WO2022073866A1 - Vorrichtung zur automatisierten herstellung von schraubverbindungen - Google Patents

Vorrichtung zur automatisierten herstellung von schraubverbindungen Download PDF

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WO2022073866A1
WO2022073866A1 PCT/EP2021/077085 EP2021077085W WO2022073866A1 WO 2022073866 A1 WO2022073866 A1 WO 2022073866A1 EP 2021077085 W EP2021077085 W EP 2021077085W WO 2022073866 A1 WO2022073866 A1 WO 2022073866A1
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WO
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mouthpiece
screw
effector
screwing
axis
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PCT/EP2021/077085
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English (en)
French (fr)
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Ludger-Josef GRÜNE
Frank Jagow
Matthias Mattenklotz
Thomas Albert RÖBBECKE
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/123—Linear actuators

Definitions

  • the present invention relates to a device for the automated production of screw connections, comprising an articulated-arm robot and an effector, which is mounted on a driven element of an end link of the articulated-arm robot so that it can rotate about an effector axis.
  • Articulated arm robots are usually provided with a screwing machine for the automated production of screw connections.
  • a screwing machine includes the screwing tool and an associated drive with an electric motor.
  • Approaches are known in the prior art in which the screwing tool is also driven at least partially by the driven element on the end link of the articulated-arm robot.
  • EP 2 729 281 B1 discloses a screwing device for rotary joining and/or rotary loosening of screws in particular using a robot with an output axis of rotation, the robot carrying an independently driven rotary device with a rotary tool as an effector, the rotary device for fast screwing on/off of the screw, and wherein the output axis of rotation of the robot is provided for tightening/loosening the screw.
  • the entire rotary device is accommodated on the rotatable output element of the robot and is consequently set in rotation when it is actuated by the robot-side rotary drive, with a switchable blocking device ensuring torque transmission to the rotary tool.
  • It is the object of the present invention to propose a further development of a device for the automated production of screw connections comprising an articulated-arm robot and an effector, which is mounted on a driven element of an end link of the articulated-arm robot so that it can rotate about an effector axis.
  • the invention includes the technical teaching that the effector is designed as a screwing tool, the device having a mouthpiece for providing a screw, the mouthpiece being held on the end member by means of a linear guide and being displaceable along the effector axis between a feed position and at least one screwing position is.
  • the invention is based on the idea of using the driven element on the end member of the articulated arm robot for endless turning of the screwing tool, so that a further drive, such as that of screw machines from the prior Technology is known, can be dispensed with.
  • the output element is an integral part of the articulated-arm robot, so that a common articulated-arm robot from the prior art can be used in the device according to the invention without further modifications.
  • the screwing tool is designed, for example, as a screwdriver blade or a bit holder with a screw bit.
  • a mouthpiece for providing a screw on the end link of the articulated arm robot which forms a housing of the driven element and does not participate in its rotation.
  • the mouthpiece can be displaced along the effector axis, i.e. along the screwing axis of the screwing tool, between a feed position, which is intended for feeding a screw into the mouthpiece, and at least one screwing position.
  • the screwing tool In the screwing positions, the screwing tool is in engagement with a screw that has been received, the screw protruding at least in sections from the mouthpiece.
  • the screwing process is completed by rotating the screwing tool by means of the driven element of the articulated-arm robot with an adapted feed of the end link of the articulated-arm robot along the effector axis.
  • the mouthpiece At the same time as the end link is being advanced, the mouthpiece is moved in the opposite direction along the effector axis by means of the linear guide, so that the screw and, if necessary, the tip of the screwing tool emerge from the mouthpiece.
  • the device according to the invention has an electric drive for moving the linear guide.
  • the electric drive is also arranged on the end link of the articulated arm robot and enables the mouthpiece to be positioned precisely in the feeding and screwing positions.
  • the device according to the invention can have at least one spring which pretensions the mouthpiece in the feeding position.
  • the mouthpiece In a screwing process carried out with it, the mouthpiece must be brought into contact with a workpiece to be screwed and during the feed the end link of the articulated arm robot must do work against the spring in order to screw the screw held on the screwing tool out of the mouthpiece, i.e. to move the mouthpiece into a screwing position.
  • the mouthpiece is pushed back to the feeding position by the spring.
  • the device according to the invention preferably has at least one position sensor for determining the position of the mouthpiece.
  • a sensor is preferably designed to determine the position of the linear guide, from which the corresponding position of the mouthpiece can be inferred. Recording the position of the mouthpiece serves to automate the process.
  • the device has a hollow tube that can be subjected to negative pressure, which is held by a bearing arm on the end member, the screwing tool running axially in the hollow tube, and the hollow tube having an orifice for airtight contact with a screw head.
  • the screwing tool thus runs at least with a section assigned to the screw in an evacuated hollow tube and the screw, which is applied airtight to the mouth opening of the hollow tube, is compressed by the negative pressure Holding effect, which prevents the screw from being accidentally lost during the process.
  • the hollow tube and the screwing tool cannot be displaced in relation to one another, so that the dimensions must be designed in such a way that when a screw is in airtight contact, the screwing tool engages exactly in the drive of the screw head.
  • the device according to the invention has a screw feed device, by means of which a screw can be fed from a feed hose that can be pressurized with compressed air into the mouthpiece in the feed position.
  • the device according to the invention can therefore be combined with a screw feeding device known from the prior art, since the mouthpiece according to the invention is not involved in the rotation of the screwing tool and thus represents a fixed receptacle for the feeding device.
  • the feed tube is usually fed from a reservoir of screws, which are shot to the feed device by means of compressed air.
  • the articulated-arm robot preferably has six axes of rotation, the effector axis being formed by the sixth axis of rotation, and the end member being rotatable about the fifth axis of rotation.
  • the device according to the invention preferably has a torque sensor and/or force sensor assigned to the screwing tool. This makes it possible to control and document the screwdriving process.
  • suitable torque or force sensors are already integrated in the articulated arm robots.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment
  • Fig. 3 is a perspective view of the second embodiment.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show cross-sectional views of advantageous exemplary embodiments of the device 100 according to the invention, comprising the articulated-arm robot 1, of which only the end link 12 with the driven element 11 rotatable thereon is shown, further comprising the effector 2 accommodated on the driven element 11 in the form of the Screwing tool 20, as well as the mouthpiece 3 held on the end member 12 by means of the linear guide 4.
  • the screwing tool 20 rotates about the effector axis wE, which corresponds to the sixth axis of rotation w6 of the articulated-arm robot 1, and by means of the linear guide 4 the mouthpiece 3 are shifted along the effector axis wE.
  • the linear guide 4 has the seat 41, which is rigidly arranged on the end member 12, and the displaceable carriage 42, on which the mouthpiece 3 is accommodated.
  • the displacement of the carriage 42 against the seat 41 takes place in the embodiment of Fig. 1 by advancing the end member 12 with simultaneous contact of the mouthpiece 3 on a workpiece, and in the embodiment of Fig. 2 by actuating the electric linear drive 5.
  • the position of the carriage 42 relative to the seat 41, and thus the position of the mouthpiece 3, can be determined by means of the position sensor 43.
  • the torque sensor 13 and the force sensor 14 which are integrated into the articulated-arm robot 1 here by way of example, serve to further monitor the screwing process with the device 100 .
  • the mouthpiece 3 is in the feeding position, which corresponds to an extreme division of the mouthpiece 3 and in which the screwing tool 20 is not in engagement with the drive on the head of the screw S.
  • a screw S can be fed into the mouthpiece 3 by means of the feed device 9, which has a channel opening into the mouthpiece 3 obliquely below the plane of the drawing, typically by means of compressed air via a connected hose.
  • the screwing tool 20 engages with the screw S and subsequently the screw S is pushed out of the end of the mouthpiece 3 and can rotate the output element 1 1 screwed into a designated workpiece.
  • the spring 6 acting on the carriage 42 is designed as a helical compression spring, in the force-free state of which the mouthpiece 3 is in the feed position.
  • the seat 41 and the carriage 42 of the linear guide 4 are designed as components of an electric drive 5, and the carriage 42 with the mouthpiece 3 can thus be actively moved.
  • the screwing tool 20 runs in sections in the hollow tube 7 which can be subjected to negative pressure and which is accommodated on the bearing arm 8 and arranged rigidly on the end link 12 of the articulated arm robot 1 via this.
  • the vacuum connection 71 via which a pump can be connected, serves to apply a vacuum.
  • a sealing ring for example, is expediently integrated.
  • the front mouthpiece opening of the hollow tube 7 is designed for the airtight contact of the screw head of the screw S, so that the screw S is sucked onto the hollow tube 7 when the mouthpiece 3 is moved into a screwing position, whereby a robust screwing process can be implemented.
  • the screwing tool 20 can be rotated in the hollow tube 7, but cannot be displaced relative thereto.
  • the tip of the blade of the screwing tool 20 must therefore be expediently spaced from the mouthpiece opening of the hollow tube 7 in order to engage in the screw head drive of an airtight screw S in a form-fitting manner.
  • FIG. 3 shows a perspective overall view of the exemplary embodiment of the device 100 according to the invention, corresponding to FIG Axis of rotation w5 is rotatable.
  • the mouthpiece 3 is in a screwing position in which the hollow tube 7, inside which the screwing tool runs concealed and on which the screw S is accommodated, protrudes far out of the mouthpiece 3, so that rotating the output element 11 Screwing process can be started.
  • the feed device 9 can be connected via the feed hose 91 to a screw feed device known from the prior art, so that screws can be automatically shot into the mouthpiece 3 in the feed position.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen, umfassend einen Gelenkarmroboter (1) und einen Effektor (2), welcher an einem Abtriebselement (11) eines Endglieds (12) des Gelenk-arm-roboters (1) um eine Effektorachse (wE) drehbar aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist der Effektor (2) als ein Schraubwerkzeug (20) ausgebildet, wobei die Vorrichtung (100) ein Mundstück (3) zur Bereitstellung einer Schraube (S) aufweist, wobei das Mundstück (3) mittels einer Linearführung (4) an dem Endglied (12) aufgenommen und entlang der Effektorachse (wE) zwischen einer Zuführstellung und wenigstens einer Schraubstellung verschiebbar ist.

Description

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

Claims

Vorrichtung zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen Patentansprüche
1 . Vorrichtung (100) zur automatisierten Herstellung von Schraubverbindungen, umfassend einen Gelenkarmroboter (1 ) und einen Effektor (2), welcher an einem Abtriebselement (1 1 ) eines Endglieds (12) des Gelenkarmroboters (1 ) um eine Effektorachse (wE) drehbar aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Effektor (2) als ein Schraubwerkzeug (20) ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung (100) ein Mundstück (3) zur Bereitstellung einer Schraube (S) aufweist, wobei das Mundstück (3) mittels einer Linearführung (4) an dem Endglied (12) aufgenommen und entlang der Effektorachse (wE) zwischen einer Zuführstellung und wenigstens einer Schraubstellung verschiebbar ist.
2. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen elektrischen Antrieb (5) zum Verschieben der Linearführung (4) aufweist.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) wenigstens eine Feder (6) aufweist, welche das Mundstück (3) in die Zuführstellung vorspannt.
4. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) wenigstens einen Positionssensor (43) zur Bestimmung der Stellung des Mundstücks (3) aufweist.
5. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) ein mit Unterdrück beaufschlagbares Hohlrohr (7) aufweist, welches mittels eines Lagerarms (8) an dem Endglied (12) aufgenommen ist, wobei das Schraubwerkzeug (20) axial in dem Hohlrohr (7) verläuft, und wobei das Hohlrohr (7) eine Mündungsöffnung (72) zur luftdichten Anlage eines Schraubenkopfes aufweist. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) eine Schraubenzuführeinrichtung (9) aufweist, mittels welcher eine Schraube (S) aus einem mit Druckluft beaufschlagbaren Zuführschlauch (91 ) in das Mundstück (3) in der Zuführstellung zuführbar ist. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarmroboter (1 ) sechs Drehachsen aufweist, wobei die Effektorachse (wE) durch die sechste Drehachse (w6) gebildet ist, und wobei das Endglied (12) um die fünfte Drehachse (w5) drehbar ist. Vorrichtung (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen dem Schraubwerkzeug (20) zugeordneten Drehmomentsensor (13) und/oder Kraftsensor (14) aufweist.
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