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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese Erfindung betrifft allgemein eine integrierte Linear- und Drehverriegelungseinrichtung und insbesondere eine integrierte Linear- und Drehverriegelungseinrichtung, die einen Linearverriegelungsmechanismus, der an einer Seite eines Einrichtungsgehäuses bereitgestellt ist, und einen Drehverriegelungsmechanismus umfasst, der an einer anderen Seite des Einrichtungsgehäuses bereitgestellt ist, um die Höhe der Einrichtung zu verringern.
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2. Erörterung des Standes der Technik
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Produktions- und Montagefabriken setzen typischerweise Roboter mit Roboterarmen ein, die eine Vielfalt von Operationen durchführen, etwa das Schweißen von Teilen, das Bewegen von Teilen von einem Ort zu einem anderen Ort, das Installieren von Teilen, das Lackieren von Teilen, usw. Der Roboterarm benötigt eine oder mehrere Einrichtungen, die es ihm ermöglichen, das spezielle Teil für die spezielle Operation leicht zu ergreifen. Diese Einrichtungen sind in der Technik als Greiforgane bekannt. Ein Greiforgan weist typischerweise einen zentralen Auslegerbalken und mehrere Stäbe auf, die sich davon weg erstrecken und eine Vielzahl von Saugnäpfen tragen, welche Teile aufnehmen und halten, wenn ein Unterdruck aufgebracht wird. Im Allgemeinen ist das Greiforgan aus verschiedenen modularen Komponenten manuell aufgebaut, so dass jeder Saugnapf mit dem Teil an einer spezifischen Position und mit einer spezifischen Orientierung in Eingriff treten kann.
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Gegenwärtig sind Greiforgane, die in Produktionsumgebungen eingesetzt werden, für ein spezielles Teil oder eine begrenzte Anzahl von Teilen konstruiert. Wenn der Roboter daher für verschiedene Aufgaben verwendet wird, muss typischerweise ein Greiforgan ein anderes Greiforgan ersetzen oder die Position der Saugnäpfe muss verändert werden. Aufgrund der zahlreichen Befestigungs-, Löse- und Einstellvorgänge der verschiedenen Greiforgankomponenten ist es typischerweise ein langsamer und mühsamer Prozess, die Greiforgane einzustellen. Als Folge wird in der Produktion ein langer Baugruppenträger mit vorgefertigten Unteranordnungen, die auch als Spinnen der Greiforgane bezeichnet werden, für verschiedene Teile und Operationen vorrätig gehalten. Die Greiforgane belegen daher eine erhebliche Menge an Bodenplatz, eine erhebliche Menge an Lagerbestand, sie können verloren gehen, usw.
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Die
JP 2008 184 765 A offenbart eine Hebe-, Senk- und Stützvorrichtung für einen Duschkopf mit einer integrierten Verriegelungsvorrichtung, bei der ein Linearverriegelungsmechanismus und ein Drehverriegelungsmechanismus an verschiedenen Seiten eines Gehäuseelements montiert sind. Der Linearverriegelungsmechanismus umfasst zwei einander gegenüberliegende neigbare Platten mit ausgerichteten Bohrungen, die mit einer Welle, die durch die Bohrungen hindurch verläuft, verriegeln können.
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In der
US 2 787 353 A ist ein Drehverriegelungsmechanismus mit Rollen offenbart, die zwischen einem starren Gehäuse und einem Nocken positioniert sind, wobei die Rollen zur Verriegelung des Drehverriegelungsmechanismus zwischen dem starren Gehäuse und dem Nocken verkeilt sind. Zur Entriegelung werden die Rollen in einer offenen Position zwischen dem starren Gehäuse und dem Nocken positioniert.
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Die
WO 02/043 930 A1 offenbart ein Werkzeugmodul, das an einem Greiforgan für einen Roboter angebracht ist und ein integriertes Verriegelungsmodul aufweist.
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Für ein schnell umkonfigurierbares Werkzeug des Typs, der vorstehend erörtert wurde, sind Verriegelungseinrichtungen typischerweise die Wegbereiter zum Verändern der Konfiguration von Werkzeugkomponenten. Verriegelungseinrichtungen müssen unter Verwendung einer geeigneten Betätigungseinrichtung schnell entriegelt werden, um eine problemlose Neupositionierung der Werkzeugkomponenten in eine gewünschte Konfiguration zu ermöglichen, und bleiben dann beim Freigeben der Betätigung sicher verriegelt. Jedes umkonfigurierbare Werkzeug verwendet normalerweise eine Mischung aus Linear- und Drehverriegelungseinrichtungen. Für eine leichte und schnelle Umkonfigurierung wäre es am besten, über mehrere Verriegelungseinrichtungen zu verfügen, die derart kombiniert oder integriert sind, dass sie mit einer Betätigungsoperation verriegelt und entriegelt werden können. Eine integrierte Verriegelungseinrichtung spart auch Platz und Masse des schnell umkonfigurierbaren Werkzeugs.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Verriegelungseinrichtung offenbart, die sowohl einen Linearverriegelungsmechanismus als auch einen Drehverriegelungsmechanismus umfasst. Die Verriegelungseinrichtung umfasst ein Gehäuse, bei dem der Linearverriegelungsmechanismus und der Drehverriegelungsmechanismus an verschiedenen Seiten des Gehäuses montiert sind, um die Höhe der Einrichtung zu verringern.
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Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Endes eines Roboterarms, der ein daran angebrachtes Greiforgan umfasst, wobei das Greiforgan an einem Teil befestigt ist;
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Greiforgans mit daran angebrachten Werkzeugmodulen, wobei die Werkzeugmodule an einem Teil befestigt sind;
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3 ist eine Querschnittsansicht eines der in 2 gezeigten Werkzeugmodule;
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4 ist eine Teilquerschnittsansicht einer integrierten Dreh- und Linearverriegelungsanordnung für ein Werkzeugmodul;
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5 ist eine perspektivische Ansicht einer integrierten Dreh- und Linearverriegelungseinrichtung für ein Werkzeugmodul;
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6 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 5 gezeigten Verriegelungseinrichtung;
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7 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelebene eines Drehverriegelungsmechanismus in der in 5 gezeigten Verriegelungseinrichtung;
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8 ist eine perspektivische Ansicht der in 5 gezeigten Verriegelungseinrichtung, wobei eine Abdeckung von dem Drehverriegelungsmechanismus entfernt ist;
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9 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelebene eines linearen Verriegelungsmechanismus in der in 4 gezeigten Verriegelungseinrichtung;
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10 ist eine perspektivische Ansicht mit weggeschnittenen Teilen der in 5 gezeigten Verriegelungseinrichtung; und
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11 ist eine Ansicht mit mehreren Schnitten der in 5 gezeigten Verriegelungseinrichtung.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf eine integrierte Verriegelungseinrichtung gerichtet ist, welche einen Linearverriegelungsmechanismus und einen Drehverriegelungsmechanismus umfasst, ist rein beispielhaft und ist keinesfalls dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Speziell weist die integrierte Verriegelungseinrichtung der Erfindung eine spezielle Anwendung für ein Werkzeugmodul auf, das Teil eines Greiforgans ist, welches einem Roboterarm zugeordnet ist. Wie der Fachmann feststellt, wird die integrierte Verriegelungseinrichtung jedoch Anwendung bei anderen Verwendungen finden, die Anwendungen für Maschinen, Instrumente und Halterungen umfassen, welche eine schnelle und genaue Umkonfiguration benötigen, aber nicht darauf beschränkt sind.
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1 ist eine perspektivische Ansicht eines Greiforgans 10, das an einem Roboterarm 12 eines in der Technik bekannten Typs montiert ist. Das Greiforgan 10 umfasst einen zentralen Auslegerbalken 14, der mit einem Kopplungsmechanismus 16 am Ende des Roboterarms 12 auf eine Weise gekoppelt ist, die der Fachmann gut versteht. Das Greiforgan 10 umfasst eine Vielzahl von Greiforganstäben 18, die am Auslegerbalken 14 befestigt sind, wie gezeigt ist. Eine Vielzahl von Werkzeugmodulen 20 ist entlang des Stabs 18 positionierbar und durch herkömmliche Zangenspanner 22 verriegelt. Ein entgegengesetztes Ende des Werkzeugmoduls 20 enthält einen Saug- oder Unterdrucknapf 24, der ermöglicht, dass das Greiforgan 10 mit einem Teil 26 sicher gekoppelt wird.
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2 ist eine perspektivische Ansicht eines Greiforgans 40, welches das Greiforgan 10 ersetzen kann. Das Greiforgan 40 umfasst einen Hauptauslegerbalken 44, der mit der Kupplung 16 des Roboterarms 12 gekoppelt werden kann. Der Hauptauslegerbalken 44 ist Teil eines Greiforganrahmens 46, der eine Vielzahl von Querstäben 48 umfasst, die mit einander gegenüberliegenden Endstangen 50 und 52 verbunden sind. Das Greiforgan 40 umfasst auch eine Vielzahl von Werkzeugmodulen 56 mit einer Vielzahl von Gelenken 58, die dem Werkzeugmodul 56 eine Kopplung mit den Stäben 48 in verschiedenen Orientierungen ermöglichen. Das Werkzeugmodul 56 umfasst einen linearen Verriegelungsmechanismus 60, durch welchen sich der Stab 48 so hindurch erstreckt, dass das Werkzeugmodul 56 an jeder Stelle entlang desjenigen Stabs 48, an dem es montiert ist, befestigt oder verriegelt werden kann. Das Werkzeugmodul 56 enthält auch einen Saugnapf 66, der das Teil 42 ergreift. Eine Luftquelle 62 liefert auf Leitungen 64 Druckluft an die Werkzeugmodule 56 zum Verriegeln und Entriegeln der Verriegelungsmechanismen an den Werkzeugmodulen 56 und zum Bereitstellen einer Saugkraft für die Saugnäpfe 66.
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3 ist eine Querschnittsansicht eines der Werkzeugmodule 56, das an einem der Querstäbe 48 montiert ist. Das Werkzeugmodul 56 kann auf dem Stab 48 mit oder ohne Automatisierung leicht umkonfiguriert werden. Das Werkzeugmodul 56 umfasst drei Hauptkomponenten, nämlich eine integrierte Linear- und Drehverriegelungsanordnung 70, eine Schwenkarmanordnung 72 und eine durch eine Feder vorgespannte Saugnapfanordnung 76, die einen Saugnapf 78 enthält. Wenn diese drei Komponenten entriegelt sind, kann eine Umkonfiguration mit fünf Freiheitsgraden des Saugnapfs 78 für jede Position und jede Orientierung innerhalb der Reichweite der Komponentenkonstruktion bereitgestellt werden, wie durch die Pfeile dargestellt ist.
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Die integrierte Linear- und Drehverriegelungsanordnung 70 umfasst einen linearen Verriegelungsmechanismus 80 und einen Drehverriegelungsmechanismus 82, die in einem gemeinsamen Gehäuse 84 montiert sind. Dennoch werden der Linearverriegelungsmechanismus 80 und der Drehverriegelungsmechanismus 82 hier so gezeigt und beschrieben, dass sie Teil der gleichen Anordnung sind. Wie der Fachmann feststellt, können der Linearverriegelungsmechanismus 80 und der Drehverriegelungsmechanismus 82 für verschiedene Anwendungen separat verpackt sein. Der Linearverriegelungsmechanismus 80 enthält einander gegenüberliegende Verriegelungsplatten 86 und 88, die durch ein ringförmiges Federelement 90 zusammengedrückt werden, das bewirkt, dass die Platten 86 und 88 relativ zueinander gespannt sind und sich am Stab 48 verriegeln. Der Drehverriegelungsmechanismus 82 enthält eine Verriegelungsplatte 92, welche durch eine Feder 94 in einer verriegelten Position gehalten wird und verhindert, dass sich eine Welle 96 dreht. Wenn Druckluft an einen Einlassanschluss 98 geliefert wird, drückt ein Schieberelement 100 gegen einen Kolben 118, der gegen ein Trennelement 102 drückt, das zwischen den Verriegelungsplatten 86 und 88 positioniert ist, das bewirkt, dass die Platten 86 und 88 gegen die Vorspannung des Federelements 90 gedrückt werden und die Platten 86 und 88 losbinden, so dass sie sich vom Stab 48 lösen und entriegelt sind. Außerdem liefert die Druckluft Druck in eine Kammer 116, der die Platte 92 gegen die Vorspannung der Feder 94 drückt. Eine Bewegung der Platte 92 entriegelt den Drehverriegelungsmechanismus 82, so dass sich die Welle 96 drehen kann.
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Die Schwenkarmanordnung 72 umfasst einen Schwenkarm 104, der an der Welle 96 etwa durch Keile starr montiert ist, so dass dann, wenn sich die Welle 96 dreht, sich auch der Schwenkarm 104 dreht. Die Schwenkarmanordnung 72 umfasst auch einen Linearverriegelungsmechanismus 74 mit einander gegenüberliegenden Verriegelungsplatten 106 und 108, einem ringförmigen Federelement 110, einem Kolben 126 und einem Trennelement 112, ähnlich dem Verriegelungsmechanismus 80. Eine Entriegelungseinrichtung 114, die manuell oder pneumatisch gesteuert werden kann, kann betrieben werden, um zu bewirken, dass das Trennelement 112 die Verriegelungsplatten 106 und 108 trennt und entriegelt.
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Die Saugnapfanordnung 76 umfasst eine Welle 120, die mit dem linearen Verriegelungsmechanismus 74 gekoppelt ist. Die Welle 120 ist durch eine Feder 122 druckvorbelastet, so dass dann, wenn der Verriegelungsmechanismus 74 entriegelt wird, die Vorspannung der Feder 122 bewirkt, dass die Welle 120 nach unten fällt und sich der Napf 78 in seine niedrigste Position bewegt. Die Welle 120 kann gegen die Vorspannung der Feder 122 angehoben werden und der Mechanismus 74 kann verriegelt werden, um den Napf 78 in einem Bereich von Z-Positionen zu halten. Die Anordnung 76 umfasst auch ein Universal- oder Kugelgelenk 124, das den Napf 78 mit der federbelasteten Welle 120 verbindet. Der Napf 78 kann sich am Kugelgelenk 124 frei drehen, an dem sich kein Verriegelungsmechanismus befindet.
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Im Betrieb können der Linearverriegelungsmechanismus 80 und der Drehverriegelungsmechanismus 82 in der integrierten Verriegelungsanordnung 70 durch das Drücken eines mechanischen Eingriffs oder eine pneumatische Betätigung entriegelt werden. Die entriegelte Anordnung 70 ermöglicht, dass die Schwenkarmanordnung 72 an einer gewünschten X-Y-Position angeordnet wird, indem die integrierte Verriegelungsanordnung 70 verschoben und gedreht wird. Die integrierte Verriegelungsanordnung 70 wird dann verriegelt, indem der mechanische Eingriff oder die pneumatische Betätigung gelöst wird. Der Linearverriegelungsmechanismus 74 an der Schwenkarmanordnung 72 wird dann mechanisch oder mit Druckluft entriegelt. Der Saugnapf 78 kann dann gegen eine harte Oberfläche gedrückt werden, so dass sich die Welle 120 durch den Verriegelungsmechanismus 74 hindurch um eine ausreichende Distanz in die Z-Richtung nach oben bewegt, so dass der Saugnapf 78 bei der programmierten Manipulation des Greiforgans 40 kein Werkstück berührt. Anschließend wird die Druckluft freigesetzt, um den Saugnapf 78 durch den Linearverriegelungsmechanismus 74 an der erhöhten Z-Position zu verriegeln.
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Das Greiforgan 40 kann für eine Vielzahl verschiedener Teile verwendet werden. Einige Teile werden eine bestimmte Anzahl von Werkzeugmodulen 56 benötigen und andere Teile können eine andere Anzahl von Werkzeugmodulen 56 benötigen. Diejenigen Werkzeugmodule 56, die bei einem speziellen Teil möglicherweise nicht benötigt werden, bleiben am Greiforgan 40 angebracht, werden aber nicht verwendet. Wenn das Greiforgan 40 verwendet wird, um ein Teil aufzunehmen, werden die linearen Verriegelungsmechanismen 74 derjenigen Saugnäpfe 78 für diejenigen Werkzeugmodule, die für das Teil benötigt werden, pneumatisch entriegelt, was diese Näpfe 78 in ihre abgesenkte oder vollständig ausgefahrene Z-Position zurückbringt, während die nicht benötigten Näpfe an der erhöhten berührungsfreien Position relativ zum Teil verriegelt bleiben. Wenn das Greiforgan 40 beginnt, das Teil zu berühren, stellt jeder entriegelte Saugnapf 78 seine eigene Z-Position und Winkelorientierung selbstständig ein, um sich an die Kontur des Teils anzupassen.
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Sobald alle benötigten Saugnäpfe 78 mit dem Teil in vollem Kontakt stehen, wird die Druckluft wieder freigesetzt, um die Saugnäpfe 78 in ihren individuellen Z-Positionen zu verriegeln. Schließlich wird der Unterdruck an allen benötigten Näpfen 78 aktiviert, um das Teil zu halten und zu bewegen. Obwohl es scheint, dass die Saugnäpfe 78 in der Lage sind, am Kugelgelenk 124 zu schwanken, ist jeder Saugnapf 78 durch das feste Werkstück effektiv verriegelt, solange mindestens drei separate Saugnäpfe in Aktion sind. Die verschiedenen Ebenen der Napfdrehung wirken einer Bewegung jedes anderen entgegen. Das Greiforgan 40 wird jedoch nur instabil werden, wenn sich alle Saugnäpfe auf der gleichen Linie des Rahmens 46 befinden, was selten vorkommt und vermeidbar ist.
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Die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2009/0 288 458 A1, Seriennummer 12/125,704 mit dem Titel ”Integrated Locking Assembly für Reconfigurable End-Effectors”, die am 22. Mai 2008 eingereicht wurde, dem Anmelder dieser Anmeldung gehört und hier durch Bezugnahme enthalten ist, offenbart eine integrierte Verriegelungsanordnung, die sowohl Linear- als auch Drehverriegelungsmechanismen umfasst, welche anstelle der integrierten Verriegelungsanordnung 70 verwendet werden kann, und wird nachstehend allgemein beschrieben.
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4 ist eine Querschnittsansicht einer Verriegelungsanordnung 130 zur Montage an einer Welle (nicht gezeigt) eines Greiforgans, etwa des Greiforgans 40. Die Verregelungsanordnung 130 enthält einen Linearverriegelungsmechanismus 134 und einen Drehverriegelungsmechanismus 136. Der Linearverriegelungsmechanismus 134 verriegelt mit der Welle und der Drehverriegelungsmechanismus 136 verriegelt mit einer Ausgangswelle 138. Der Linearverriegelungsmechanismus 134 umfasst einander gegenüberliegende Verriegelungsplatten 140 und 142, die dazwischen einen Spalt 144 definieren und Bohrungen 146 bzw. 148 enthalten. Eine ringförmige Feder 150 drückt Enden der Platten 140 und 142 zusammen, wie vorstehend erörtert wurde, und ein Trennelement 152 trennt die Platten 140 und 142 gegen die Vorspannung der Feder 150, um den Linearverriegelungsmechanismus 134 zu entriegeln. Durch die Verwendung eines pneumatischen Luftdrucks, der durch eine Bohrung 156 in der Welle 138 geliefert wird, wird ein Kolben 154 gegen das Trennelement 152 nach unten gedrückt, um die Entriegelungsbetätigung bereitzustellen.
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Der Drehverriegelungsmechanismus 136 umfasst eine Betätigungsplatte 160, eine Vielzahl von Rollen oder Walzen 162, einen Nocken 164, der ein integrales Merkmal der Welle 138 ist, und ein Mittelgehäuse 168. Durch einen Querstift 170 und einen langen Stößel 172 ist die Betätigungsplatte 160 mit dem Kolben 154 derart gekoppelt, dass der Drehverriegelungsmechanismus 136 zur gleichen Zeit wie der Linearverriegelungsmechanismus 134 verriegelt und entriegelt werden kann. Eine Schraubendruckfeder 174 unterstützt die ringförmige Feder 150 beim Zurückstellen beider Verriegelungsmechanismen 134 und 136 in die verriegelte Position. Das Mittelgehäuse 168, das aus einem wärmebehandelten verschleißfesten Material hergestellt ist, ist zwischen ein oberes Gehäuse 176 und ein unteres Gehäuse 178 eingeklemmt und damit verschraubt, um die integrierte Verriegelungsanordnung 130 auszubilden.
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Der Drehverriegelungsmechanismus 136 umfasst einander gegenüberliegende gewinkelte Elemente, von denen eines bei 180 gezeigt ist. Das gewinkelte Element 180 ist mit der Betätigungsplatte 160 starr gekoppelt und das gegenüberliegende gewinkelte Element kann sich im unteren Gehäuse 178 frei drehen. Wenn ein Druck nach unten auf den Kolben 154 und wiederum auf die Platte 160 aufgebracht wird, läuft ein gewinkelter Rand des gewinkelten Elements 180 entlang eines gewinkelten Rands des gegenüberliegenden gewinkelten Elements, was die gewinkelten Elemente in die Rollen 162 auf beiden Seiten gegen die Vorspannung von Federn (nicht gezeigt) drückt, die sich durch einen Schlüssel (nicht gezeigt) hindurch erstrecken, um zu ermöglichen, dass sich der Nocken 164 dreht. Wenn der Druck freigesetzt wird, wird die Platte 160 mit dem Kolben 186 durch die Rückstellkraft der Schraubenfeder 174 und der ringförmigen Feder 150 angehoben. Somit werden die gewinkelten Elemente getrennt, wodurch ermöglicht wird, dass die Federn die Rollen 162 zurück in die Verriegelungsposition drücken. Ein Paar langer Löcher (nicht gezeigt) in der Platte 160 und um die Enden des Querstifts 170 herum stellt einen Platz für das gewinkelte Element 180 bereit, um sich zu drehen und die Rollen 162 an seiner Seite so zu schieben, wie es das andere gewinkelte Element an der anderen Seite tut.
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Der Linearverriegelungsmechanismus 134 und der Drehverriegelungsmechanismus 136 sind seriell verbunden, d. h. sind in einer Reihe ausgerichtet. Seriell verbundene Linear- und Drehverriegelungsmechanismen erhöhen die Höhe der Einrichtung relativ zu der Führungsschiene für die Verriegelungseinrichtung. Mit anderen Worten bewirkt die gestapelte Konfiguration der Linear- und Drehverriegelungsmechanismen, dass die Einrichtung ein großes Verhältnis von Höhe zu Basis aufweist, was ein erhebliches Drehmoment an der Führungsschiene erzeugt, an der die Einrichtung montiert ist. Als Folge neigt das Drehmoment dazu, selbst wenn der Linearverriegelungsmechanismus entriegelt ist, das Gehäuse der Verriegelungseinrichtung an der Führungsschiene zu kippen, was wiederum eine hohe Reaktionskraft an den Randkontakten erzeugt, was verursacht, dass das Gehäuse wie eine Verriegelungseinrichtung wirkt und somit das beabsichtigte Verschieben der Einrichtung entlang der Schiene verhindert.
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Linear- und Drehbetätigungsverriegelungseinrichtungen sind außerdem typischerweise mit Anti-Drehschlüsseln an beiden Endseiten entlang der Führungsschiene konstruiert, was passende Schlüsselspuren umfasst, um die Einrichtung daran zu hindern, sich um eine Führungsschiene mit kreisförmigem Querschnitt herumzudrehen. Die Kopplung von Schlüsseln und Schlüsselspuren erhöht den Bindungseffekt des vorstehend erwähnten Kippmoments der Kraft mit schärferen Kontakträndern.
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Die vorliegende Erfindung spricht die vorstehenden Nachteile an, indem sie die Linear- und Drehverriegelungsmechanismen trennt und sie an verschiedenen Seiten des Einrichtungsgehäuses montiert, um die Höhe der Einrichtung wesentlich zu verringern und ihr Verhältnis von Höhe zu Basis zu verkleinern. Eine Nutwellenführung (Engl.: ball spline) wird als Führungsschiene verwendet und die gesamte Einrichtungsanordnung ist auf einem Nutwellenführungsträger aufgebaut, der Kugellager aufweist, die entlang der Keilnuten laufen, um zu verhindern, dass sich die Verriegelungseinrichtung dreht, sowie ein sanftes Gleiten der Einrichtung bei dem Kippmoment sicherzustellen, das durch die Höhe der Einrichtung verursacht wird.
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5 ist eine perspektivische Ansicht und 6 ist eine Explosionsansicht einer integrierten Verriegelungseinrichtung 200, die an einer Welle oder einer Nutwellenführungsschiene 202 montiert gezeigt ist, die Kanäle 194 enthält, die entlang der Länge der Schiene 202 verlaufen. Die Einrichtung 200 umfasst einen Drehverriegelungsmechanismus 204, wobei 7 eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelplatte des Drehverriegelungsmechanismus 204 und der Nutwellenführungsschiene 202 ist, und einen Linearverriegelungsmechanismus 206, wobei 9 eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelplatte des Linearverriegelungsmechanismus 206 ist. 8 ist eine perspektivische Ansicht der Verriegelungseinrichtung 200, bei der eine Abdeckung des Drehverriegelungsmechanismus 204 entfernt ist, 10 ist eine perspektivische Ansicht der Verriegelungseinrichtung 200 mit weggeschnittenen Teilen und 11 ist eine Ansicht mit mehreren Schnitten der Verriegelungseinrichtung 200, die Luftdurchgänge der Einrichtung zeigt.
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Der Drehverriegelungsmechanismus 204 und der Linearverriegelungsmechanismus 206 sind an und innerhalb eines Gehäuses 208 montiert, wobei der Drehverriegelungsmechanismus 204 und der Linearverriegelungsmechanismus 206 getrennt und an verschiedenen Seiten des Gehäuses 208 gebaut sind, um die Höhe zu verringern und das Verhältnis von Höhe zu Basis der Einrichtung zu verkleinern, wie nachstehend im Detail erörtert wird.
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Ein Profilträger 212 ist innerhalb des Gehäuses 208 positioniert und erstreckt sich durch dieses hindurch, wobei ein Schlüssel 210 verhindert, dass sich der Profilträger 212 innerhalb des Gehäuses 208 dreht. Eine Innenbohrung 214 des Profilträgers 212 enthält Reihen von Kugellagern 216, wobei sich die Profilschiene 202 durch den Profilträger 212 so hindurch erstreckt, dass die Lager 216 innerhalb von Kanälen 194 in der Schiene 202 positioniert sind, so dass das Gehäuse 208 entlang der Schiene 202 leicht verschiebbar ist und die Einrichtung 200 am Drehen auf der Profilschiene 202 gehindert wird. Bei dieser Ausführungsform ohne Einschränkung enthält die Profilschiene 202 drei Gruppen mit je zwei Kanälen, die sechs Reihen der Kugellager 216 aufnehmen. Fachleute werden verstehen, dass die Nutwellenführungsschiene 202 nicht die einzige Wahl für eine Führungsschiene ist, die verhindert, dass sich die Verriegelungseinrichtung 200 dreht. Für diesen Zweck kann jede geeignete nicht runde Welle verwendet werden. Um ein glattes und genaues Verschieben sicherzustellen, sollte die Verriegelungseinrichtung 200 jedoch auf einem Lagerträger laufen, der dem vorstehend Beschriebenen ähnelt.
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Ein erster Enddeckel 218 ist durch Schrauben 192 an einem Ende des Profilträgers 212 am Gehäuse 208 montiert und ein zweiter Enddeckel 220 ist wie gezeigt durch Schrauben 190 an einem entgegengesetzten Ende des Profilträgers 212 am Gehäuse 208 montiert. Eine neigbare Platte 222 ist im Enddeckel 218 kippbar montiert und eine neigbare Platte 224 ist im Enddeckel 220 kippbar montiert, wobei sich die Nutwelle 202 durch Bohrungen 186 bzw. 188 in den neigbaren Platten 222 und 224 hindurch erstreckt. Die neigbaren Platten 222 und 224 enthalten Nasen 264 bzw. 266, die Stifte 226 bzw. 228 aufnehmen. Die neigbaren Platten 222 und 224 sind durch ein Paar Zugfedern 196 und 198 miteinander gekoppelt, welche mit Enden der Stifte 226 und 228 gekoppelt sind, und bewirken, dass die neigbaren Platten 222 und 224 zueinander gezogen werden. Die Zugfedern 196 und 198 bewirken, dass einander gegenüberliegende Ränder der neigbaren Platten 222 und 224 zueinander gekippt werden, so dass die neigbaren Platten 222 und 224 sich mit der Nutwellenschiene 202 verbinden oder verriegeln und auf die gleiche Weise, wie vorstehend für die Verriegelungsanordnung 130 erörtert wurde, verhindern, dass die Einrichtung 200 entlang der Schiene 202 gleitet.
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Eine Drehwelle 230 ist mit dem Drehverriegelungsmechanismus 204 gekoppelt, wobei der Drehverriegelungsmechanismus 204 ein Drehen der Welle 230 verhindert oder zulässt. Die Drehwelle 230 enthält einen länglichen Abschnitt 268 und einen speziell ausgestalteten Nockenabschnitt 252, der nachstehend in größerem Detail erörtert wird. Der Drehverriegelungsmechanismus 204 umfasst ein Abdeckelement 232, das durch Schrauben 234 mit dem Gehäuse 208 verschraubt ist. Die Drehwelle 230 erstreckt sich wie gezeigt durch das Abdeckungselement 232 hindurch und ein Betätigungsstab 236 erstreckt sich durch eine Innenbohrung der Welle 230. Ein Betätigungsring 240 mit gewinkelten Elementen 262 ist innerhalb des Abdeckungselements 232 positioniert. Ein Sicherungsstab 242 erstreckt sich quer durch den Mechanismus 204 und koppelt den Betätigungsring 240 mit dem Betätigungsstab 236. Bei dieser Ausführungsform ohne Beschränkung weist der Betätigungsstab 236 eine Dreiecksgestalt auf, um eine Luftströmung darum herum zu ermöglichen. Eine Feder 250 ist in einer Kammer im Nockenabschnitt 252 der Welle 230 positioniert und stellt eine Vorspannung zwischen einem Ende des Betätigungsstabs 236 und dem Gehäuse 208 bereit. Ein angetriebener Ring 254, der gewinkelte Elemente 260 enthält, dreht sich im Gehäuse 208. Ein Gehäusering 258 verläuft um den Nockenabschnitt 252 herum und ist durch die Schrauben 234 mit dem Gehäuse 208 verschraubt.
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Der Nockenabschnitt 252 der Welle 230 enthält Nasenabschnitte 288 mit Federn 290, die sich dort hindurch erstrecken. Die Federn 290 kontaktieren Rollenlager 256 und drücken diese in eine Keilposition zwischen dem Gehäusering 258 und dem Nockenabschnitt 252, die verhindert, dass sich der Nockenabschnitt 252 und damit die Welle 230 dreht. Die Kombination aus dem Betätigungsring 240 mit den gewinkelten Elementen 262, dem angetriebenen Ring 254 mit den gewinkelten Elementen 260, dem Nockenabschnitt 252, dem Gehäusering 258 und den Rollenlagern 256 arbeiten auf die gleiche Weise wie die gleichen Komponenten im Drehverriegelungsmechanismus 134, der vorstehend und in der '704-Anmeldung erörtert wurde.
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Der Drehverriegelungsmechanismus 204 arbeitet mechanisch statt pneumatisch, wie der vorstehend erörterte Drehverriegelungsmechanismus 136. Speziell, wenn sich der Drehverriegelungsmechanismus 204 in der verriegelten Konfiguration befindet, sind die gewinkelten Elemente 260 und 262 getrennt und die Rollenlager 256 werden durch die Federn 290 an eine Stelle gedrückt, an der sie den Nockenabschnitt 252 in das Ringgehäuse 258 drücken und verhindern, dass sich die Welle 230 in der Verriegelungseinrichtung 200 dreht. Durch Aufbringen einer Kraft auf den Betätigungsstab 236 gegen die Vorspannung der Feder 250 bewirkt der Stab 242, dass sich der Betätigungsring 240 zu dem angetriebenen Ring 254 hin bewegt, so dass die gewinkelten Elemente 262 die gewinkelten Elemente 260 kontaktieren. Die gewinkelten Elemente 260 und 262 drücken die Rollenlager 260 gegen die Vorspannung der Federn 290 und bewegen diese in ihre entriegelte Position, in der die Rollenlager 256 den Nockenabschnitt 252 nicht mit dem Ringgehäuse 258 verriegeln. Dies ermöglicht, dass sich der Nockenabschnitt 252 dreht, was der Welle 230 ermöglicht, sich zu drehen.
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Der lineare Betätigungsmechanismus 206 umfasst ein Luftzylinderelement 270, das an dem Gehäuse 208 durch Schrauben 272 montiert ist, und einander gegenüberliegende Schiebestäbe 274 und 276, die in einer Nut 278 im Gehäuse 208 montiert sind. Ein Keilelement 280 ist in einer Spalte 282 zwischen den Schiebestäben 274 und 276 positioniert. Ein Kolben 284 ist im Luftzylinderelement 270 positioniert und hält das Keilelement 280 fest. Ein Wartungsdeckel 298 ist im Luftzylinderelement 270 bereitgestellt, um für Wartungszwecke einen Zugriff darauf zu erhalten.
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Das Gehäuse 208 umfasst einen Luftdurchgang 300, der in Fluidverbindung mit einem Luftdurchgang 302 im Luftzylinderelement 270 steht. Ein Pneumatiksystem (nicht gezeigt) liefert einen Luftdruck an die Innenbohrung der Drehwelle 230 um den Betätigungsstab 236 herum, der durch den Drehverriegelungsmechanismus 204 hindurchströmt und in den Luftdurchgang 300 eintritt. Die Luft strömt aus dem Luftdurchgang 300 in den Luftdurchgang 302 und bringt einen Druck auf eine obere Fläche des Kolbens 284 auf. Der Kolben 284 bringt eine Kraft auf das Keilelement 280 auf, so dass es weiter in die Spalte 282 hinein drückt, was bewirkt, dass sich die Schiebestäbe 274 und 276 gegen die Kraft der Federn 196 und 198 trennen. Die Schiebestäbe 274 und 276 stehen in Kontakt mit den Nasen 264 und 266 der neigbaren Platten 222 bzw. 224, wobei eine Trennung der Schiebestäbe 274 und 276 bewirkt, dass sich die neigbaren Platten 222 und 224 gegen die Vorspannung der Federn 196 und 198 neigen und parallel zueinander werden, so dass sie sich nicht an die Schiene 202 binden. Somit kann das Gehäuse 208 auf der Nutwellenschiene 202 gleiten.
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Obwohl diese Erfindung mit ihren Anforderungen an eine sichere Verriegelung, sanftes Gleiten und eine Präzisionsführung hauptsächlich auf umkonfigurierbare Roboterwerkzeuganwendungen abzielt, sind die Konzepte und Ideen gleichermaßen auf manuelle flexible Montagewerkzeuge oder ein Greiforgan oder eine Halterung, das bzw. die umkonfiguriert werden muss, anwendbar.
