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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen, umfassend einen Gelenkarmroboter und einen Effektor, welcher an einem Abtriebselement eines Endglieds des Gelenkarmroboters um eine Effektorachse drehbar aufgenommen ist.
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STAND DER TECHNIK
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Zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen werden Gelenkarmroboter üblicherweise mit einem Schraubautomaten versehen. Ein solcher Schraubautomat umfasst das Schraubwerkzeug sowie einen zugehörigen Antrieb mit Elektromotor. Im Stand der Technik sind Ansätze bekannt, bei welchen das Schraubwerkzeug zumindest teilweise auch durch das Abtriebselement am Endglied des Gelenkarmroboters angetrieben wird.
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Beispielsweise offenbart die
EP 2 729 281 B1 eine Schraubvorrichtung zum Drehfügen und/oder Drehlösen von insbesondere Schrauben mit einem Roboter mit einer abtreibenden Drehachse, wobei der Roboter als Effektor eine eigenständig angetriebene Dreheinrichtung mit einem Drehwerkzeug trägt, wobei die Dreheinrichtung zum schnellen An-/Ausdrehen der Schraube ausgebildet ist, und wobei die abtreibende Drehachse des Roboters zum Fest-/Losdrehen der Schraube vorgesehen ist. Die gesamte Dreheinrichtung ist an dem drehbaren Abtriebselement des Roboters aufgenommen und wird folglich bei dessen Drehbetätigung durch den roboterseitigen Drehantrieb in Rotation versetzt, wobei eine schaltbare Blockiereinrichtung für eine Drehmomentübertragung auf das Drehwerkzeug sorgt. Es wird in der
EP 2 729 281 B1 also ein hybrider Ansatz vorgeschlagen, bei welchem der Roboter durch Drehung seiner abtreibenden Drehachse ein Los- oder Festdrehen der Schraube bewirkt, wohingegen der restliche Schraubprozess durch den separaten Antrieb der angeflanschten Dreheinrichtung vollzogen wird. Dabei ist der Drehwinkel des roboterseitigen Abtriebselements nachteiligerweise stark eingeschränkt, weil ein Aufwickeln der Zuleitungen zur Dreheinrichtung verhindert werden muss.
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Die
DE 20 2014 100 334 U1 offenbart ein Roboterwerkzeug mit einem Gestell und einem integrierten Antriebsstrang zum Drehen eines Abtriebsteils (insbesondere eines Schrauberbits) eines Drehwerkzeugs, wobei der Antriebsstrang für die drehende Betätigung durch eines Roboters ausgebildet ist und einen mit dem Abtriebsteil verbundenen Momentenverstärker zur Verstärkung eines Antriebsmoments des Roboters aufweist. Optional kann auch hier ein zusätzlicher, in das Roboterwerkzeug integrierter, motorischer Antriebsstrang auf das Abtriebsteil wirken. Es ist vorgesehen, dass Roboterwerkzeug an einer externen, ortsfesten Führungseinrichtung aufzunehmen, was eine signifikante Einschränkung hinsichtlich der Flexibilität der gesamten Vorrichtung darstellt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Weiterbildung einer Vorrichtung zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen umfassend einen Gelenkarmroboter und einen Effektor, welcher an einem Abtriebselement eines Endglieds des Gelenkarmroboters um eine Effektorachse drehbar aufgenommen ist, vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass der Effektor als ein Schraubwerkzeug ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung ein Mundstück zur Bereitstellung einer Schraube aufweist, wobei das Mundstück mittels einer Linearführung an dem Endglied aufgenommen und entlang der Effektorachse zwischen einer Zuführstellung und wenigstens einer Schraubstellung verschiebbar ist.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, das Abtriebselement am Endglied des Gelenkarmroboters zum unendlichen Drehen des Schraubwerkzeugs zu verwenden, sodass auf einen weiteren Antrieb, wie er von Schraubautomaten aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden kann. Das Abtriebselement ist integraler Bestandteil des Gelenkarmroboters, sodass ein gängiger Gelenkarmroboter aus dem Stand der Technik ohne weitere Modifikationen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendbar ist. Das Schraubwerkzeug ist beispielsweise als eine Schraubendreherklinge oder ein Bithalter mit Schraubbit ausgebildet.
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Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, ein Mundstück zur Bereitstellung einer Schraube an dem Endglied des Gelenkarmroboters, welches ein Gehäuse des Abtriebselements bildet und nicht an dessen Rotation teilnimmt, anzuordnen. Damit ist eine Vorrichtung geschaffen, bei welcher die automatische Bereitstellung von Schrauben auf aus dem Stand der Technik bekannt Art und Weise durchgeführt werden kann, d.h., entweder mittels eines Pick-and-Place Prozesses oder, wie weiter unten detaillierter ausgeführt wird, mittels einer dem Mundstück zugeordneten automatischen Zuführeinrichtung. Mittels der erfindungsgemäßen Linearführung kann das Mundstück entlang der Effektorachse, d.h. entlang der Schraubachse des Schraubwerkzeugs, zwischen einer Zuführstellung, welche zur Zuführung einer Schraube in das Mundstück vorgesehen ist, und wenigstens einer Schraubstellung verschoben werden. In den Schraubstellungen befindet sich das Schraubwerkzeug im Eingriff mit einer aufgenommenen Schraube, wobei die Schraube wenigstens abschnittsweise aus dem Mundstück herausragt. Der Schraubprozess wird vollzogen durch Drehung des Schraubwerkzeugs mittels des Abtriebselements des Gelenkarmroboters bei angepasstem Vorschub des Endglieds des Gelenkarmroboters entlang der Effektorachse. Simultan zum Vorschub des Endglieds wird das Mundstück mittel der Linearführung in entgegengesetzter Richtung entlang der Effektorachse verschoben, so dass die Schraube und ggfs. die Spitze des Schraubwerkzeugs aus dem Mundstück austreten.
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Die vollständige Substitution des von Schraubautomaten aus dem Stand der Technik verwendeten separaten Antriebs des Schraubwerkzeugs durch das roboterseitige Abtriebselement führt vorteilhafterweise zu einer Reduktion des an dem Roboter aufgenommenen Gewichts sowie der aufzuwendenden Betriebsmittelkosten. In Kombination mit der erfindungsgemäßen Aufnahme des Mundstücks an dem Endglied des Roboters, geht diese Substitution nicht zulasten des Automatisierungsgrades der mit der Vorrichtung durchführbaren Herstellung von Schraubverbindungen.
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In vorteilhafter Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen elektrischen Antrieb zum Verschieben der Linearführung auf. Der elektrische Antrieb ist dabei ebenfalls an dem Endglied des Gelenkarmroboters angeordnet und ermöglicht eine präzise Zustellung des Mundstücks in Zuführ- und Schraubstellungen.
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Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine Feder aufweisen, welche das Mundstück in die Zuführstellung vorspannt. Dies stellt eine kostengünstige Alternative zur vorgenannten Ausführungsform mit elektrischem Antrieb dar. Bei einem damit durchgeführten Schraubprozess ist das Mundstück in Anlage an ein zu verschraubendes Werkstück zu bringen und beim Vorschub muss das Endglied des Gelenkarmroboters Arbeit gegen die Feder verrichten, um die am Schraubwerkzeug aufgenommene Schraube aus dem Mundstück herauszuschieben, d.h. um das Mundstück in eine Schraubstellung zu verschieben. Beim Entfernen des Gelenkarmroboters vom Werkstück nach dem Verschraubungsprozess wird das Mundstück durch die Feder in die Zuführstellung zurückgeschoben.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens einen Positionssensor zur Bestimmung der Stellung des Mundstücks auf. Ein solcher Sensor ist vorzugsweise zur Bestimmung der Stellung der Linearführung ausgebildet, woraus auf die entsprechende Stellung des Mundstücks geschlossen werden kann. Eine Erfassung der Stellung des Mundstücks dient der Prozessautomatisierung.
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In weiterer vorteilhafter Ausführungsform weist die Vorrichtung ein mit Unterdruck beaufschlagbares Hohlrohr auf, welches mittels eines Lagerarms an dem Endglied aufgenommen ist, wobei das Schraubwerkzeug axial in dem Hohlrohr verläuft, und wobei das Hohlrohr eine Mündungsöffnung zur luftdichten Anlage eines Schraubenkopfes aufweist. Das Schraubwerkzeug verläuft somit wenigstens mit einem der Schraube zugeordnetem Abschnitt in einem evakuierten Hohlrohr und die luftdicht an die Mündungsöffnung des Hohlrohrs angelegte Schraube erfährt durch den Unterdruck eine Haltewirkung, wodurch ein unbeabsichtigtes Verlieren der Schraube im Prozessverlauf verhindert wird. Das Hohlrohr und das Schraubwerkzeug sind zueinander nicht verschiebbar, so dass die Abmessungen derart ausgebildet sein müssen, dass bei luftdichter Anlage einer Schraube, das Schraubwerkzeug exakt in den Antrieb des Schraubenkopfes eingreift.
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Mit weiterem Vorteil weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Schraubenzuführeinrichtung auf, mittels welcher eine Schraube aus einem mit Druckluft beaufschlagbaren Zuführschlauch in das Mundstück in der Zuführstellung zuführbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist also eine Kombination mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Schraubenzuführeinrichtung möglich, da das Mundstück erfindungsgemäß nicht an der Drehung des Schraubwerkzeugs beteiligt ist, und somit eine feste Aufnahme für die Zuführeinrichtung darstellt. Dabei wird der Zuführschlauch üblicherweise aus einem Reservoir an Schrauben beschickt, welche mittels Druckluft der Zuführeinrichtung zugeschossen werden.
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Vorzugsweise weist der Gelenkarmroboter sechs Drehachsen auf, wobei die Effektorachse durch die sechste Drehachse gebildet ist, und wobei das Endglied um die fünfte Drehachse drehbar ist.
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Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen dem Schraubwerkzeug zugeordneten Drehmomentsensor und/oder Kraftsensor auf. Dadurch ist es möglich, den Schraubprozess zu kontrollieren und zu dokumentieren. Typischerweise sind geeignete Drehmomente bzw. Kraftsensoren bereits in den Gelenkarmrobotern integriert.
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Figurenliste
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung und der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels, und
- 3 eine perspektivische Ansicht des zweiten Ausführungsbeispiels.
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1 und 2 zeigen Querschnittsansichten von vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 umfassend den Gelenkarmroboter 1, von welchem jeweils nur das Endglied 12 mit dem daran drehbaren Abtriebselement 11 dargestellt ist, weiterhin umfassend den an dem Abtriebselement 11 aufgenommenen Effektor 2 in Form des Schraubwerkzeugs 20, sowie das mittels der Linearführung 4 an dem Endglied 12 aufgenommene Mundstück 3. Bei Drehung des Abtriebselements 11 rotiert das Schraubwerkzeug 20 um die Effektorachse wE, welche der sechsten Rotationsachse w6 des Gelenkarmroboters 1 entspricht, und mittels der Linearführung 4 kann das Mundstück 3 entlang der Effektorachse wE verschoben werden. Dazu weist die Linearführung 4 den Sitz 41, welcher starr an dem Endglied 12 angeordnet ist, und den verschiebbaren Schlitten 42 auf, an welchem das Mundstück 3 aufgenommen ist. Die Verschiebung des Schlittens 42 gegen den Sitz 41 erfolgt im Ausführungsbeispiel der 1 mittels Vorschubs des Endglieds 12 bei gleichzeitiger Anlage des Mundstücks 3 an einem Werkstück, und in dem Ausführungsbeispiel der 2 durch Betätigung des elektrischen Linearantriebs 5. Die Position des Schlittens 42 relativ zum Sitz 41, und damit die Stellung des Mundstücks 3, ist mittels des Positionssensors 43 bestimmbar. Zur weiteren Überwachung des Schraubprozesses mit der Vorrichtung 100 dienen der Drehmomentsensor 13 und der Kraftsensor 14, welche hier beispielhaft in den Gelenkarmroboter 1 integriert vorliegen.
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In 1 und 2 befindet sich das Mundstück 3 jeweils in der Zuführstellung, welche einer Extremalstellung des Mundstücks 3 entspricht und in welcher das Schraubwerkzeug 20 nicht in Eingriff mit dem Antrieb am Kopf der Schraube S steht. In der Zuführstellung des Mundstücks 3 kann mittels der Zuführeinrichtung 9, welche einen von schräg unterhalb der Zeichnungsebene in das Mundstück 3 einmündenden Kanal aufweist, eine Schraube S in das Mundstück 3 zugeführt werden, typischerweise mittels Druckluft über einen angeschlossenen Schlauch. Beim Verschieben des Mundstücks 3 in eine Schraubstellung, d.h. entlang der Effektorachse wE in Richtung auf das Endglied 12 zu, gelangt das Schraubwerkzeug 20 in Eingriff mit der Schraube S und in weiterer Folge wird die Schraube S aus dem Mundstück 3 endseitig herausgeschoben und kann unter Drehung des Abtriebselements 11 in ein dafür vorgesehenes Werkstück eingeschraubt werden. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die auf den Schlitten 42 wirkende Feder 6 als eine Schraubendruckfeder ausgebildet, in deren kräftefreiem Zustand sich das Mundstück 3 in der Zuführstellung befindet. Bei Vorschub des Schraubwerkzeugs 20 durch das Mundstück 3 muss von dem Gelenkarmroboter Arbeit gegen die Feder 6 verrichtet werden, wobei sich das Mundstück 3 zur Abstützung in Anlage an einem Werkstück oder dergleichen befinden muss.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 sind der Sitz 41 und der Schlitten 42 der Linearführung 4 als Bestandteile eines elektrischen Antriebs 5 ausgebildet, und der Schlitten 42 mit dem Mundstück 3 ist somit aktiv verfahrbar. Des Weiteren verläuft das Schraubwerkzeug 20 abschnittsweise in dem mit Unterdruck beaufschlagbarem Hohlrohr 7, welches an dem Lagerarm 8 aufgenommen und über diesen starr an dem Endglied 12 des Gelenkarmroboters 1 angeordnet ist. Zur Beaufschlagung mit Unterdruck dient der Unterdruckanschluss 71, über welchen eine Pumpe anschließbar ist. Um den rückwärtigen Austritt des Schraubwerkzeugs 20 aus dem Hohlrohr 7 weitestgehend luftdicht auszubilden, ist beispielsweise ein Dichtring zweckmäßig integriert. Die vorderseitige Mundstücköffnung des Hohlrohrs 7 ist zur luftdichten Anlage des Schraubenkopfes der Schraube S ausgebildet, so dass die Schraube S beim Verschieben des Mundstücks 3 in eine Schraubstellung an das Hohlrohr 7 angesaugt wird, wodurch ein robuster Schraubprozess realisierbar ist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Schraubwerkzeug 20 in dem Hohlrohr 7 drehbar, aber nicht relativ dazu verschiebbar. Die Klingenspitze des Schraubwerkzeugs 20 muss daher zweckmäßig zur Mundstücköffnung des Hohlrohrs 7 beabstandet sein, um formschlüssig in den Schraubenkopfantrieb einer luftdicht anliegenden Schraube S einzugreifen.
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3 zeigt eine perspektivische Gesamtansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 entsprechend der 2. Der Gelenkarmroboter 1 weist sechs Rotationsachsen auf, wobei das Endglied 12 um die fünfte Rotationsachse w5 drehbar ist. In der 3 befindet sich das Mundstück 3 in einer Schraubstellung, in welcher das Hohlrohr 7, in dessen Innerem das Schraubwerkzeug verdeckt verläuft und an welchem die Schraube S aufgenommen ist, weit aus dem Mundstück 3 herausragt, sodass durch Drehung des Abtriebselements 11 ein Schraubprozess in Gang gesetzt werden kann. Die Zuführeinrichtung 9 kann über den Zuführschlauch 91 mit einer aus dem Stand der Technik bekannten Schraubenfördervorrichtung verbunden werden, so dass ein automatisches Zuschießen von Schrauben in das Mundstück 3 in Zuführstellung ermöglicht ist.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 1
- Gelenkarmroboter
- 11
- Abtriebselement
- 12
- Endglied
- 13
- Drehmomentsensor
- 14
- Kraftsensor
- 2
- Effektor
- 20
- Schraubwerkzeug
- 3
- Mundstück
- 4
- Linearführung
- 41
- Sitz
- 42
- Schlitten
- 43
- Positionssensor
- 5
- elektrischer Antrieb
- 6
- Feder
- 7
- Hohlrohr
- 71
- Unterdruckanschluss
- 72
- Mündungsöffnung
- 8
- Lagerarm
- 9
- Zuführeinrichtung
- 91
- Zuführschlauch
- wE
- Effektorachse
- w5
- fünfte Rotationsachse
- w6
- sechste Rotationsachse
- S
- Schraube
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2729281 B1 [0003]
- DE 202014100334 U1 [0004]
