DE102023002808B3

DE102023002808B3 - Two-part tool for robot screw unit

Info

Publication number: DE102023002808B3
Application number: DE102023002808.8A
Authority: DE
Inventors: Fatih Altinkaya; Fatih Dik; Abdullah Yüksel
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2023-07-10
Filing date: 2023-07-10
Publication date: 2024-11-07
Anticipated expiration: 2043-07-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schraubeinheit zur Anordnung an einer drehbaren Spindel eines Roboterarms zum Ein- oder Ausdrehen von Schrauben, wobei die Schraubeinheit zweiteilig ausgeführt ist und ein oberer Teil (1) eine Spindelschnittstelle (3) zur Anordnung an der drehbaren Spindel und eine Bitschnittstelle (5) zum Anordnen eines unteren Teils (7) an dem oberen Teil (1) aufweist, wobei der untere Teil (7) eine Schraubenkopf-Aufnahme (9) aufweist, um eine Drehung der Schraubeinheit in eine Drehung einer Schraube umzusetzen, wobei der obere Teil (1) und der untere Teil (7) der Schraubeinheit mit einer Steckverbindung ineinander steckbar sind und wobei die Steckverbindung Spiel zwischen dem oberen Teil (1) und dem unteren Teil (7) erlaubt.The invention relates to a screw unit for arrangement on a rotatable spindle of a robot arm for screwing in or unscrewing screws, wherein the screw unit is designed in two parts and an upper part (1) has a spindle interface (3) for arrangement on the rotatable spindle and a bit interface (5) for arranging a lower part (7) on the upper part (1), wherein the lower part (7) has a screw head receptacle (9) in order to convert a rotation of the screw unit into a rotation of a screw, wherein the upper part (1) and the lower part (7) of the screw unit can be plugged into one another with a plug connection and wherein the plug connection allows play between the upper part (1) and the lower part (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubeinheit zur Anordnung an einer drehbaren Spindel eines Roboterarms zum Ein- oder Ausdrehen von Schrauben an einem Bauteil, sowie einen Robotermanipulator mit einer solchen Schraubeinheit.The invention relates to a screw unit for arrangement on a rotatable spindle of a robot arm for screwing in or unscrewing screws on a component, as well as a robot manipulator with such a screw unit.

Im Stand der Technik ist es bekannt, automatisch beschickbare Schrauber zu verwenden, um von einem Roboterarm geführt auf Schraubenköpfe aufgesetzt zu werden, um nach dem Aufsetzen eine Schraube in eine Gewindebohrung eines Bauteils einzudrehen oder aus einer Gewindebohrung eines Bauteils heraus zu drehen.In the prior art, it is known to use automatically loadable screwdrivers to be placed on screw heads guided by a robot arm in order to screw a screw into a threaded hole of a component or to unscrew it from a threaded hole of a component after placement.

Die DE 3808889 A1 betrifft hierzu einen Schrauber zum Eindrehen von Kopfschrauben in Gewindebohrungen in auf einer Montagestrecke zugeführte Werkstücke, dem die einzudrehenden Schrauben mit dem Schaft vorausweisend über eine pneumatische Förderleitung von einem Schraubenvorrat aus einzeln zugeführt werden, mit einer am freien Ende einer motorisch drehantreibbaren Welle angeordneten Schraubenkopf-Aufnahme, welche zwischen zwei Endstellungen entlang der Wellen-Drehachse verschiebbar ist, wobei die Aufnahme in der vorgeschobenen Endstellung eine achsparallel ausgerichtete Schraubenhalterung für die zugeführten Schrauben durchgreift, welche sie in der zurückgezogenen Endstellung vollständig freigibt, so dass die Schraubenhalterung dann in eine zur achsparallel ausgerichteten Stellung versetzte Stellung bewegbar ist, in welcher sie passend am Ende der pneumatischen Förderleitung angeschlossen ist, worauf sie nach Zufuhr einer Schraube in die zur Drehachse ausgerichtete Stellung zurückbewegbar ist, so dass die Schraubenkopf-Aufnahme dann wieder unter Ergreifen des Schraubenkopfs in die vorgeschobene Endstellung bewegbar ist, wobei die Schraubenhalterung zwischen zwei gegenüberliegenden Halterungsplatten aufgenommen und durch eine zwischen ihr und den Halterungsplatten ausgebildete Kulissenführung zwischen der zur Schraubenkopf-Aufnahme fluchtend ausgerichteten Stellung einerseits und der am Ende der Förderleitung angeschlossenen Stellung andererseits bewegbar geführt ist, und wobei an der Schraubenhalterung das eine Ende wenigstens einer Koppelungsstange angeschlossen ist, welche andererseits an einem die Welle mit der Schraubenkopf-Aufnahme drehbar lagernden und längsverschieblich zwischen den Halterungsplatten führenden Lagerschlitten angeschlossen ist, an welchem die die Schraubenkopf-Aufnahme zwischen den beiden Endstellungen verschiebende Vorschub-Einheit angeschlossen ist.The DE 3808889 A1 relates to a screwdriver for screwing head screws into threaded holes in workpieces fed on an assembly line, to which the screws to be screwed in are fed individually with the shaft pointing forward via a pneumatic feed line from a screw supply, with a screw head holder arranged at the free end of a motor-driven shaft, which can be moved between two end positions along the shaft axis of rotation, wherein the holder in the advanced end position passes through an axially parallel screw holder for the fed screws, which it completely releases in the retracted end position, so that the screw holder can then be moved into a position offset from the axially parallel position, in which it is suitably connected to the end of the pneumatic feed line, whereupon it can be moved back into the position aligned with the axis of rotation after a screw has been fed in, so that the screw head holder can then be moved again into the advanced end position by gripping the screw head, wherein the screw holder is received between two opposing mounting plates and by a link guide formed between it and the mounting plates is movably guided between the position aligned with the screw head holder on the one hand and the position connected to the end of the conveyor line on the other hand, and wherein one end of at least one coupling rod is connected to the screw holder, which on the other hand is connected to a bearing carriage which rotatably supports the shaft with the screw head holder and guides it longitudinally between the mounting plates, to which the feed unit which moves the screw head holder between the two end positions is connected.

Die DE 19638521 A1 betrifft ferner eine Vorrichtung zum automatisierten Setzen von Haltebolzen auf Trägerflächen, bestehend aus einem an einen Roboterarm anschließbaren Gehäuse und einem mit diesem verbundenen Bolzenzuführkanal, wobei die Bolzen mit Tellerbünden versehen sind, welche an ihrer Unterseite mit einem trockenen, durch Wärmeeinwirkung reaktivierbaren Schmelzklebstoff beschichtet sind, wobei im Gehäuse unterhalb des Bolzenzuführkanals ein Übergabeteller drehbar gelagert ist, welcher mit einer Aufnahmeposition für die einzeln zugeführten Bolzen und einer Entnahmeposition versehen ist, wobei oberhalb der Entnahmeposition zum Erfassen des Bolzenschafts verschieblich geführt ist, und unterhalb dieser Entnahmeposition ein mit Induktionsspulen versehener Zylinder angeordnet ist, in welchen der Bolzen mittels der Greifzange einführbar und dabei gleichzeitig auf die vorgesehene Fügeposition bringbar ist.The DE 19638521 A1 further relates to a device for the automated setting of retaining bolts on support surfaces, consisting of a housing that can be connected to a robot arm and a bolt feed channel connected to it, wherein the bolts are provided with plate collars that are coated on their underside with a dry hot melt adhesive that can be reactivated by the action of heat, wherein a transfer plate is rotatably mounted in the housing below the bolt feed channel, which is provided with a receiving position for the individually fed bolts and a removal position, wherein above the removal position it is slidably guided for gripping the bolt shaft, and below this removal position a cylinder provided with induction coils is arranged, into which the bolt can be inserted by means of the gripping pliers and at the same time brought to the intended joining position.

Die FR 2 869 252 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die das Schrauben behindernde Störkräfte beseitigt, indem sie eine freie radiale und winklige Anpassung zwischen der Schraube und der zu montierenden Mutter ermöglicht, unabhängig vom Winkel der Schraubachse in Bezug auf die Vertikale. Sie besteht aus einem Übertragungselement mit rotierendem Drehmoment, einer Schwenkverbindung zwischen der Verlängerung und der Ausgleichsmasse, einer in Rotation gestoppten Ausgleichsmasse, einem Kugelgelenk, das die Artikulation der Übertragungsverlängerung an im Wesentlichen einem ihrer Enden in Bezug auf den Rahmen des Systems ermöglicht und einer translatorischen Führung dieses Schwenkpunkts.The FR 2 869 252 A1 describes a device that eliminates disturbing forces that hinder screwing by allowing free radial and angular adjustment between the screw and the nut to be assembled, regardless of the angle of the screw axis with respect to the vertical. It consists of a rotating torque transmission element, a pivoting connection between the extension and the balancing mass, a balancing mass stopped in rotation, a ball joint that allows the articulation of the transmission extension at essentially one of its ends with respect to the frame of the system and a translational guide of this pivot point.

Die DE 693 06 357 T2 beschreibt eine Vorrichtung zum Herstellen verschrauben von mindestens zwei Teilen, durch Verschrauben mit einer Trägerplatte für die beiden zur Montage vorbereiteten Teile, die relativ zu einem festen Montageplatz bewegbar ist, mit Mitteln zum Positionieren der Trägerplatte relativ zum festen Montageplatz.The DE 693 06 357 T2 describes a device for producing screwed together at least two parts, by screwing with a carrier plate for the two parts prepared for assembly, which is movable relative to a fixed assembly location, with means for positioning the carrier plate relative to the fixed assembly location.

Die DE 29 711 260 U1 beschreibt einen stationären Schraubautomat mit einer drehbaren Schraubspindel, an der ein Schraubwerkzeug befestigt ist, wobei der Schraubautomat ein stationär montiertes Antriebsteil und ein relativ zum Antriebsteil axial bewegliches, die Schraubspindel aufweisendes Kopfteil umfasst, wobei Antriebsteil und Kopfteil dergestalt wirkverbunden sind, dass durch das Antriebsteil eine Drehbewegung der Schraubspindel erwirkbar ist und bei axialer Bewegung des Kopfteils auch die Schraubspindel in Richtung des Zustellhubs axial beweglich ist.The DE 29 711 260 U1 describes a stationary screwing machine with a rotatable screw spindle to which a screwing tool is attached, wherein the screwing machine comprises a stationary mounted drive part and a head part which is axially movable relative to the drive part and has the screw spindle, wherein the drive part and the head part are operatively connected in such a way that a rotary movement of the screw spindle can be brought about by the drive part and when the head part moves axially, the screw spindle is also axially movable in the direction of the feed stroke.

In diesen Systemen mit Schraubeinheiten, welche aus dem Stand der Technik bekannt sind, besteht häufig das Problem, dass die starre, einteilige Konstruktion einer solchen Schraubeinheit wie der aus dem Stand der Technik bekannte und eingangs zitierte Schrauber eine perfekte Positionierung der Schraubeinheit in der Spindel des Roboterarms erfordert. Nur dann kann auch eine perfekte Positionierung einer Schraubenkopf-Aufnahme des Schraubers auf dem Schraubenkopf erfolgen. Wegen typischer zu erwartender Schwankungen der Genauigkeit in der Produktion einer solchen Schraubeinheit schwankt jedoch auch die Positionierung der Schraubeinheit in der Spindel des Roboterarms. Dadurch entsteht ein höherer Verschleiß an der Schraubeinheit. Dieser Umstand erfordert zudem eine hohe Nacharbeitsquote einer mit einer solchen Schraubeinheit ausgeführten Verschraubung am Bauteil.In these systems with screw units, which are known from the state of the art, there is often the problem that the rigid, one-piece construction of such a screw unit, such as the screwdriver known from the state of the art and cited at the beginning, does not allow perfect positioning. positioning of the screw unit in the spindle of the robot arm. Only then can a screw head holder of the screwdriver be perfectly positioned on the screw head. However, due to typical expected fluctuations in accuracy in the production of such a screw unit, the positioning of the screw unit in the spindle of the robot arm also fluctuates. This causes greater wear on the screw unit. This circumstance also requires a high rework rate for a screw connection on the component made with such a screw unit.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine verbesserte Schraubeinheit für einen Roboter bereitzustellen, welcher eine erhöhte Lebensdauer aufweist und zuverlässiger Verschraubungen vornimmt.The object of the invention is therefore to provide an improved screw unit for a robot, which has an increased service life and performs screw connections more reliably.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Schraubeinheit zur Anordnung an einer drehbaren Spindel eines Roboterarms zum Ein- oder Ausdrehen von Schrauben an einem Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubeinheit zweiteilig ausgeführt ist, wobei ein oberer Teil der Schraubeinheit eine Spindelschnittstelle zur Anordnung der Schraubeinheit an der drehbaren Spindel des Roboterarms und eine Bitschnittstelle zum Anordnen eines oberen Endes eines unteren Teils der Schraubeinheit an dem oberen Teil der Schraubeinheit aufweist, wobei der untere Teil der Schraubeinheit an seinem unteren Ende eine Schraubenkopf-Aufnahme aufweist, um eine Drehung der Schraubeinheit in eine Drehung einer Schraube umzusetzen, wobei der obere Teil und der untere Teil der Schraubeinheit mit einer Steckverbindung ineinander steckbar sind und wobei die Steckverbindung Spiel zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil erlaubt.A first aspect of the invention relates to a screw unit for arrangement on a rotatable spindle of a robot arm for screwing in or unscrewing screws on a component, characterized in that the screw unit is designed in two parts, wherein an upper part of the screw unit has a spindle interface for arrangement of the screw unit on the rotatable spindle of the robot arm and a bit interface for arranging an upper end of a lower part of the screw unit on the upper part of the screw unit, wherein the lower part of the screw unit has a screw head receptacle at its lower end in order to convert a rotation of the screw unit into a rotation of a screw, wherein the upper part and the lower part of the screw unit can be plugged into one another with a plug connection and wherein the plug connection allows play between the upper part and the lower part.

Die Roboter-Schraubeinheit ist ein Werkzeug, die in die drehbare Spindel eines distalen Endes eines Roboterarms eingebaut werden kann. Die Spindel dreht sich auf eine entsprechende Ansteuerung hin, sodass sich auch die Schraubeinheit dreht. Indem die Schraubeinheit vor Beginn des Andrehens auf einen Schraubenkopf aufgesetzt wurde, kann somit durch die Drehung der Schraubeinheit auch die Schraube gedreht werden, um diese in eine Gewindebohrung einzuschrauben oder aus dieser heraus zu schrauben. Gewöhnlich wird der Einsatz der Schraubeinheit auf das Einschrauben beschränkt sein, wenn der Roboter mit der Schraubeinheit in einem Montagebereich verwendet wird, in dem Bauteile miteinander verschraubt werden.The robot screw unit is a tool that can be installed in the rotating spindle of a distal end of a robot arm. The spindle rotates when controlled accordingly, so that the screw unit also rotates. By placing the screw unit on a screw head before starting to tighten, the screw can also be rotated by rotating the screw unit in order to screw it into or out of a threaded hole. Usually, the use of the screw unit will be limited to screwing in if the robot with the screw unit is used in an assembly area in which components are screwed together.

Die Schraubeinheit eignet sich insbesondere, um Verschraubungen im Fahrzeugbau durchzuführen, beispielsweise bei der Montage einer Batteriehaltung oder der Batterie selbst an einer tragenden Karosseriestruktur eines Fahrzeugs. Bei der Montage einer solchen Batterie können durchaus über 100 Schrauben je einzelner Batterie verwendet werden.The screw unit is particularly suitable for screwing in vehicle construction, for example when mounting a battery holder or the battery itself to a supporting body structure of a vehicle. When assembling such a battery, more than 100 screws can be used per individual battery.

Die Steckverbindung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil der Schraubeinheit ist bevorzugt eine standardisierte Werkzeugschnittstelle, wie ein 1/4", 3/8" oder ein 1/2" Vierkantprofil. Bei einer solchen bekannten Werkzeugschnittstelle werden ein Sockel und eine Nuss ineinander gesteckt.The plug connection between the upper part and the lower part of the screw unit is preferably a standardized tool interface, such as a 1/4", 3/8" or a 1/2" square profile. With such a known tool interface, a base and a nut are plugged into each other.

Zur Fixierung der Steckverbindung können weitere Mechanismen eingesetzt werden, beispielsweise eine federnd gelagerte Kugel im Vierkant-Antriebs-Sockel, die radiale Kraft ausübt. Der untere Teil der Schraubeinheit ist bevorzugt aus Werkzeugstahl ausgeführt und weist an seinem unteren Ende eine Schraubenkopf-Aufnahme auf, die an die zu drehende Schraube angepasst ist, beispielsweise auf ein Sechskantprofil.Other mechanisms can be used to fix the plug connection, for example a spring-loaded ball in the square drive base that exerts radial force. The lower part of the screw unit is preferably made of tool steel and has a screw head holder at its lower end that is adapted to the screw to be turned, for example to a hexagon profile.

Der untere Teil der Schraubeinheit kann seinem Zweck entsprechend auch Bit genannt werden, da dieser untere Teil einem Adapter von einem drehenden Antrieb zum Schraubenkopf entspricht.The lower part of the screw unit can also be called a bit according to its purpose, since this lower part corresponds to an adapter from a rotating drive to the screw head.

Der zweiteilige Aufbau der Schraubeinheit, insbesondere die Steckverbindung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil, ermöglicht in gewissen, wenn auch geringen Maßen, kinematische Freiheitsgrade zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil der Schraubeinheit zu schaffen. Diese Freiheitsgrade sind naturgemäß stark beschränkt, sodass keine beliebige Bewegung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil erfolgen kann, jedoch erlaubt das Spiel in der Steckverbindung einen Toleranzausgleich, welcher bereits durch die Beweglichkeit in Bruchteilen eines Millimeters in radialer Richtung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil bzw. von wenigen Graden oder Bruchteilen eines Grades einer Knickbewegung des unteren Teils relativ zum oberen Teil gegeben sein kann. Der Winkelbereich, um den der obere Teil und der untere Teil gegeneinander verkippbar sind, ist bevorzugt kleiner als 4°, besonders bevorzugt kleiner als 1°.The two-part construction of the screw unit, in particular the plug connection between the upper part and the lower part, makes it possible to create certain, albeit small, kinematic degrees of freedom between the upper part and the lower part of the screw unit. These degrees of freedom are naturally very limited, so that no arbitrary movement can take place between the upper part and the lower part, but the play in the plug connection allows tolerance compensation, which can already be provided by the mobility of fractions of a millimeter in the radial direction between the upper part and the lower part or of a few degrees or fractions of a degree of a bending movement of the lower part relative to the upper part. The angular range by which the upper part and the lower part can be tilted against each other is preferably less than 4°, particularly preferably less than 1°.

Durch den zweiteiligen Werkzeug-Aufbau der Schraubeinheit wird eine bessere Schraubenkopf-Findung zwischen Schraubeinheit und Schraubenkopf erreicht. Damit kann auch die Qualität der erzeugten Schraubverbindung verbessert werden, und weniger manuelle Nacharbeit ist notwendig, wodurch eine Erhöhung der Verfügbarkeit der Montageanlage mit dem Roboter und einer solchen Schraubeinheit erreicht werden kann.The two-part tool structure of the screw unit enables better screw head detection between the screw unit and the screw head. This also improves the quality of the screw connection produced and less manual rework is required, which increases the availability of the assembly. plant can be achieved with the robot and such a screw unit.

Zudem werden durch Verwendung des zweiteiligen Aufbaus des Werkzeugs weniger Verschleiß und damit weniger Abfall erzeugt. Somit können auch höhere Standzeiten erreicht werden und der Einstellaufwand der Schraubeinheit fällt deutlich geringer aus. Darüber hinaus ergibt sich ein geringeres Verstopfungsrisiko der Schraubenzuführung, insbesondere wenn die Schrauben vollautomatisch mit Hilfe von Pneumatik durch einen Schlauch zum Bauteil an die gewünschte Verschraubungsstelle zugeführt werden. Ein Teachaufwand am Roboter(arm) vermindert sich außerdem.In addition, the use of the two-part design of the tool means less wear and tear and therefore less waste. This also means that longer service lives can be achieved and the adjustment effort for the screw unit is significantly lower. In addition, there is a lower risk of blockage in the screw feed, especially when the screws are fed fully automatically with the help of pneumatics through a hose to the component at the desired screwing point. The teaching effort on the robot (arm) is also reduced.

Außerdem ist ein schnellerer Werkzeugwechsel möglich, da bei einem Wechsel von zu montierenden oder demontierenden Schrauben zu einer anderen Größe des Schraubenkopfes oder einer anderen Art des Schraubenkopfes nicht mehr die vollständige Schraubeinheit am Roboterarm gewechselt werden muss, sondern lediglich der untere Teil der Schraubeinheit im Sinne eines Bitwechsels.In addition, faster tool changes are possible because when changing screws to be assembled or disassembled to a different size of screw head or a different type of screw head, the entire screw unit on the robot arm no longer has to be changed, but only the lower part of the screw unit in the sense of a bit change.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Spiel zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil rotatorisches Spiel um einen Radius senkrecht zur Drehachse der Schraubeinheit, sodass über einen Winkelbereich der obere Teil und der untere Teil zueinander verkippbar sind.According to an advantageous embodiment, the play between the upper part and the lower part is rotational play about a radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit, so that the upper part and the lower part can be tilted relative to each other over an angular range.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Schraubeinheit weiterhin eine pneumatische Schraubenzufuhr auf, welche dazu ausgeführt ist, sequenziell einzelne Schrauben zur Schraubenkopf-Aufnahme des unteren Teils der Schraubeinheit zu befördern.According to a further advantageous embodiment, the screw unit further comprises a pneumatic screw feed which is designed to sequentially convey individual screws to the screw head receptacle of the lower part of the screw unit.

Die Schraubenzufuhr ist insbesondere so ausgeführt, dass die Schrauben nacheinander in die Schraubenkopf-Aufnahme der Schraubeinheit fallen. Beim Vorfahren der zweiteiligen Schraubeneinheit wird die Schraube mit dem unteren Teil der Schraubeinheit aufgegriffen. Die Schrauben selbst werden über Schläuche zu Schraubenkopf-Aufnahme pneumatisch zugeführt. Anschließend wird die Schraubeinheit nach unten ausgefahren und durch Drehung der Schraubeinheit kann die Verschraubung erfolgen.The screw feed is designed in such a way that the screws fall one after the other into the screw head holder of the screw unit. When the two-part screw unit is moved forward, the screw is picked up with the lower part of the screw unit. The screws themselves are fed pneumatically via hoses to the screw head holder. The screw unit is then extended downwards and the screwing can be carried out by rotating the screw unit.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Steckverbindung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil translatorisches Spiel entlang des Radius senkrecht zur Drehachse der Schraubeinheit auf.According to a further advantageous embodiment, the plug connection between the upper part and the lower part has translational play along the radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit.

Die Drehachse der Schraubeinheit ist diejenige Achse, um welche sich die gesamte Schraubeinheit zum Drehen der Schraube dreht. Entlang eines Radius senkrecht zu dieser Drehachse ist gemäß dieser Ausführungsform etwas Spiel vorgesehen, sodass sich der untere Teil gegenüber dem oberen Teil der Schraubeinheit verschieben kann. Es ist dabei ausreichend, wenn dieses Spiel Bruchteile eines Millimeters umfasst, um den unteren Teil der Schraubeinheit leichter auf einen Schraubenkopf ansetzen zu können.The axis of rotation of the screw unit is the axis around which the entire screw unit rotates to turn the screw. According to this embodiment, some play is provided along a radius perpendicular to this axis of rotation so that the lower part can move relative to the upper part of the screw unit. It is sufficient if this play is fractions of a millimeter in order to be able to place the lower part of the screw unit more easily on a screw head.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Steckverbindung zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil translatorisches Spiel entlang der Drehachse der Schraubeinheit auf.According to a further advantageous embodiment, the plug connection between the upper part and the lower part has translational play along the axis of rotation of the screw unit.

Durch dieses translatorische Spiel werden zudem Höhenunterschiede ausgeglichen, welche in der Positionierung zwischen der Schraubeinheit und der Gewindebohrung zur Aufnahme einer Schraube vorherrschen können.This translational play also compensates for height differences that may exist in the positioning between the screw unit and the threaded hole for receiving a screw.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Steckverbindung eine Vierkant- Werkzeug-Verbindung, bevorzugt mit einem 3/8" oder 1/2" Vierkant Antrieb wie von Drehmomentschlüsseln und Ratschen bekannt.According to a further advantageous embodiment, the plug connection comprises a square tool connection, preferably with a 3/8" or 1/2" square drive as known from torque wrenches and ratchets.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steckverbindung durch ein entlang des Radius senkrecht zur Drehachse der Schraubeinheit führbares Element fixierbar. Bevorzugt wird hierzu eine an einer Feder gelagerte Kugel verwendet, um radiale Kraft aufzubauen.According to a further advantageous embodiment, the plug connection can be fixed by an element that can be guided along the radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit. Preferably, a ball mounted on a spring is used for this purpose in order to build up radial force.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Roboterarm mit einer Schraubeinheit wie oben und im Folgenden beschrieben.A further aspect of the invention relates to a robot arm with a screw unit as described above and below.

Der Roboterarm kann eine mehrgelenkige kinematische Kette umfassen, die eine Vielzahl von durch Gelenken miteinander verbundenen Gliedern aufweist. Alternativ hierzu kann er auch mehrere im Wesentlichen parallele Arme aufweisen und an seinem oberen Ende gelagert sein, beispielsweise ein Deltaroboter sein. In diesem Sinne kann der Robotermanipulator ein oder mehrere Translationsgelenke und/oder ein oder mehrere Rotationsgelenke aufweisen. Die Art des verwendeten Robotermanipulators ist jedoch prinzipiell irrelevant für die Funktionsweise der zweiteiligen Schraubeinheit.The robot arm can comprise a multi-joint kinematic chain having a plurality of links connected to one another by joints. Alternatively, it can also have several essentially parallel arms and be supported at its upper end, for example a delta robot. In this sense, the robot manipulator can have one or more translational joints and/or one or more rotational joints. However, the type of robot manipulator used is fundamentally irrelevant for the functioning of the two-part screw unit.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Robotermanipulators ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit der vorgeschlagenen Schraubeinheit vorstehend gemachten Ausführungen.Advantages and preferred further developments of the proposed robot manipulator result from an analogous and analogous transfer of the statements made above in connection with the proposed screw unit.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details can be found in the following description, in which - if necessary with reference to the drawing - at least one embodiment is described in detail. Identical, similar and/or functionally equivalent parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigen:

1: Den oberen Teil der zweiteiligen Schraubeinheit in Perspektive gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2: Den oberen Teil der zweiteiligen Schraubeinheit der 1 im Schnitt.
3: Den unteren Teil der zweiteiligen Schraubeinheit in Perspektive gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4: Den unteren Teil der zweiteiligen Schraubeinheit der 3 im Schnitt.

They show:

1 : The upper part of the two-part screw unit in perspective according to an embodiment of the invention.
2 : The upper part of the two-part screw unit of the 1 on average.
3 : The lower part of the two-part screw unit in perspective according to an embodiment of the invention.
4 : The lower part of the two-part screw unit of the 3 on average.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figures are schematic and not to scale.

1 zeigt den oberen Teil 1 der zweiteiligen Schraubeinheit. Der obere Teil dient zur Anordnung an einer drehbaren Spindel eines Roboterarms und weist zu diesem Zweck eine Vierkant-Spindelschnittstelle 3 auf, welche an der drehbaren Spindel des Roboterarms angeordnet werden kann, jedoch auch von dieser einfach zum Werkzeugtausch wieder gelöst werden kann. Am gegenüberliegenden Ende zur Spindelschnittstelle 3 ist eine Bitschnittstelle 5 angeordnet, um den unteren Teil 7 der zweiteiligen Schraubeinheit an dem oberen Teil 1 anordnen zu können. Der obere Teil 1 der zweiteiligen Schraubeinheit ist im Prinzip ein auf ein gewisses Nenn-Drehmoment ausgelegter Torsionsstab mit den entsprechenden Schnittstellen 3,5 an seinem oberen und unteren Ende. Dieser obere Teil 1 der Schraubeinheit ist aus Werkzeugstahl gefertigt. 1 shows the upper part 1 of the two-part screw unit. The upper part is used for arrangement on a rotating spindle of a robot arm and for this purpose has a square spindle interface 3, which can be arranged on the rotating spindle of the robot arm, but can also be easily removed from it again for tool replacement. At the opposite end to the spindle interface 3, a bit interface 5 is arranged in order to be able to arrange the lower part 7 of the two-part screw unit on the upper part 1. The upper part 1 of the two-part screw unit is basically a torsion bar designed for a certain nominal torque with the corresponding interfaces 3,5 at its upper and lower ends. This upper part 1 of the screw unit is made of tool steel.

2 zeigt den oberen Teil 1 der Schraubeinheit im Schnitt. Hierbei werden die Vierkant-Schnittstellen 3,5 des oberen Teils 1 noch einmal deutlich sichtbar. 2 shows the upper part 1 of the screw unit in section. Here, the square interfaces 3.5 of the upper part 1 are clearly visible again.

3 zeigt den unteren Teil 7 der Schraubeinheit, der dazu dient, am oberen Teil 1 der 1 und 2 angeordnet zu werden. Während der obere Teil 1 der Schraubeinheit der roboterseitige Teil der Schraubeinheit ist, ist der untere Teil 7 der Schraubeinheit der schraubenseitige Teil. Zum einen weist der untere Teil an seinem oberen Ende eine entsprechende Schnittstelle auf, die mit der Bitschnittstelle 5 des oberen Teils 1 zusammenpasst. An seinem unteren Ende weist der untere Teil 7 eine Schraubenkopf-Aufnahme 9 auf, welche dazu ausgeführt ist, auf einen Schraubenkopf zu greifen. Je nach Schraubenkopf ist diese Schraubenkopf-Aufnahme entsprechend auszuführen, beispielsweise mit einem Innensechskant für einen Außensechskant-Schraubenkopf, bzw. eine Außensechskant Schraubenkopf-Aufnahme 9 für einen Innensechskant-Schraubenkopf. 3 shows the lower part 7 of the screw unit, which serves to attach to the upper part 1 of the 1 and 2 to be arranged. While the upper part 1 of the screw unit is the robot-side part of the screw unit, the lower part 7 of the screw unit is the screw-side part. On the one hand, the lower part has a corresponding interface at its upper end, which fits together with the bit interface 5 of the upper part 1. At its lower end, the lower part 7 has a screw head holder 9, which is designed to grip a screw head. Depending on the screw head, this screw head holder is designed accordingly, for example with a hexagon socket for an external hexagon screw head, or an external hexagon screw head holder 9 for an internal hexagon screw head.

4 zeigt den unteren Teil 7 der Schraubeinheit im Schnitt. Hierbei sind am linken Ende die Vierkant-Nuss zur Verbindung mit der Bitschnittstelle 5, sowie die Sechskant Schraubenkopf-Aufnahme 9 am rechten Ende gezeigt. Wiederum ist der untere Teil 7 aus Werkzeugstahl gefertigt und auf dasselbe Drehmoment wie der obere Teil 1 ausgelegt. An der Steckverbindung der Bitschnittstelle 5 des oberen Teils 1 der Schraubeinheit mit dem unteren Teil 7 ergibt sich ein Spiel, welches das Aufsetzen des unteren Teils 7 der Schraubeinheit, insbesondere der Schraubenkopf-Aufnahme 9, auf den Schraubenkopf erleichtert. Der Verschleiß an der Schraubeinheit wird somit verringert, notwendige Nacharbeiten müssen seltener erfolgen, das Wechseln der Schraubeinheit für unterschiedliche Schrauben wird erleichtert. 4 shows the lower part 7 of the screw unit in section. The square nut for connecting to the bit interface 5 and the hexagon screw head holder 9 are shown at the left end. The lower part 7 is again made of tool steel and designed for the same torque as the upper part 1. There is play at the plug connection of the bit interface 5 of the upper part 1 of the screw unit with the lower part 7, which makes it easier to place the lower part 7 of the screw unit, in particular the screw head holder 9, on the screw head. This reduces wear on the screw unit, necessary rework needs to be carried out less often and changing the screw unit for different screws is made easier.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exist. It is also clear that embodiments mentioned by way of example really only represent examples that are not to be understood in any way as a limitation of the scope of protection, the possible applications or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to implement the exemplary embodiments in concrete terms, whereby the person skilled in the art, with knowledge of the disclosed inventive concept, can make a variety of changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

Claims

Screw unit for arrangement on a rotatable spindle of a robot arm for screwing in or unscrewing screws on a component, characterized in that the screw unit is designed in two parts, wherein an upper part (1) of the screw unit has a spindle interface (3) for arrangement of the screw unit on the rotatable spindle of the robot arm and a bit interface (5) for arranging an upper end of a lower part (7) of the screw unit on the upper part (1) of the screw unit, wherein the lower part (7) of the screw unit has a screw head receptacle (9) at its lower end in order to convert a rotation of the screw unit into a rotation of a screw, wherein the upper part (1) and the lower part (7) of the screw unit can be plugged into one another with a plug connection and wherein the plug connection allows play between the upper part (1) and the lower part (7).

screw unit after claim 1 , wherein the plug connection between the upper part (1) and the lower part (7) has rotational play about a radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit, so that the upper part (1) and the lower part (7) can be tilted relative to one another over an angular range.

Screw unit according to one of the preceding claims, further comprising a pneumatic screw feed which is designed to sequentially convey individual screws to the screw head receptacle (9) of the lower part (7) of the screw unit.

Screw unit according to one of the preceding claims, wherein the plug connection between the upper part (1) and the lower part (7) has translational play along the radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit.

Screw unit according to one of the preceding claims, wherein the plug connection between the upper part (1) and the lower part (7) has translational play along the axis of rotation of the screw unit.

Screw unit according to one of the preceding claims, wherein the plug connection comprises a square tool connection.

Screw unit according to one of the preceding claims, wherein the plug connection can be fixed by an element that can be guided along the radius perpendicular to the axis of rotation of the screw unit.

Robot manipulator with a screw unit according to one of the preceding claims.