DE3704843C2 - - Google Patents

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.

Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung werden ver­ stärkt Schraubvorgänge mit Handhabungseinrichtungen und insbesondere mit Industrierobotern ausgeführt.

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.

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.

Darüber hinaus wird der Industrieroboter durch die an der letzten Achse angebrachte Schraubvorrichtung ver­ gleichsweise stark belastet.

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.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnet.

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.

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.

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).

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.

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.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

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.

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.

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.

Die im Anspruch 6 gekennzeichnete Weiterbildung erhöht die flexible Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung insbesondere bei Handhabungseinrichtungen mit wenigen Freiheitsgraden weiter.

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.

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.

Die Sensorsignale sind an die Steuereinheit des Indu­ strieroboters angelegt, die bei einem fehlerhaftem Ablauf des Schraubvorgangs entsprechende Gegenmaßnahmen einleitet.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Schraubvorrichtung;

Fig. 2a bis 2c eine mögliche Ausbildung der Vorschub­ einheit in einer Aufsicht und Schnitt­ darstellungen.

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.

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.

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.

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.

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".

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.

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.

Die Vorschubeinheit kann auch anders als in Fig. 2 dargestellt aufgebaut sein und beispielsweise eine Schwalbenschwanzführung aufweisen.

Claims (9)

1. Handhabungseinrichtung mit einer Schraubvorrich­ tung, die einen mehrachsigen Arm und eine Linearführung (8) für eine Schraubspindel aufweist, bei der an der letzten Achse (3) des Armes ein Greifer (5) zur Hand­ habung von Teilen angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung (8) an dem die letzte Achse tragenden Armteil (2) angebracht ist, und daß der Greifer (4) exzentrisch an der letzten Achse (3) angebracht und derart bewegbar ist, daß die handzuha­ benden Teile in der Achse der Schraubspindel (7) posi­ tionierbar sind.

2. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung zwei parallele Stangen (11) aufweist, auf der zwei Spannbac­ ken (13) für die Schraubspindel (7) mittels Kugelfüh­ rungen (12) geführt sind.

3. Handhabungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannbacken unabhängig voneinander jeweils mittels zweier Kugelführungen ge­ führt sind.

4. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der Schraubspindel auf der Linearführung ein gegen Feder­ kraft (17) wirkender Bowdenzug (15) vorgesehen ist.

5. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der Schraubspindel auf der Linearführung eine Gewindestange (14) mit Wellenmutter vorgesehen ist, die mittels einer biegsamen Welle (14′) von einer ortsfesten Antriebsein­ heit oder einer Antriebseinheit antreibbar ist, die an einer inneren Achse der Handhabungseinrichtung ange­ bracht ist.

6. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung gegen die letzte Achse der Handhabungseinrichtung verschwenkbar ist.

7. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor vorgesehen ist, der die Verschiebung der Schraubspindel erfaßt und dessen Ausgangssignal an die Steuerung der Hand­ habungseinrichtung angelegt ist.

8. Handhabungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor vorgesehen ist, der die Stellung der Greiferbacken erfaßt, und dessen Ausgangssignal an die Steuerung der Handhabungsein­ richtung angelegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbacken in Art einer Zentrierhilfe ausgebildet sind.