Die Erfindung betrifft ein Drehwerkzeug, eine Prozesseinrichtung und ein Drehprozessverfahren mit den Merkmalen im Oberbegriff der Vorrichtungshauptansprüche.The invention relates to a rotary tool, a process device and a rotary process method having the features in the preamble of the device main claims.
Ein solches Drehwerkzeug nebst Prozesseinrichtung und Drehprozessverfahren ist aus der WO 2013/007565 A2 bzw. DE 20 2011 103 223 U1 bekannt. Das Schraubwerkzeug hat ein Gestell mit einem gestellfesten Roboteranschluss, einen eigenen steuerbaren Drehantrieb, eine Abtriebswelle und eine betätigbare Kupplung, mit der eine drehschlüssige Verbindung zwischen dem Roboteranschluss und der Abtriebswelle hergestellt werden kann. Das Drehwerkzeug wird von einem taktilen Roboter geführt, der mittels einer axialen Zustellbewegung die Kupplung betätigt. Das Drehwerkzeug und die damit ausgerüstete Prozesseinrichtung dienen zum Drehfügen und/oder Drehlösen von Schrauben oder anderen Drehteilen. Der eigene Drehantrieb des Drehwerkzeuges wird bei geöffneter Kupplung zum schnellen Andrehen oder Losdrehen der Schraube mit geringem Moment und hoher Geschwindigkeit benutzt, wohingegen der taktile Industrieroboter die Schraube mit höherem Moment und kleinerem Drehwinkel festdreht oder losdreht. Hierbei dreht der taktile Industrieroboter das Drehwerkzeug bei geschlossener Kupplung und drehfester Verbindung mit der Abtriebswelle.Such a rotary tool together with process device and rotary process method is from the WO 2013/007565 A2 respectively. DE 20 2011 103 223 U1 known. The screwing tool has a frame with a frame-fixed robot connection, a separate controllable rotary drive, an output shaft and an actuatable coupling with which a rotationally locked connection between the robot connection and the output shaft can be made. The turning tool is guided by a tactile robot, which actuates the clutch by means of an axial feed movement. The rotary tool and the process equipment equipped therewith are used for rotary joining and / or rotary loops of screws or other turned parts. The own rotary drive of the turning tool is used with the clutch open for quickly cranking or loosening the screw with low torque and high speed, whereas the tactile industrial robot tightened the screw with a higher torque and smaller rotation angle or losdre turns. Here, the tactile industrial robot rotates the turning tool with the clutch engaged and non-rotatable connection with the output shaft.
Aus der DE 10 2011 102 241 A1 ist ein manuell zu bedienender Ringratschenschlüssel für prismatische Schraubenköpfe oder Muttern mit einem trenn- und aufklappbaren Ratschenkopf bekannt.From the DE 10 2011 102 241 A1 is a manually operated ratchet wrench for prismatic screw heads or nuts with a separable and hinged ratchet head known.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Drehprozesstechnik aufzuzeigen.It is an object of the present invention to provide an improved turning process technique.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen in den Vorrichtungshauptansprüchen. The invention solves this problem with the features in the device main claims.
Die beanspruchte Kupplungsausbildung mit dem eigenen steuerbaren Stellantrieb hat verschiedene Vorteile. Die Betätigung der Kupplung bzw. deren Öffnen und Schließen kann unabhängig von einer Roboterbewegung stattfinden. Die Kupplungsbetätigung kann besser definiert und kontrolliert werden. Insbesondere kann hierfür eine Sensorik des Drehwerkzeuges vorhanden sein. The claimed coupling training with its own controllable actuator has several advantages. The actuation of the clutch or its opening and closing can take place independently of a robot movement. The clutch operation can be better defined and controlled. In particular, this may be a sensor of the rotary tool available.
Ferner kann in einem selbstständigen Erfindungsaspekt vorgesehen sein, dass die Kupplung als Ratschenkupplung ausgebildet ist. Eine Ratschenkupplung kann eine Kupplungs- und Mitnahmefunktion in einer oder beiden Drehrichtungen bewirken und auch die Antriebs- und Reaktionskräfte übertragen. Andererseits besteht in der jeweiligen entgegengesetzten Drehrichtung eine Lösemöglichkeit. Der Ratscheneffekt kann in verschiedener Weise genutzt werden, z.B. zum Freidrehen oder zum Nachratschen und zur Vergrößerung des roboterseitigen Drehwinkels. Furthermore, it can be provided in an independent invention aspect that the coupling is designed as a ratchet coupling. A ratchet coupling can cause a clutch and entrainment function in one or both directions of rotation and also transmit the drive and reaction forces. On the other hand, there is a possibility of loosening in the respective opposite direction of rotation. The ratcheting effect can be used in various ways, e.g. for free rotation or Nachratschen and to increase the robot-side angle of rotation.
In einem weiteren selbstständigen Erfindungsaspekt kann vorgesehen sein, dass die Kupplung, insbesondere die Ratschenkupplung, zur Herstellung einer umfangseitigen formschlüssigen Verbindung, insbesondere eines Verzahnungseingriffs, zwischen der Abtriebswelle und dem Gestell des Drehwerkzeuges ausgebildet ist. Hierdurch kann einerseits die Kupplung feiner gerastert werden als beim Stand der Technik. Zudem wird das Kupplungsspiel, insbesondere im Verzahnungseingriff, eliminiert oder zumindest signifikant gemindert. Die Kupplung kann in fast jeder beliebigen Drehstellung der Abtriebswelle geschlossen werden. Zahnblockadestellungen und zur deren Aufhebung erforderliche Relativdrehungen zwischen Gestell und Abtriebswelle können weitestgehend vermieden werden. Zudem ist ein besserer Krafteingriff und eine verbesserte Abstützwirkung der Kupplung in der Schließstellung möglich. Der im Kupplungsbereich wirksame Durchmesser und Umfang können bedarfsweise dimensioniert werden. Außerdem bietet sich die Möglichkeit zur Verlagerung der Kupplung an das vordere abtriebseitige Ende des Drehwerkzeuges.In a further independent invention aspect may be provided that the coupling, in particular the ratchet coupling, for producing a circumferential positive connection, in particular a toothing engagement, is formed between the output shaft and the frame of the rotary tool. As a result, on the one hand, the coupling can be screened finer than in the prior art. In addition, the coupling clearance, in particular in the meshing engagement, eliminated or at least significantly reduced. The clutch can be closed in almost any rotational position of the output shaft. Zahnblockadestellungen and their repeal required relative rotation between the frame and output shaft can be largely avoided. In addition, a better force engagement and an improved supporting action of the clutch in the closed position is possible. The diameter and circumference effective in the coupling area can be dimensioned as required. In addition, there is the possibility of shifting the clutch to the front output end of the rotary tool.
Die Kupplung, insbesondere Ratschenkupplung, kann mehrere, insbesondere drei Betriebsstellungen aufweisen, wobei sie eine Freilaufstellung und zwei drehrichtungsabhängige Sperrstellungen besitzt. In der Freilaufstellung kann die Kupplung vollkommen geöffnet sein, was für eine Minderung der Geräuschemission von Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil ist die sichere Blockierung des werkzeugeigenen Drehantriebs bei geschlossener Kupplung und Drehung der Abtriebswelle durch eine Roboterbewegung. Eine sichere Kupplungsfunktion ist für die genaue Definierung der Schalt- und Bewegungszustände und für eine hierauf basierende automatische Steuerung sowie einen automatischen Drehprozess von Vorteil. The coupling, in particular ratchet coupling, can have several, in particular three operating positions, wherein it has a freewheeling position and two rotational direction-dependent blocking positions. In the free-running position, the clutch can be completely open, which is beneficial for a reduction of the noise emission. Another advantage is the safe locking of the tool's own rotary drive with the clutch closed and rotation of the output shaft by a robot movement. A safe coupling function is advantageous for the precise definition of the switching and movement states and for an automatic control based thereon as well as an automatic turning process.
Vorteile ergeben sich außerdem für die Steuerung und Überwachung der Drehwerkzeugfunktion und des Drehprozessverfahrens. Die Kupplungsstellungen können mit hoher Genauigkeit und Sicherheit sensorisch erfasst und ausgewertet werden. Zudem können durch das eliminierte oder verringerte Kupplungsspiel die auftretenden Reaktionskräfte und Reaktionsmomente besser und genauer sensorisch erfasst und ausgewertet werden. Sensortechnische Vorteile ergeben sich auch für die Erfassung der Drehrichtung und des Drehwinkels bzw. der Drehgeschwindigkeit. Zudem kann die Sensorik besser zum Suchen der Prozessstelle, insbesondere der Schrauböffnung, eingesetzt werden. Advantages also arise for the control and monitoring of the turning tool function and the turning process method. The coupling positions can be sensed and evaluated with high accuracy and safety. In addition, the reaction forces and reaction moments that occur can be detected and evaluated better and more accurately by the eliminated or reduced clutch play. Sensortechnische advantages also arise for the detection of the direction of rotation and the rotation angle or the rotational speed. In addition, the sensor can be better used to search the process, in particular the screw hole.
Der taktile Industrieroboter kann in einem weiteren selbstständigen Erfindungsaspekt außerdem zum anfänglichen Eindrehen des Drehteils, insbesondere einer Schraube an der Schrauböffnung benutzt werden. Die Schraube kann für den Gewindeeingriff und zur ersten Fixierung im Gegengewinde um eine halbe oder ganze Umdrehung gedreht werden. Hierfür können insbesondere sensitive Fähigkeiten eines das Drehwerkzeug führenden taktilen Roboters optimal ausgenutzt werden. Eine sichere und spielfreie Kupplung sind hierbei von besonderem Vorteil. Die Ratschenkupplung hat außerdem den Vorteil, dass der Industrieroboter beim schnellen Andrehen zurückdrehen kann, um für den Festdrehvorgang wieder seinen vollen nutzbaren Drehwinkel zur Verfügung zu haben. The tactile industrial robot can also be used in a further independent aspect of the invention for the initial screwing of the rotary part, in particular a screw on the screw hole. The screw can be turned half a turn or one full turn for the thread engagement and first counter thread fixation. For this purpose, in particular sensitive capabilities of a rotary tool leading tactile robot can be optimally utilized. A safe and backlash-free coupling are of particular advantage here. The ratchet coupling also has the advantage that the industrial robot can turn back when turning quickly to have for the hard turning again its full usable angle of rotation available.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. In the subclaims further advantageous embodiments of the invention are given.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Durchführen eines Drehprozesses, insbesondere zum Drehfügen und/oder Drehlösen, von Drehteilen, insbesondere Schrauben, mit einem mehrachsigen taktilen Industrieroboter, der ein Drehwerkzeug, insbesondere Schraubwerkzeug, führt, welches ein Gestell mit einem Roboteranschluss, einen eigenen steuerbaren Drehantrieb, eine Abtriebswelle und eine betätigbare Kupplung aufweist, mit der eine drehschlüssige Verbindung zwischen dem Roboteranschluss (5) und der Abtriebswelle (6) hergestellt wird, wobei die Kupplung durch einen steuerbaren Stellantrieb betätigt wird.The invention furthermore relates to a method for carrying out a turning process, in particular for turning and / or rotating eyelets, of turned parts, in particular screws, with a multi-axis tactile industrial robot which guides a turning tool, in particular a screwing tool, which has a frame with a robot connection, its own controllable Having a rotary drive, an output shaft and an actuatable clutch, with a rotational connection between the robot connection ( 5 ) and the output shaft ( 6 ), wherein the clutch is actuated by a controllable actuator.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Drehantrieb des Drehwerkzeugs zum schnellen Andrehen oder Ausdrehen des Drehteils benutzt, wobei der taktile Industrieroboter das Drehteil festdreht oder losdreht und dabei eine eigene Drehbewegung mit dem Drehwerkzeug durchführt.In one embodiment of the method, the rotary drive of the rotary tool is used for quickly turning or unscrewing the rotary part, wherein the tactile industrial robot firmly rotates or rotates the rotary part and thereby performs its own rotary movement with the rotary tool.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens positioniert der taktile Industrieroboter das Drehwerkzeug an der Prozessstelle und führt es beim Drehprozess axial nach.In a further refinement of the method, the tactile industrial robot positions the rotary tool at the process location and axially guides it during the turning process.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass der taktile Industrieroboter das Drehteil anfänglich eindreht. Dies wird auch als Einfädeln bezeichnet. Dieser Verfahrensaspekt hat eine eigenständige erfinderische Bedeutung.Another embodiment of the method provides that the tactile industrial robot initially rotates the rotary part. This is also called threading. This process aspect has an independent inventive meaning.
In einer weiteren Verfahrensausgestaltung bringt der Stellantrieb die Kupplung, insbesondere Ratschenkupplung, für ein schnelles Andrehen oder Ausdrehen eines Drehteils mit dem Drehantrieb des Drehwerkzeugs in eine Freilaufstellung und für eine Drehbewegung des taktilen Industrieroboters mit dem Drehwerkzeug in eine drehrichtungsabhängige Sperrstellung.In a further embodiment of the method, the actuator brings the clutch, in particular ratchet, for a quick turn on or turning a rotary part with the rotary drive of the rotary tool in a freewheeling position and for a rotary movement of the tactile industrial robot with the rotary tool in a direction of rotation dependent blocking position.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen: The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. In detail show:
1: eine Prozesseinrichtung mit einem taktilen mehrachsigen Industrieroboter und einem Drehwerkzeug, 1 a process device with a tactile multi-axis industrial robot and a turning tool,
2: eine perspektivische Ansicht des Drehwerkzeuges von 1, 2 : a perspective view of the turning tool of 1 .
3: eine andere perspektivische Ansicht des Drehwerkzeuges von 1 und 2, 3 : another perspective view of the turning tool of 1 and 2 .
4: eine teilweise aufgebrochene Darstellung mit sichtbarer Kupplung des Drehwerkzeuges von 3, 4 : a partially broken view with visible coupling of the turning tool of 3 .
5: eine aufgebrochene perspektivische Ansicht der Kupplung des Drehwerkzeuges und ihres Stellantriebs, 5 FIG. 2 is a broken-away perspective view of the coupling of the turning tool and its actuator, FIG.
6 und 7: eine Draufsicht auf die Kupplung in verschiedenen Betriebsstellungen gemäß Pfeil VI von 5, 6 and 7 : A plan view of the coupling in different operating positions according to arrow VI of 5 .
8: eine Längsschnitt durch den vorderen Teil des Drehwerkzeuges mit Kupplung und Gestellteilen und 8th a longitudinal section through the front part of the rotary tool with coupling and frame parts and
9: einen anderen Längsschnitt durch den vorderen Teil des Drehwerkzeuges mit Kupplung und Gestellteilen. 9 : another longitudinal section through the front part of the rotary tool with coupling and frame parts.
Die Erfindung betrifft ein Drehwerkzeug (3), eine damit ausgerüstete Prozesseinrichtung (1) und ein Drehprozessverfahren. Diese werden zum Drehfügen und/oder Drehlösen von Drehteilen (nicht dargestellt) benutzt. Die Drehteile können Schrauben, Bajonette oder dergleichen sein. The invention relates to a turning tool ( 3 ), a process device equipped therewith ( 1 ) and a turning process method. These are used for rotary lathing and / or rotary latches of turned parts (not shown). The turned parts may be screws, bayonets or the like.
Die Prozesseinrichtung (1) ist vorzugsweise als Schraubeinrichtung ausgebildet. Sie beinhaltet einen mehrachsigen Industrieroboter (2) und ein von diesem Roboter geführtes Drehwerkzeug. Das Drehwerkzeug ist vorzugsweise als Schraubwerkzeug ausgebildet. Das Drehprozessverfahren ist ebenfalls bevorzugt als Schraubprozess ausgestaltet. The process device ( 1 ) is preferably designed as a screw device. It contains a multi-axis industrial robot ( 2 ) and a rotary tool guided by this robot. The rotary tool is preferably designed as a screwing tool. The rotation process method is likewise preferably designed as a screwing process.
Der Industrieroboter (2) weist mehrere Roboterglieder (39–43) und mehrere Roboterachsen (I–VII) auf und hat bevorzugt taktile Eigenschaften. Der programmierbare Industrieroboter (2) ist mit einer Robotersteuerung (46) versehen. Er weist ein Abtriebselement (44) auf, das sich um eine Abtriebsachse (45) dreht, welche zugleich die letzte Roboterachse (VII) darstellen kann. Weitere Merkmale werden nachfolgend erläutert.The industrial robot ( 2 ) has several robot members ( 39 - 43 ) and several robot axes ( I - VII ) and preferably has tactile properties. The programmable industrial robot ( 2 ) is equipped with a robot controller ( 46 ) Mistake. It has an output element ( 44 ), which is about an output axis ( 45 ), which at the same time the last robot axis ( VII ). Further features are explained below.
Am Abtriebselement (44) ist das Drehwerkzeug (3) über den Roboteranschluss (5) fest oder lösbar montiert. Dies kann eine direkte oder mittelbare Verbindung sein. Bei einer mittelbaren Verbindung kann eine automatische Wechselkupplung zwischen dem Abtriebselement (44) und dem Drehwerkzeug (3) angeordnet sein. Die Wechselkupplung kann auch als Medienkupplung ausgebildet sein und Betriebsmittel, z.B. elektrische Leistungs- und Signalströme, Fluide oder dgl., vom Industrieroboter (2) zum Drehwerkzeug (3) übertragen. At the output element ( 44 ) is the turning tool ( 3 ) via the robot connection ( 5 ) fixed or detachably mounted. This can be a direct or indirect connection. In an indirect connection, an automatic change coupling between the output element ( 44 ) and the turning tool ( 3 ) can be arranged. The removable coupling can also be designed as a media coupling and resources, such as electrical power and signal currents, fluids or the like., From the industrial robot ( 2 ) to the turning tool ( 3 ) transfer.
Das Drehwerkzeug (3) weist ein Gestell (4) mit einem Roboteranschluss (5), einen eigenen steuerbaren Drehantrieb (9), eine Antriebswelle (6) und eine betätigbare Kupplung (10) auf, mit der eine drehschlüssige Verbindung zwischen dem Roboteranschluss (5) bzw. dem Gestell (4) und der Abtriebswelle (6) hergestellt werden kann. Die Antriebswelle (6) ist ansonsten mit dem werkzeugeigenen Drehantrieb (9) drehschlüssig verbunden. Das Drehwerkzeug (3) weist eine Längsrichtung oder Achse (12) auf, die mit der zentralen Drehachse die Abtriebswelle (6) zusammenfällt. Das Drehwerkzeug (3) kann ferner eine Sensorik (11) aufweisen. The turning tool ( 3 ) has a frame ( 4 ) with a robot connection ( 5 ), a separate controllable rotary drive ( 9 ), a drive shaft ( 6 ) and an actuatable clutch ( 10 ), with which a rotational connection between the robot connection ( 5 ) or the frame ( 4 ) and the output shaft ( 6 ) can be produced. The drive shaft ( 6 ) is otherwise with the tool's own rotary drive ( 9 ) rotationally connected. The turning tool ( 3 ) has a longitudinal direction or axis ( 12 ), which with the central axis of rotation, the output shaft ( 6 ) coincides. The turning tool ( 3 ), a sensor system ( 11 ) exhibit.
Der Roboteranschluss (5) ist derart am Gestell (4) angeordnet und ausgerichtet, dass in montierter Stellung die Abtriebsachse (45) bzw. die Roboterachse (VII) des Industrieroboters (2) und die Achse (12) miteinander fluchten. In der Schließstellung der Kupplung (10) kann der Industrieroboter (2) mittels einer Drehung seines Abtriebselements (44) das angebaute Drehwerkzeug (3) und die drehschlüssig angekuppelte Abtriebswelle (6) um die Achse (12, 45, VII) drehen. Hierbei ist der werkzeugeigene Drehantrieb (9) über die geschlossene Kupplung (10) blockiert. Er wird bei der Werkzeugdrehung mitgedreht. The robot connection ( 5 ) is so on the frame ( 4 ) arranged and aligned so that in the mounted position, the output shaft ( 45 ) or the robot axis ( VII ) of the industrial robot ( 2 ) and the axis ( 12 ) are aligned with each other. In the closed position of the clutch ( 10 ), the industrial robot ( 2 ) by means of a rotation of its output element ( 44 ) the attached turning tool ( 3 ) and the rotationally coupled output shaft ( 6 ) around the axis ( 12 . 45 . VII ) rotate. Here, the tool's own rotary drive ( 9 ) via the closed clutch ( 10 ) blocked. It is rotated during tool rotation.
Dem Industrieroboter (2) ist eine Sensorik (49) zugeordnet, mit der von außen einwirkende mechanische Belastungen, insbesondere Kräfte und/oder Momente, erfasst werden können. Dies können insbesondere die vom Dreh- oder Schraubprozess zurückwirkenden Reaktionskräfte oder -momente sein. Der Industrieroboter (2) erhält über die Sensorik (49) taktile Eigenschaften und sensitive Fähigkeiten. Diese können zum Suchen der Prozessstelle, zum dortigen Positionieren des Drehwerkzeugs (3) und bei der Ausführung des Drehprozesses eingesetzt.The industrial robot ( 2 ) is a sensor ( 49 ) associated with the externally acting mechanical loads, in particular forces and / or moments can be detected. This can be, in particular, the reaction forces or moments acting back from the turning or screwing process. The industrial robot ( 2 ) receives via the sensors ( 49 ) tactile properties and sensitive abilities. These can be used to search for the process location, to position the turning tool there ( 3 ) and used in the execution of the turning process.
Das Drehwerkzeug (3) und die Prozesseinrichtung (1) werden zur Durchführung eines Drehprozesses eingesetzt. Der Drehprozess ist vorzugsweise ein Prozess zum Drehfügen und/oder Drehlösen der besagten Drehteile, insbesondere Schrauben. Zum schnellen Drehen, insbesondere Andrehen oder Losdrehen, des Drehteils mit hoher Drehzahl, beliebigem Drehwinkel und hoher Drehzahl wird der werkzeugeigene Drehantrieb (9) bei geöffneter Kupplung (10) eingesetzt. Zum Aufbringen höherer Momente mit einem vorzugsweise begrenzten Drehwinkel von weniger als 360° und geringer Drehgeschwindigkeit wird der Industrieroboter (2) eingesetzt, wobei die Kupplung (10) geschlossen ist. Der taktile Industrieroboter (2) kann ferner das Drehwerkzeug (3) an der Prozessstelle positionieren und beim Drehprozess mit definierter Kraft axial nachführen sowie ggf. das Drehteil anfänglich eindrehen. Mit der dem Drehwerkzeug (3) und/oder dem Industrieroboter (2) zugeordneten Sensorik (11, 49) kann auch jeweils ein Ende eines Prozessschritts, insbesondere eines werkzeugseitigen Andreh- oder Ausdrehvorgangs oder eines roboterseitigen Losdreh- oder Festdrehvorgangs, detektiert werden. Die kann z.B. über den Verlauf und die Höhe des Reaktionsmoments erfasst werden. Der Drehprozess und die Funktion der Prozesseinrichtung (1) können ansonsten entsprechend der WO 2013/007565 A2 ausgebildet sein.The turning tool ( 3 ) and the process device ( 1 ) are used to carry out a turning process. The turning process is preferably a process for turning and / or rotating eyelets of said rotating parts, in particular screws. For fast turning, in particular turning or loosening, of the rotating part with high speed, arbitrary angle of rotation and high speed, the tool's own rotary drive ( 9 ) with the clutch open ( 10 ) used. For applying higher moments with a preferably limited angle of rotation of less than 360 ° and low rotational speed of the industrial robot ( 2 ), wherein the coupling ( 10 ) closed is. The tactile industrial robot ( 2 ), the turning tool ( 3 ) at the process station and during the turning process axially with a defined force and, if necessary, turn in the rotating part. With the turning tool ( 3 ) and / or the industrial robot ( 2 ) associated sensor ( 11 . 49 In each case, one end of a process step, in particular a tool-side cranking or boring operation or a robot-side boring or solid turning operation, can be detected. This can be recorded, for example, via the course and the height of the reaction torque. The turning process and the function of the process device ( 1 ) can otherwise according to the WO 2013/007565 A2 be educated.
Nach einem ersten selbstständigen Erfindungsaspekt weist die Kupplung (10) einen steuerbaren Stellantrieb (31) auf. Der Stellantrieb (31) ist am Gestell (4) angeordnet und betätigt die Kupplung (10) für deren Öffnen und Schließen. In Schließstellung wird die erwähnte drehschlüssige Verbindung zwischen dem Roboteranschluss (5) und der Abtriebswelle (6) hergestellt. In der Öffnungsstellung der Kupplung (10) besteht eine drehschlüssige Verbindung zwischen der Abtriebswelle (6) und dem eigenen Drehantrieb (9) des Drehwerkzeuges (3). According to a first independent aspect of the invention, the coupling ( 10 ) a controllable actuator ( 31 ) on. The actuator ( 31 ) is on the frame ( 4 ) and actuates the clutch ( 10 ) for opening and closing. In the closed position, the mentioned rotational connection between the robot connection ( 5 ) and the output shaft ( 6 ) produced. In the open position of the clutch ( 10 ) there is a rotational connection between the output shaft ( 6 ) and the own rotary drive ( 9 ) of the turning tool ( 3 ).
In einem weiteren eigenständigen Erfindungsaspekt ist die Kupplung (10) als Ratschenkupplung ausgebildet. Die Kupplung (10) weist zwei oder mehr Kupplungselemente (23, 24) auf. Das bevorzugt einzeln vorhandene Kupplungselement (24) ist der Abtriebswelle (6) zugeordnet. Das bevorzugt mehrfach vorhandene Kupplungselement (23) ist dem Gestell (4) zugeordnet. Im Falle einer Ratschenkupplung sind die Kupplungselemente (23, 24) als Ratschenelement(e) (23) und als Zahnkranz (24) ausgebildet. In a further independent aspect of the invention, the coupling ( 10 ) designed as a ratchet coupling. The coupling ( 10 ) has two or more coupling elements ( 23 . 24 ) on. The preferably individually present coupling element ( 24 ) is the output shaft ( 6 ). The preferably multiple existing coupling element ( 23 ) is the frame ( 4 ). In the case of a ratchet coupling, the coupling elements ( 23 . 24 ) as ratchet element (s) ( 23 ) and as a sprocket ( 24 ) educated.
In einem weiteren eigenständigen Erfindungsaspekt ist die Kupplung (10) zur Herstellung einer umfangseitigen formschlüssigen Verbindung zwischen der Abtriebswelle (6) und dem Gestell (4) ausgebildet. Hierfür ist die Kupplung (10) vorzugsweise als Ratschenkupplung ausgebildet, kann alternativ aber auch eine andere Ausbildung und andere Arten und Anordnungen von Kupplungselementen (23, 24) haben. Bei dieser umfangseitigen Kupplungsausbildung ist ein Kupplungselement (24) am Mantel der Antriebswelle (6) und ein Kupplungselement (23) am Gestell (4) angeordnet. Die Kupplungselemente (23, 24) werden durch eine Relativbewegung mit einer zur Achse (12) radialen Richtungskomponente in gegenseitigen Eingriff gebracht.In a further independent aspect of the invention, the coupling ( 10 ) for producing a circumferential positive connection between the output shaft ( 6 ) and the frame ( 4 ) educated. For this purpose, the coupling ( 10 ) preferably designed as a ratchet coupling, but may alternatively also have a different design and other types and arrangements of coupling elements ( 23 . 24 ) to have. In this peripheral coupling training is a coupling element ( 24 ) on the casing of the drive shaft ( 6 ) and a coupling element ( 23 ) on the frame ( 4 ) arranged. The coupling elements ( 23 . 24 ) are moved by a relative movement with one to the axis ( 12 ) Radial direction component brought into mutual engagement.
Die Kupplung (10), insbesondere Ratschenkupplung, ist am vorderen abtriebseitigen Ende des Drehfügewerkzeuges (3) angeordnet. Sie befindet sich vorzugsweise in der Nähe des vorderen freien Endes der Abtriebswelle (6), insbesondere Schraubwelle. An diesem Wellenende kann ein Adapter (8), z.B. ein kubischer Steckzapfen, für die lösbare Aufnahme eines Drehmittels, z.B. einer Schraubernuss, angeordnet sein. Alternativ kann das Drehmittel starr am vorderen Wellenende befestigt oder angeformt sein. The coupling ( 10 ), in particular ratchet coupling, is at the front output side end of the rotary joining tool ( 3 ) arranged. It is preferably located near the front free end of the output shaft ( 6 ), in particular screw shaft. At this shaft end, an adapter ( 8th ), For example, a cubic plug, for the releasable recording of a rotating means, such as a Schraubernuss be arranged. Alternatively, the rotating means may be rigidly attached or molded to the front end of the shaft.
Das Gestell (4) nimmt die Abtriebswelle (6), den Drehantrieb (9) und die Kupplung (10) auf. Das Gestell (4) kann sich hierbei in zwei Träger (13, 14) unterteilen, die einstückig ausgebildet oder fest miteinander verbunden sind. Der obere Träger (13) nimmt den Roboteranschluss (5) und den werkzeugeigenen Drehantrieb (9) auf. Er ist z.B. als gehäuseartiger Motorträger ausgebildet. Am Träger (13) kann auch eine Steuer- und Schalteinheit (50) des Drehwerkzeuges (3) angeordnet sein. Die werkzeugeigene Sensorik (11) kann mit der Steuer- und Schalteinheit (50) und/oder einer anderen Steuerung, insbesondere der Robotersteuerung (46) verbunden sein.The frame ( 4 ) takes the output shaft ( 6 ), the rotary drive ( 9 ) and the coupling ( 10 ) on. The frame ( 4 ) can be divided into two carriers ( 13 . 14 ), which are integrally formed or firmly connected to each other. The upper carrier ( 13 ) takes the robot connection ( 5 ) and the tool's own rotary drive ( 9 ) on. It is designed, for example, as a housing-like engine mount. On the carrier ( 13 ) can also be a control and switching unit ( 50 ) of the turning tool ( 3 ) can be arranged. The tool's own sensor technology ( 11 ) can be connected to the control and switching unit ( 50 ) and / or another controller, in particular the robot controller ( 46 ).
Die Träger (13, 14) sind in Richtung der Achse (12) hintereinander angeordnet. Der untere Träger (14) ist hohl ausgebildet und nimmt die Abtriebswelle (6) auf, die in seinem Innenraum mittels einer Lagerung (7) um die Achse (12) drehbar gelagert ist. Am oberen Trägerende ist die Abtriebswelle (6) herausgeführt. Das obere Wellenende ist mit dem Drehantrieb (9) drehfest verbunden. The carriers ( 13 . 14 ) are in the direction of the axis ( 12 ) arranged one behind the other. The lower support ( 14 ) is hollow and takes the output shaft ( 6 ), which in its interior by means of a storage ( 7 ) around the axis ( 12 ) is rotatably mounted. At the upper end of the carrier is the output shaft ( 6 ) led out. The upper shaft end is connected to the rotary drive ( 9 ) rotatably connected.
Der untere Träger (14) weist einen schlanken axialen Schaft (15) und am vorderen Ende einen verbreiterten Aufnahmekopf (18) auf, in und an dem die Kupplung (10) und der Stellantrieb (31) aufgenommen sind. The lower support ( 14 ) has a slender axial shaft ( 15 ) and at the front end a widened recording head ( 18 ) on, in and on which the clutch ( 10 ) and the actuator ( 31 ) are included.
Der Aufnahmekopf (18) weist eine innenliegende Aufnahmekammer (19) auf, in der sich die Kupplungselemente (23, 24) befinden. Die Aufnahmekammer (19) ist frontseitigen durch einen Deckel (20) lösbar verschlossen. Dieser kann einen Teil der Lagerung (7) tragen. The recording head ( 18 ) has an internal receiving chamber ( 19 ), in which the coupling elements ( 23 . 24 ) are located. The receiving chamber ( 19 ) is front through a lid ( 20 ) releasably closed. This can be part of the storage ( 7 ) wear.
Der Schaft (15) des Trägers (14) weist einen schlanken oberen Schaftbereich mit einer Schnittstelle zur Verbindung mit dem oberen Träger (13) auf. Am unteren Ende trägt der Schaft (15) eine verbreiterte und vorzugsweise kreisrunde Tragscheibe (16). Diese begrenzt die Aufnahmekammer (19) nach oben und ist mit dem Deckel (20) lösbar verbunden. Auf der Oberseite der Tragscheibe (16) kann eine ringförmige Abdeckung (38) für Teile der Kupplung (10) und des Stellantriebes (31) angeordnet sein. Der hohle Schaft (15) nimmt in seinem axialen Innenraum die Abtriebswelle (6) auf, wobei an der Tragscheibe (16) ein weiterer Teil der Lagerung (7) angeordnet ist. The shaft ( 15 ) of the carrier ( 14 ) has a slender upper shaft portion with an interface for connection to the upper support ( 13 ) on. At the bottom of the shaft ( 15 ) a widened and preferably circular support disc ( 16 ). This limits the receiving chamber ( 19 ) and is with the lid ( 20 ) detachably connected. On the top of the carrier disc ( 16 ) can be an annular cover ( 38 ) for parts of the coupling ( 10 ) and the actuator ( 31 ) can be arranged. The hollow shaft ( 15 ) takes in its axial interior, the output shaft ( 6 ), wherein on the support disc ( 16 ) another part of the storage ( 7 ) is arranged.
Der werkzeugeigene Drehantrieb (9) ist mit dem oberen Wellenende verbunden. Er weist einen steuerbaren oder regelbaren Motor, insbesondere einen Elektromotor, und ggf. ein mechanisches Getriebe auf. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt der Drehantrieb (9) einen elektrischen Schrittmotor und ist auf das obere Wellenende aufgesetzt oder mit diesem verbunden. Der Drehantrieb (9) kann ferner einen Teil der werkzeugeigenen Sensorik (11) beinhalten. Dies können z.B. Sensoren zur Detektion des Drehmomentes, der Drehrichtung, des Drehwinkels und der Drehgeschwindigkeit des Drehantriebes (9) oder der Abtriebswelle (6) sein. The tool-specific rotary drive ( 9 ) is connected to the upper shaft end. It has a controllable or controllable motor, in particular an electric motor, and possibly a mechanical transmission. In the illustrated and preferred embodiment, the rotary drive ( 9 ) An electric stepper motor and is placed or connected to the upper end of the shaft. The rotary drive ( 9 ) may also include part of the tool's own sensor technology ( 11 ). This can eg sensors for detecting the torque, the direction of rotation, the angle of rotation and the rotational speed of the rotary drive ( 9 ) or the output shaft ( 6 ) be.
Vorzugsweise ist das Kupplungselement (24) der Kupplung (10) einzeln vorhanden und als der besagte Zahnkranz ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Kupplungselemente (23) vorhanden und in Umfangsrichtung verteilt außen um die Abtriebswelle (6) bzw. die Achse (12) angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform sind vier gleichmäßig verteilte Kupplungselemente (23) vorhanden. Alternativ kann ihre Zahl zwei, drei, fünf oder mehr betragen. Preferably, the coupling element ( 24 ) of the coupling ( 10 ) individually and formed as the said sprocket. In the preferred embodiment, a plurality of coupling elements ( 23 ) present and distributed in the circumferential direction outside around the output shaft ( 6 ) or the axis ( 12 ) arranged. In the embodiment shown, four uniformly distributed coupling elements ( 23 ) available. Alternatively, their number may be two, three, five or more.
Die Kupplungselemente (23, 24) sind relativ zueinander beweglich, vorzugsweise schwenkbar und können in einen gegenseitigen formschlüssigen Eingriff treten. Sie weisen hierfür geeignete Eingriffselemente, vorzugsweise eine Verzahnung, auf. Die ein oder mehreren gestellseitigen Kupplungselemente (23) sind schwenkbar am Gestell (4) gelagert, wobei das bevorzugt einzelne wellenseitige Kupplungselement (24) starr an der Abtriebswelle (6) angeordnet und befestigt ist. The coupling elements ( 23 . 24 ) are movable relative to each other, preferably pivotable and can enter into a mutual positive engagement. They have for this purpose suitable engagement elements, preferably a toothing, on. The one or more frame-side coupling elements ( 23 ) are pivotable on the frame ( 4 ), wherein the preferably individual shaft-side coupling element ( 24 ) rigidly on the output shaft ( 6 ) is arranged and fixed.
In der bevorzugten Ausführungsform als Ratschenkupplung (10) sind die gestellseitigen Kupplungselemente (23) als schwenkbare Ratschenelemente ausgebildet. Sie weisen einen Ratschenkörper (26) auf, der um einen Lagerbolzen (25) schwenkbar gelagert ist. Der Lagerbolzen (25) erstreckt sich parallel zur Achse (12) und ist z.B. starr mit dem Ratschenkörper (26) verbunden sowie in entsprechenden Lageröffnungen an der Tragscheibe (16) und dem Deckel (20) drehbar gelagert. Die Kinematik kann auch umgekehrt sein.In the preferred embodiment as a ratchet coupling ( 10 ) are the frame-side coupling elements ( 23 ) formed as a pivotable ratchet elements. You have a ratchet body ( 26 ), which around a bearing pin ( 25 ) is pivotally mounted. The bearing pin ( 25 ) extends parallel to the axis ( 12 ) and is eg rigid with the ratchet body ( 26 ) and in corresponding bearing openings on the support disk ( 16 ) and the lid ( 20 ) rotatably mounted. The kinematics can also be reversed.
Der Ratschenkörper (26) ist bevorzugt scheibenförmig ausgebildet und quer zur Achse (12) ausgerichtet. Er kann einen beliebigen Umriss haben. Vorzugsweise ist dieser prismatisch, insbesondere dreieckig. Der Ratschenkörper (26) besitzt eine Eingriffsseite (27), die zur Abtriebswelle (6) weist und die z.B. an einer Seitenwand des Ratschenkörpers (26) ausgebildet ist. Die Eingriffsseite (27) kann eine gerade oder gebogene Form haben. Sie ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen tangential zur Abtriebswelle (6) ausgerichtet. Alternativ kann sie umfangseitig angeordnet sein, wobei sie sich entlang des Wellenumfangs erstreckt und eine gebogene Form hat. The ratchet body ( 26 ) is preferably disc-shaped and transverse to the axis ( 12 ). He can have any outline. Preferably, this is prismatic, in particular triangular. The ratchet body ( 26 ) has an engaging side ( 27 ) leading to the output shaft ( 6 ) and which, for example, on a side wall of the ratchet body ( 26 ) is trained. The intervention side ( 27 ) can have a straight or curved shape. She is in the shown embodiments tangentially to the output shaft ( 6 ). Alternatively, it may be circumferentially arranged extending along the shaft circumference and having a curved shape.
Die Kupplung (10), insbesondere Ratschenkupplung, weist mehrere Betriebsstellungen auf. Vorzugsweise hat sie drei Betriebsstellungen, die von einer Freilaufstellung und zwei drehrichtungsabhängigen Sperrstellungen gebildet werden. In der Freilaufstellung ist die Kupplung (10) geöffnet. In den Sperrstellungen ist sie geschlossen. Bei einer Ausbildung als Ratschenkupplung kann die Sperrstellung drehrichtungsabhängig und einseitig sein. Hierbei werden in einer Drehrichtung des werkzeugeigenen Drehantriebs (9) und des Industrieroboters (2) Drehkräfte bzw. -momente übetragen, wobei in der Gegenrichtung ein Ratscheneffekt und ein Schleifen der Kupplung (10) möglich ist. In den beiden drehrichtungsabhängigen Sperrstellungen ist die Kupplung (10) geschlossen.The coupling ( 10 ), in particular ratchet coupling, has several operating positions. Preferably, it has three operating positions, which are formed by a freewheeling position and two rotational direction-dependent blocking positions. In freewheeling position, the clutch ( 10 ) open. In the blocking positions it is closed. In a training as a ratchet coupling, the blocking position can be dependent on the direction of rotation and one-sided. In this case, in one direction of rotation of the tool's rotary drive ( 9 ) and the industrial robot ( 2 ) Transmit torsional forces or torques, wherein in the opposite direction a ratchet effect and a grinding of the clutch ( 10 ) is possible. In the two directions of rotation dependent blocking positions, the coupling ( 10 ) closed.
Die Einnahme der Freilauf- und Sperrstellungen wird durch eine Drehbewegung der Kupplungselemente (23) bzw. ihrer Ratschenkörper (26) bewirkt. Diese Drehbewegung wird durch den Stellantrieb (31) in der nachfolgend beschriebenen Weise bewirkt.The assumption of the freewheeling and blocking positions is achieved by a rotational movement of the coupling elements ( 23 ) or their ratchet body ( 26 ) causes. This rotation is controlled by the actuator ( 31 ) in the manner described below.
Für die verschiedenen Kupplungsstellungen weist die Eingriffsseite (27) einen neutralen Bereich (30) auf, der zentral angeordnet ist und der keine Verzahnung aufweist. An den neutralen Bereich (30) sind an der Eingriffsseite (27) beidseitig in Erstreckungsrichtung anschließende Zahnbereiche (28, 29) vorhanden. Diese werden durch die Schwenkbewegung um den Lagerbolzen (25) mit der Abtriebswelle (6) und deren Kupplungselement (24) bzw. Zahnkranz in Sperreingriff gebracht. Der neutrale Bereich (30) ist mit radialer Distanz zur Abtriebswelle (6) angeordnet. In diesem Bereich findet kein Berührungskontakt zwischen der Abtriebswelle (6) bzw. dem Zahnkranz (24) und den ein oder mehreren Kupplungselementen (23) statt. Der neutrale Bereich (30) ist dabei vorzugsweise auf der radialen Verbindungslinie zwischen der Abtriebswelle (6) und dem Lagerbolzen (25) angeordnet. Die Zahnbereiche (28, 29) sind in Umfangsrichtung der Abtriebswelle (6) beidseits vom Lagerbolzen (25) angeordnet. Sie können dadurch über die Drehung des Kupplungselements (23) bzw. Ratschenkörpers (26) zum Schließen der Kupplung (10) in den erwähnten Sperreingriff gebracht werden. For the different coupling positions, the engaging side ( 27 ) a neutral area ( 30 ), which is centrally located and has no teeth. To the neutral area ( 30 ) are on the intervention side ( 27 ) on both sides in the direction of extension subsequent tooth areas ( 28 . 29 ) available. These are due to the pivoting movement about the bearing pin ( 25 ) with the output shaft ( 6 ) and its coupling element ( 24 ) or ring gear brought into locking engagement. The neutral area ( 30 ) is at a radial distance to the output shaft ( 6 ) arranged. In this area there is no contact between the output shaft ( 6 ) or the sprocket ( 24 ) and the one or more coupling elements ( 23 ) instead of. The neutral area ( 30 ) is preferably on the radial connecting line between the output shaft ( 6 ) and the bearing pin ( 25 ) arranged. The tooth areas ( 28 . 29 ) are in the circumferential direction of the output shaft ( 6 ) on both sides of the bearing pin ( 25 ) arranged. You can thereby over the rotation of the coupling element ( 23 ) or ratchet body ( 26 ) for closing the clutch ( 10 ) are brought into the mentioned locking engagement.
6 und 7 zeigen eine aufgebrochene Draufsicht auf die Kupplung (10) und deren Kupplungselemente (23, 24) in verschiedenen Betriebsstellungen. 6 zeigt die Freilaufstellung mit tangentialer Ausrichtung der Eingriffsseiten (27) zum Kupplungselement (24). Hier ist auch die erwähnte Verbindungslinie dargestellt. 6 and 7 show a broken plan view of the coupling ( 10 ) and their coupling elements ( 23 . 24 ) in different operating positions. 6 shows the freewheeling position with tangential orientation of the engaging sides ( 27 ) to the coupling element ( 24 ). Here also the mentioned connecting line is shown.
7 zeigt eine der Sperrstellungen in Verbindung mit einer durch Pfeil markierten Linksdrehung des Gestells (4). Hierbei sind die Zahnbereiche der verschwenkten Kupplungselemente (23) bzw. Ratschenkörpers (26) im formschlüssigen Eingriff mit dem Zahnkranz (24). Die Kupplung (10) ist geschlossen und überträgt die Drehbewegung des Gestells (4) auf die Abtriebswelle (6). 7 shows one of the blocking positions in conjunction with an arrow-marked left rotation of the frame ( 4 ). Here are the tooth portions of the pivoted coupling elements ( 23 ) or ratchet body ( 26 ) in positive engagement with the sprocket ( 24 ). The coupling ( 10 ) is closed and transmits the rotational movement of the frame ( 4 ) on the output shaft ( 6 ).
Die gezeigte Ausbildung der Kupplung (10), insbesondere Ratschenkupplung, hat den Vorteil, dass in der drehrichtungsabhängigen Sperrstellung alle Kupplungselemente (23, 24) im formschlüssigen Eingriff stehen. Durch die schwenkbare Lagerung der Kupplungselemente (23) und die beidseitige Anordnung der Zahnbereiche (28, 29) kann außerdem eine selbstverstärkende Abstützung erfolgen. Die am Verzahnungseingriff auftretenden Reaktionskräfte verlaufen mit ihrer Wirklinie zwischen Lagerbolzen (25) und Achse (12). Sie tendieren dazu, das Kupplungselement (23) in die besagte Eingriffsstellung zu schwenken und verstärken dadurch die Andrück- und Haltekraft an der Eingriffsstelle und den Verzahnungsbereichen. Umgekehrt kann sich bei einer Drehung in Gegenrichtung ein Ratscheneffekt und ein Ausweichen der Kupplungselemente (23) ergeben. The illustrated embodiment of the coupling ( 10 ), in particular ratchet coupling, has the advantage that in the direction of rotation dependent blocking position all coupling elements ( 23 . 24 ) are in positive engagement. Due to the pivotable mounting of the coupling elements ( 23 ) and the two-sided arrangement of the tooth areas ( 28 . 29 ) can also be a self-reinforcing support. The reaction forces occurring at the toothing engagement extend with their line of action between bearing pins ( 25 ) and axis ( 12 ). They tend to cause the coupling element ( 23 ) to pivot in the said engagement position and thereby reinforce the pressing and holding force at the engagement point and the toothed areas. Conversely, when rotated in the opposite direction, a ratcheting effect and a deflection of the coupling elements ( 23 ).
Der Stellantrieb (31) ist in der erwähnten Weise am Gestell (4), insbesondere am Träger (14), angeordnet und ist mit den gestellseitigen Kupplungselementen (23), insbesondere Ratschenelementen, verbunden. Der Stellantrieb (31) weist einen gestellfesten steuerbaren Stellmotor (32) und ein mit den Kupplungselementen (23) verbundenes Stellgetriebe (33) auf. Der Stellmotor (32) ist z.B. mittels eines Halters (21) über dem Aufnahmekopf (18) am schlanken Bereich des Schaftes (15) befestigt.The actuator ( 31 ) is in the manner mentioned on the frame ( 4 ), in particular on the carrier ( 14 ), and is connected to the frame-side coupling elements ( 23 ), in particular ratchet elements connected. The actuator ( 31 ) has a frame-fixed controllable servomotor ( 32 ) and one with the coupling elements ( 23 ) connected actuating gear ( 33 ) on. The servomotor ( 32 ) is eg by means of a holder ( 21 ) above the pickup head ( 18 ) on the slender area of the shaft ( 15 ) attached.
Das Stellgetriebe (33) weist einen vom Stellmotor (32) angetriebenen Stellring (34) mit mehreren umfangseitig verteilten axialen Stellstiften (37) auf, die mit jeweils einem Kupplungselement (23), insbesondere Ratschenelement, verbunden sind. Der Stellring (34) ist oberhalb der Tragscheibe (16) angeordnet und am Gestell (4), insbesondere an der Tragscheibe (16), konzentrisch zur Achse (12) angeordnet und geführt. Die Stellstifte (37) ragen in die Aufnahmekammer (19) und durchsetzen die Tragscheibe (16). Sie sind dabei in konzentrisch gebogenen Führungsschlitzen (17) der Tragscheibe (16) geführt. Das Stellgetriebe (33) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Es weist z.B. ein Ritzel (35) an der abtreibenden Welle des Stellmotors (32) und einen damit kämmenden inneren Zahnkranz (36) am Stellring (34) auf. The actuating gear ( 33 ) indicates one of the servomotor ( 32 ) driven adjusting ring ( 34 ) with a plurality of circumferentially distributed axial pins ( 37 ), each with a coupling element ( 23 ), in particular ratchet element, are connected. The collar ( 34 ) is above the support plate ( 16 ) and on the frame ( 4 ), in particular on the support disk ( 16 ), concentric with the axis ( 12 ) arranged and guided. The adjusting pins ( 37 ) protrude into the receiving chamber ( 19 ) and enforce the support disc ( 16 ). They are in concentrically curved guide slots ( 17 ) of the support disc ( 16 ) guided. The actuating gear ( 33 ) may be formed in any suitable manner. It has eg a pinion ( 35 ) on the driven shaft of the servomotor ( 32 ) and a meshing inner ring gear ( 36 ) on the adjusting ring ( 34 ) on.
Die Stellstifte (37) sind z.B. in radialer Richtung hinter den Lagerbolzen (25) mit dem jeweiligen Kupplungselement (23) verbunden. 6 zeigt diese Anordnung in der Freilaufstellung. Hierbei liegen die Achse (12) und die Mittelpunkte von Lagerbolzen (25) und Stellstift (37) auf einer gemeinsamen radialen Verbindungslinie. Der Lagerbolzen (25) befindet sich zwischen der Abtriebswelle (6) und dem Stellstift (37). Der Stellstift (37) ist bevorzugt an der äußeren Ecke des dreieckigen Ratschenkörpers (26) angeordnet. The adjusting pins ( 37 ) are eg in the radial direction behind the bearing pin ( 25 ) with the respective coupling element ( 23 ) connected. 6 shows this arrangement in the freewheeling position. Here are the axis ( 12 ) and the centers of bearing pins ( 25 ) and adjusting pin ( 37 ) on a common radial connecting line. The bearing pin ( 25 ) is located between the output shaft ( 6 ) and the adjusting pin ( 37 ). The adjusting pin ( 37 ) is preferably at the outer corner of the triangular ratchet body ( 26 ) arranged.
Eine Drehung des Stellmotors (32) bewirkt eine Verlagerung der Stellstifte (37) auf einer zur Achse (12) konzentrischen Bewegungsbahn. 6 und 7 zeigen die Stiftpositionen in der Freilauf- und Sperrstellung. Die Verlagerung der Stellstifte (37) erfolgt in der in 7 gezeigten Drehrichtung des Gestells (4). Zur Einnahme der anderen, nicht dargestellten Sperrstellung in Gegendrehrichtung des Gestells (4), d.h. im Uhrzeigersinn, führt zu einem Sperreingriff der anderen Zahnbereiche (29) und zu einer gegenläufigen Schwenkstellung der Kupplungselemente (23) und der Stellstifte (37). A rotation of the servomotor ( 32 ) causes a displacement of the adjusting pins ( 37 ) on one to the axis ( 12 ) concentric trajectory. 6 and 7 show the pin positions in the freewheeling and locking position. The displacement of the adjusting pins ( 37 ) takes place in the 7 shown direction of rotation of the frame ( 4 ). For taking the other, not shown blocking position in the reverse direction of the frame ( 4 ), ie in a clockwise direction, leads to a locking intervention of the other tooth areas ( 29 ) and to an opposite pivotal position of the coupling elements ( 23 ) and the adjusting pins ( 37 ).
Am Stellantrieb (31) kann ebenfalls ein Teil der Sensorik (11) angeordnet sein. Dies können z.B. ein oder mehrere Sensoren (48) sein, welche die Drehstellung der Kupplung (10) und/oder des Stellantriebs (31) detektieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Sensoren (48) am Halter (21) angeordnet und dabei konzentrisch in einem Bogen derart verteilt, dass sie mit ein oder mehreren, vorzugsweise zwei Stellstiften (37) sensorisch zusammenwirken. Sie sind z.B. als kapazitive Sensoren (48) ausgebildet und detektieren die Anwesenheit eines Stellstiftes (37) in ihrem Erfassungsbereich. Hierüber kann die Drehstellung des Stellantriebs (31) und die Schwenkstellung der Kupplungselemente (23) detektiert werden. 5 verdeutlicht diese Anordnung. In der neutralen Freilaufstellung spricht der einzelne Sensor (48) (In 4 der rechte zu sehende Sensor) an. In der Sperrstellung (links/rechts) spricht jeweils einer der beiden anderen Sensoren (48) an (In 4 die beiden Sensoren links)On the actuator ( 31 ) can also be a part of the sensor ( 11 ) can be arranged. This can be eg one or more sensors ( 48 ), which the rotational position of the clutch ( 10 ) and / or the actuator ( 31 ). In the exemplary embodiment shown, three sensors ( 48 ) on the holder ( 21 ) and concentrically distributed in an arc so that they with one or more, preferably two pins ( 37 ) interact sensory. They are eg as capacitive sensors ( 48 ) and detect the presence of an actuating pin ( 37 ) within their coverage. This can be the rotational position of the actuator ( 31 ) and the pivoting position of the coupling elements ( 23 ) are detected. 5 clarifies this arrangement. In the neutral freewheeling position, the single sensor ( 48 ) (In 4 the right-hand sensor). In the locked position (left / right) one of the other two sensors ( 48 ) (In 4 the two sensors left)
Die werkzeugeigene Sensorik (11) kann ferner einen Sensor (47) für den Prozessbereich, insbesondere Fügebereich, aufweisen, der mittels eines Halters (22) am Gestell (4) fest oder beweglich angeordnet ist. Der Sensor (47) kann z.B. die Existenz einer Schraube an der Prozessstelle detektieren.The tool's own sensor technology ( 11 ) may further comprise a sensor ( 47 ) for the process area, in particular joining area, which by means of a holder ( 22 ) on the frame ( 4 ) is fixed or movable. The sensor ( 47 ) can, for example, detect the existence of a screw at the process station.
Der in 1 näher dargestellte Industrieroboter (2) weist mehrere, z.B. drei, vier oder mehr, bewegliche und miteinander verbundene Roboterglieder (39–43) 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 Konfiguration vorliegen. Die Roboterglieder (39–43) sind vorzugsweise gelenkig und über drehende Roboterachsen (I–VII) miteinander und mit einem Untergrund verbunden. Der Sockel (39) kann einen Anschluss für Betriebsmittel haben und kann ggf. die Robotersteuerung (46) aufnehmen. Es ist ferner möglich, dass einzelne Roboterglieder (41, 42) mehrteilig und in sich beweglich, insbesondere um die Längsachse verdrehbar, ausgebildet sind. The in 1 industrial robots ( 2 ) has a plurality, eg three, four or more, movable and interconnected robot members ( 39 - 43 ) on. It also has several, eg five, six, seven or more, powered robot axes ( I - VII ). These can be rotational and / or translational and can be present in any number and configuration. The robot members ( 39 - 43 ) are preferably articulated and via rotating robot axes ( I - VII ) connected to each other and to a subsoil. The base ( 39 ) can have a connection for resources and can optionally control the robot ( 46 ) take up. It is also possible that individual robot members ( 41 . 42 ) are in several parts and in itself movable, in particular rotatable about the longitudinal axis, are formed.
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 (46) verbunden und können gesteuert und ggf. geregelt werden. Der Industrieroboter (2) hat vorzugsweise eine oder mehrere kraftgesteuerte oder kraftgeregelte Roboterachsen (I–VII).In the illustrated embodiment, the industrial robot ( 2 ) designed as Gelenkarm- or articulated robot and has seven driven robot axes or axes of motion ( I - VII ) on. The robot axes ( I - VII ) are connected to the robot controller ( 46 ) and can be controlled and possibly regulated. The industrial robot ( 2 ) preferably has one or more force-controlled or force-controlled robot axes ( I - VII ).
Das abtriebseitige Endglied (43) des Industrieroboters (2) ist z.B. als Roboterhand ausgebildet und weist das um eine Abtriebsachse (45) drehbare Abtriebselement (44), z.B. einen Abtriebsflansch, auf. Die Abtriebsachse (45) bildet bevorzugt die letzte Roboterachse VII. Durch ein ggf. hohles Abtriebselement (44) und ggf. andere Roboterglieder (39–43) können eine oder mehrere Leitungen für die besagten Betriebsmittel geführt sein und am Abtriebselement (44) nach außen treten sowie zum Werkzeug (9) geführt sein, ggf. über eine Medienkupplung.The output end member ( 43 ) of the industrial robot ( 2 ) is designed, for example, as a robot hand and has this about an output axis ( 45 ) rotatable output element ( 44 ), eg an output flange. The output axis ( 45 ) preferably forms the last robot axis VII , By a possibly hollow output element ( 44 ) and possibly other robot members ( 39 - 43 ), one or more lines may be routed for the said operating means and at the output element ( 44 ) step outside and to the tool ( 9 ), possibly via a media coupling.
Der Industrieroboter (2) weist ein mit einem Untergrund über den Sockel (39) verbundenes Basisglied (40) und das vorerwähnte Endglied (43) sowie zwei mehrteilige und in sich mittels Achsen (III) und (V) verdrehbare Zwischenglieder (41, 42) auf. Die Zahl der Zwischenglieder (41, 42) kann alternativ kleiner oder größer sein. In weiterer Abwandlung können einzelne oder alle Zwischenglieder (41, 42) in sich drehfest und ohne zusätzliche Achse ausgebildet sein. Die Roboterglieder (39–43) können eine gerade oder gemäß 1 abgewinkelte Form haben. The industrial robot ( 2 ) has one with a base over the base ( 39 ) connected base member ( 40 ) and the aforesaid end member ( 43 ) and two multipart and in itself by means of axes ( III ) and ( V ) rotatable intermediate links ( 41 . 42 ) on. The number of intermediate links ( 41 . 42 ) may alternatively be smaller or larger. In a further modification, individual or all intermediate links ( 41 . 42 ) Be formed in rotation and without additional axis. The robot members ( 39 - 43 ) can be a straight or according to 1 have angled shape.
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 (46) signaltechnisch verbunden. Sie ist vorzugsweise in den Industrieroboter (2), insbesondere in dessen Roboterglieder (39–43) integriert. Sie kann alternativ an anderer Stelle, z.B. an seinem Abtriebselement (44) oder am Drehwerkzeug (3) angeordnet sein. Die Sensorik (49) kann einen oder mehrere Sensoren, insbesondere Kraftsensoren und/oder Momentensensoren und ggf. Weg- oder Positionssensoren aufweisen.The tactile industrial robot ( 2 ) has said associated, preferably integrated sensors ( 49 ) for detecting externally acting mechanical loads, in particular forces and / or moments on. The sensors ( 49 ) is connected to the robot controller ( 46 ) connected by signal technology. It is preferably in the industrial robot ( 2 ), in particular in its robot links ( 39 - 43 ) integrated. Alternatively, it can be located elsewhere, eg at its output element ( 44 ) or on the turning tool ( 3 ) can be arranged. The sensors ( 49 ) may comprise one or more sensors, in particular force sensors and / or torque sensors and possibly position or position sensors.
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 erwähnte ggf. redundante Sensorik (49) 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.The robot axes ( I - VII ) each have a journal bearing, for example a pivot bearing or a joint, and an associated here and integrated controllable, possibly adjustable final drive, eg rotary drive, on. In addition, the robot axes ( I - VII ) a controllable or switchable brake and the aforementioned possibly redundant sensor ( 49 ) for the detection of externally acting mechanical loads. In the 1 schematically indicated integrated sensor system ( 49 ) can be one or more sensors on each one or more robot axes ( I - VII ) exhibit. These sensors can have the same or different functions. In particular, they can be designed to detect moments, rotational movements and possibly rotational positions.
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.The industrial robot ( 2 ) one or more compliant robot axes ( I - VII ) or yielding axle drives with a compliance control have. The compliance control can be a pure force control or a combination of a position and a force control. Such a compliant robot axis ( I - VII ) can be used for the detection of the reaction forces and / or reaction moments occurring in the assembly process in conjunction with the respective current robot or axis position and allows a process-appropriate response to possible deviations of the detected values from a specification.
Die vorgenannte Kraftsteuerung oder Kraftregelung der Roboterachsen (I–VII) bezieht sich auf die Wirkung nach außen am Abtriebselement (44) des Endglieds (43) sowie auf die dort einwirkenden Reaktionskräfte. Roboterintern findet an den drehenden Achsen oder Achsantrieben eine Momentensteuerung oder Momentenregelung statt.The aforesaid force control or force control of the robot axes ( I - VII ) refers to the effect on the output element ( 44 ) of the end member ( 43 ) as well as on the reaction forces acting there. Robot-internally, a torque control or torque control takes place on the rotating axes or axle drives.
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. The tactile industrial robot ( 2 ) can be different operating modes with different stiffness or flexibility of its robot axes ( I - VII ) to have. This can be, for example, a manual mode, a positioning or search mode and a stiffness mode. You can switch between the operating modes as needed.
Der bevorzugt taktile Industrieroboter (2) ist für eine MRK tauglich ausgebildet. 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 Mensch-Roboter-Kooperation oder -Kollaboration (MRK) bei der Teilautomatisierung eingesetzt werden. Der MRK-taugliche 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.The preferably tactile industrial robot ( 2 ) is suitable for MRK. Its compliant robot axis (s) ( I - VII ) avoid accidents with a worker and crashes with objects in the work area due to force limitation and possibly standstill or resilient deflection in the event of unforeseen collisions. The tactile industrial robot ( 2 ) can thus also be used for human-robot cooperation or collaboration (MRC) in partial automation. The MRK-compatible industrial robot ( 2 ) can detect and respond to a touch contact with the human body or other obstacles. He may, for example, stop or, if necessary, also move away from the contact point, in particular move back. For the reaction to a touch contact, there may be different levels of stress and reaction thresholds. The tactile industrial robot ( 2 ) can cooperate with the operator in an MRK zone without a fence or other machine boundary without injuring the worker. It can also come to painless contacts.
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 Drehwerkzeug (3) hat ebenfalls ein geringes Gewicht. Der Industrieroboter (2) mit seinem Drehwerkzeug (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 Drehwerkzeug (3) kann unter 50 kg, insbesondere bei ca. 30 kg, liegen. Durch die Möglichkeit des manuellen Teachens kann die Prozesseinrichtung (1) schnell und einfach programmiert, in Betrieb genommen und an unterschiedliche Prozesse angepasst werden.The illustrated tactile industrial robot ( 2 ) may be designed as a lightweight robot and made of lightweight materials, eg light metals and plastic. He also has a small size. In addition, he can have a low load capacity of eg 5 to about 20 kg. The simplified in its construction and function rotary tool ( 3 ) also has a low weight. The industrial robot ( 2 ) with his turning tool ( 3 ) is thus lightweight overall and can be transported without much effort and moved from one location to another. The weight of industrial robots ( 2 ) and turning tool ( 3 ) can be less than 50 kg, in particular about 30 kg. Due to the possibility of manual teaching, the process device ( 1 ) can be quickly and easily programmed, put into operation and adapted to different processes.
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.Variations of the embodiments shown and described are possible in various ways. In particular, the features of the various embodiments and the abovementioned modifications can be arbitrarily combined with each other, in particular also be reversed.
Der Industrieroboter (2) kann z.B. die Drehbewegung mit dem Drehwerkzeug (3) durch Drehung um einen andere, mit der Abtriebsachse (45) fluchtende Roboterachse ausführen.The industrial robot ( 2 ) can eg the rotational movement with the rotary tool ( 3 ) by rotation about another, with the output axis ( 45 ) execute aligned robot axis.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
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11
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Prozesseinrichtung, Schraubeinrichtung Process equipment, screwing device
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22
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Industrieroboter taktil Industrial robot tactile
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33
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Drehwerkzeug, Schraubwerkzeug Turning tool, screwing tool
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44
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Gestell, Korpus Frame, body
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55
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Roboteranschluss robot connection
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66
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Abtriebswelle, Schraubwelle Output shaft, screw shaft
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77
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Lager, Wellenlager Bearings, shaft bearings
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88th
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Adapter adapter
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99
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Drehantrieb rotary drive
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1010
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Kupplung, Ratschenkupplung Clutch, ratchet coupling
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1111
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Sensorik sensors
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1212
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Achse, Längsrichtung Axis, longitudinal direction
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1313
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Träger, Motorträger, Gehäuse Carrier, engine mount, housing
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1414
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Träger, Kupplungsträger Carrier, clutch carrier
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1515
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Schaft shaft
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1616
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Tragscheibe carrying disc
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1717
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Führungsschlitz guide slot
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1818
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Aufnahmekopf Up head
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1919
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Aufnahmekammer receiving chamber
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2020
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Deckel cover
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2121
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Halter, Motorhalter Holder, engine holder
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2222
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Halter, Sensorhalter Holder, sensor holder
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23 23
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Kupplungselement, Ratschenelement Coupling element, ratchet element
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2424
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Kupplungselement, Zahnkranz Coupling element, ring gear
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2525
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Lagerbolzen bearing bolt
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2626
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Ratschenkörper, Klaue Ratchet body, claw
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2727
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Eingriffsseite, Seitenwand Engaging side, side wall
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2828
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Zahnbereich, Drehsperre Linksdrehung Tooth area, turnstile turn to the left
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2929
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Zahnbereich, Drehsperre Rechtsdrehung Tooth area, turnstile clockwise
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3030
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neutraler Bereich, Freilauf neutral area, freewheel
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3131
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Stellantrieb actuator
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3232
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Stellmotor servomotor
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3333
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Stellgetriebe actuating mechanism
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3434
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Stellring collar
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3535
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Ritzel pinion
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3636
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Zahnkranz, Innenkranz Sprocket, inner ring
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3737
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Stellstift setting rod
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3838
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Abdeckung cover
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3939
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Roboterglied, Sockel Robotic link, socket
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4040
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Roboterglied, Basisglied Robotic link, base link
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4141
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Roboterglied, Zwischenglied Robotic link, intermediate link
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4242
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Roboterglied, Zwischenglied Robotic link, intermediate link
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4343
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Roboterglied, Endglied Robotic link, end link
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4444
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Abtriebselement output element
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4545
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Abtriebsachse output shaft
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4646
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Robotersteuerung robot control
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4747
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Sensor für Prozessbereich Sensor for process area
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4848
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Sensor für Kupplung Sensor for clutch
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4949
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Sensorik sensors
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5050
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Steuer- und Schalteinheit Control and switching unit
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I–VIII-VII
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Roboterachse robot axis
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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WO 2013/007565 A2 [0002, 0034] WO 2013/007565 A2 [0002, 0034]
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DE 202011103223 U1 [0002] DE 202011103223 U1 [0002]
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DE 102011102241 A1 [0003] DE 102011102241 A1 [0003]
