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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zentriereinrichtung für einen Schrauber. Der Schrauber kann ein elektrischer und/oder hydraulischer Schrauber sein. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schraubsystem mit einem Schrauber und solch einer Zentriereinrichtung, und auf ein System mit einem Roboter und solch einem Schraubsystem. Der Roboter kann ein kollaborativer Roboter sein.
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Stand der Technik
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Insbesondere in der Massenproduktion werden Industrieroboter zur Werkstückfertigung eingesetzt. Die Industrieroboter umfassen einen Manipulator, der über eine Steuerung gesteuert wird. Für den Menschen stellen derartige herkömmliche Industrieroboter eine Gefahr dar, da eine Kollision mit dem Manipulator tödliche Folgen haben kann. Demnach ist es gängige Praxis, den Bewegungsraum von Mensch und Industrieroboter durch das Vorsehen von Schutzeinrichtungen, beispielsweise Schutzgittern und Lichtschranken, zu trennen. Durch den Einsatz von kollaborativen Robotern, die auch als Cobots bekannt sind, kann auf das Vorsehen solcher Schutzeinrichtungen verzichtet werden. Cobots verfügen über Sensoren, über die eine Kollision mit oder zumindest eine Verletzung von dem Menschen unterbunden werden kann. Solch ein Cobot ist beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2013 212 887 A1 .
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Ferner sind Schrauber zum automatisierten Einschrauben von Schrauben bekannt. Solche Schrauber können mit elektrischer und/oder hydraulischer Energie betrieben werden. Soll ein Verschraubungsvorgang mit solch einem Schrauber durch einen Roboter automatisiert werden, so ist eine vollautomatische Ausrichtung des Schraubers auf die zu verschraubende Schraube mittels des Roboters erforderlich. Solch eine Ausrichtung wird beispielsweise in der
DE 103 54 079 A1 beschrieben.
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Darstellung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zentriereinrichtung für einen Schrauber mit einer Schraubklinge. Mittels der Zentriereinrichtung kann die Schraubklinge des Schraubers auf eine zu verschraubende Schraube ausgerichtet werden. Ebenso kann die Position des Schraubkopfs selbst korrigiert werden. Unter einem Schrauber wird ein Gerät verstanden, mittels welchem eine zu verschraubende Schraube maschinell in oder auf ein Bauteil geschraubt werden kann. Unter einer Schraube wird vorliegend ein mittels einer Verschraubung mit einem anderen Bauteil verbindbares Element verstanden. Hier kann es sich um eine Schraube mit einem Außengewinde im herkömmlichen Sinn handeln. Unter einer Schraube wird im Rahmen der Erfindung aber auch eine Schraubenmutter mit einem Innengewinde verstanden, die beispielsweise auf einen Gewindebolzen geschraubt werden kann. Eine Schraubklinge stellt eine mechanische Schnittstelle zum Eingreifen in die Schraube bereit, um so ein Drehmoment des Schraubers auf die Schraube übertragen zu können. Die Schraubklinge kann für eine Schlitz-, Phillips-, Pozidriv-, Torx-, Inbus-, Vierkant-, Tri-Wing-, Torq-Set-, Spanner- oder sonstige beliebige Schraubenkopfform ausgelegt sein. Die Schraubklinge kann wechselbar vorgesehen sein, um sie so gegen andere Schraubklingen austauschen zu können. Der Schrauber kann ein mittels elektrischer Energie betriebener Schrauber sein, wobei der Schrauber zur Energieversorgung einen Akku aufweisen kann und/oder über eine separate elektrische Leitung mit Energie versorgt werden kann. Ebenso kann es sich um einen mit hydraulischer Energie betreibbaren Schrauber handeln.
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Die Zentriereinrichtung umfasst einen Montagekörper zum Montieren der Zentriereinrichtung an dem Schrauber. Der Montagekörper kann eine Klemmeinrichtung aufweisen, über welche die Zentriereinrichtung an den Schrauber geklemmt werden kann. Insbesondere ist der Montagekörper lösbar mit dem Schrauber verbindbar. Ferner umfasst die Zentriereinrichtung eine Zentrierhülse zum darin Aufnehmen und/oder Ausrichten der zu verschraubenden Schraube. Die Zentrierhülse weist einen Innendurchmesser auf, der größer als der Kopfdurchmesser der zu verschraubenden Schraube ist. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass der Innendurchmesser der Zentrierhülse einstellbar ist und/oder die Zentrierhülse gegen Zentrierhülsen mit anderen Innendurchmessern austauschbar vorgesehen ist.
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Die Zentrierhülse ist mittels einer Lagerungseinrichtung an dem Montagekörper angebracht. Die Lagerungseinrichtung umfasst dabei ein Rückstellelement, welches beispielsweise als Feder ausgebildet ist. Das Rückstellelement ist durch Überwindung einer Rückstellkraft elastisch verformbar, wobei die Rückstellkraft das Element in seine Ausgangslage rückstellt, sobald das Element nicht mehr mit einer externen Kraft beaufschlagt wird. Bei der Feder kann es sich beispielsweise um eine Schraubenfeder oder jede beliebige andere Feder handeln. Anstelle oder zusätzlich zu der Feder kann beispielsweise ein Gummielement als Rückstellelement vorgesehen sein.
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Die Zentriereinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass die Zentrierhülse, bei bestimmungsgemäßer Montage der Zentriereinrichtung an dem Schrauber, die Schraubklinge des Schraubers einschließt, verdeckt beziehungsweise umhüllt, wenn die Zentriereinrichtung mit keinerlei äußerer Kräfte beaufschlagt wird. Insbesondere schließt die Zentrierhülse die Schraubklinge vollständig ein und schirmt sie damit von der Umgebung ab. Die Zentrierhülse ist dabei über die Lagerungseinrichtung an dem Montagekörper so angebracht, dass sie relativ zur Schraubklinge in Richtung des Montagekörpers entgegen der Rückstellkraft des Rückstellelements verschoben werden kann. Bewegt sich die Schraubklinge beispielsweise während eines Einschraubvorgang einer Schraube auf ein Bauteil zu, kann die Zentrierhülse durch Überwindung der Rückstellkraft des Rückstellelements ausweichen und relativ zur Schraubklinge verschoben werden.
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Mittels der Zentriereinrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine Schraubklinge und damit auch ein Schrauber auf einfache Art und Weise auf die zu verschraubende Schraube ausgerichtet werden. Dies ist von besonderem Wert, da die Position der zu verschraubenden Schraube sowie die Position der Schraubklinge unvermeidlichen Toleranzen unterliegen, welche durch die Zentrierhilfe der vorliegenden Erfindung kompensiert werden können. Damit ermöglicht die Zentriereinrichtung der vorliegenden Erfindung eine effiziente und automatisierte Verschraubung einer Schraube mittels eines Roboters. Wird der Endeffektor des Roboters zu einer Sollposition des Schraubenkopfs bewegt, weicht die reale Position des Schraubenkopfs jedoch von dieser Sollposition ab, so kann der Roboter mit der Zentrierhilfe der vorliegenden Erfindung der realen Position des Schraubenkopfs nachgeführt werden und/oder die Position des Schraubkopfes selbst korrigiert werden, um auch in derartigen Situationen eine ordnungsgemäße Verschraubung zu gewährleisten. Darüber hinaus wird mit Hilfe der Zentrierhilfe der vorliegenden Erfindung eine automatisierte Verschraubung durch einen Schrauber, der eine spitze und harte Schraubklinge aufweist, mittels eines kollaborativen Roboters ermöglicht. Die Zentrierhülse schirmt die für den Menschen gefährliche Schraubklinge nämlich nach außen hin ab, um so eine Verletzung von Menschen, die neben dem kollaborativen Roboter arbeiten, zu vermeiden.
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Die Zentrierhülse kann eine Auflagefläche zum Aufliegen auf einem Bauteil aufweisen, in welches die Schraube zu schrauben ist. Die Auflagefläche ist insbesondere eine ebene Fläche, kann aber auch Krümmungen aufweisen. Indem die Zentrierhülse auf dem Bauteil aufliegt, kann der Schraubvorgang vollständig innerhalb der Zentrierhülse und damit abgeschirmt ausgeführt werden. Dies erhöht die Arbeitssicherheit.
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An die Auflagefläche der Zentrierhülse kann sich ein in das Innere der Hülse verlaufendes Führungsprofil, beispielsweise eine Fase, anschließen. Hier ist auch ein Radius oder eine sonstige Führungshilfe denkbar. Wird die Zentrierhülse auf die zu verschraubende Schraube zugeführt und befinden sich die beiden Teile nicht in Koaxialität, so kann die Zentrierhülse und damit die Zentriereinrichtung mittels des Führungsprofils dem Schraubenkopf nachgeführt werden, um so eine Koaxialität von Schraube und Schraubklinge herzustellen.
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Die Zentrierhülse kann einen die Auflagefläche ausbildenden Hülsenabschnitt aufweisen, der in einer Draufsicht auf die Auflagefläche eine Ringsegmentform aufweist. Die Auflagefläche kann an einer Unterseite des Hülsenabschnitts ausgebildet sein. Unter einer Draufsicht auf die Auflagefläche wird eine Ansicht in Richtung eines Normalvektors auf die Auflagefläche verstanden. Bevorzugt erstreckt sich der Ringsegmentabschnitt über einen Winkel zwischen 200° und 330°, ferner bevorzugt über einen Winkel zwischen 250° und 300°, insbesondere über einen Winkel von etwa 270°. Mittels solch einer Aussparung in der Zentrierhülse in Umfangsrichtung kann ein näheres Heranführen der Zentriereinrichtung an ein Bauteil neben einer zu verschraubenden Schraube ermöglicht werden. Insbesondere ist ein näheres Heranführen als bei einer vollständig kreissymmetrischen Ausgestaltung der Zentrierhülse möglich. Dies erhöhte die Einsatzvariabilität der Zentriereinrichtung.
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Der Montagekörper kann zumindest abschnittweise als Hohlkegel zum Aufnehmen des Schraubers darin ausgebildet sei, wobei die Lagerungseinrichtung im Bereich der Kegelspitze an dem Montagekörper angebracht ist. Der Montagekörper läuft damit konisch auf die Lagerungseinrichtung und die daran angebrachte Zentrierhülse zu. Dieser konische Verlauf erlaubt wiederum ein näheres Heranführen der Zentriereinrichtung an Bauteile, die sich neben der zu verschraubenden Schraube befinden.
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Im Rahmen einer Ausführungsform weist die Lagerungseinrichtung eine Vielzahl von Hubstangen mit daran vorgesehenen Druckfedern auf, die koaxial zur Schraubklinge des Schraubers angeordnet sind, wenn die Zentriereinrichtung bestimmungsgemäß an dem Schrauber montiert ist. So wird eine besonders kompakte Zentriereinrichtung bereitgestellt. Die Aufhängung der Zentrierhülse an mehreren Hubstangen resultiert ferner in einer hohen Stabilität mit geringem Wartungsaufwand.
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Die Zentriereinrichtung kann eine Roboterschnittstelle aufweisen, über welche sie an einem Endeffektor eines Roboters angebracht werden kann. Der Endeffektor ist das letzte Element der kinematischen Kette des Roboters. Insbesondere kann es sich um eine normierte Schnittstelle handeln. Die Schnittstelle kann ein lösbares Einwechseln der Zentriereinrichtung ermöglichen. Bevorzugt handelt es sich bei der Roboterschnittstelle um eine Schnittstelle zum Anbringen der Zentriereinrichtung an einem kollaborativen Roboter.
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Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schraubsystem mit einem Schrauber, der eine Schraubklinge zum Verschrauben einer Schraube in einem Bauteil aufweist, und einer Zentriereinrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Zentriereinrichtung ist dabei an dem Schrauber mittels des Montagekörpers so angebracht, dass die Schraubklinge in der Zentrierhülse angeordnet ist. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Die Erfindung bezieht sich ebenso auf einen Roboter zum Verschrauben einer Schraube in einem Bauteil. Der Roboter ist insbesondere ein kollaborativer Roboter und umfasst einem Endeffektor. Wie eingangs ausgeführt, handelt es sich bei einem kollaborativen Roboter um einen Roboter, der neben Menschen arbeiten kann und nicht mit Schutzeinrichtungen von diesen getrennt werden muss. Hierzu kann der Roboter beispielsweise Sensorik zur Kollisionsvermeidung aufweisen und/oder lediglich Bewegungen mit eingeschränkter Dynamik und Kraft ausführen. Der Roboter umfasst ferner ein Schraubsystem gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform, das eine Roboterschnittstelle aufweist, über welche das Schraubsystem an dem Endeffektor anbringbar ist. Hinsichtlich des Verständnisses der einzelnen Merkmale sowie deren Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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Der Roboter kann eine Robotersteuerung aufweisen, die eingerichtet ist, um den Roboter so zu steuern, dass die Schraubklinge mittels der Zentriereinrichtung vollautomatisch auf eine zu verschraubende Schraube zentriert wird, wenn der Schraubenkopf der Schraube und/oder die Position des Endeffektors von einer Sollposition abweicht. Insbesondere ist die Robotersteuerung bevorzugt ferner eingerichtet, um eine Schraubersteuerung, die bevorzugt separat von der Robotersteuerung vorgesehen ist, so zu steuern, dass die zu verschraubende Schraube nach erfolgter Zentrierung von Schraubklinge und Schraube durch den Schrauber vollautomatisch eingeschraubt wird. Der gesamte Zentrierungs- und Einschraubvorgang kann mit der vorliegenden Erfindung losgelöst von einem Menschen durch den Roboter realisiert werden. Wie oben ausgeführt, ermöglicht die Zentriereinrichtung der vorliegenden Erfindung dabei auch einen Einsatz dieses Verschraubungssystems an einem kollaborativen Roboter.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch einen kollaborativen Roboter in einer perspektivischen Ansicht, an dessen Endeffektor ein Schraubsystem mit einer Zentriereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist.
- 2 zeigt den Abschnitt A des Roboters aus 1 in einer Detailansicht.
- 3 zeigt den Abschnitt B des Schraubsystems des Roboters aus 1 in einer Detailansicht.
- 4 zeigt eine Draufsicht von unten auf die Zentrierhülse des Schraubsystems aus 3.
- 5 zeigt schematisch den kollaborativen Roboter aus 1 in einer Seitenansicht.
- 6 zeigt das Schraubsystem des kollaborativen Roboters in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie C-C in 5.
- 7 zeigt den Abschnitt H aus 6 in einer Detailansicht.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
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1 zeigt einen kollaborativen Roboter 1 mit einem Schraubsystem 2 in einer perspektivischen Ansicht. Dieser kollaborative Roboter 1 ist in 5 in einer Seitenansicht dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Roboter 1 um einen 7-Achsrobotor mit serieller Kinematik. Insbesondere lässt sich mit dem 7-Achsroboter jeder Punkt im Arbeitsraum mit beliebiger Orientierung erreichen. Alternativ sind hier jedoch auch Roboter mit einer geringeren oder höheren Achsenanzahl und/oder mit paralleler Kinematik denkbar.
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Der kollaborative Roboter 1 umfasst einen Robotersockel 3, über den der Roboter 1 beispielsweise auf einem Arbeitstisch (nicht gezeigt) montiert werden kann. Ein erstes Armglied 4 ist auf dem Robotersockel 3 fest und nicht beweglich angebracht. Mit dem ersten Armglied 4 ist ein zweiten Armglied 5 drehbar über ein Gelenk 6 verbunden. Das zweite Armglied 5 ist über ein zweites Gelenk 7 mit einem dritten Armglied 8 verbunden, welches wiederum über ein drittes Gelenk 9 mit einem vierten Armglied 10 verbunden ist. Das vierte Armglied 10 ist über ein viertes Gelenk 11 mit einem fünften Armglied 12 verbunden. Das fünfte Armglied 12 ist über ein fünftes Gelenk 13 mit einem sechsten Armglied 14 verbunden. Das sechste Armglied 14 ist über ein sechstes Gelenk 15 mit einem siebten Armglied 16 verbunden, welches wiederum über ein siebtes Gelenk 17 mit dem Endeffektor 18 verbunden ist. Der Endeffektor 18 umfasst eine Schnittstelle 19 für an dem Roboter 1 zu montierende Peripheriegeräte. Insbesondere handelt es sich bei der Schnittstelle 19 um eine normierte Roboterschnittstelle.
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Die Gelenke 6, 9, 13 und 17 sind dabei jeweils so ausgebildet, dass sie eine schraubenartige Verdrehung der über das jeweilige Gelenk verbundenen Armglieder (ohne translatorische Verschiebung der Glieder zueinander) erlauben. Die Gelenke 7, 11 und 15 sind hingegen jeweils als Knickgelenke ausgebildet, um ein schanierartiges Verschwenken der über das Gelenk verbundenen Glieder zueinander zu ermöglichen.
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Jedes Gelenk 6, 7, 9, 11, 13, 15 und 17 des kollaborativen Roboters 1 umfasst einen eigenen Antrieb (nicht gezeigt) zum Antreiben der Relativbewegung zwischen den über das jeweilige Gelenk verbundenen Armgliedern. Die einzelnen Antriebe der Gelenke sind jeweils über eine Robotersteuerung 20 steuerbar. Ferner weist jedes der Gelenke 6, 7, 9, 11, 13, 15 und 17 des kollaborativen Roboters eine Sensoreinrichtung (nicht gezeigt) auf, die ebenfalls mit der Robotersteuerung 20 elektrisch verbunden ist. Die Sensoreinrichtungen erfassen jeweils eine durch den Roboter auf ein externes Objekt, beispielsweise einen Menschen, ausgeübte Kraft. Überschreitet diese Kraft einen Schwellenwert, bei dem die Gefahr einer Objektbeschädigung und/oder Verletzung des Menschen besteht, ist der kollaborative Roboter, insbesondere die Robotersteuerung, eingerichtet, um den Roboter als Ganzes oder zumindest einzelne Einrichtungen, beispielsweise einen oder mehrere Antriebe der Gelenke, zu bremsen und/oder abzuschalten. Anstatt oder zusätzlich zu den Sensoren in den Gelenken des Roboters können auch andere Sensoreinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise kontaktlose Sensoren, wie kapazitive und/oder induktive Sensoren, mit denen eine gefährliche Kollision des Roboters 1 mit einem Objekt und/oder einem Menschen verhindert werden kann.
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Der kollaborative Roboter 1 umfasst ein Schraubsystem 2, das an der Schnittstelle für Peripheriegeräte 19 des kollaborativen Roboters 1 einwechselbar montiert werden kann. Wie beispielsweise aus 2 ersichtlich, umfasst das Schraubsystem 2 eine Zentriereinrichtung 21 und einen Schrauber 22. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schrauber 22 ein elektrischer Schrauber, wobei hier auch ein hydraulischer oder sonstiger Schrauber denkbar ist. Mittels des Schraubers 22 lassen sich Schrauben automatisiert in ein Bauteil hineindrehen. Der Schrauber 22 umfasst eine Schraubklinge 23, die beispielsweise in 4 und 7 zu sehen ist, zum Eingreifen in den Schraubenkopf einer zu verschraubenden Schraube. Die Schraubklinge 23 ist durch den Schrauber 22 drehbar und kann als auswechselbares Bit ausgebildet sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Schraubklinge 23 als Sechskant zum Eingreifen in einen Schraubenkopf mit einem Innensechskant ausgebildet. Hier ist auch eine Ausbildung zum Eingreifen in einen beliebigen anderen Schraubenkopf denkbar. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schrauber 22 im Wesentlichen rotationssymmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse der Schraubklinge 23 ausgebildet und weist eine längliche Form auf.
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Der Schrauber 22 umfasst eine eigene Schraubersteuerung 24, die in 1 und 5 zu sehen und als separates Bauteil ausgebildet ist. Alternativ kann die Schraubersteuerung 24 auch in die Robotersteuerung 20 integriert sein, sodass lediglich ein einziges Steuerungsmoduls bereitgestellt wird. Mittels der Schraubersteuerung 24 kann beispielsweise erkannt werden, ob ein Eingriff zwischen Schraubklinge 23 und zu verschraubender Schraube vorliegt. Ebenso kann das auf die zu verschraubende Schraube aufgebrachte Drehmoment überwacht und gesteuert werden. Ferner kann erfasst werden, ob eine Schraube vollständig in ein Bauteil eingeschraubt ist. Darüber hinaus ist die Schraubsteuerung eingerichtet, um beispielsweise die Anzahl von Umdrehungen während des Einschrauben für eine oder mehrere zu verschraubende Schauben zu überwachen und zu speichern. Auch eine Schraubhistorie von den mit dem Schrauber 22 verschraubten Schrauben, in welcher beispielsweise einer, mehrere oder alle der oben beschriebenen Parameter in Kombination mit der jeweiligen Schraube dokumentiert werden, kann durch die Schraubersteuerung 24 bereitgestellt werden.
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Der kollaborative Roboter 1 der vorliegenden Ausführungsform ist eingerichtet, um den Schrauber 22, insbesondere die Schraubersteuerung 24, über die Robotersteuerung 20 zu steuern. Folglich ist mit dem kollaborativen Roboter 1 das Durchführen von Schraubvorgängen vollständig automatisiert ohne menschlichen Eingriff möglich. Hierfür weist die Schraubersteuerung 24 eine Steuerungsschnittstelle 25 auf, die mit einer Schrauberschnittstelle 26 der Robotersteuerung 20 verbunden ist.
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Die Zentriereinrichtung 21 des Schraubsystems 2 umfasst einen Montagekörper, der einen Verbindungsflansch 27 und ein Verkleidungsstück 31 aufweist, wie insbesondere aus 6 ersichtlich. Der Verbindungsflansch 27 umfasst eine ringförmige Schrauberaufnahme 28, von der aus sich ein Anschlussarm 29 wegerstreckt. Die Schrauberaufnahme 28 ist ausgebildet, um den Schrauber 22 darin aufzunehmen. Insbesondere ist die Aufnahme 28 eingerichtet, um den Schrauber 22 darin einzuklemmen. Die Schrauberaufnahme 28 kann in dieser Ausführungsform über Schrauben geöffnet werden, um die Zentriereinrichtung 21 von dem Schrauber 22 abzunehmen. Der Anschlussarm 29 weist an dessen distalen Ende eine Roboterschnittstelle 30 auf, über welche das Schraubsystem 2 in die Peripherieschnittstelle 19 des Roboters 1 eingewechselt werden kann.
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Ferner umfasst der Montagekörper der Zentriereinrichtung 21 ein Verkleidungsstück 31, das mittels einer Verschraubung an der Unterseite der Schrauberaufnahme 28 angebracht ist, also auf einer der Roboterschnittstelle 30 abgewandten Seite. Das Verkleidungsstück 31 weist im Anschlussbereich an die Schrauberaufnahme 28 einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser wie diese auf, um so einen kontinuierlichen Übergang von der Schrauberaufnahme 28 auf das Verkleidungsstück 31 zu realisieren. Da das Verkleidungsstück 31 in Form eines Hohlkegels ausgebildet ist, läuft dieses von der Schrauberaufnahme 28 konisch nach unten hin zu. Im Bereich der Kegelspitze weist das Verkleidungsstück 31 eine Öffnung 32 auf, wie in der vergrößerten Schnittdarstellung von 7 zu sehen. Der Schrauber 22 ist innerhalb des Hohlkegels des Verkleidungsstücks 31 angeordnet, sodass die Schraubklinge 2 durch die Öffnung 32 aus diesem hervorsteht.
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Darüber hinaus umfasst die Zentriereinrichtung 21 eine Zentrierhülse 33, die beispielsweise mittels additiver Fertigung aus Kunststoff und/oder Metall hergestellt werden kann. Die Zentrierhülse 33 der vorliegenden Ausführungsform weist einen Hülsenabschnitt 34 auf, der konzentrisch zu einer Öffnung in einem plattenförmigen Basisabschnitt 35 angeordnet ist und sich von diesem wegerstreckt. Die Unterseite des Hülsenabschnitts 34 bildet eine ebene Auflagefläche 36 zum Aufliegen auf einem Bauteil aus. Ferner weist der Hülsenabschnitt 34 an der Auflagefläche 36 an dessen Innenseite eine Fase 37 auf, wie in 3 gezeigt, mittels der eine Zentrierung von der Zentrierhülse 33 und damit dem Roboter 1 und einer zu verschraubenden Schraube herbeigeführt werden kann.
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Wie aus 3, 4 und 7 ersichtlich, weist der Hülsenabschnitt 34 in einer Draufsicht auf die Auflagefläche 36 eine Ringsegmentform auf, die sich in der vorliegenden Ausführungsform über einen Winkel von 270° erstreckt. Folglich umfasst der Hülsenabschnitt 34 in Umfangsrichtung eine Aussparung 38, die sich in Höhenrichtung des Hülsenabschnitts 34 von der Auflagefläche 36 bis etwa zur Hälfte der Erstreckungshöhe des Hülsenabschnitts 34 erstreckt. Durch diese Aussparung 38 wird ein näheres Heranfahren mit dem Schraubsystem 2 an Erhebungen und/oder Vorsprünge ermöglicht.
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Wie insbesondere aus 3 und 7 ersichtlich, ist die Zentrierhülse 33 translatorisch verschiebbar an der Unterseite des Verkleidungsstücks 31 mittels einer Lagerungseinrichtung angebracht. Die Lagerungseinrichtung umfasst in der vorliegenden Ausführungsform vier kreisförmig und konzentrisch zur Öffnung 32 des Verkleidungsstücks 31 angeordnete Hubstangen, mittels denen der Basisabschnitt 35 der Zentrierhülse 33 an dem Verkleidungsstück 31 montiert ist. Um jede Hubstange herum ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Druckfeder 39, 40, 41, 42 angeordnet, welche die Zentrierhülse 33 von dem Verkleidungsstück 31 in einem nicht mit Kraft beaufschlagten Zustand wegdrücken. Wird hingegen eine Kraft auf die Auflagefläche 36 des Hülsenabschnitts 34 der Zentrierhülse 33 aufgebracht, so kann diese entgegen der Federkräfte der Druckfedern 39, 40, 41, 42 geführt durch die Hubstangen in Richtung des Verkleidungsstücks 31 verschoben werden.
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Der Schrauber 22 und die Zentriereinrichtung 21 sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass die Schraubklinge 23 konzentrisch zum Hülsenabschnitt 34 verläuft, in einem nicht mit externer Kraft beaufschlagen Zustand, vollständig innerhalb des Hülsenabschnitts 34 angeordnet ist und nicht über die Auflagefläche 36 hinausragt. Die Zentrierhülse 33 dient folglich als Schutzeinrichtung, um einen Menschen vor Verletzungen durch die Schraubklinge 23 zu schützen. Wird hingegen eine Kraft auf die Auflagefläche 36 aufgebracht, kann die Zentrierhülse 33 entgegen der Federkräfte in Richtung des Montagekörpers, also des Verkleidungsstücks 31 und des Verbindungsflansches 27 verschoben werden, um so beispielsweise eine Annährung der Schraubklinge 23 an ein Bauteil während eines Einschraubvorgangs zu ermöglichen.
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In der vorliegenden Ausführungsform sind die Federn 39, 40, 41, 42 dabei so an den kollaborativen Roboter 1, insbesondere an die Sensoreinrichtungen in den einzelnen Antrieben der Gelenke 6, 7, 9, 11, 13, 15 und 17 und an die Robotersteuerung 20, angepasst, dass eine Verletzung eines Menschen durch die verhältnismäßig spitze Schraubklinge 23 verhindert werden kann, ohne das spezifische Anpassungen in der Sensitivität des kollaborativen Roboters an das am Endeffektor 18 montierte Schraubsystem 2 erforderlich sind.
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Soll mittels des kollaborativen Roboters 1 der vorliegenden Erfindung eine Schraube in ein Bauteil geschraubt werden, wird der Endeffektor mit dem daran angebracht Schraubsystem 2 durch die Robotersteuerung 20 so verstellt, dass die Schraubklinge 23 an der Sollposition des Schraubkopfs angeordnet ist. Anschließend wird die Zentriereinrichtung 21 durch die Robotersteuerung 20 auf den Schraubkopf abgesenkt, sodass die Fase 37 bei einer Abweichung des Schraubkopfs von der Sollposition mit diesem in Eingriff gerät. Durch ein weiteres Absenken der Zentriereinrichtung 21 führt die Fase 37 der Zentriereinrichtung 21 den Roboter 1 nach, um Koaxialität zwischen der Schraubklinge 23 und dem Schraubkopf herzustellen. Sobald diese vorliegt, steuert die Robotersteuerung 20 die Schraubersteuerung 24 derart, dass mittels des Schraubers 22 die Schraube innerhalb der Zentrierhülse 33 in das Bauteil eingeschraubt wird. Mit steigender Einschraubtiefe wird der Roboter 1 der Schraube nachgeführt. Dies kann erfolgen, indem ein entsprechender Nachführbefehl von der Schraubersteuerung 24 an die Robotersteuerung 20 übermittelt wird. Die Zentrierhülse 33 wird dabei entgegen der Federkräfte der Lagerungseinrichtung zum Montagekörper hin translatorisch verschoben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013212887 A1 [0002]
- DE 10354079 A1 [0003]
