DD259746A3

DD259746A3 - Arrangement for changing tools in industrial robots

Info

Publication number: DD259746A3
Authority: DD
Publication date: 1988-09-07

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. 1The invention relates to an arrangement for changing tools in industrial robots, in which the robot side an inner cone with radially arranged to the axis of rotation retaining bolts with kegligem end and tool side tapered are provided. The outer surfaces of the inner cone and the taper form an angle of more than 5. The outer surface of the tapered pin contains a groove, the pointing in the direction of foot wall and the keglige end of the retaining bolt form an angle of less than 5 to the axis of the retaining bolt. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen .For this 2 pages drawings.

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung bei Industrierobotern und Manipulatoren, mit der Werkzeuge oder Greifer abgesetzt und aufgenommen werden können.The invention relates to an arrangement in industrial robots and manipulators, can be sold and recorded with the tools or grippers.

Characteristic of the known state of the art

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.An automatic gripper changing device for manipulators and industrial robots has already been proposed, in which two rotationally symmetrical conical connections extending in a rotational axis in their inclination are present in the robot-side receiving mandrel and in the gripper-side receiving flange. One of the conical connections is designed as a steep taper. The other conical connection has self-locking and has in the receiving flange formed in the form of two rotary valves, split cone sleeve. Springs provide the necessary pressure of the rotary valve radially to the axis of rotation of the taper. The rotary valves are linearly displaceable at right angles to their pivotal movement in the bearings. To open the rotary valve when settling a gripper, a wedge between the two rotary valve is guided by a working cylinder present at the magazine location.

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.The disadvantage here is that a separate, to be controlled by the control computer of the industrial robot working cylinder is required for each magazine location. In the case of a large number of tools or grippers to be changed, in addition to a high outlay on equipment, there is a great need for control outputs of the computer, which are then no longer available for other work functions of the industrial robot. In addition, the locking mechanism is complicated and thus both expensive and prone to failure. The linear displacement of the rotary valve to be compensated by the fit problems, but at the same time allows for positioning errors in the vertical direction.

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.It is also known to arrange on the robot arm a receiving flange with a slender inner cone, with which from a gripper finger memory respectively required gripping fingers are removed, which are provided with a correspondingly shaped taper, see. DD-WP 234633; 825 J - 15/04. The disadvantage is that due to the slender inner cone for an intended change of the gripper fingers' this must be introduced into an empty position of the gripper finger storage and locked by axially parallel moving apart in the gripper finger storage. Only then can the robot arm be moved in such a way that the taper pin can be removed from the inner cone. Thus, a change of the gripper fingers is bound to specific magazine locations and possible only after performing an additional locking operation.

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-It is also known to achieve the securing of a tool fitted in a receiving flange with a corresponding receiving mandrel by means of a cylindrical holding bolt with an inlet chamfer, which is indented radially to the axis of rotation of the receiving flange into a bore of the receiving mandrel, cf. Volmer: "Industrial Robot Development", Verlag Technik 1983, p. 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.Such a retaining bolt can not guarantee an exact and in the vertical direction play-free joint, since due to tolerances of the retaining bolt either does not reach its end position or a game must be provided to the wall of the bore. A desired alignment of the tool in the vertical is also not possible.

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.Is known in this context, a lock by a wedge-shaped or cone-shaped holding member which engages positively in an exact same recess of a movable part, see. Schlee: "Precision Mechanical Components", Verlag Konrad Wittwer, Stuttgart 1950, pp. 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.The disadvantage here is that a vertical alignment of the tool with little effort is achievable only by a slender cone as slim as possible. In such a but there is a risk of wedging. This would stand in the way of a reliable and problem-free loosening of the joint between robot arm and tool.

Object of the invention

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.For industrial robots and manipulators is a simple, easy to manufacture and reliable functioning arrangement to create that allows frequent replacement of a variety of tools or grippers with a high positioning accuracy.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide an arrangement with which tools or grippers can be discontinued and resumed by an industrial robot or manipulator at any point of a work table, without being bound to special magazine locations. It is to be assumed that an arrangement in which the robot arm, a receiving flange with an inner cone and a radially arranged to its axis of rotation retaining pin with keglig shaped end and the tool side a taper are provided.

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.According to the invention, this object is achieved in that the lateral surfaces of the inner cone and the taper to the rotation axis form an angle of more than 5 " and the lateral surface of the conical pin has a groove whose pointing in the 'joining direction wall and the conically shaped end of the retaining bolt an angle form to the axis of the retaining bolt of less than 5 °.

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.The inventive solution ensures that the multiple tools existing only the dimensionally simpler to produce cones with the groove that during reprimanding alignment in the horizontal and vertical and a backup of the joint is guaranteed and that a release using e. Ineses existing on the robot arm existing drive can be easily and reliably performed anywhere on the work table, without the need for specific magazine locations are needed with auxiliary devices. By the connection of the conically shaped end of the retaining bolt only with the pointing in the joining direction oblique wall of the groove in the taper a Maßüberbestimmung is avoided and achieves a high, reproducible, compensating for any wear vertical positioning accuracy.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. In the accompanying drawing show:

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.Fig. 1 is a schematic sectional view of the arrangement according to the invention in the joined state, Fig. 2 shows a variant for the actuation and Figure 3 shows a further embodiment for actuating.

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. The sectional view of FIG. 1 shows the end of a robot arm 1, on which a drive 2 in the form of a pneumatic working cylinder with an actuating element 3 and a receiving flange 4 are arranged. The actuating element 3 is drawn in the non-actuated state of the drive 2. In addition, the actuator 3 is shown in dashed lines for the actuated state of the drive 2. The distance between the two positions of the actuating element characterizes the working range of the drive 2. The receiving flange 4 includes an inner cone 5, a guide bore 6 with bushing and one between two stops 7; 8 movable retaining pin 9. The directed towards the inner cone 5 end 10 of the retaining pin 9 is conically shaped, while the opposite end has an actuating surface 11. A spring 12 holds the retaining pin 9 in one of the end positions. The sectional view further includes a horseman flange 4 in the receiving mandrel 13 with an anti-rotation pin 14 and a taper 15, in whose lateral surface a groove 16 is incorporated such that one of the oblique walls 17 in the joining direction and the other of the inclined walls 18 against the joining direction of receiving flange 4 and mandrel 13 has. At the receiving mandrel 13, for example, a gripper 19 is attached. Further details, such as electrical or pneumatic couplings or mechanical actuating tappets, were not shown for clarity.

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 ausgeführtFig. 2 shows in a likewise schematic sectional view of an annular actuating element 3, which surrounds the receiving flange 4 with the retaining pin 9. In addition, the plunger of the drive 2 is indicated. The actuating surface 11 of the actuating element is designed crowned here

Fig.3 zeigt eine ähnliche Variante mit einem prismatisch ausgeführten Betätigungselement 3. Die Funktion der Anordnung ist folgende. 3 shows a similar variant with a prismatic running actuator 3. The function of the arrangement is the following.

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.'The gripper 19 is connected to the robot arm 1 for performing a work function via the receiving mandrel 13 and the receiving flange 4. If a tool change is necessary to carry out another work function, the gripper 19 is set down by the robot arm 1 at any point on the work table and the drive 2 is actuated by the control computer of the robot. As a result of the movement of the actuating element 3, the retaining bolt 9 is moved overcoming the force of the spring 12 in its other end position. The conically shaped end 10 of the retaining bolt 9 is thereby pulled out of the groove 16. Due to its weight and the self-releasing connection between the inner cone 5 and the taper 15 of the gripper 19 remains with the mandrel 13 on the work table when the robot arm 1 is lifted with the mounting flange 4 in this state. If the robot arm 1 is raised with the receiving flange 4 by a predetermined amount, so that the taper 15 is completely removed from the inner cone 5, the drive 2 is switched off again by the control computer of the robot. Thus, the settling of the gripper 19 is completed.

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 derTo pick up another tool or the gripper 19 is moved in the reverse manner, the drive 2 is then turned off by the control computer, if the control computer in a suitable, unspecified manner described the touch of the associated surfaces of the receiving flange 4 and the mandrel 13 becomes. Due to the force of the spring 12, the retaining pin 9 returns to its first end position, with its conically shaped end 10 comes into positive and frictional engagement with only in the joining direction oblique wall 17 of the groove 16. In addition to a precise horizontal positioning of the gripper 19 as a result of centering of inner cone 5 and taper 15 an accurate vertical positioning is thereby achieved, with a possible wear on the retaining pin 9 at a corresponding depth of the groove 16 is automatically compensated. Due to the self-locking between pointing in the joining direction oblique wall 17 of the groove 16 and the conically shaped end 10 of the retaining bolt 9, the action of the spring 12 is supported, so that even with rapid pivoting movements of the robot arm and a relatively heavy tool or gripper secure connection is maintained between the receiving flange 4 and the mandrel 13. The lack of a rigid connection between the drive 2 and its actuating element 3 according to FIGS. 2 and 3 has the advantage that the

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.Recording flange 4 when picking a tool or gripper must not be aligned in an angle to the receiving mandrel 13. In addition to a lighter replacement of the drive 2 and the protrusion of parts is avoided, which can lead to disabilities. For this purpose, the actuating element 3 can be designed annularly according to FIG. 2 or prismatically according to FIG. In both variants, the retaining bolt 9 is additionally secured against an automatic release during rotational movements. In the annular design imbalances are still excluded.

Claims

-1- 253 746

Arrangement for changing tools in industrial robots and manipulators, in which on the robot arm a receiving flange with inner cone and a radially arranged to the axis of rotation retaining pin with keglig shaped end and the tool side tapered are provided, characterized in that the lateral surfaces of the inner cone (5) and the Tapered pin (15) form an angle of more than 5 ° to the axis of rotation and the lateral surface of the tapered pin (15) has a groove (16) whose facing in the joining direction wall (17) and the conically shaped end (10) of the retaining bolt (9 ) form an angle to the axis of the retaining bolt (9) of less than 5 °.