DE3704843C2

DE3704843C2 -

Info

Publication number: DE3704843C2
Application number: DE19873704843
Authority: DE
Inventors: Gernot Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Fischer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1987-02-16
Filing date: 1987-02-16
Publication date: 1991-07-04
Also published as: DE3704843A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Handhabungseinrich tung mit einer Schraubvorrichtung, die einen mehr achsigen Arm und eine Linearführung für eine Schraub spindel aufweist, bei der an der letzten Achse des Armes ein Greifer zur Handhabung von Teilen angebracht ist.The invention relates to a handling device tion with a screw device that one more axis arm and a linear guide for a screw has spindle in which on the last axis of the Armes attached a gripper for handling parts is.

Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung werden ver stärkt Schraubvorgänge mit Handhabungseinrichtungen und insbesondere mit Industrierobotern ausgeführt.As automation progresses, ver strengthens screwing operations with handling devices and especially with industrial robots.

Aus der US-PS 46 37 776 ist eine Handhabungseinrichtung mit einer Schraubvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Bei dieser bekannten Hand habungseinrichtung ist die Linearführung für die Schraubspindel an die "letzte Achse", d. h. an dem letz ten Glied der kinematischen Kette bzw. der einzelnen beweglichen Elemente des Roboterarms angeflanscht. Der Industrieroboter positioniert die Schraubspindel am Ausgangspunkt des Schraubvorgangs und schiebt die Schraubspindel entsprechend dem Fortgang des Schraub vorgangs in Richtung der Achse der Schraubspindel vor bzw. zurück.From US-PS 46 37 776 is a handling device with a screw device according to the preamble of Claim 1 known. With this well-known hand Habitation device is the linear guide for the Screw spindle to the "last axis", d. H. on the last th link of the kinematic chain or the individual flanged moving elements of the robot arm. The Industrial robot positions the screw spindle on Starting point of the screwing process and pushes the Screw spindle according to the progress of the screw operation in the direction of the axis of the screw spindle or back.

Bedingt durch diesen Aufbau weist diese bekannte Indu strieroboter-gestützte Schraubvorrichtung u. a. den Nachteil auf, daß durch die an der "letzten Achse" des Roboterarms angebrachte Schraubspindel kein Freiheits grad mehr vorhanden ist, um beispielsweise Schraubzu satzteile, wie Beilagscheiben etc. in der Achse der Schraubspindel zu positionieren und während des Schraubvorgangs zu halten: Insbesondere bei der Verar beitung von Langschaftschrauben bei raumschrägen Füge vorgängen stellt sich das Problem, daß die Schraube im Schraubwerkzeug verkippen kann. Ferner können nur bei speziell angefertigen Werkzeugen lose Schraubzusatztei le, wie Unterlegscheiben, Sicherungsscheiben, Kabel klemmen etc. gehandhabt werden; in diesem Falle muß jedoch auf die universelle Einsetzbarkeit, die gerade bei Industrieroboter-gestützten Schraubvorrichtungen im Vordergrund steht, verzichtet werden. Darüber hinaus ist es schwierig, anzuschraubende Teile mit dem Industrie roboter zu halten und gleichzeitig die Verschraubung durchzuführen.Due to this structure, this well-known Indu strierobot-supported screwing device u. a. the Disadvantage that on the "last axis" of the Robot arm attached screw spindle no freedom degrees more is available, for example screwdriver spare parts, such as washers etc. in the axis of the Position the screw spindle and during the To keep screwing: Especially when processing processing of long-head screws for inclined joints the problem arises that the screw in Screwing tool can tilt. Furthermore, only at custom-made tools loose screw attachment le, such as washers, lock washers, cables clamps etc. are handled; in this case however, on the universal applicability that just with industrial robot-supported screw fixtures in The foreground is to be waived. Beyond that it is difficult to screw parts with the industry robot to hold and screwing at the same time perform.

Darüber hinaus wird der Industrieroboter durch die an der letzten Achse angebrachte Schraubvorrichtung ver gleichsweise stark belastet.In addition, the industrial robot by screwing device attached to the last axis equally heavily burdened.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hand habungseinrichtung mit einer Schraubvorrichtung, die einen mehrachsigen Arm und eine Linearführung für eine Schraubspindel aufweist, derart weiterzubilden, daß komplexe Schraubvorgänge, bei den beispielsweise Schraubzusatzteile positioniert werden müssen, mit einer Handhabungseinrichtung mit einfachem Aufbau durchgeführt werden können.The invention has for its object a hand habungseinrichtung with a screw device, the a multi-axis arm and a linear guide for one Screw spindle has to be developed such that complex screwing operations, for example Screw accessories must be positioned with a handling device with a simple structure can be carried out.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekenn zeichnet. An inventive solution to this problem is with know their further training in the claims draws.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, die Line arführung an dem die letzte Achse tragenden Armteil anzubringen. Hierdurch steht die Schraubspindel weiter hin in einer festen Lagebeziehung zur "letzten Achse" der Handhabungseinrichtung, ohne daß zu ihrer Positio nierung der Flansch an der "letzten Achse" des Indu strieroboters benötigt werden würde.The invention is based on the basic idea, the line Guidance on the arm section bearing the last axis to attach. As a result, the screw spindle continues to stand in a fixed positional relationship to the "last axis" the handling device without their position the flange on the "last axis" of the indu strieroboters would be needed.

Damit können am Flansch der letzten Achse des Indu strieroboters weitere Werkzeuge und insbesondere ein Greifer angebracht werden, der derart bewegbar ist, daß die handzuhabenden Teile in der Achse der Schraubspin del positionierbar sind. Durch diese Ausbildung ist es möglich, Schrauben, Schraubzusatzeinrichtungen und/oder anzuschraubende Teile während des Schraubvorgangs hand zuhaben und insbesondere zu fixieren. Der Greifer kann beispielsweise ein Parallelbackengreifer, aber auch ein anders ausgebildeter Greifer sein.So that on the flange of the last axis of the Indu strieroboters other tools and especially one Grippers are attached, which is movable such that the parts to be handled in the axis of the screw del are positionable. Through this training it is possible screws, screw attachments and / or parts to be screwed on during the screwing process to have and especially to fix. The gripper can for example a parallel jaw gripper, but also a be a differently trained gripper.

Hierdurch ergeben sich eine Reihe von Vorteilen:
Beispielsweise kann die Schraube durch den am Flansch der letzten Achse angebrachten Greifer "gehandhabt" werden, so daß ein Verkippen der Schraube im Schraub werkzeug nicht möglich ist. Darüber hinaus vereinfacht die erfindungsgemäße Handhabungseinrichtung die Durch führung von Schraubvorgängen schräg im Raum bzw. "über Kopf". Ferner kann bei schwierigen Fügevorgängen mit tels des Greifers ein Fügehilfsteil bereitgestellt werden. Bei geeigneter Formgebung der Greiferbacken kann auch der Greifer selbst als Zentrierhilfe für die Schraube oder ein Schraubzusatzteil dienen (Anspruch 9). This has a number of advantages:
For example, the screw can be "handled" by the gripper attached to the flange of the last axis, so that tilting of the screw in the screwing tool is not possible. In addition, the handling device according to the invention simplifies the implementation of screwing operations obliquely in space or "overhead". Furthermore, a joining aid can be provided for difficult joining processes by means of the gripper. With a suitable shape of the gripper jaws, the gripper itself can also serve as a centering aid for the screw or a screw attachment (claim 9).

Vor allem aber ermöglicht die erfindungsgemäß ausgebil dete Schraubvorrichtung die automatische Montage von losen Schraubzusatzteilen, wie Scheiben etc., so daß keine teuren Sonderteile, wie Schrauben mit angerollten Scheiben benötigt werden. Darüber hinaus können auch die anzuschraubenden Teile fixiert werden.Above all, however, enables training according to the invention dete screwing device the automatic assembly of loose screw accessories, such as washers etc., so that no expensive special parts, like screws with rolled ones Disks are needed. In addition, the parts to be screwed on are fixed.

Durch das Vorsehen von Elementen zum Ausgleich von Positionierfehlern ist das Verschrauben von Teilen unter ungünstigen Einbaubedingungen bzw. bei nur gerin ger Positioniergenauigkeit des Industrieroboters mög lich.By providing elements to balance Positioning errors is the screwing of parts under unfavorable installation conditions or with only low positioning accuracy of the industrial robot possible Lich.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.Developments of the invention are in the dependent claims Chen marked.

Im Anspruch 2 ist eine einfache Ausbildung der Vor schubeinheit beansprucht, die den Vorteil eines einfa chen und leichten Aufbaus mit einem verhältnismäßig großen Vorschubweg verbindet.In claim 2 is a simple training of the front thrust unit claimed, which has the advantage of a simple Chen and light construction with a relative large feed path connects.

Durch die im Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 lassen sich unter schiedliche Schraubspindeln leicht spannen, wobei ein Verkippen der Schraubspindel gegen die Vorschubeinheit bzw. die Linearführung durch entsprechende Wahl der Spannlänge weitgehend vermieden werden kann.Through the training characterized in claim 3 the device according to claim 5 can be under slightly tighten different screw spindles, whereby a Tilting the screw spindle against the feed unit or the linear guide by appropriate choice of Span length can be largely avoided.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind bevorzugte Ausbildungen des Antriebs für die Vorschubeinheit gekennzeichnet. Durch diese Antriebsvarianten ist es möglich, den ei gentlichen Antrieb, beispielsweise einen Elektromotor oder ein Betätigungselement für den Bowdenzug beabstan det von der letzten Achse des Industrieroboters anzu bringen, so daß die Gewichtsbelastung der letzten Achse der Roboterhand, die in der Regel nur eine verhältnismä ßig kleine Tragkraft aufweist, verringert wird.In claims 4 and 5 are preferred training of the drive for the feed unit. These drive variants make it possible to use the egg generic drive, for example an electric motor or an actuator for the Bowden cable beabstan det from the last axis of the industrial robot bring so that the weight load of the last axis the robot hand, which is usually only a relative ßig small load capacity is reduced.

Die im Anspruch 6 gekennzeichnete Weiterbildung erhöht die flexible Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vor richtung insbesondere bei Handhabungseinrichtungen mit wenigen Freiheitsgraden weiter.The training characterized in claim 6 increases the flexible applicability of the invention direction especially with handling devices a few degrees of freedom.

Die gemäß den Ansprüchen 7 und 8 vorgesehenen Sensoren dienen zur Überwachung des Ablaufs des Schraubvorgangs. Insbesondere kann durch den gemäß Anspruch 7 vorgesehe nen Sensor festgestellt werden, ob die Schraube "greift". Bei korrektem Ablauf des Schraubvorgangs muß sich nämlich die Schraubspindel entsprechend der Umdre hungszahl und der Gewindesteigung verschieben. Ist der Verschiebeweg größer oder kleiner, so ist dies ein Anzeichen für einen fehlerhaft ablaufenden Schraubvor gang.The sensors provided according to claims 7 and 8 are used to monitor the sequence of the screwing process. In particular can be provided by the according to claim 7 NEN sensor can be determined whether the screw "takes hold". If the screwing process is carried out correctly namely the screw according to the revolution shift number and the thread pitch. Is the Move larger or smaller, so this is one Signs of an incorrect screwdriver corridor.

Der gemäß Anspruch 8 vorgesehene Sensor ermöglicht die Überprüfung, ob das Schraubzusatzteil bzw. das anzu schraubende Teil tatsächlich vorhanden ist, bzw. ob das "richtige" Teil gegriffen worden ist. Im Falle des Nichtvorhandenseins würden nämlich die Backen des Grei fers über die Abmessungen des zu haltenden Teils hin ausverfahren werden; bei einem falschen Teil wäre der Backenabstand größer oder kleiner.The sensor provided according to claim 8 enables Check whether the screw attachment or the screwing part is actually present, or whether that "correct" part has been gripped. In the case of The cheeks of the Grei would not exist The dimensions of the part to be held be out; the wrong part would be Jaw spacing larger or smaller.

Die Sensorsignale sind an die Steuereinheit des Indu strieroboters angelegt, die bei einem fehlerhaftem Ablauf des Schraubvorgangs entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet. The sensor signals are sent to the control unit of the Indu strieroboters created when a faulty Appropriate countermeasures initiates.

Durch eine geeignete Ausbildung der Greiferbacken - beispielsweise eines Parallelbackengreifers - , wie sie im Anspruch 9 gekennzeichnet ist, wird erreicht, daß das anzuschraubende Teil bzw. das Schraubzusatzteil zen triert aufgenommen wird, so daß die Lagebeziehung zwi schen der Schraubspindel bzw. der Schraube und dem Schraubzusatzteil bzw. dem anzuschraubenden Teil nicht durch ungünstiges Aufnehmen im Greifer verändert werden kann.With a suitable design of the gripper jaws - for example a parallel jaw gripper - like her is characterized in claim 9, it is achieved that part to be screwed on or the screw attachment zen triert is added, so that the relationship between two between the screw spindle or the screw and the Screw attachment or the part to be screwed on not can be changed by unfavorable picking up in the gripper can.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigtThe invention is based on execution examples with reference to the drawing described in the shows

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraubvorrichtung; Figure 1 is a view of a screw device according to the invention.

Fig. 2a bis 2c eine mögliche Ausbildung der Vorschub einheit in einer Aufsicht und Schnitt darstellungen. FIG. 2a representations in a plan view and section 2c to a possible embodiment of the feed unit.

Die in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Schraub vorrichtung, die pauschal mit dem Bezugszeichen 1 be zeichnet ist, ist am Tragarm 2 der "letzten Achse" 3 eines nicht weiter dargestellten Industrieroboters befestigt. Unter letzter Achse des Industrieroboters wird die Achse verstanden, an der normalerweise das vom Industrieroboter geführte Werkzeug angebracht ist. An der letzten Achse des Industrieroboters ist erfindungs gemäß nicht die Schraubvorrichtung 1, sondern eine Greifereinheit 4 exzentrisch zur Achse 3 derart ange bracht, daß das von den Backen 5 der Greifereinheit 4 gehaltene Werkstück 6 in der Achse einer Schraubspindel 7 der Schraubvorrichtung 1 liegt. Die Schraubspindel 7 ist an einer Vorschubeinheit 8 angebracht, die im ein zelnen in Fig. 2 dargestellt ist.The screw device according to the invention shown in Fig. 1, which is generally identified by the reference numeral 1 , is attached to the support arm 2 of the "last axis" 3 of an industrial robot, not shown. The last axis of the industrial robot is understood to be the axis on which the tool guided by the industrial robot is normally attached. Is fiction, according to the last axle of the industrial robot is not the screwing device 1, but a gripper unit 4 eccentrically to the axis 3 is so placed that the workpiece held by the jaws 5 of the gripper unit 4 6 of the screw device 1 is located in the axis of a screw spindle. 7 The screw 7 is attached to a feed unit 8 , which is shown in an individual in Fig. 2.

In den Fig. 2a bis 2c ist eine Vorschub- bzw. Linea reinheit 8 in einer Aufsicht bzw. zwei Schnitten A-A und B-B näher dargestellt. Die Vorschubeinheit weist zwei parallele Stangen 11 auf, auf denen Kugelbüchsen 12 verschiebbar geführt sind. An jeweils zwei auf un terschiedlichen Stangen geführten Kugelbüchsen ist ein Spannbacken 13 befestigt, der in Fig. 3c näher darge stellt ist. Der Spannbacken 13 dient zum Halten der in Fig. 2 nicht eingezeichneten Schraubspindel 7. Zwi schen den parallelen Stangen 11 ist eine Gewindestange 14 angeordnet, die über nicht näher dargestellte Wel lenmuttern wenigstens einen der Spannbacken 13 vor- bzw. zurückschiebt. Die Gewindestange 14 wird mittels einer biegsamen Welle 14′ von einem nicht dargestellten Motor angetrieben, der beispielsweise ortsfest oder an einer inneren Achse der Roboterhand angebracht ist. Alternativ und/oder zusätzlich kann eine Verschiebung wenigstens eines der beiden Spannbacken durch einen Bowdenzug 15 erfolgen.In FIGS. 2a to 2c, a feed or Linea purity is 8 in a plan view and two sections AA and BB shown in more detail. The feed unit has two parallel rods 11 , on which ball bushings 12 are slidably guided. A clamping jaw 13 is attached to two ball bushings guided on different rods, which is shown in more detail in FIG. 3c. The clamping jaw 13 serves to hold the screw spindle 7, not shown in FIG. 2. Inter mediate the parallel rods 11 , a threaded rod 14 is arranged, the lenmuttern at least one of the jaws 13 forwards or pushes back over Wel not shown. The threaded rod 14 is driven by a flexible shaft 14 'by a motor, not shown, which is fixed, for example, or attached to an inner axis of the robot hand. Alternatively and / or additionally, a Bowden cable 15 can be used to shift at least one of the two clamping jaws.

Ferner weist die Vorrichtung eine Feder 16, die eine der Kugelführungen beaufschlagt und für eine spielfreie Verschiebung beim Fortschreiten des Schraubvorgangs sorgt, sowie einen Pufferschalter bzw. Endschalter 17 und einen Vorschubsensor 18 auf.Furthermore, the device has a spring 16 , which acts on one of the ball guides and ensures play-free displacement as the screwing process progresses, as well as a buffer switch or limit switch 17 and a feed sensor 18 .

Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung der Handhabungseinrichtung hat eine Reihe von Vortei len:
Die Bahntreue während des Schraubvorgangs ist aufgrund der Linearvorschubeinheit unabhängig von der des Indu strieroboters; dies ist insbesondere bei Knickarm- Robotern mit einer nur geringen Bahntreue von Vorteil.The inventive design of the handling device described above has a number of advantages:
Due to the linear feed unit, the path accuracy during the screwing process is independent of that of the induction robot; this is particularly advantageous for articulated arm robots with only low path fidelity.

Auf die Schraube bzw. Schraubzusatzteile während des Schraubvorgangs wirkende Kräfte können weder die Schraube noch die Schraubzusatzteile beeinflußen, da diese durch den Greifer fixiert werden können, der erfindungsgemäß an der letzten Achse der Handhabungs einrichtung angeflanscht werden kann, da diese aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Schraubspindel "frei bleibt".On the screw or screw accessories during the Forces acting screwing can neither Screw still affect the screw accessories, because these can be fixed by the gripper according to the invention on the last axis of handling can be flanged because this is due to the arrangement of the screw spindle according to the invention "remains free".

Vorstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge dankens beschrieben worden, innerhalb dessen selbstver ständlich die verschiedensten Abwandlungen und Modi fikationen möglich sind.The invention is based on exemplary embodiments play without restriction of the general invention thank you has been described, within which self-ver of course, the most varied variations and modes are possible.

Beispielsweise können anstelle eines Parallelbacken greifers auch andere Greifer verwendet werden. Der Greifer kann darüber hinaus so ausgebildet sein, daß die zu fixierenden Teile auch zentriert werden.For example, instead of parallel baking other grippers can also be used. The Gripper can also be designed so that the parts to be fixed are also centered.

Die Vorschubeinheit kann auch anders als in Fig. 2 dargestellt aufgebaut sein und beispielsweise eine Schwalbenschwanzführung aufweisen.The feed unit can also be constructed differently from that shown in FIG. 2 and, for example, have a dovetail guide.

Claims

1. Handling device with a screw device, which has a multi-axis arm and a linear guide ( 8 ) for a screw spindle, in which on the last axis ( 3 ) of the arm a gripper ( 5 ) for handling parts is attached, characterized in that that the linear guide ( 8 ) is attached to the arm part ( 2 ) carrying the last axis, and that the gripper ( 4 ) is eccentrically attached to the last axis ( 3 ) and is movable in such a way that the parts to be handled in the axis of the screw spindle ( 7 ) are positionable.

2. Handling device according to claim 1, characterized in that the linear guide has two parallel rods ( 11 ), on the two Spannbac ken ( 13 ) for the screw spindle ( 7 ) by means of Kugel leadership ( 12 ) are performed.

3. Handling device according to claim 2, characterized in that the jaws are independent ge from each other by means of two ball guides leads are.

4. Handling device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a Bowden cable ( 15 ) acting against spring force ( 17 ) is provided for displacing the screw spindle on the linear guide.

5. Handling device according to one of claims 1 to 3, characterized in that for moving the screw spindle on the linear guide, a threaded rod ( 14 ) is provided with a shaft nut which can be driven by means of a flexible shaft ( 14 ') by a stationary drive unit or a drive unit is that is placed on an inner axis of the handling device.

6. Handling device according to one of claims 1 until 5, characterized in that the linear guide against the last axis of the handling device can be pivoted is.

7. Handling device according to one of claims 1 until 6, characterized in that a sensor is provided, which detects the displacement of the screw spindle and its output signal to the control of the hand habitation facility is created.

8. Handling device according to one of claims 1 to 7. characterized in that a sensor is provided, which detects the position of the gripper jaws, and its Output signal to the control of the handling direction is laid out.

9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the gripper jaws in Art a centering aid are formed.