WO2024088736A1 - Verfahren zum handhaben einer baugruppe - Google Patents

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screwing
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Frank Jagow
Miguel Lebrato-Rastrojo
Thomas Albert RÖBBECKE
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HELLA GmbH & Co. KGaA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0084—Programme-controlled manipulators comprising a plurality of manipulators
    • B25J9/0087—Dual arms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers

Definitions

  • the present invention relates to a method for handling an assembly.
  • the automated production of industrial goods is often based on a complex sequence of processing and assembly steps in the work areas of different robots, cobots and/or human workers.
  • Material logistics which is based in particular on the use of conveyor belts or gripper robots, is of central importance.
  • the aim is generally to minimize the number of work tools used, for example by means of functional integration.
  • the invention includes the technical teaching that the method for handling an assembly comprises at least the following steps in an unspecified order:
  • the invention is based on the idea of assigning a rudimentary gripping function to a robot that is used exclusively to produce screw connections in the prior art by means of simple design measures, thus enabling it to handle assemblies.
  • the design measures can be limited to providing dedicated holding means on the assembly to be handled, with the holding means being designed, for example, as sleeve-shaped holding bodies into which a screw blade can be inserted without play.
  • the assembly can have a component manufactured by injection molding, and the holding means are molded onto the component as a single piece.
  • the assembly can be carried along during a suitable movement of the articulated arms via the positive connections which are formed according to the invention between the screw blades on the articulated arms of the robot and the receiving means on the assembly.
  • the assembly is transported from a first workbench to a second workbench and/or into the detection range of a sensor. Thanks to the expansion of the robot's range of functions according to the invention, an associated production environment can advantageously be equipped with fewer work equipment for transporting materials; for example, the ability of the robot to transport the assembly from a first to a second workbench within its work area means that a separate conveyor belt can be dispensed with.
  • the robot is provided with screw blades whose cross-section deviates from a circular shape at least in sections, wherein the Cross-section is preferably designed as a regular polygon, in particular as a hexagon.
  • the assembly to be handled is provided with receiving means which have a receiving space with a complementary cross-section, so that the designated sections of the screw blades engage in the receiving means without play. In this way, a torsion-proof form fit is formed, so that the assembly can be rotated and pivoted, for example, during handling by the robot.
  • the robot is provided in such a way that the screwing tools can be driven at least by means of an output element of the articulated arms, wherein the rotation axes of the screwing tools coincide with the effector axes of the output elements.
  • Such robots in which the output element on the end member of the articulated arm is used to at least indirectly drive the screwing tool, are known, for example, from the publications DE 10 2020 126 189 A1, DE 10 2020 127 488 A1 and DE 10 2020 131 137 A1.
  • the robot is provided as a humanoid robot, i.e. a robot whose design is modelled on the human form and which can walk on two legs in particular.
  • a humanoid robot has a very large working area due to its ability to walk, so that the assembly can be transported during handling by the humanoid robot in particular over long distances or along complex routes.
  • the assembly is provided with at least two components in an unconnected or pre-assembled state, wherein a screw connection between the components is produced by means of the robot in that a first articulated arm of the robot fixes the components relative to each other in an assembly pose and a second articulated arm produces the screw connection.
  • the screw bit of the screwing tool has a flat front surface on the first articulated arm, so that the screwing tool can be used as a pressing element in order to press the components to be screwed together under To secure the assembly position, press them together. This means that when creating the screw connection, for example, there is no need to use separate clamping elements for securing.
  • Fig. 1 a robot and an assembly to be handled
  • Fig. 2 the handling of the assembly by means of the robot.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show the robot 2 in the form of a dual-arm robot with a rotatable torso and the two articulated arms 21, 22.
  • the working area of the robot 2 includes the two workbenches 4, 5, which are accessible to the robot 2 by rotating the torso and moving the articulated arms 21, 22.
  • the robot 2 is primarily designed to produce screw connections, for which purpose a screw unit with a screw tool is arranged on each articulated arm 21, 22, wherein the screw tools each have a screw blade 31a, 32a with a screw bit 31b, 32b at the end.
  • the relative dimensions of the components shown are to be understood purely as examples; in particular, comparatively short screw tools with a total length of only 25 mm can be used expediently.
  • the screw tools can be driven by means of the output elements 21a, 22a of the articulated arms 21, 22, wherein the axes of rotation of the screw tools correspond to the effector axes of the output elements 21a, 22a.
  • the screw blades 31 a, 32 a are mounted directly on the output elements 21 a, 22 a, so that the screw tools can be driven directly by the output elements 21 a, 22 a, ie can be set in rotation about their axes of rotation.
  • the screw blades arranged on the articulated arms Screw units can, for example, have planetary gears that are arranged between the output elements of the articulated arms and the screw tools and enable a speed transmission.
  • the screw units can also have protective sleeves or comparable protective housings for the screw tool.
  • the method according to the invention can also be carried out with embodiments of screw robots that are still widely used in the prior art, in which dedicated screwing machines with a separate drive for the screw tool are arranged on the articulated arms.
  • the assembly 1 to be handled comprises, for example, the first component 11 and the second component 12, which are connected to one another by means of the screw connection 13.
  • the screw connection 13 was produced in particular by means of the robot 2 on the workbench 4.
  • the second component 12 has the receiving means 10 for receiving the screw blades 31 a, 32 a on two opposite sides.
  • the receiving means 10 are designed as internal, sleeve-shaped receiving bodies with a receiving space of hexagonal cross-section.
  • the screw blades 31 a, 32 a are designed as a complementary hexagon and can thus be introduced into the receiving means 10 without play to form a positive connection, as shown in Fig. 2.
  • the handling of the assembly 1 by means of the robot 2 shown in Fig. 2 comprises, for example, lifting the assembly 1 from the first workbench 4 and then transporting and placing it on the second workbench 5.
  • the assembly 1 can also be temporarily transported into the detection range of a sensor, for example for the purpose of a label query.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe (1), wenigstens umfassend die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge: - Bereitstellen eines Roboters (2) mit wenigstens zwei Gelenkarmen (21, 22), wobei an jedem Gelenkarm (21, 22) eine Schraubeinheit mit einem Schraubwerkzeug angeordnet ist, wobei die Schraubwerkzeuge jeweils eine Schraubklinge (31a, 32a) mit einem endseitigen Schraubbit (31b, 32b) aufweisen, - Bereitstellen der Baugruppe (1) in einem Arbeitsbereich des Roboters (2), wobei die Baugruppe (1) wenigstens zwei Aufnahmemittel (10) zur Aufnahme der Schraubklingen (31a, 32a) aufweist, - Einführen der Schraubklingen (31a, 32a) in die Aufnahmemittel (10) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung, und - Handhaben der Baugruppe (1) mittels des Roboters (2).

Description

Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe.
STAND DER TECHNIK
Die automatisierte Fertigung industrieller Güter basiert vielfach auf einer komplexen Abfolge von Bearbeitungs- und Montageschritten in den Arbeitsbereichen unterschiedlicher Roboter, Cobots und/oder menschlicher Werker. Zentrale Bedeutung kommt dabei der Materiallogistik zu, die insbesondere auf der Verwendung von Förderbändern oder Greifrobotern basiert. Zum Zwecke der Prozessoptimierung wird gemeinhin angestrebt, die Anzahl an eingesetzten Arbeitsmitteln zu minimieren, beispielsweise mittels Funktionsintegration.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe vorzuschlagen, welches insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Schraubverbindungen an der Baugruppe zweckmäßig anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass das Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe wenigstens die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge umfasst:
- Bereitstellen eines Roboters mit wenigstens zwei Gelenkarmen, wobei an jedem Gelenkarm eine Schraubeinheit mit einem Schraubwerkzeug angeordnet ist, wobei die Schraubwerkzeuge jeweils eine Schraubklinge mit einem endseitigen Schraubbit aufweisen, - Bereitstellen der Baugruppe in einem Arbeitsbereich des Roboters, wobei die Baugruppe wenigstens zwei Aufnahmemittel zur Aufnahme der Schraubklingen aufweist,
- Einführen der Schraubklingen in die Aufnahmemittel unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung, und
- Handhaben der Baugruppe mittels des Roboters.
Die Erfindung geht dabei von dem Gedanken aus, einem im Stand der Technik ausschließlich zur Herstellung von Schraubverbindungen vorgesehenen Roboter mittels einfacher konstruktiver Maßnahmen eine rudimentäre Greiffunktion zuzuordnen und ihn somit zur Handhabung von Baugruppen zu befähigen. Erfindungsgemäß können sich die konstruktiven Maßnahmen im Vorhalten von dedizierten Aufnahmemitteln an der zu handhabenden Baugruppe erschöpfen, wobei die Aufnahmemittel beispielsweise als hülsenförmige Aufnahmekörper ausgebildet sind, in die jeweils eine Schraubklinge spielfrei eingeführt werden kann. Beispielsweise kann die Baugruppe ein im Spritzguss gefertigtes Bauteil aufweisen, und die Aufnahmemittel sind einteilig an das Bauteil angeformt.
Über die formschlüssigen Verbindungen, die erfindungsgemäß zwischen den Schraubklingen an den Gelenkarmen des Roboters und den Aufnahmemitteln an der Baugruppe gebildet werden, kann die Baugruppe bei einer zweckmäßigen Bewegung der Gelenkarme mitgeführt werden. Beispielsweise wird die Baugruppe beim Handhaben von einer ersten Werkbank zu einer zweiten Werkbank und/oder in den Erfassungsbereich eines Sensors befördert. Dank der erfindungsgemäßen Erweiterung des Funktionsumfangs des Roboters kann eine zugehörige Fertigungsumgebung vorteilhafterweise mit weniger Arbeitsmitteln zur Materialbeförderung ausgestattet sein, beispielsweise kann durch die Fähigkeit des Roboters, die Baugruppe innerhalb seines Arbeitsbereichs von einer ersten zu einer zweiten Werkbank zu befördern, auf ein separates Förderband verzichtet werden.
Vorzugsweise wird der Roboter mit Schraubklingen bereitgestellt, deren Querschnitt wenigstens abschnittsweise von einer kreisrunden Form abweicht, wobei der Querschnitt vorzugsweise als ein regelmäßiges Polygon ausgebildet ist, insbesondere als ein Sechskant. Dabei wird die zu handhabende Baugruppe mit Aufnahmemitteln bereitgestellt, die einen Aufnahmeraum mit komplementärem Querschnitt aufweisen, sodass die bezeichneten Abschnitte der Schraubklingen spielfrei in die Aufnahmemittel eingreifen. Auf diese Weise wird ein verdrehsicherer Formschluss gebildet, sodass die Baugruppe im Zuge der Handhabung durch den Roboter beispielsweise gedreht und geschwenkt werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Roboter derart ausgebildet bereitgestellt, dass die Schraubwerkzeuge wenigstens mittels jeweils eines Abtriebselements der Gelenkarme antreibbar sind, wobei die Drehachsen der Schraubwerkzeuge mit den Effektorachsen der Abtriebselemente übereinstimmen. Derartige Roboter, bei denen das Abtriebselement am Endglied des Gelenkarms zum wenigstens mittelbaren Antreiben des Schraubwerkzeugs verwendet wird, sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 10 2020 126 189 A1 , DE 10 2020 127 488 A1 und DE 10 2020 131 137 A1 bekannt.
Beispielsweise wird der Roboter als ein humanoider Roboter bereitgestellt, d.h., als ein Roboter dessen Konstruktion der menschlichen Gestalt nachempfunden ist und der insbesondere auf zwei Beinen laufen kann. Ein humanoider Roboter hat aufgrund seiner Fähigkeit zu Laufen einen sehr großen Arbeitsbereich, sodass die Baugruppe im Zuge der Handhabung durch den humanoiden Roboter insbesondere über weite Strecken oder entlang komplexer Routen befördert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Baugruppe mit wenigstens zwei Bauteilen in einem unverbundenen oder vormontierten Zustand bereitgestellt, wobei mittels des Roboters eine Schraubverbindung zwischen den Bauteilen hergestellt wird, indem ein erster Gelenkarm des Roboters die Bauteile relativ zueinander in einer Montagepose fixiert und ein zweiter Gelenkarm die Schraubverbindung herstellt. Beispielsweise weist der Schraubbit des Schraubwerkzeugs am ersten Gelenkarm eine ebene Stirnfläche auf, sodass das Schraubwerkzeug als Drückelement verwendbar ist, um die zu verschraubenden Bauteile unter Sicherung der Montagepose aufeinander zu drücken. Dadurch kann bei der Herstellung der Schraubverbindung beispielsweise auf den Einsatz von separaten Spannelementen zur Sicherung verzichtet werden.
BEVORZUGTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL DER ERFINDUNG
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Fig. 1 : einen Roboter und eine zu handhabende Baugruppe, und Fig. 2 die Handhabung der Baugruppe mittels des Roboters.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen den Roboter 2 in Gestalt eines Dual-Arm-Roboters mit einem drehbaren Torso und den zwei Gelenkarmen 21 , 22. Der Arbeitsbereich des Roboters 2 schließt die beiden Werkbänke 4, 5 ein, die mittels Drehung des Torsos und Bewegung der Gelenkarme 21 , 22 für den Roboter 2 zugänglich sind.
Der Roboter 2 ist primär zur Herstellung von Schraubverbindungen ausgebildet, wozu an jedem Gelenkarm 21 , 22 eine Schraubeinheit mit einem Schraubwerkzeug angeordnet ist, wobei die Schraubwerkzeuge jeweils eine Schraubklinge 31 a, 32a mit einem endseitigen Schraubbit 31 b, 32b aufweisen. In den vorliegenden schematischen Darstellungen sind die relativen Abmessungen der dargestellten Komponenten rein beispielhaft zu verstehen, insbesondere können bereits vergleichsweise kurze Schraubwerkzeuge mit einer Gesamtlänge von lediglich 25 mm zweckmäßig verwendet werden. Die Schraubwerkzeuge sind mittels der Abtriebselemente 21 a, 22a der Gelenkarme 21 , 22 antreibbar, wobei die Drehachsen der Schraubwerkzeuge mit den Effektorachsen der Abtriebselemente 21 a, 22a übereinstimmen. Beispielhaft sind vorliegend die Schraubklingen 31 a, 32a direkt an den Abtriebselementen 21 a, 22a aufgenommen, sodass die Schraubwerkzeuge unmittelbar durch die Abtriebselemente 21 a, 22a antreibbar, d.h., in Rotation um ihre Drehachsen versetzbar sind. In einer alternativen Ausführungsformen können die an den Gelenkarmen angeordneten Schraubeinheiten beispielsweise Planetengetriebe aufweisen, die zwischen den Abtriebselementen der Gelenkarme und den Schraubwerkzeugen angeordnet sind und eine Drehzahlübersetzung ermöglichen. Insbesondere können die Schraubeinheiten auch Schutzhülsen oder vergleichbare Schutzeinhausungen des Schraubwerkzeugs aufweisen. Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren zudem mit im Stand der Technik noch weithin gebräuchlichen Ausführungsformen von Schraubrobotern durchgeführt werden, bei denen an den Gelenkarmen dedizierte Schraubautomaten mit separatem Antrieb für das Schraubwerkzeug angeordnet sind.
Die zu handhabende Baugruppe 1 umfasst beispielhaft das erste Bauteil 11 und das zweite Bauteil 12, die mittels der Schraubverbindung 13 miteinander verbunden sind. Die Schraubverbindung 13 ist insbesondere mittels des Roboters 2 auf der Werkbank 4 hergestellt worden. Das zweite Bauteil 12 weist an zwei gegenüberliegenden Seiten die Aufnahmemittel 10 zur Aufnahme der Schraubklingen 31 a, 32a auf. Die Aufnahmemittel 10 sind als innenliegende, hülsenförmige Aufnahmekörper ausgebildet mit einem Aufnahmeraum von sechseckigem Querschnitt. Die Schraubklingen 31 a, 32a sind als komplementärer Sechskant ausgebildet und können somit spielfrei unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung in die Aufnahmemittel 10 eingeführt werden, wie in Fig. 2 dargestellt.
Das in Fig. 2 dargestellte Handhaben der Baugruppe 1 mittels des Roboters 2 umfasst beispielhaft ein Anheben der Baugruppe 1 von der ersten Werkbank 4 und eine anschließende Beförderung und Ablage auf der zweiten Werkbank 5. Beispielsweise kann die Baugruppe 1 zudem zwischenzeitlich in den Erfassungsbereich eines Sensors befördert werden, etwa zum Zwecke einer Etikettabfrage.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Baugruppe
10 Aufnahmemittel
11, 12 Bauteil
13 Schraubverbindung
2 Roboter
21,22 Gelenkarm
21a, 22a Abtriebselement
31a, 32a Schraubklinge
31b, 32b Schraubbit
4, 5 Werkbank

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Handhaben einer Baugruppe (1 ), wenigstens umfassend die folgenden Schritte in nicht festgelegter Reihenfolge:
- Bereitstellen eines Roboters (2) mit wenigstens zwei Gelenkarmen (21 , 22), wobei an jedem Gelenkarm (21 , 22) eine Schraubeinheit mit einem Schraubwerkzeug angeordnet ist, wobei die Schraubwerkzeuge jeweils eine Schraubklinge (31a, 32a) mit einem endseitigen Schraubbit (31 b, 32b) aufweisen,
- Bereitstellen der Baugruppe (1 ) in einem Arbeitsbereich des Roboters (2), wobei die Baugruppe (1 ) wenigstens zwei Aufnahmemittel (10) zur Aufnahme der Schraubklingen (31a, 32a) aufweist,
- Einführen der Schraubklingen (31 a, 32a) in die Aufnahmemittel (10) unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung, und
- Handhaben der Baugruppe (1 ) mittels des Roboters (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (1 ) beim Handhaben von einer ersten Werkbank (4) zu einer zweiten Werkbank (5) und/oder in den Erfassungsbereich eines Sensors befördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (2) mit Schraubklingen (31a, 32a) bereitgestellt wird, deren Querschnitt wenigstens abschnittsweise von einer kreisrunden Form abweicht, wobei der Querschnitt vorzugsweise als ein regelmäßiges Polygon ausgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (2) derart ausgebildet bereitgestellt wird, dass die Schraubwerkzeuge wenigstens mittelbar mittels jeweils eines Abtriebselements (21 a, 22a) der Gelenkarme (21 , 22) antreibbar sind, wobei die Drehachsen der Schraubwerkzeuge mit den Effektorachsen der Abtriebselemente (21 a, 22a) übereinstimmen. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter als ein humanoider Roboter bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe (1 ) mit wenigstens zwei Bauteilen (11 , 12) in einem unverbundenen oder vormontierten Zustand bereitgestellt wird, wobei mittels des Roboters (2) eine Schraubverbindung (13) zwischen den Bauteilen (1 1 , 12) hergestellt wird, indem ein erster Gelenkarm (21 ) des Roboters (2) die Bauteile (1 1 , 12) relativ zueinander in einer Montagepose fixiert und ein zweiter Gelenkarm (22) die Schraubverbindung (13) herstellt.
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