DD259746A3 - Anordnung zum Wechseln von Werkzeugen bei Industrierobotern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Wechseln von Werkzeugen bei Industrierobotern, bei denen roboterseitig ein Innenkegel mit radial zur Rotationsachse angeordneten Haltebolzen mit kegligem Ende und werkzeugseitig ein Kegelzapfen vorgesehen sind. Die Mantelflaechen des Innenkegels und des Kegelzapfens bilden einen Winkel von mehr als 5. Die Mantelflaeche des Kegelzapfens enthaelt eine Nut, deren in Fuegerichtung weisende Wandung und das keglige Ende des Haltebolzens einen Winkel von weniger als 5 zur Achse des Haltebolzens bilden. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen .

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei Industrierobotern und Manipulatoren, mit der Werkzeuge oder Greifer abgesetzt und aufgenommen werden können.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es wurde schon eine automatische Greiferwechseleinrichtung für Manipulatoren und Industrieroboter vorgeschlagen, bei der zwei in einer Rotationsachse in ihrer Steigung gegeneinander verlaufende, rotationssymmetrische Kegelverbindungen in dem roboterseitigen Aufnahmedorn sowie in dem greiferseitigen Aufnahmeflansch vorhanden sind. Die eine der Kegelverbindungen ist als Steilkegel ausgeführt. Die andere Kegelverbindung weist Selbsthemmung auf und besitzt im Aufnahmeflansch eine in Form von zwei Drehschiebern ausgebildete, geteilte Kegelhülse. Federn sorgen für den notwendigen Andruck der Drehschieber radial zur Rotationsachse des Kegelzapfens. Die Drehschieber sind rechtwinklig zu ihrer Schwenkbewegung in den Lagern linear verschiebbar. Zum Öffnen der Drehschieber beim Absetzen eines Greifers wird durch einen am Magazinplatz vorhandenen Arbeitszylinder ein Keil zwischen die beiden Drehschieber geführt.

Nachteilig ist hierbei, daß für jeden Magazinplatz ein gesonderter, von dem Steuerrechner des Industrieroboters anzusteuernder Arbeitszylinder benötigt wird. Bei einer großen Anzahl zu wechselnder Werkzeuge oder Greifer entsteht neben einem hohen apparativen Aufwand ein großer Bedarf an Steuerausgängen des Rechners, die dann für andere Arbeitsfunktionen des Industrieroboters nicht mehr zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist die Verschlußmechanik kompliziert und dadurch sowohl teuer als auch störanfällig. Die lineare Verschiebbarkeit der Drehschieber, durch die Passungsprobleme ausgeglichen werden sollen, läßt aber zugleich Positionierfehler in der vertikalen Richtung zu.

Bekannt ist weiter, am Roboterarm einen Aufnahmeflansch mit einem schlanken Innenkegel anzuordnen, mit dem aus einem Greiffingerspeicher jeweils benötigte Greiffinger entnommen werden, die mit einem entsprechend geformten Kegelzapfen versehen sind, vgl. DD-WP 234633; 825 J — 15/04. Nachteilig ist, daß aufgrund des schlanken Innenkegels für einen beabsichtigten Wechsel der Greiffinger'diese in eine Leerposition des Greiffingerspeichers eingebracht und durch achsparalleles Auseinanderfahren in dem Greiffingerspeicher arretiert werden müssen. Erst danach kann der Roboterarm derart verfahren werden, daß sich der Kegelzapfen aus dem Innenkegel abstreifen läßt. Somit ist ein Wechsel der Greiffinger an bestimmte Magazinplätze gebunden und erst nach dem Ausführen einer zusätzlichen Arretierungsoperation möglich.

Bekannt ist auch, die Sicherung eines in einem Aufnahmeflansch gefügten Werkzeuges mit entsprechendem Aufnahmedorn durch einen zylindrischen Haltebolzen mit einer Einlauffase zu erreichen, der radial zur Rotationsachse des Aufnahmeflansches in eine Bohrung des Aufnahmedorns eingerückt ist, vgl. Volmer: „Industrieroboter-Entwicklung", Verlag Technik 1983, S. 187-

Ein derartiger Haltebolzen kann eine exakte und in vertikaler Richtung spielfreie Fügestelle nicht gewährleisten, da aufgrund von Toleranzen der Haltebolzen entweder seine Endstellung nicht erreicht oder ein Spiel zur Wandung der Bohrung vorgesehen werden muß. Ein gewünschtes Ausrichten des Werkzeugs in der Vertikalen ist ebenfalls nicht möglich.

Bekannt ist in diesem Zusammenhang auch eine Verriegelung durch ein keil- oder kegelförmiges Halteglied, welches formschlüssig in eine genau gleiche Vertiefung eines bewegbaren Teiles eingreift, vgl. Schlee: „Feinmechanische Bauteile", Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart 1950, S. 254-255.

Nachteilig hierbei ist, daß ein vertikales Ausrichten des Werkzeugs bei geringem Kraftaufwand nur durch einen möglichst schlanken Kegel erreichbar ist. Bei einem solchen besteht aber die Gefahr eines Verkeilens. Das würde einem zuverlässigen und problemlosen Lösen der Fügestelle von Roboterarm und Werkzeug entgegenstehen.

Ziel der Erfindung

Für Industrieroboter und Manipulatoren ist eine einfache, leicht herstellbare und zuverlässig funktionierende Anordnung zu schaffen, die ein häufiges Wechseln einer Vielzahl von Werkzeugen oder Greifern bei einer hohen Positioniergenauigkeit gestattet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der Werkzeuge oder Greifer von einem Industrieroboter oder Manipulator an beliebigen Stellen eines Arbeitstisches abgesetzt und wieder aufgenommen werden können, ohne dabei an besondere Magazinplätze gebunden zu sein. Dabei ist von einer Anordnung auszugehen, bei der am Roboterarm ein Aufnahmeflansch mit Innenkegel und ein radial zu dessen Rotationsachse angeordneter Haltebolzen mit keglig geformtem Ende und werkzeugseitig ein Kegelzapfen vorgesehen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mantelflächen des Innenkegels und des Kegelzapfens zur Rotationsachse einen Winkel von mehr als 5" bilden und die Mantelfläche des Kegelzapfens eine Nut aufweist, deren in die 'Fügerichtung weisende Wandung und das keglig geformte Ende des Haltebolzens einen Winkel zur Achse des Haltebolzens von weniger als 5° bilden.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß die mehrfach vorhandenen Werkzeuge.nur den maßlich einfacher herzustellenden Kegelzapfen mit der Nut enthalten, daß während des Rügens ein Ausrichten in der Horizontalen und Vertikalen sowie eine Sicherung der Fügestelle gewährleistet ist und daß ein Lösen mit Hilfe e.ines am Roboterarm vorhandenen Antriebes problemlos und zuverlässig an beliebigen Stellen des Arbeitstisches ausgeführt werden kann, ohne daß dazu bestimmte Magazinplätze mit Hilfsvorrichtungen benötigt werden. Durch die Verbindung des keglig ausgeformten Endes des Haltebolzens nur mit der in die Fügerichtung weisenden schrägen Wandung der Nut im Kegelzapfen wird eine Maßüberbestimmung vermieden und eine hohe, reproduzierbare, einen eventuellen Verschleiß kompensierende vertikale Positioniergenauigkeit erreicht.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung im gefügten Zustand, Fig. 2 eine Ausführungsvariante für das Betätigen und Fig.3 eine weitere Ausführungsvariante für das Betätigen.

Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 1 zeigt das Ende eines Roboterarms 1, an dem ein Antrieb 2 in Form eines pneumatischen Arbeitszylinders mit einem Betätigungselement 3 und ein Aufnahmeflansch 4 angeordnet sind. Das Betätigungselement 3 ist im nichtbetätigten Zustand des Antriebes 2 gezeichnet. Zusätzlich ist das Betätigungselement 3 gestrichelt für den betätigten Zustand des Antriebes 2 dargestellt. Die Wegstrecke zwischen den beiden Stellungen des Betätigungselementes kennzeichnet den Arbeitsbereich des Antriebes 2. Der Aufnahmeflansch 4 enthält einen Innenkegel 5, eine Führungsbohrung 6 mit Buchse und eine zwischen zwei Anschlägen 7; 8 bewegbaren Haltebolzen 9. Das zum Innenkegel 5 gerichtete Ende 10 des Haltebolzens 9 ist keglig geformt, während das entgegengesetzte Ende eine Betätigungsfläche 11 besitzt. Eine Feder 12 hält den Haltebolzen 9 in einer der Endlagen. Die Schnittdarstellung enthält weiter einen in den Auf hahrneflansch 4 gefügten Aufnahmedorn 13 mit einem Drehsicherungsstift 14 und einem Kegelzapfen 15, in dessen Mantelfläche eine Nut 16 derart eingearbeitet ist, daß die eine der schrägen Wandungen 17 in die Fügerichtung und die andere der schrägen Wandungen 18 gegen die Fügerichtung von Aufnahmeflansch 4 und Aufnahmedorn 13 weist. An dem Aufnahmedorn 13 ist beispielsweise ein Greifer 19 befestigt. Weitere Einzelheiten, wie elektrische oder pneumatische Kupplungen oder mechanische Betätigungsstößel, wurden zur besseren Übersicht nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt in einer ebenfalls schematischen Schnittdarstellung ein ringförmiges Betätigungselement 3, das den Aufnahmeflansch 4 mit dem Haltebolzen 9 umschließt. Zusätzlich ist der Stößel des Antriebes 2 angedeutet. Die Betätigungsfläche 11 des Betätigungselementes ist hier ballig ausgeführt

Fig.3 zeigt eine ähnliche Variante mit einem prismatisch ausgeführten Betätigungselement 3. Die Funktion der Anordnung ist folgende.

Der Greifer 19 ist zum Ausführen einer Arbeitsfunktion über den Aufnahmedorn 13 und den Aufnahmeflansch 4 mit dem Roboterarm 1 verbunden. Ist zum Ausführen einer anderen Arbeitsfunktion ein Werkzeugwechsel notwendig, so wird der Greifer 19 von dem Roboterarm 1 an einer beliebigen Stelle des Arbeitstisches abgesetzt und der Antrieb 2 durch den Steuerrechner des Roboters betätigt. Infolge der Bewegung des Betätigungselementes 3 wird der Haltebolzen 9 unter Überwindung der Kraft der Feder 12 in seine andere Endlage bewegt. Das keglig ausgeformte Ende 10 des Haltebolzens 9 wird dabei aus der Nut 16 gezogen. Aufgrund seines Gewichtes und der selbstlösenden Verbindung zwischen dem Innenkegel 5 und dem Kegelzapfen 15 verbleibt der Greifer 19 mit dem Aufnahmedorn 13 auf dem Arbeitstisch, wenn der Roboterarm 1 mit dem Aufnahmeflansch 4 in diesem Zustand angehoben wird. Ist der Roboterarm 1 mit dem Aufnahmeflansch 4 um ein vorgegebenes Maß angehoben, so daß der Kegelzapfen 15 vollständig aus dem Innenkegel 5 entfernt ist, wird durch den Steuerrechner des Roboters der Antrieb 2 wieder abgeschaltet. Damit ist das Absetzen des Greifers 19 abgeschlossen.'

Zum Aufnehmen eines anderen Werkzeuges oder des Greifers 19 wird in umgekehrter Weise verfahren, wobei der Antrieb 2 durch den Steuerrechner dann abgeschaltet wird, wenn in geeigneter, hier nicht näher beschriebener Weise dem Steuerrechner die Berührung der zugehörigen Flächen des Aufnahmeflansches 4 und des Aufnahmedornes 13 gemeldet wird. Durch die Kraft der Feder 12 gelangt der Haltebolzen 9 wieder in seine erste Endlage, wobei sein keglig ausgeformtes Ende 10 nur mit der in die Fügerichtungweisenden schrägen Wandung 17 der Nut 16 form-und kraftschlüssig in Eingriff kommt. Neben einer genauen horizontalen Positionierung des Greifers 19 infolge des Zentrierens von Innenkegel 5 und Kegelzapfen 15 wird dadurch auch eine genaue vertikale Positionierung erreicht, wobei ein möglicher Verschleiß am Haltebolzen 9 bei einer entsprechenden Tiefe der Nut 16 selbsttätig kompensierbar ist. Durch die Selbsthemmung zwischen der in die Fügerichtung weisenden schrägen Wandung 17 der Nut 16 und des keglig ausgeformten Endes 10 des Haltebolzens 9 wird die Wirkung der Feder 12 unterstützt, so daß auch bei schnellen Schwenkbewegungen des Roboterarms und einem vergleichsweise schweren Werkzeug oder Greifer die sichere Verbindung zwischen dem Aufnahmeflansch 4 und dem Aufnahmedorn 13 erhalten bleibt. Das Fehlen einer starren Verbindung zwischen dem Antrieb 2 und seinem Betätigungselement 3 gemäß Fig. 2 und 3 hat den Vorteil, daß der

Aufnahmeflansch 4 beim Aufnehmen einesWerkzeuges oder Greifers nichtwinkelgenau zu dem Aufnahmedorn 13 ausgerichtet sein muß. Neben einem leichteren Auswechseln des Antriebes 2 wird auch das Herausragen von Teilen vermieden, die zu Behinderungen führen können. Hierzu kann das Betätigungselement 3 ringförmig gemäß Fig.2 oder prismatisch gemäß Fig.3 ausgeführt sein. Bei beiden Varianten ist der Haltebolzen 9 zusätzlich gegen ein selbsttätiges Lösen bei Drehbewegungen gesichert. Bei der ringförmigen Ausführung sind weiterhin Unwuchten ausgeschlossen.

Claims (1)

1. -1- 253 746 Patentanspruch:

   Anordnung zum Wechseln von Werkzeugen bei Industrierobotern und Manipulatoren, bei denen am Roboterarm ein Aufnahmeflansch mit Innenkegel und ein radial zu dessen Rotationsachse angeordneter Haltebolzen mit keglig geformtem Ende und werkzeugseitig ein Kegelzapfen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen des Innenkegels (5) und des Kegelzapfens (15) zur Rotationsachse einen Winkel von mehr als 5° bilden und die Mantelfläche des Kegelzapfens (15) eine Nut (16) aufweist, deren in die Fügerichtung weisende Wandung (17) und das keglig geformte Ende (10) des Haltebolzens (9) einen Winkel zur Achse des Haltebolzens (9) von weniger als 5° bilden.