用于补偿连接运动的装置的制作方法

本发明涉及一种用于铰接臂机器人的连接装置，通过向连接元件施加轴向力将连接元件与部件连接。

背景技术：

在将部件与铰接臂机器人连接时存在以下问题，即在初撑力(setzkraft)的作用下，尤其在摩擦焊接过程中，摩擦焊接元件会发生倾斜，由此紧固件相对于部件表面很难正交设置。并且，用于提供旋转驱动的旋转芯轴很容易脱离摩擦焊接元件的驱动结构。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种用于铰接臂机器人的连接装置，该连接装置能够在轴向力下稳定地设置连接元件。

用于铰接臂机器人的连接装置，在轴向力作用下将连接元件与部件或部件组件在其一侧连接，包括基础元件，所述基础元件用于附接到铰接臂机器人，尤其是凸缘或其他连接元件。所述基础元件与推动单元相连，所述推动单元在轴向方向上且与设置方向同向或反向地相对于基础元件运动。推动单元设有设置装置，所述设置装置与推动单元一起运动。设置装置经由连接元件作用于部件，将连接元件与部件或部件组件连接。除了设置装置外，与推动单元相连的还有压力件，所述压力件同样作用于部件。压力件经由耦合单元与推动单元相连。如果推动单元朝部件一直运动，压力件将会置于部件上。

耦合单元通常设置为螺旋弹簧，所述螺旋弹簧承接压力件于推动单元。在设置中，压力件与部件接触时，弹簧力将施加到部件或部件组件上，该弹簧力可将上部件层固定至下部件层。

根据本发明，耦合单元包括阻挡单元，所述阻挡单元从预设定的轴向阻挡位置起开始阻止向推动单元方向上的轴向相对运动，由此可将推动单元施加的力传递到部件上。阻挡单元的设置方式使压力件的相对运动在阻挡单元中设定的阻挡力到达之前被阻止，如果超过阻挡力，则可以允许运动。

另外，阻挡单元包括释放装置，所述释放装置一旦启动便可以在设置期间降低或完全消除阻挡力。

当阻挡力降低到一定程度时，推动力力可以通过平行作用的设置装置经由连接元件作用于部件上。

一旦连接元件的端部与部件接触，释放装置即被启动。

释放装置优选设计为作用于压力件与推动单元之间的阻挡力突变到零。尤其在预张紧阶段期间阻挡力恒定不变的。

后续的过程力(prozesskraft)加载至铰接臂机器人，能防止铰接臂机器人与部件之间的多余的相对运动。由此在连接过程期间可防止连接元件的倾斜对连接结果造成负面影响。

根据第一实施方式，阻挡单元包括电机，所述电机作用于推动单元与压力件之间，具有阻挡力所需的转矩，并且可以在达到阻挡力时自动关闭，以允许例如在压力件与推动单元之间的相对运动。在无电流状态下，电机的内阻被视为是可忽略的。

根据另一实施方式，阻挡单元包括气缸或液压缸。在该实施方式中，气缸或液压缸的活塞提供设定所要求的阻挡力所需的压力，为达到该目的，活塞在此气缸或液压缸中运动到止挡件处停止，以避免在阻挡力达到前发生压缩。

优选为气缸，由此从超过预先设定的阻挡力的某一力起，空气的压缩可使压力件产生相对运动。这足以跨越压力件与设置装置上的连接元件之间的距离。如上所述，在设置过程中，连接元件与部件接触时，释放装置将被启动，由此推动单元产生的力经由设置装置作用于连接元件。

根据另一个优选实施方式，所述阻挡单元包括阀，尤其是调节阀或减压阀，该阀与气缸或液压缸相连。以此方式可以设定一个预设压力，当作用于压力件的力超过阻挡力时，即使在使用不可压缩介质时该压力也允许活塞运动。

优选地，释放装置包括排气阀。通过使用排气阀可以快速且简单地释放阻挡单元。

耦合单元可以包括弹簧元件，尤其是螺旋弹簧，所述弹簧元件设置成与阻挡单元平行作用。以此方式，可以设定压力件相对于推动单元的基本位置，尤其是当压力件远离推动单元的轴向行程受到止挡件限制时。以此方式，借助压力件，弹簧力可用于实现初次接触，此时允许压力件在向推动单元方向上的轴向相对运动。一旦达到阻挡位置，压力件将不再继续运动。

优选地，连接装置具有初始设置接触检测器，所述初始设置接触检测器及时检测连接元件在设置过程中与部件接触的时间点，所述释放装置随即被启动。超过阻挡力时，设置装置/推动单元与压力件之间进行进一步的相对运动，初始设置接触检测器显得尤其重要。

一旦初始设置接触检测器检测到连接元件与部件初始设置接触，将启动释放装置，由此推动单元的力随后仅通过设置装置和连接元件传递到部件上。设置装置相对于部件的偏置只有在设置过程完成之后才会发生。

优选地，所述初始设置接触检测器包括力传感器，所述力传感器与设置装置相连，检测作用于设置装置的轴向过程力。当连接元件经由设置装置置于部件上，在推动单元进一步运动时力传感器检测到超过阻挡力的力，由此可靠地检测到初始设置接触。力传感器可以为包括应变计的轴向力传感器。

如果需要，初始设置接触检测还可以通过应用相应传感器的位移测量系统实现。初始设置接触检测还可以通过推动单元的驱动来进行，例如通过增量式位移测量系统。

作为替代方案，初始设置接触还可以通过推动单元的驱动功率来进行检测。

设置装置可以包括旋转芯轴，该旋转芯轴将连接元件在旋转下引入到部件或部件组件中。

如此驱动旋转芯轴，可以实现3000至10000转/分钟的转速，以产生摩擦连接。

压力件可以优选地设计为压力套筒，且与设置装置、尤其与旋转芯轴共轴设置。这意味着，设置装置可被引导穿过压力件，由此在连接过程期间对连接元件进行引导和固定。

推动单元的操作方式使得在预张紧过程期间和释放装置启动之后推动力都能保持恒定。由此保证在铰接臂机器人与部件之间的系统中的应力保持不变，从而可以大体上消除在连接过程中的偏置。

推动力尤其在整个连接过程期间保持恒定。其优点是，作用在连接方向中的力(例如过程力、阻挡力等)的总和完全等于预张紧铰接臂机器人的力。

根据本发明的另一个方面，本发明涉及一种用铰接机器人连接部件与连接元件的方法。所述铰接机器人处设置有推动单元，所述推动单元用于在轴向上将连接元件引入该部件中，所述推动单元包括设置装置，所述设置装置可安装连接元件，并且与压力件一起向部件运动并与部件接触。铰接臂机器人可在压力件被阻挡的情况下运动，由此压力件与推动单元一起在连接位置处置于部件上，其中所施加的力使铰接臂机器人预张紧。如果达到了阻挡力并且连接元件位于部件或部件组件表面上，则释放装置被启动，阻挡装置由此关断，设置装置相对于部件运动。

由此，在去掉阻挡力之后，推动单元仅经由置于部件上的连接元件作用于部件，置于部件上的连接元件随后用与先前的阻挡力相等的推动力插入到部件中。

在连接过程期间作用于部件的力不会发生变化，由此可以避免在连接过程结束之前设置装置相对于部件的偏置。因此可以保证稳定且准确的设置过程。

附图说明

本发明的其他优点、特征和应用可能性从结合附图中所示的实施例的以下说明得出。

在附图中：

图1表示示意性展示的本发明组件的第一处理步骤；

图2表示示意性展示的本发明组件的第二处理步骤；

图3表示示意性展示的本发明组件的第三处理步骤；

图4表示示意性展示的本发明组件的第四处理步骤；

图5表示示意性展示的本发明另一实施方式组件的第一处理步骤；

图6表示本发明该实施方式的第一处理步骤之后的状态；

图7表示示意性展示的本发明另一实施方式组件的第二处理步骤；

图8表示本发明该实施方式的第二处理步骤之后的状态；以及

图9表示示意性展示的本发明另一实施方式组件的连接过程的最终状态。

具体实施方式

图1示出本发明的连接装置10，该连接装置与如图所示的铰接臂机器人12固定连接。连接装置10包括一个基础元件13，推动单元14与所述基础元件固定连接。推动单元14可在轴向方向上相对于基础元件13运动。设置装置与推动单元14相连，设置装置设计为旋转芯轴16。并且设置有与旋转芯轴16平行作用的耦合单元17，该耦合单元将压力件26耦合到推动单元14。耦合单元17包括与推动单元14连接的阻挡单元，该阻挡单元设计为气缸18。所述气缸18设有排气阀20，所述排气阀作为释放装置可降低施加于气缸18的活塞22的压力。在面向部件24的活塞22的末端设置压力件26，通过所述压力件26可将压力传递到部件24。根据本实施例，阻挡位置(从该阻挡位置起，在阻挡力之下压力件26的任何相对运动被禁止)固定地设定在活塞22的最大延伸长度处。压力件26距推动单元14的距离略大于固定在旋转芯轴16处的连接元件28的端部距推动单元14的距离。在此情况下，将阻挡力设定为2kn。气缸18中的压力设置使得施加的力达到2kn时气缸将表现为刚性。从达到阻挡力起，气缸中空气的压缩使压力件26相对推动单元14运动。初始设置接触检测器25与推动单元14和排气阀20相连。

如图2进一步所示，推动单元14传递力到部件24上，由此将铰接臂机器人12预张紧，在这个预张紧过程期间，基于铰接臂机器人12的角度位置，压力件26相对于部件24产生偏置。以此方式，在连接元件28与部件24接触前形成预张紧力。

图3示出在设置过程中的另一个位置。在连接过程的这一阶段中，推动单元14施加超过2kn阻挡力的推动力。由此压缩压力室中的流体，尽管连接的排气阀20仍然关闭。压力室中流体的压缩使压力件26相对推动单元14运动，直到连接元件28的端部位于部件24上，此时启动释放装置排气阀20。

图4示出在打开排气阀20之后所进入的状态。打开排气阀20后，气缸18的压力室进行排气，由此不再能经由压力件26在部件24与铰接臂机器人12之间传递力。因此力全部经由连接元件28传递，该连接元件经由旋转芯轴16压到部件24上。由此，用与阻挡力相等的推动力便可将连接元件28推入部件24中。由于在铰接臂机器人12与部件24之间存在不变的力比率，所以可以在连接过程期间未产生偏置的情况下进行连接元件28的设置过程。

图5示出本发明连接装置40的另一个实施方案的示意图。连接装置40包括基础元件42，铰接臂机器人44固定在该基础元件上。如在先前的图中所描述的，连接装置40包括推动单元46，该推动单元可在轴向的设置方向上运动。并且，设置有耦合装置48，该耦合装置将中空柱状的压力件50与推动单元46相连。耦合装置48包括螺旋弹簧52，该螺旋弹簧与中空柱状的压力件50或者与被引导穿过压力件50的旋转芯轴54共轴。此外，耦合装置48具有采用气缸56形式的阻挡单元。类似于根据图1至4的实施方案，也可以将初始设置接触检测器整合到该连接装置中。

与图1至4所示的实施方案相反，在连接元件与部件或部件组件58接触时，不能同时达到压力件50的阻挡位置。

根据图5，在第一步骤中，推动单元46向部件组件58运动，直到实现压力件50贴靠在部件组件58处。这个位置在图6中示出。

如图7中所示，一旦压力件50置于部件组件58上，在第二步骤中，在推动单元46的推动下，螺旋弹簧52相对于部件组件58被压缩，直到气缸56阻挡压力件50在向推动单元46的方向上的进一步相对运动。到达这个位置，仅弹簧52的弹簧力作用在压力件50上。一旦压力件已经达到阻挡位置且气缸56预先设定的阻挡力起作用，这个力就可以传递到部件组件58上。如果现在用略大于阻挡力的力来作用推动单元，则在排气阀62关闭的情况下气缸56中的空气体积被进一步压缩，直到连接元件60置于部件组件上，如图8所示。

固定在旋转芯轴54处的连接元件60的端部仍位于部件58上方，此连接过程类似于在图1至4中描述的连接过程。因此，在连接元件与部件58接触时(这经由整合到推动单元46中的力测量装置来检测)，释放装置被致动，本实施方案中该释放装置为排气阀62，通过排气阀62的排气进行压力释放。由此，确保气缸56快速完全排气，在旋转和施加与预定义的阻挡力基本相当的轴向力下连接元件60被引入部件组件58中，在当前情况下，将部件组件58的这两个部件层彼此相连。

图9示出了具有经排气的气缸62的最终状态，其中连接元件60将部件组件58这两个部件层连接。