werden, ob ein Gewindeeingriff erfolgt oder ob eine Nachführbewegung mit dem Nietwerkzeug (3) erforderlich ist.
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Wenn die Detektionseinrichtung (8) die korrekte Aufnahme eines Niets (10) signalisiert, bewegt der taktile Industrieroboter (2) das Nietwerkzeug (3) zu einem vorbereiteten Nietloch an einem Werkstück und setzt die Niet dort exakt ein. Diese Such- und Einführbewegung kann ebenfalls über eine grobe Vorpositionierung und eine anschließende taktile Suchfahrt erfolgen. Der taktile Industrieroboter (2) kann außerdem den Nietkopf des eingesetzten Niets (10) mit einer vorgegebenen axialen Kraft gegen das Werkstück drücken. Die Kraft kann gesteuert und geregelt werden. Nach dem Einführen des Niets (10) wird der Stauchantrieb (7) gestartet und zieht die Halterung (22) unter Mitnahme des Hülsenabschnitts des Niets (10) an. Der Hülsenabschnitt wird dabei gestaucht und radial verbreitert. Am Ende des ebenfalls sensorisch über das Antriebs- oder Motormoment des Stauchantriebs (7) überwachten Stauchvorgangs wird der Drehantrieb (16) in Gegenrichtung betätigt und dreht den Dorn (36) und das Gewinde (37) aus dem gesetzten Niet (10) heraus. Der vorbeschriebene Nietvorgang startet dann von neuem.
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Der in 1 näher dargestellte Industrieroboter (2) weist mehrere, z.B. drei, vier oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Roboterglieder (42–46) auf. Er hat ferner mehrere, z.B. fünf, sechs, sieben oder mehr, angetriebene Roboterachsen (I–VII). Diese können rotatorisch und/oder translatorisch sein und in beliebiger Zahl und Kofiguration vorliegen. Die Roboterglieder (42–46) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen (I–VII) miteinander und mit einem Untergrund verbunden. Der Sockel (42) kann einen Anschluss für Betriebsmittel haben und kann ggf. die Robotersteuerung (50) aufnehmen. Es ist ferner möglich, dass einzelne Roboterglieder (44, 45) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse verdrehbar, ausgebildet sind.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter (2) als Gelenkarm- oder Knickarmroboter ausgebildet und weist sieben angetriebene Roboterachsen bzw. Bewegungsachsen (I–VII) auf. Die Roboterachsen (I–VII) sind mit der Robotersteuerung (50) verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Der Industrieroboter (2) hat vorzugsweise eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen (I–VII).
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Das abtriebseitige Endglied (46) des Industrieroboters (2) ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist das um eine Abtriebsachse (48) drehbare Abtriebselement (47), z.B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Abtriebsachse (45) bildet bevorzugt die letzte Roboterachse VII. Das Endglied (46) kann mit dem Roboteranschluss direkt oder mittelbar über eine automatische Wechselkupplung verbunden sein. Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (47) und ggf. andere Roboterglieder (42–46) können eine oder mehrere Leitungen für die besagten Betriebsmittel geführt sein und am Abtriebselement (46) nach außen treten sowie zum Nietwerkzeug (3) geführt sein, ggf. über eine Medienkupplung.
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Der Industrieroboter (2) weist ein mit einem Untergrund über den Sockel (42) verbundenes Basisglied (43) und das vorerwähnte Endglied (46) sowie zwei mehrteilige und in sich mittels Achsen (III) und (V) verdrehbare Zwischenglieder (44, 45) auf. Die Zahl der Zwischenglieder (44, 45) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (44, 45) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Roboterglieder (42–46) können eine gerade oder gemäß 1 abgewinkelte Form haben.
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Der taktile Industrieroboter (2) weist die besagte zugeordnete, vorzugsweise integrierte Sensorik (49) zur Erfassung von außen einwirkender mechanischer Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, auf. Die Sensorik (49) ist mit der Robotersteuerung (50) signaltechnisch verbunden. Sie ist vorzugsweise in den Industrieroboter (2), insbesondere in dessen Roboterglieder (42–46) integriert. Sie kann alternativ an anderer Stelle, z.B. an seinem Abtriebselement (47) oder am Nietwerkzeug (3) angeordnet sein. Die Sensorik (49) kann einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Kraftsensoren und/oder Momentensensoren und ggf. Weg- oder Positionssensoren aufweisen.
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Die Roboterachsen (I–VII) weisen jeweils ein Achslager, z.B. ein Drehlager bzw. ein Gelenk, und einen hier zugeordneten und integrierten steuerbaren, ggf. regelbaren Achsantrieb, z.B. Drehantrieb, auf. Außerdem können die Roboterachsen (I–VII) eine steuer- oder schaltbare Bremse und die erwähnten ggf. redundanten Sensoren zur Detektion von extern einwirkenden mechanischen Belastungen haben. Die in 1 schematisch angedeutete integrierte Sensorik (49) kann einen oder mehrere Sensoren an jeweils einer oder mehreren Roboterachsen (I–VII) aufweisen. Diese Sensoren können gleiche oder unterschiedliche Funktionen haben. Sie können insbesondere zum Erfassen von Momenten, Drehbewegungen und ggf. Drehpositionen ausgebildet sein.
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Der Industrieroboter (2) kann eine oder mehrere nachgiebige Roboterachsen (I–VII) bzw. nachgiebige Achsantriebe mit einer Nachgiebigkeitsregelung haben. Die Nachgiebigkeitsregelung kann eine reine Kraftregelung oder eine Kombination aus einer Positions- und einer Kraftregelung sein. Eine solche nachgiebige Roboterachse (I–VII) ist für die Detektion der im Montageprozess auftretenden Reaktionskräfte und/oder Reaktionsmomente in Verbindung mit der jeweils aktuellen Roboter- oder Achsposition einsetzbar und erlaubt eine prozessgerechte Reaktion auf evtl. Abweichungen der detektierten Werte von einer Vorgabe.
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Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I–VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (47) des Endglieds (46) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.
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Der taktile Industrieroboter (2) kann verschiedene Betriebsmodi mit unterschiedlichen Steifigkeiten bzw. Nachgiebigkeiten seiner Roboterachsen (I–VII) haben. Dies kann z.B. ein Handführmodus, ein Positionier- oder Suchmodus und ein Steifigkeitsmodus sein. Zwischen den Betriebsmodi kann bedarfsweise umgeschaltet werden.
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Der bevorzugt taktile Industrieroboter (2) kann für eine Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK) vorgesehen und ausgebildet sein. Seine nachgiebige Roboterachse(n) (I–VII) vermeiden Unfälle mit einem Werker und Crashs mit Gegenständen im Arbeitsbereich durch Kraftbegrenzung und ggf. Stillstand oder federndes Ausweichen im Fall unverhergesehener Kollisionen. Der taktile Industrieroboter (2) kann dadurch auch für eine MRK bei der Teilautomatisierung eingesetzt werden. Der MRK-gerüstete Industrieroboter (2) kann einen Berührungskontakt mit dem menschlichen Körper oder anderen Hindernissen detektieren und hierauf reagieren. Er kann dabei z.B. stehen bleiben oder sich ggf. auch von der Kontaktstelle entfernen, insbesondere zurückbewegen. Für die Reaktion auf einen Berührungskontakt kann es unterschiedlich hohe Belastungs- und Reaktionsschwellen geben. Der taktile Industrieroboter (2) kann mit dem Werker in einer MRK-Zone ohne Zaun oder andere Maschinengrenze zusammenarbeiten ohne den Werker zu verletzen. Es kann dabei auch zu schmerzfreien Kontakten kommen.
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Der dargestellte taktile Industrieroboter (2) kann als Leichtbauroboter ausgebildet sein und aus leichtgewichtigen Materialien, z.B. Leichtmetallen und Kunststoff bestehen. Er hat auch eine kleine Baugröße. Zudem kann er eine niedrige Tragkraft von z.B. 5 bis ca. 20 kg haben. Das in seiner Konstruktion und Funktion vereinfachte Nietwerkzeug (3) hat ebenfalls ein geringes Gewicht. Der Industrieroboter (2) mit seinem Nietwerkzeug (3) ist dadurch insgesamt leichtgewichtig und kann ohne größeren Aufwand transportiert und von einem Einsatzort zum anderen verlegt werden. Das Gewicht von Industrieroboter (2) und Nietwerkzeug (3) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen. Durch die Möglichkeit des manuellen Teachens kann die Nieteinrichtung (1) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Nietarten angepasst werden.
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Abwandlungen der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele und der vorgenannten Abwandlungen beliebig miteinander kombiniert, insbesondere auch vertauscht werden. Die Drehaufnahme (37) kann als Bajonett, Kulissenbahn oder dgl. ausgebildet sein. Der Stauchantrieb (7) und ggf. der Drehantrieb (16) kann pneumatisch sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nieteinrichtung
- 2
- Industrieroboter taktil
- 3
- Nietwerkzeug
- 4
- Gestell, Korpus
- 5
- Roboteranschluss
- 6
- Greifeinrichtung
- 7
- Stauchantrieb
- 8
- Detektionseinrichtung für Niet
- 9
- Steuer- und Versorgungseinheit
- 10
- Niet, Blindnietmutter
- 11
- Gehäuse
- 12
- Kopfteil
- 13
- Mundstück
- 14
- Andrückscheibe
- 15
- Feder
- 16
- Drehantrieb
- 17
- Motor
- 18
- Treibwelle
- 19
- Kupplung axialtolerant
- 20
- Verbindung axialtolerant
- 21
- Hohlraum
- 22
- Halterung
- 23
- Motor, Hohlwellenmotor
- 24
- Umsetzgetriebe, Spindeltrieb
- 25
- Getriebeteil, Spindel
- 26
- Getriebeteil, Spindelmutter
- 27
- Hohlraum
- 28
- Führung
- 29
- Lager
- 30
- Mitnehmer
- 31
- Sicherungsring
- 32
- Freiraum
- 33
- Lagerung
- 34
- Messeinrichtung
- 35
- Stauchachse
- 36
- Aufnahmeteil, Dorn
- 37
- Drehaufnahme, Gewinde
- 38
- Verbindung
- 39
- Korpus
- 40
- Bund
- 41
- Zapfen
- 42
- Roboterglied, Sockel
- 43
- Roboterglied, Basisglied
- 44
- Roboterglied, Zwischenglied
- 45
- Roboterglied, Zwischenglied
- 46
- Roboterglied, Endglied
- 47
- Abtriebselement
- 48
- Abtriebsachse
- 49
- Sensorik
- 50
- Robotersteuerung
- I–VII
- Roboterachse
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004010036 A1 [0003]
