DE102021201971A1

DE102021201971A1 - Machining device for rotary machining

Info

Publication number: DE102021201971A1
Application number: DE102021201971.4A
Authority: DE
Inventors: David Raphael Buesch; Fabian FUERST; Hans-Joerg Hero; Christoph Schmidt; Lukas Peter Platen
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: STELLANTIS AUTO SAS, FR
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-08
Also published as: WO2022184379A1

Abstract

Eine Bearbeitungsvorrichtung umfasst ein Drehbearbeitungswerkzeug (3), insbesondere ein Schraubwerkzeug, das einen Motor (9) und eine von dem Motor (9) um eine Achse (10) drehangetriebene Werkzeugspitze (12) umfasst, und wenigstens einen in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren, ein festes und ein freies Ende (5; 6) aufweisenden Roboterarm (1), an dessen freiem Ende (6) das Drehbearbeitungswerkzeug (12) befestigt ist. Das Drehbearbeitungswerkzeug (12) ist in einer in Bezug auf das feste Ende (5) ortsfesten Halterung in Translation beweglich, wenigstens in Bezug auf die Achse (10) drehfest gehalten und wenigstens zum Teil ausbalanciert.A machining device comprises a turning tool (3), in particular a screwing tool, which comprises a motor (9) and a tool tip (12) driven in rotation about an axis (10) by the motor (9), and at least one movable in several degrees of freedom, a fixed and a robot arm (1) having a free end (5; 6) and to the free end (6) of which the turning tool (12) is fastened. The turning tool (12) is mobile in translation in a support fixed with respect to the fixed end (5), is held in rotation at least with respect to the axis (10) and is at least partially balanced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung für eine drehende Bearbeitung eines Werkstücks wie etwa ein Bohren, Schleifen und insbesondere Schrauben.The present invention relates to a machining device for rotary machining of a workpiece, such as drilling, grinding and, in particular, screwing.

Für derartige Bearbeitungen werden - zumindest im gewerblichen Bereich - meist motorgetriebene Werkzeuge eingesetzt, die eine schnelle und gleichmäßige Drehbewegung einer Werkzeugspitze antreiben können. Wenn jedoch solche Werkzeuge von einem Benutzer manuell geführt werden, dass muss der Benutzer mit seiner Körperkraft ein Gegendrehmoment zu dem von der Werkzeugspitze auf das Werkstück ausgeübten Moment aufbringen. Dies ist für den Benutzer anstrengend und kann über längere Zeit zu körperlichen Verschleißerscheinungen führen.For such processing are - at least in the commercial sector - usually motor-driven tools are used, which can drive a quick and even rotary movement of a tool tip. However, when such tools are guided manually by a user, the user must use his physical strength to apply a counter-torque to the moment exerted by the tool tip on the workpiece. This is tiring for the user and can lead to physical wear and tear over a long period of time.

Aus DE 20 2011 103 223 U1 ist eine Bearbeitungsvorrichtung bekannt, bei der ein Drehbearbeitungswerkzeug am freien Ende eines Roboterarms angebracht ist. Das von einem Motor des Drehbearbeitungswerkzeug erzeugte Drehmoment wird hier auf einer Seite von dem Werkzeug in eine Schraube eingeleitet, auf der anderen Seite wird es über den Roboterarm zu dessen festem Ende abgeleitet. Diese Bearbeitungsvorrichtung ist grundsätzlich geeignet, um Drehmomente zu erzeugen, die die Kräfte eines menschlichen Benutzers übersteigen. Wenn solche Drehmomente erzeugt werden, bergen sie zwangsläufig eine Verletzungsgebühr für eine Person, die sich in Reichweite des Roboterarms aufhält. Daher ist der Betrieb eines solchen Roboters in der Regel nur dann zulässig, wenn sichergestellt ist, dass sich keine Personen in seiner Reichweite aufhalten, und der Roboter ist ungeeignet für den Einsatz in Umgebungen, in denen die Präsenz von Personen nicht ausgeschlossen werden kann.Out of DE 20 2011 103 223 U1 a machining device is known in which a turning tool is attached to the free end of a robot arm. The torque generated by a motor of the turning tool is introduced here on one side of the tool into a screw, on the other side it is diverted via the robot arm to its fixed end. In principle, this processing device is suitable for generating torques that exceed the forces of a human user. When such torques are generated, they inevitably carry an injury fee to a person within range of the robotic arm. Therefore, the operation of such a robot is usually only permitted if it is ensured that there are no people in its range, and the robot is unsuitable for use in environments where the presence of people cannot be ruled out.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Bearbeitungsvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, ohne menschliches Zutun hohe Drehmomente auf ein Werkstück auszuüben und dennoch in einer Umgebung, in der sich Personen aufhalten, sicher betrieben werden kann.The object of the present invention is to specify a machining device which is capable of exerting high torques on a workpiece without human intervention and which can nevertheless be operated safely in an environment in which people are present.

Die Aufgabe wird einer Ausgestaltung der Erfindung zufolge gelöst, indem bei einer Bearbeitungsvorrichtung mit einem Drehbearbeitungswerkzeug, das einen Motor und eine von dem Motor um eine Achse drehangetriebene Werkzeugspitze umfasst, und wenigstens einem in mehreren Freiheitsgraden bewegbaren, ein festes und ein freies Ende aufweisenden Roboterarm, an dessen freiem Ende das Drehbearbeitungswerkzeug befestigt ist, das Drehbearbeitungswerkzeug in einer in Bezug auf das feste Ende ortsfesten Halterung in Translation beweglich und wenigstens in Bezug auf die Achse drehfest gehalten und wenigstens zum Teil ausbalanciert ist.According to one embodiment of the invention, the object is achieved in that, in a machining device with a turning tool that includes a motor and a tool tip that is driven in rotation about an axis by the motor, and at least one robot arm that can be moved in several degrees of freedom and has a fixed end and a free end, at the free end of which the turning tool is fixed, the turning tool being held movable in translation in a support fixed with respect to the fixed end and non-rotatable at least with respect to the axis and at least partially balanced.

In dem Maße, in dem das Drehbearbeitungswerkzeug ausbalanciert ist, ist der Roboterarm vom Gewicht des Drehbearbeitungswerkzeugs entlastet. Dementsprechend gering sind die Kräfte, die der Roboterarm erzeugen können muss, um das Drehbearbeitungswerkzeug für eine Bearbeitung zu positionieren; daher können die Kräfte, die der Roboterarm maximal ausübt, auf einen Wert beschränkt werden, bei dem ein Verletzungsrisiko für Personen ausgeschlossen werden kann. Indem das Drehbearbeitungswerkzeug in der Halterung drehfest gehalten ist, liefert die Halterung ein Gegendrehmoment zu einem vom Drehbearbeitungswerkzeug auf ein Werkstück ausgeübten Drehmoment. Da somit der Roboterarm auch von diesem Gegendrehmoment entlastet ist, können auch die von dem Roboterarm maximal erzeugbaren Drehmomente auf ein für Personen sicheres Niveau deutlich unter dem auf das Werkstück ausgeübten Drehmoment begrenzt bleiben.To the extent that the turning tool is balanced, the robotic arm is relieved of the weight of the turning tool. The forces that the robot arm must be able to generate in order to position the turning tool for machining are correspondingly low; therefore, the maximum forces exerted by the robot arm can be limited to a value at which the risk of injury to people can be ruled out. By holding the turning tool in the holder in a rotationally fixed manner, the holder provides a counter-torque to a torque exerted on a workpiece by the turning tool. Since the robot arm is thus also relieved of this counter-torque, the maximum torque that can be generated by the robot arm can also remain limited to a level that is safe for people, well below the torque exerted on the workpiece.

Als Roboterarm ist daher ein auf dem Markt verfügbares Modell geeignet, das infolge geringen Gewichts und/oder schwacher Motorisierung für den kollaborativen Einsatz zusammen mit Personen zugelassen ist.A model available on the market that is approved for collaborative use with people due to its low weight and/or weak motorization is therefore suitable as the robot arm.

Ein maximales Drehmoment des Motors des Drehbearbeitungswerkzeugs beträgt mindestens 75, vorzugsweise mindestens 100 Nm.A maximum torque of the motor of the turning tool is at least 75, preferably at least 100 Nm.

Als ergänzende Maßnahme zum Personenschutz kann eine Steuerung des Roboterarms eingerichtet sein, eine Berührung oder Annäherung eines Fremdkörpers an den Roboterarm zu erkennen und im Falle der Erkennung den Roboterarm zum Stehen zu bringen und/oder in einen passiv bewegbaren Modus umzuschalten. Die Erkennung einer Berührung kann insbesondere darauf basieren, dass die Steuerung eingerichtet ist, an Gelenken des Roboterarms auftretende Drehmomente zu erfassen, z.B. durch Messen der Stromaufnahme von eine Drehung in den Gelenken antreibenden Stellgliedern des Roboters, diese mit einem erwarteten Wert zu vergleichen und bei Erkennung einer Abweichung des erfassten vom erwarteten Wert auf eine Berührung zu schließen.As an additional measure for personal protection, a controller of the robot arm can be set up to detect a foreign object touching or approaching the robot arm and, if detected, to bring the robot arm to a standstill and/or switch to a passively movable mode. The detection of a touch can be based in particular on the fact that the controller is set up to detect torques occurring at joints of the robot arm, e.g. by measuring the power consumption of actuators of the robot driving a rotation in the joints, comparing this with an expected value and upon detection a deviation of the detected from the expected value to conclude a touch.

Das Drehbearbeitungswerkzeug kann mit dem Roboterarm lösbar verbunden sein, um im Falle einer Störung des Roboterarms abgekoppelt und manuell positioniert werden zu können.The turning tool may be detachably connected to the robotic arm so that it can be uncoupled and manually positioned in the event of a malfunction of the robotic arm.

Zur Erleichterung des manuellen Positionierens kann das Drehbearbeitungswerkzeug mit wenigstens einem Handgriff versehen sein.To facilitate manual positioning, the turning tool can be provided with at least one handle.

Die Bewegungsfreiheit des Drehbearbeitungswerkzeugs in der Halterung in Richtung der Achse beträgt vorzugsweise ein Vielfaches der Bewegungsfreiheit in einer zur Achse senkrechten Richtung. Die eingeschränkte Bewegungsfreiheit des Drehbearbeitungswerkzeugs hindert auch den damit verbundenen Roboterarm an ausladenden Bewegungen quer zu der Achse und reduziert so die Wahrscheinlichkeit eines Zusammenstoßes des Roboterarms mit einem Hindernis in seiner Umgebung.The freedom of movement of the turning tool in the holder in the direction of the axis is preferably a multiple of the freedom of movement in a direction perpendicular to the axis. The limited freedom of movement of the turning tool also prevents the associated robotic arm from making sweeping movements transverse to the axis, thus reducing the likelihood of the robotic arm colliding with an obstacle in its vicinity.

Um ein Drehmoment sicher auf ein Werkstück ausüben zu können, sollte die Werkzeugspitze mit ausreichender Kraft in Richtung des Drehmoments gegen das Werkstück drücken. Eine Steuerung des Roboterarms ist daher vorzugsweise eingerichtet, eine von dem Roboterarm in Richtung der Achse ausgeübte Kraft zu erfassen und einen Betrieb des Drehbearbeitungswerkzeug nur freizugeben, wenn die Kraft eine vorgegebene Schwelle überschreitet.In order to safely apply torque to a workpiece, the tool tip should press against the workpiece with sufficient force in the direction of the torque. A control of the robot arm is therefore preferably set up to detect a force exerted by the robot arm in the direction of the axis and to enable operation of the turning tool only if the force exceeds a predetermined threshold.

Die Steuerung des Roboterarms kann ferner eingerichtet ist, eine Fehlermeldung zu empfangen, die einen nicht ordnungsgemäßen Abschluss eines Bearbeitungsvorgangs anzeigt, und bei Empfang der Fehlermeldung den Roboterarm in einen passiv bewegbaren Modus umzuschalten. So kann im Fall, dass ein Bearbeitungsvorgang gescheitert ist, eine Person die Vorrichtung sofort gefahrlos berühren und das Drehbearbeitungswerkzeug verschieben, um sich Zugang zum Werkstück zu verschaffen und/oder das Drehbearbeitungswerkzeug für einen weiteren Versuch, das Werkstück zu bearbeiten, zu platzieren.The controller of the robot arm can also be set up to receive an error message that indicates improper completion of a machining process and to switch the robot arm to a passively movable mode upon receipt of the error message. Thus, in the event that a machining operation has failed, a person can immediately and safely touch the device and move the turning tool to gain access to the workpiece and/or position the turning tool for another attempt to machine the workpiece.

Insbesondere dann, wenn das Drehbearbeitungswerkzeug von Hand platziert worden ist, ist es vorteilhaft, wenn ein erneuter Bearbeitungsvorgang über ein Bedienelement am Drehbearbeitungswerkzeug manuell auslösbar ist.In particular when the turning tool has been placed manually, it is advantageous if a new machining process can be manually triggered via an operating element on the turning tool.

Vorzugsweise ist die Drehbearbeitung ein Schrauben, und die Werkzeugspitze ist eine Schraubwerkzeugspitze.Preferably, the turning operation is screwing and the tool tip is a screwing tool tip.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figur.

1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung.

Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments with reference to the attached figure.

1 shows a schematic representation of the processing device according to the invention.

Die Bearbeitungsvorrichtung umfasst einen Roboterarm 1, dessen elektronische Steuerung 2, ein Schraubwerkzeug 3 und eine Halterung 4 dafür.The processing device comprises a robot arm 1, its electronic controller 2, a screwing tool 3 and a holder 4 for it.

Der Roboterarm 1 ist von einer Bauart, die infolge geringen Gewichts und schwacher Motorisierung für den Einsatz ohne Schutzabschirmung gegenüber Personen zugelassen ist, und verfügt über Sensoren für die eigene Position und für an den Gelenken des Roboterarms 1 wirkende Drehmomente. Derartige Roboter sind kommerziell verfügbar. Ein festes Ende 5 des Roboterarms ist an einem Arbeitsplatz fest montiert; ein freies Ende 6 ist durch einen Flansch gebildet, an dem üblicherweise ein Endeffektor wie etwa ein Greifer oder ein Bearbeitungswerkzeug montiert wäre, hier aber ein starrer Adapter 7 montiert ist.The robot arm 1 is of a design which, due to its low weight and weak motorization, is approved for use without protective shielding from persons, and has sensors for its own position and for torques acting on the joints of the robot arm 1 . Such robots are commercially available. A fixed end 5 of the robot arm is fixed to a work station; a free end 6 is formed by a flange to which an end effector such as a gripper or machining tool would typically be mounted, but here a rigid adapter 7 is mounted.

Der Adapter 7 ist mit dem Schraubwerkzeug 3 lösbar verbunden, z.B. mit Hilfe von Schrauben, die sich durch miteinander fluchtende Löcher 8 des Adapters 7 und eines Fortsatzes des Schraubwerkzeugs 3 erstrecken.The adapter 7 is detachably connected to the screwing tool 3, e.g. by means of screws which extend through aligned holes 8 of the adapter 7 and an extension of the screwing tool 3.

Das Schraubwerkzeug 3 umfasst einen Motor 9 und wenigstens ein von dem Motor 9 um eine Achse 10 drehangetriebenes Werkzeugfutter 11, in dem eine Schraubwerkzeugspitze 12 gehalten ist. Der Motor 9 ist über einen Schlitten 13 mit der Halterung 4 verbunden. Die Halterung 4 ist ausgelegt, um die Orientierung der Achse 10 im Raum zu fixieren, gleichzeitig aber eine Translation des Schraubwerkzeugs 3 in Richtung der Achse 10 und, in geringerem Ausmaß, senkrecht zur Achse 10 zuzulassen. Zu diesem Zweck kann die Halterung 4 z. B. einen ersten Satz von sich in Richtung der Achse 10 erstreckenden Schienen 14, an denen der Schlitten 13 verschiebbar ist, einen Schlitten 15, an dem die achsparallelen Schienen 14 befestigt sind und der seinerseits an ersten zu der Achse 10 senkrechten Schienen 16 bewegbar ist, sowie (nicht dargestellt) einen weiteren Schlitten, an dem die Schienen 16 befestigt sind und der seinerseits an zu den Schienen 14, 16 senkrechten, ortsfesten Schienen bewegbar ist, umfassen.The screwing tool 3 comprises a motor 9 and at least one tool chuck 11 which is driven in rotation about an axis 10 by the motor 9 and in which a screwing tool tip 12 is held. The motor 9 is connected to the mount 4 via a carriage 13 . The support 4 is designed to fix the orientation of the axis 10 in space while allowing a translation of the tightening tool 3 in the direction of the axis 10 and, to a lesser extent, perpendicular to the axis 10 . For this purpose, the holder 4 z. B. a first set of extending in the direction of the axis 10 rails 14 on which the carriage 13 can be displaced, a carriage 15 on which the paraxial rails 14 are attached and which in turn is movable on first rails 16 perpendicular to the axis 10 , and (not shown) a further carriage to which the rails 16 are attached and which in turn can be moved on stationary rails perpendicular to the rails 14, 16.

Das Gewicht des Schraubwerkzeugs 3 ist durch ein Gegengewicht 17 ausbalanciert, das mit dem Motor 9 durch ein über Umlenkrollen 18 am Schlitten 14 laufendes Seil 19 verbunden ist. So ist die Kraft, die der Roboterarm 1 zum Verlagern des Schraubwerkzeugs in der Vertikalen benötigt, nicht wesentlich verschieden von der Kraft für eine Horizontalverlagerung.The weight of the screwing tool 3 is balanced by a counterweight 17 which is connected to the motor 9 by a cable 19 running over deflection rollers 18 on the carriage 14 . Thus, the force required by the robot arm 1 to move the screwing tool vertically is not significantly different from the force required for a horizontal displacement.

Eine Steuerung 20 des Schraubwerkzeugs 3 verfügt über Sensoren zur Erfassung des von der Werkzeugspitze 12 während eines Schraubvorgangs zurückgelegten Drehwinkels und des dabei ausgeübten Drehmoments, sowie über eine Kommunikationsschnittstelle 21 zum Empfangen eines Startbefehls für einen Schraubvorgang sowie zum Rückmelden eines ordnungsgemäßen oder nicht ordnungsgemäßen Abschlusses des Schraubvorgangs.A controller 20 of the screwing tool 3 has sensors for detecting the angle of rotation covered by the tool tip 12 during a screwing process and the torque exerted in the process, as well as a communication interface 21 for receiving a start command for a screwing process and for reporting back that the screwing process was properly or improperly completed .

Eine dazu komplementäre Kommunikationsschnittstelle 22 ist an der Steuerung 2 des Roboterarms 1 vorgesehen.A communication interface 22 complementary thereto is provided on the controller 2 of the robot arm 1 .

Um einen Schraubvorgang durchzuführen, wird zunächst ein Werkstück 23 in einer vorgegebenen Position unter dem Schraubwerkzeug 3 fixiert. Die Steuerung 2 betätigt den Roboterarm 1, um zunächst die Achse 10 des Schraubwerkzeugs 3 auf eine Schraube 24 des Werkstücks 22 auszurichten und dann das Schraubwerkzeug 3 entlang der Achse 10 abwärts zu verlagern und die Werkzeugspitze 12 mit der Schraube 24 in Eingriff zu bringen.In order to carry out a screwing process, a workpiece 23 is first fixed in a predetermined position under the screwing tool 3 . The controller 2 operates the robotic arm 1 to first align the axis 10 of the wrenching tool 3 with a screw 24 of the workpiece 22 and then translate the wrenching tool 3 down the axis 10 and engage the tool tip 12 with the screw 24 .

Wenn dies gelingt, dann wird die Werkzeugspitze 12 bis auf ein Niveau h1 abgesenkt, und bei Erreichen des Niveaus h1 nimmt das von den Sensoren des Roboterarms 1 an dessen Gelenken 25 erfasste, einer weiteren Absenkung entgegengerichtete Drehmoment an den Gelenken 25 sprunghaft zu. Im Falle einer ungenauen Platzierung tritt das Gegendrehmoment bereits bei einem Niveau h2 auf, wenn die Werkzeugspitze 12 abseits einer Eingriffkontur 26 an den Kopf der Schraube 24 stößt; bei grob fehlerhafter Platzierung tritt kein signifikantes Gegendrehmoment auf, bevor nicht bei h3 die Werkzeugspitze 12 gegen das Werkstück 23 stößt.If this succeeds, the tool tip 12 is lowered to a level h1, and when the level h1 is reached, the torque at the joints 25 detected by the sensors of the robot arm 1 at its joints 25 and counteracting a further lowering increases suddenly. In the case of imprecise placement, the counter-torque already occurs at a level h2 when the tool tip 12 abuts the head of the screw 24 away from an engagement contour 26; if the placement is grossly incorrect, no significant counter-torque occurs until the tool tip 12 hits the workpiece 23 at h3.

Die Steuerung 2 wertet das Auftreten eines Gegendrehmoments in einem vorgegebenen Toleranzbereich um das Niveau h1 als Anzeichen, dass das Schraubwerkzeug 3 korrekt für einen Schraubvorgang positioniert ist. (Einer einfacheren Ausgestaltung zufolge kann auch allein die Tatsache, dass das Niveau h1 erreicht wurde, als Anzeichen für eine korrekte Positionierung gewertet werden).The controller 2 evaluates the occurrence of a counter-torque in a predetermined tolerance range around the level h1 as an indication that the screwing tool 3 is correctly positioned for a screwing process. (According to a simpler embodiment, the mere fact that level h1 has been reached can also be taken as an indication of correct positioning).

Wenn die korrekte Positionierung des Schraubwerkzeugs 3 erfasst wurde, sendet die Steuerung 2 einen Schraubbefehl an die Steuerung 20. Gleichzeitig setzt sie die Abwärtsbewegung des Schraubwerkzeugs 3 fort, um den Eingriff der Werkzeugspitze 12 in die Schraube 24 aufrechtzuerhalten, während diese in das Werkstück 23 eindringt.When the correct positioning of the screwing tool 3 has been detected, the controller 2 sends a screwing command to the controller 20. At the same time, it continues the downward movement of the screwing tool 3 in order to maintain the engagement of the tool tip 12 with the screw 24 as it penetrates the workpiece 23 .

Auf den Empfang des Schraubbefehls hin setzt die Steuerung 20 den Motor 9 in Gang und überwacht dabei den von ihm zurückgelegten Drehwinkel und das ausgeübte Drehmoment. Letzteres muss während eines bekannten Drehwegs unter einer niedrigen Schwelle bleiben und nach Durchlaufen des Drehwegs ein vorgegebenes Nenndrehmoment erreichen, um einen ausreichend festen Sitz der Schraube 24 zu garantieren. Ein solches Nenndrehmoment beträgt typischerweise mehrere 10 Nm oder gar über 100 Nm. Wenn die erwartete Entwicklung des Drehmoments beobachtet wird, meldet die Steuerung 20 einen erfolgreichen Abschluss des Schraubvorgangs. Bleibt das Drehmoment auch nach Durchlaufen des vorgegebenen Drehwegs niedrig, oder steigt es zu früh an, dann wurde die Schraube möglicherweise nicht korrekt erfasst, oder sie ist verkantet, und die Steuerung 20 meldet einen Fehler an die Steuerung 2. Da das Schraubwerkzeug 3 mit der Halterung 4 drehfest verbunden ist, liefert letztere das Gegendrehmoment zu dem auf die Schraube ausgeübten Drehmoment; der Roboterarm 1 bleibt von den Drehmomenten unbelastet, was die Verwendung eines kostengünstigen Roboterarms von geringer Tragfähigkeit erlaubt.Upon receipt of the screwing command, the controller 20 sets the motor 9 in motion, monitoring the angle of rotation covered by it and the torque exerted. The latter must remain below a low threshold during a known rotational path and, after completing the rotational path, must reach a predetermined nominal torque in order to guarantee that the screw 24 is sufficiently tight. Such a nominal torque is typically several 10 Nm or even more than 100 Nm. When the expected development of the torque is observed, the controller 20 reports a successful completion of the screwdriving operation. If the torque remains low even after the specified rotational path has been passed, or if it rises too early, then the screw may not have been correctly detected or it is jammed, and the controller 20 reports an error to the controller 2. Since the screwing tool 3 with the Bracket 4 is non-rotatably connected, the latter provides the counter-torque to the torque exerted on the screw; the robot arm 1 remains unloaded by the torques, which allows the use of an inexpensive robot arm with a low load capacity.

Bei korrektem Abschluss des Schraubvorgangs lässt die Steuerung 2 den Roboterarm 1 das Schraubwerkzeug 3 anheben, um das Werkstück 23 freizugeben und ein neues platzieren zu können, und der Vorgang wiederholt sich.If the screwing process is completed correctly, the controller 2 allows the robot arm 1 to lift the screwing tool 3 to release the workpiece 23 and place a new one, and the process repeats itself.

Im Falle einer Fehlermeldung versetzt die Steuerung 2 den Roboterarm 1 in einen passiv bewegbaren Modus, d.h. einem Modus, in dem die Steuerung 20 ein Bewegen der Gelenke 25 des Roboterarms 1 durch eine von außen einwirkende Kraft zulässt oder gar diese Kraft anhand der an den Gelenken des Roboterarms wirkenden Drehmomente errechnet und den Roboterarm 1 zu einer Bewegung in Richtung der Kraft ansteuert.In the event of an error message, the controller 2 puts the robot arm 1 into a passively movable mode, i.e. a mode in which the controller 20 allows the joints 25 of the robot arm 1 to be moved by an external force or even this force based on the forces on the joints the torques acting on the robot arm are calculated and the robot arm 1 is controlled to move in the direction of the force.

Eine in dieser Situation notwendige menschliche Intervention kann stattfinden, ohne dass vorab irgendwelche Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden müssten. Um der intervenierenden Person das Bewegen des Schraubwerkzeugs 3 zu erleichtern, ist letzteres mit Handgriffen 27 versehen. Die Person kann nun beispielsweise das Schraubwerkzeug 3 entfernen, um Arbeiten am Werkstück vorzunehmen, oder er kann den Eingriff der Werkzeugspitze 12 an der Schraube 24 von Hand herstellen. Ein Schalter 28 an einem der Handgriffe 27 ermöglicht anschließend die Eingabe eines Schraubbefehls durch die Person; wenn daraufhin der Schraubvorgang erfolgreich abgeschlossen wird und die Steuerung 2 eine diesbezügliche Meldung von der Steuerung 20 empfängt, kann die Steuerung 2 wieder die Kontrolle über die Bewegungen des Roboterarms 1 übernehmen.A human intervention necessary in this situation can take place without any safety precautions having to be taken in advance. In order to make it easier for the intervening person to move the screwing tool 3, the latter is provided with handles 27. The person can now, for example, remove the screwing tool 3 in order to carry out work on the workpiece, or he can engage the tool tip 12 on the screw 24 by hand. A switch 28 on one of the handles 27 then allows the person to enter a screw command; if the screwing process is then successfully completed and the controller 2 receives a corresponding message from the controller 20, the controller 2 can again take control of the movements of the robot arm 1.

Falls die intervenierende Person ein technisches Problem, insbesondere des Roboterarms 1 oder seiner Steuerung 2, feststellt, das nicht ohne weiteres zu beheben ist, kann sie die Verbindung zwischen dem Adapter 7 und dem Schlitten 13 lösen; nun ist das Schraubwerkzeug 3 ohne Behinderung durch den Roboterarm 1 bewegbar. So kann die Bearbeitung von Werkstücken bei manueller Positionierung des Schraubwerkzeugs 3 fortgesetzt werden, bis das Problem behoben ist. Daher besteht, wenn die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung als Stufe einer Bearbeitungskette eingesetzt wird, keine Gefahr, dass im Falle eines Versagens des Roboterarms 1 die gesamte Bearbeitungskette zum Stillstand kommt.If the intervening person finds a technical problem, in particular of the robot arm 1 or its controller 2, which cannot be easily rectified, he can loosen the connection between the adapter 7 and the carriage 13; now the screwing tool 3 can be moved without hindrance by the robot arm 1 . In this way, the machining of workpieces can be continued with manual positioning of the screwing tool 3 until the problem has been resolved. Therefore, when the processing device according to the invention is used as a stage in a processing chain, there is no risk that in the event of a failure of the robot arm 1 the entire processing chain comes to a standstill.

BezugszeichenlisteReference List

11: Roboterarmrobotic arm
22: Steuerungsteering
33: Schraubwerkzeugscrew tool
44: Halterungbracket
55: festes Endesolid end
66: freies Endefree end
77: Adapteradapter
88th: LochHole
99: Motorengine
1010: Achseaxis
1111: Werkzeugfuttertool chuck
1212: Werkzeugspitzetool tip
1313: SchlittenSleds
1414: Schienerail
1515: SchlittenSleds
1616: Schienerail
1717: Gegengewichtcounterweight
1818: Umlenkrollepulley
1919: SeilRope
2020: Steuerungsteering
2121: Kommunikationsschnittstellecommunication interface
2222: Kommunikationsschnittstellecommunication interface
2323: Werkstückworkpiece
2424: Schraubescrew
2525: Gelenkjoint
2626: Eingriffkonturengagement contour
2727: Handgriffhandle
2828: SchalterSwitch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 202011103223 U1 [0003]

Claims

Machining device with a turning tool (3), which comprises a motor (9) and a tool tip (12) driven in rotation about an axis (10) by the motor (9), and at least one fixed end and one free end (1) movable in several degrees of freedom 5; 6) having a robot arm (1), at the free end (6) of which the turning tool (12) is fixed, the turning tool (12) being movable in translation in a holder which is stationary in relation to the fixed end (5) and at least in is non-rotatably held with respect to the axis (10) and is at least partially balanced.

processing device claim 1 , in which the maximum torque of the motor (9) is at least 75, preferably at least 100 Nm.

processing device claim 1 or 2 In which a controller (2) of the robot arm (1) is set up to detect a foreign body touching or approaching the robot arm and, in the event of detection, to bring the robot arm (1) to a standstill and/or to switch to a passively movable mode .

Machining device according to one of the preceding claims, in which the turning tool (3) is detachably connected to the robot arm (1).

Machining device according to one of the preceding claims, in which the turning tool (3) is provided with at least one handle (27).

Machining device according to one of the preceding claims, in which the freedom of movement of the turning tool (3) in the holder in the direction of the axis (10) is a multiple of the freedom of movement in a direction perpendicular to the axis.

Machining device according to one of the preceding claims, in which a controller (2) of the robot arm (1) is set up to detect a force exerted by the robot arm (1) in the direction of the axis (10) and only to enable operation of the turning tool (12). , when the force exceeds a predetermined threshold.

Processing device according to one of the preceding claims, in which a controller (2) of the robot arm (1) is set up to receive an error message which indicates that a processing operation has not been properly completed, and upon receipt of the error message the robot arm (1) in a passively movable switch mode.

Machining device according to one of the preceding claims, in which the turning tool (3) has an operating element (28) for manually initiating a machining operation.

Machining apparatus according to any one of the preceding claims, wherein the turning machining is screwing and the tool tip (12) is a screwing tool tip.