DE102020122177A1 - PNEUMATIC SAFETY LOCK - Google Patents

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DE102020122177A1
DE102020122177A1 DE102020122177.0A DE102020122177A DE102020122177A1 DE 102020122177 A1 DE102020122177 A1 DE 102020122177A1 DE 102020122177 A DE102020122177 A DE 102020122177A DE 102020122177 A1 DE102020122177 A1 DE 102020122177A1
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pneumatic
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robot
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William G. Berrocal
Mack Earl Manning
John M. Winterroth
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ATI Industrial Automation Inc
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ATI Industrial Automation Inc
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Abstract

Ein Roboterwerkzeugwechsler stellt inhärent einen sicheren Entkopplungsvorgang sicher, indem ein Pneumatikfluid nur in dem Fall zu einem Entkopplungsanschluss eines pneumatischen Kopplungsmechanismus bereitgestellt wird, wenn der Werkzeugwechsler auf einem Werkzeuggestell platziert und geeignet mit diesem ausgerichtet ist. Ein Pneumatikfluid zum Entkoppeln des pneumatischen Kopplungsmechanismus wird von einer Luftquelle zu dem Werkzeuggestell geleitet. Ein Durchgang in dem Werkzeuggestell führt das Pneumatikfluid zu einem pneumatischen Pfad in dem Werkzeugwechsler, welcher zu einem Entkopplungsanschluss des pneumatischen Kopplungsmechanismus führt. Daher muss der Werkzeugwechsler auf dem Werkzeuggestell platziert sein, damit der Entkopplungsanschluss ein Pneumatikfluid aufnehmen kann. Darüber hinaus befindet sich eine Sicherheitskupplung auf dem pneumatischen Pfad zwischen dem Werkzeuggestell und dem Entkopplungsanschluss. Die Sicherheitskupplung erfordert, dass der Werkzeugwechsler für einen effektiven Strom des Pneumatikfluids auf dem Werkzeuggestell platziert und geeignet mit diesem ausgerichtet ist, - andernfalls wird das Pneumatikfluid zu der Atmosphäre abgelassen.A robot tool changer inherently ensures a safe decoupling process in that a pneumatic fluid is only provided to a decoupling connection of a pneumatic coupling mechanism if the tool changer is placed on a tool frame and suitably aligned with it. Pneumatic fluid for decoupling the pneumatic coupling mechanism is supplied to the tool frame from a source of air. A passage in the tool frame leads the pneumatic fluid to a pneumatic path in the tool changer, which leads to a decoupling connection of the pneumatic coupling mechanism. The tool changer must therefore be placed on the tool frame so that the decoupling connection can receive a pneumatic fluid. In addition, there is a safety coupling on the pneumatic path between the tool frame and the decoupling connection. The safety coupling requires that the tool changer be placed on and properly aligned with the tool rack for an effective flow of the pneumatic fluid - otherwise the pneumatic fluid is vented to the atmosphere.

Description

BEREICH DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Robotik und insbesondere auf einen inhärent sicheren Roboter-Werkzeugwechsler, der Energie erhält, um von einem Werkzeuggestell abgekoppelt zu werden.The present invention relates generally to robotics and, more particularly, to an inherently safe robotic tool changer that receives power to be disconnected from a tool rack.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Industrieroboter sind aus der modernen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Ob beim Transport von Halbleiterwafern von einer Prozesskammer in eine andere in einem Reinraum oder beim Schneiden und Schweißen von Stahl auf dem Boden einer Automobilfabrik - Roboter führen viele Fertigungsaufgaben unermüdlich, in rauen Umgebungen und mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit aus.Industrial robots have become an indispensable part of modern production. Whether transporting semiconductor wafers from one process chamber to another in a clean room or cutting and welding steel on the floor of an automobile factory - robots perform many manufacturing tasks tirelessly, in harsh environments and with high precision and repeatability.

Bei vielen Anwendungen mit Roboterfertigung ist es kosteneffektiv, einen relativ allgemeinen Roboterarm für die Ausführung einer Vielzahl von Aufgaben einzusetzen. Bei einer Anwendung in der Automobilherstellung kann ein Roboterarm beispielsweise eingesetzt werden, um Metallteile in einer Produktionsphase zu schneiden, zu schleifen oder anderweitig zu formen und in einer anderen Phase eine Vielzahl von Schweißaufgaben auszuführen. Verschiedene Schweißwerkzeug-Geometrien können vorteilhaft an einen bestimmten Roboterarm angepasst sein, um Schweißaufgaben an verschiedenen Stellen oder in verschiedenen Ausrichtungen auszuführen.In many robotic manufacturing applications, it is cost effective to use a relatively generic robotic arm to perform a variety of tasks. In an automotive application, for example, a robotic arm can be used to cut, grind, or otherwise shape metal parts in one phase of production and to perform a variety of welding tasks in another phase. Different welding tool geometries can advantageously be adapted to a specific robot arm in order to carry out welding tasks at different locations or in different orientations.

Bei diesen Anwendungen wird ein Werkzeugwechsler verwendet, um verschiedene Roboterwerkzeuge mit dem Roboter zu verbinden. Eine Hälfte des Werkzeugwechslers, die so genannte Mastereinheit bzw. Haupteinheit, ist dauerhaft an einem Roboterarm befestigt. Die andere Hälfte, die so genannte Werkzeugeinheit, ist an jedem Roboterwerkzeug befestigt, das der Roboter verwenden kann. Die verschiedenen Roboterwerkzeuge, die ein Roboter verwenden kann, werden normalerweise innerhalb des Bewegungsbereichs des Roboterarms in Werkzeuggestellen bzw. Werkzeugständern gelagert, die so bemessen und ausgebildet sind, dass sie jedes Werkzeug sicher halten, wenn es nicht in Gebrauch ist. Wenn der Roboterarm die Mastereinheit am Ende des Roboterarms neben einer Werkzeugeinheit positioniert, die mit einem gewünschten Roboterwerkzeug verbunden ist, das in einem Werkzeuggestell platziert ist, wird ein Kopplungsmechanismus betätigt, der die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit mechanisch miteinander verriegelt und so das Roboterwerkzeug am Ende des Roboterarms befestigt. Der Werkzeugwechsler stellt somit eine konsistente mechanische Schnittstelle zwischen einem Roboterarm und einer Vielzahl von Roboterwerkzeugen bereit. Ein Werkzeugwechsler kann auch Betriebsmittel an ein Roboterwerkzeug übergeben.In these applications, a tool changer is used to connect various robotic tools to the robot. One half of the tool changer, the so-called master unit or main unit, is permanently attached to a robot arm. The other half, called the tool unit, is attached to every robot tool that the robot can use. The various robotic tools that a robot can use are typically stored within the range of motion of the robotic arm in tool racks that are sized and configured to securely hold each tool when not in use. When the robot arm positions the master unit at the end of the robot arm next to a tool unit that is connected to a desired robot tool that is placed in a tool rack, a coupling mechanism is actuated that mechanically locks the master unit and the tool unit together and so the robot tool at the end of the Robotic arm attached. The tool changer thus provides a consistent mechanical interface between a robot arm and a large number of robot tools. A tool changer can also transfer resources to a robot tool.

Für den Betrieb von Roboterwerkzeugen können Betriebsmittel, wie elektrischer Strom, Luftdruck, Hydraulikflüssigkeit, Kühlwasser, elektronische oder optische Datensignale und ähnliches, erforderlich sein. Wenn zahlreiche verschiedene Werkzeuge - die unterschiedliche Betriebsmittel benötigen - von demselben Roboter verwendet werden, müssen die Betriebsmittelverbindungen bei jedem Werkzeugwechsel manuell hergestellt werden. Um diese Prozedur zu vermeiden, ist die Bereitstellung von Modulen für die Bereitstellung von Betriebsmitteln eine wichtige Funktion eines Roboter-Werkzeugwechslers. Solche Module können an standardisierten Positionen auf der Master- und Werkzeugeinheit des Roboter-Werkzeugwechslers angebracht sein. Die Module weisen passende Anschlüsse, Ventilanschlüsse, elektrische Verbinder und Ähnliches auf, so dass die Betriebsmittel für das ausgewählte Werkzeug verfügbar sind, wenn es mit dem Roboterarm gekoppelt ist. Viele Werkzeugwechsler weisen an ihrer Peripherie eine oder mehrere „Leisten“ in Standardgröße auf, an denen je nach Bedarf verschiedene Module für die Bereitstellung von Betriebsmitteln angebracht sein können. Werkzeugwechsler und Module für die Bereitstellung von Betriebsmitteln sind in der Robotertechnik gut bekannt und im Handel erhältlich, z. B. von dem Rechtsnachfolger, ATI Industrial Automation, Apex, North Carolina.Operating resources such as electrical power, air pressure, hydraulic fluid, cooling water, electronic or optical data signals and the like may be required for the operation of robotic tools. If many different tools - which require different equipment - are used by the same robot, the equipment connections must be made manually with each tool change. In order to avoid this procedure, the provision of modules for the provision of operating resources is an important function of a robot tool changer. Such modules can be attached at standardized positions on the master and tool unit of the robot tool changer. The modules have matching connections, valve connections, electrical connectors and the like so that the operating means for the selected tool are available when it is coupled to the robot arm. Many tool changers have one or more “strips” in standard size on their periphery, to which various modules for the provision of operating resources can be attached as required. Tool changers and modules for providing resources are well known in robotics and are commercially available, e.g. B. from assignee, ATI Industrial Automation, Apex, North Carolina.

Wie vorab erwähnt ist, wird jedes Roboterwerkzeug, wenn es nicht in Gebrauch ist, in einem speziellen Ständer oder Werkzeuggestell innerhalb des Arbeitsbereichs des Roboterarms gelagert. Die Software der Roboterarm-Steuerung „merkt“ sich, wo sich jedes Roboterwerkzeug befindet, und jedes Roboterwerkzeug wird vor der Werkzeugwechsler-Entkopplung in genau dieselbe Position in seinem Werkzeughalter zurückgebracht. In ähnlicher Weise „weiß“ die Software der Roboterarmsteuerung genau, wo das nächste gewünschte Roboterwerkzeug aufbewahrt ist, und sie positioniert die Mastereinheit des Werkzeugwechslers (an dem Roboterarm) neben der Werkzeugeinheit (an dem gewünschten Roboterwerkzeug) und betätigt dann den Werkzeugwechsler, um das nächste Roboterwerkzeug mit dem Roboterarm zu koppeln.As mentioned above, when not in use, each robot tool is stored in a special stand or tool rack within the working area of the robot arm. The software of the robot arm control “remembers” where each robot tool is and each robot tool is returned to exactly the same position in its tool holder before the tool changer is decoupled. Similarly, the robot arm controller software “knows” exactly where the next desired robot tool is stored, and it positions the master unit of the tool changer (on the robot arm) next to the tool unit (on the desired robot tool) and then operates the tool changer to move the next one To couple the robot tool with the robot arm.

Die Sicherheit ist in Produktionsumgebungen ein vorrangiges Anliegen. Eine Vielzahl von Arbeitsplatzbestimmungen regelt den Einsatz von großen Industrierobotern mit daran befestigten schweren Roboterwerkzeugen. Zum Beispiel definiert ISO 13849, „Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen“, fünf Leistungsstufen (PL), die mit A bis E bezeichnet sind. Die Leistungsstufe D (PLD), die für viele Industrierobotik-Anwendungen vorgeschrieben ist, erfordert eine Wahrscheinlichkeit von weniger als 10-6 gefährlichen Ausfällen pro Stunde, d.h. mindestens eine Million Betriebsstunden zwischen gefährlichen Ausfällen.Safety is a primary concern in production environments. A large number of workplace regulations regulate the use of large industrial robots with heavy robotic tools attached to them. For example, ISO 13849, "Safety of machines - safety-related parts of control systems" defines five performance levels (PL), which are designated with A to E. The performance level D (PLD), which is used for many industrial robotics applications requires a probability of less than 10 -6 dangerous failures per hour, i.e. at least one million operating hours between dangerous failures.

Der wahrscheinlichste gefährliche Ausfall aus der Sicht eines Roboter-Werkzeugwechslers und seiner Funktionalität ist eine unbeabsichtigte Entkopplung von Master- und Werkzeugeinheit, wodurch ein Roboterwerkzeug frei von dem Roboterarm fallen kann. Diese Gefahr ist seit langem bekannt, und die moderne Konstruktion eines Roboter-Werkzeugwechslers minimiert das Risiko. Für den Fall, dass beispielsweise positive Kopplungsleistung, wie z.B. pneumatischer Druck, während des Betriebs verloren geht, stellen „ausfallsichere“ Konstruktionen sicher, dass sich ein Werkzeug nicht von dem Roboterarm löst. Siehe z.B. U.S. Patent Nr. 7,252,453 und 8,005,570 , die ATI Industrial Automation, dem Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung, erteilt wurden.The most likely dangerous failure from the point of view of a robot tool changer and its functionality is an unintentional decoupling of the master and tool unit, as a result of which a robot tool can fall freely from the robot arm. This hazard has long been known and the modern design of a robotic tool changer minimizes the risk. In the event that, for example, positive coupling performance, such as pneumatic pressure, is lost during operation, “fail-safe” designs ensure that a tool does not become detached from the robot arm. See e.g. U.S. Patent No. 7,252,453 and 8,005,570 issued to ATI Industrial Automation, assignee of the present application.

ATI Industrial Automation hat sich nicht nur mit der Verhinderung versehentlicher Roboterwerkzeugabwürfe aufgrund von Druckverlusten befasst, sondern auch mit dem Sicherheitsrisiko von Softwarefehlern oder versehentlichen Befehlen, die einem Roboterwerkzeugwechsler zur falschen Zeit einen gültigen „Entkopplungs“-Befehl geben, z.B. wenn ein Werkzeug in Gebrauch ist. Das U.S.-Patent Nr. 6,840,895 beschreibt eine Verriegelungsschaltung, die verhindert, dass selbst ein gültiger „Entkopplungs“-Befehl einen Kopplungsmechanismus eines Roboter-Werkzeugwechslers erreicht, wenn eine werkzeugseitige Sicherheitsverriegelung nicht aktiviert ist. Die werkzeugseitige Sicherheitsverriegelung wird automatisch aktiviert, wenn das Roboterwerkzeug in sein Werkzeuggestell platziert wird, und deaktiviert, wenn das Roboterwerkzeug aus dem Werkzeuggestell entfernt wird.ATI Industrial Automation has not only addressed the prevention of accidental robotic tool drops due to pressure drops, but also the safety risk of software errors or accidental commands that give a robot tool changer a valid "disconnect" command at the wrong time, such as when a tool is in use . The U.S. Patent No. 6,840,895 describes an interlocking circuit that prevents even a valid “uncoupling” command from reaching a coupling mechanism of a robot tool changer if a tool-side safety interlock is not activated. The tool-side safety lock is automatically activated when the robot tool is placed in its tool rack and deactivated when the robot tool is removed from the tool rack.

Verriegelungsschaltungen können die versehentliche Entkopplung eines Roboterwerkzeugwechslers wirksam verhindern. Um jedoch sehr strenge Sicherheitsstandards, wie z.B. ISO 13849 PLD, zu erfüllen, müssen kritische Elemente (Schaltkreiskomponenten, Pneumatikventile und dergleichen) redundant sein. Um sicherzustellen, dass die entworfene Redundanz nicht illusorisch ist, z.B. wenn einer der redundanten Schaltkreise ausfallen sollte, müssen außerdem Überwachungsmittel hinzugefügt werden, die ständig sicherstellen, dass alle kritischen Elemente nicht nur vorhanden, sondern auch voll betriebsfähig und funktionsfähig sind. Solche Redundanz- und Überwachungssysteme erhöhen die Kosten, die Komplexität und das Gewicht eines Roboter-Werkzeugwechslers.Interlocking circuits can effectively prevent the accidental decoupling of a robot tool changer. However, in order to meet very strict safety standards such as ISO 13849 PLD, critical elements (circuit components, pneumatic valves and the like) must be redundant. In order to ensure that the designed redundancy is not illusory, e.g. if one of the redundant circuits should fail, monitoring means must also be added, which constantly ensure that all critical elements are not only present but also fully operational and functional. Such redundancy and monitoring systems increase the cost, complexity and weight of a robotic tool changer.

Der Abschnitt „Hintergrund“ dieses Dokuments soll Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in den technologischen und betrieblichen Kontext stellen, um den Fachleuten zu helfen, ihren Umfang und ihren Nutzen zu verstehen. Sofern sie nicht ausdrücklich als solche gekennzeichnet ist, wird keine Aussage in diesem Dokument allein durch ihre Aufnahme in den Hintergrundabschnitt als Stand der Technik anerkannt.The "Background" section of this document is intended to put embodiments of the present invention in the technological and operational context to help those skilled in the art understand its scope and uses. Unless expressly marked as such, no statement in this document is recognized as prior art simply by being included in the background section.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung der Offenbarung präsentiert, um dem Fachmann ein grundlegendes Verständnis zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein ausführlicher Überblick über die Offenbarung und dient nicht dazu, wichtige/kritische Elemente von Ausführungsformen der Erfindung zu identifizieren oder den Umfang der Erfindung abzugrenzen. Der einzige Zweck dieser Zusammenfassung besteht darin, einige hierin offenbarte Konzepte in vereinfachter Form als Einführung für die folgende ausführlichere Beschreibung darzustellen.A simplified summary of the disclosure is presented below in order to provide a basic understanding to those skilled in the art. This summary is not an exhaustive overview of the disclosure and is not intended to identify important / critical elements of embodiments of the invention or to delimit the scope of the invention. The sole purpose of this summary is to present in a simplified form some of the concepts disclosed herein as a introduction to the more detailed description that follows.

Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen, die hier beschrieben und beansprucht werden, gewährleistet ein Roboter-Werkzeugwechsler einen inhärent sicheren Betrieb, indem die Energiequellen für die „Koppel-“ und „Entkopplungsvorgänge“ seines Kopplungsmechanismus getrennt sind. Die Energie für den Entkopplungsvorgang steht nur dann zur Verfügung, wenn sich das angebrachte Roboterwerkzeug sicher in seinem Werkzeuggestell befindet. Sobald das Roboterwerkzeug das Werkzeuggestell verlässt, wird dem Kopplungsmechanismus des Roboterwerkzeugwechslers keine Energie mehr zugeführt, um das Roboterwerkzeug von dem Roboterarm zu entkoppeln. Dementsprechend ist es unmöglich, dass sich das Roboterwerkzeug versehentlich von dem Roboterarm löst - selbst wenn die Software fälschlicherweise ein DECOUPLE-Signal ausgibt oder anderweitig einen Entkopplungsvorgang einleitet. Da der Entwurf inhärent sicher ist, sind weder Verriegelungsschaltungen, die Redundanz solcher Schaltungen noch die umfangreichen und komplexen Überwachungsschaltungen erforderlich, die für ihren ordnungsgemäßen Betrieb erforderlich sind.According to one or more embodiments that are described and claimed here, a robotic tool changer ensures inherently safe operation by separating the energy sources for the “coupling” and “decoupling processes” of its coupling mechanism. The energy for the decoupling process is only available if the attached robot tool is safely in its tool frame. As soon as the robot tool leaves the tool frame, the coupling mechanism of the robot tool changer is no longer supplied with energy in order to decouple the robot tool from the robot arm. Accordingly, it is impossible for the robot tool to accidentally become detached from the robot arm - even if the software incorrectly outputs a DECOUPLE signal or otherwise initiates a decoupling process. Because the design is inherently safe, there is no need for interlocking circuits, redundancy in such circuits, or the large and complex monitoring circuitry necessary for their proper operation.

Eine Ausführungsform bezieht sich auf einen Roboterwerkzeugwechsler. Der Roboterwerkzeugwechsler weist eine Mastereinheitsanordnung für den Anschluss an einen Roboter und eine Werkzeugeinheitsanordnung für den Anschluss an ein Roboterwerkzeug auf. Ein Kopplungsmechanismus befindet sich in der Master- oder Werkzeugeinheitsanordnung und dient dazu, die Master- und Werkzeugeinheitsanordnung selektiv miteinander zu koppeln. Der Kopplungsmechanismus erfordert eine erste Energiequelle zum Koppeln und eine separate, zweite Energiequelle zum Entkoppeln. Der Roboterwerkzeugwechsler erhält die zweite Energie nur von einem Werkzeuggestell, welches betriebsbereit ist, um das Roboterwerkzeug sicher zu halten. Daher steht die Entkopplungsenergie nur dann zur Verfügung, wenn sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug sicher in seinem Werkzeuggestell befindet.One embodiment relates to a robotic tool changer. The robot tool changer has a master unit arrangement for connection to a robot and a tool unit arrangement for connection to a robot tool. A coupling mechanism is located in the master or tool unit arrangement and is used to selectively couple the master and tool unit arrangement to one another. The coupling mechanism requires a first energy source for coupling and a separate, second energy source for decoupling. The robot tool changer only receives the second energy from a tool rack, which is ready to use to hold the robot tool securely. Therefore, the decoupling energy is only available when an attached robot tool is safely in its tool frame.

Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein inhärent sicheres Verfahren zum selektiven Anbringen eines sich in einem Werkzeuggestell befindenden Roboterwerkzeugs an einem Roboter. Eine Mastereinheitsanordnung eines Werkzeugwechslers ist an dem Roboter angebracht, und eine Werkzeugeinheitsanordnung des Werkzeugwechslers ist an dem Roboterwerkzeug angebracht. Die Mastereinheitsanordnung oder die Werkzeugeinheitsanordnung weist einen Kopplungsmechanismus auf, der dazu dient, die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung selektiv miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln. Der Roboter wird neben dem Roboterwerkzeug so positioniert, dass die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung aneinander stoßen. Eine Energie von einer ersten Quelle wird verwendet, um den Kopplungsmechanismus anzutreiben, um die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung miteinander zu koppeln. Das Roboterwerkzeug wird durch einen Vorgang des Roboters aus dem Werkzeuggestell entfernt. Das Roboterwerkzeug wird durch einen Vorgang des Roboters in das Werkzeuggestell zurückgeführt. Eine Energie von einer zweiten, mit dem Werkzeuggestell verbundenen Quelle wird zum Antrieb des Kopplungsmechanismus verwendet, um die Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung zu entkoppeln. Wenn sich das Roboterwerkzeug nicht in dem Werkzeuggestell befindet, steht keine Energie von der zweiten Quelle zur Verfügung, um den Kopplungsmechanismus zur Entkopplung der Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung anzutreiben.Another embodiment relates to an inherently safe method for selectively attaching a robot tool located in a tool rack to a robot. A master unit assembly of a tool changer is attached to the robot, and a tool unit assembly of the tool changer is attached to the robot tool. The master unit arrangement or the tool unit arrangement has a coupling mechanism which serves to selectively couple the master unit arrangement and the tool unit arrangement to one another and to decouple them from one another. The robot is positioned next to the robot tool in such a way that the master unit arrangement and the tool unit arrangement abut one another. Energy from a first source is used to drive the coupling mechanism to couple the master unit assembly and the tool unit assembly together. The robot tool is removed from the tool frame by an operation of the robot. The robot tool is returned to the tool frame by a process of the robot. Energy from a second source connected to the tool rack is used to drive the coupling mechanism in order to decouple the master unit assembly from the tool unit assembly. When the robot tool is not in the tool frame, no energy is available from the second source to drive the coupling mechanism for decoupling the master unit arrangement from the tool unit arrangement.

Bei einigen Ausführungsformen umfasst der Kopplungsmechanismus beispielsweise einen pneumatisch betätigten Kolben, der ähnlich wie die in den US-Patenten 7,252,453 und 8,005,570 beschriebenen funktioniert. Der Kolben weist einen Kopplungsanschluss auf, um ein Pneumatikfluid von einer ersten Zufuhr zu erhalten, was zur Bewegung des Kolbens dient, um die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit miteinander zu koppeln. Der Begriff „vorwärts“ wird hier verwendet, um die Bewegung des Kolbens in eine Richtung zu beschreiben, in der die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit gekoppelt werden. Der Raum hinter dem Kolben, in den der Kopplungsanschluss das Pneumatikfluid leitet, wird hier als Kopplungskammer bezeichnet.In some embodiments, for example, the coupling mechanism comprises a pneumatically actuated piston similar to that in FIGS U.S. Patents 7,252,453 and 8,005,570 described works. The piston has a coupling port for receiving a pneumatic fluid from a first supply, which serves to move the piston to couple the master unit and the tool unit together. The term "forward" is used here to describe the movement of the piston in a direction in which the master unit and the tool unit are coupled. The space behind the piston into which the coupling connection directs the pneumatic fluid is referred to here as the coupling chamber.

Der Kolben hat einen separaten Entkopplungsanschluss, um ein Pneumatikfluid von einer separaten Zufuhr zu erhalten, die sich von der ersten Zufuhr unterscheidet (oder zumindest auf einem anderen Weg zu dem Kolben strömt). Ein Pneumatikfluid an dem Entkopplungsanschluss bewirkt eine Bewegung des Kolbens, um die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit voneinander zu entkoppeln. Der Begriff „rückwärts“ wird hier verwendet, um die Bewegung des Kolbens in eine Richtung zur Entkopplung der Mastereinheit von der Werkzeugeinheit zu beschreiben. Der Raum vor dem Kolben, in den der Entkopplungsanschluss ein Pneumatikfluid leitet, wird hier als Entkopplungskammer bezeichnet. Das Pneumatikfluid für den Entkopplungsanschluss strömt zu dem Roboterwerkzeugwechsler nur von dem Werkzeuggestell durch eine pneumatische Kupplung an oder angebracht an der Werkzeugeinheit, die mit einer entsprechenden pneumatischen Kupplung an dem Werkzeuggestell zusammenpasst, wenn sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell befindet.The piston has a separate decoupling port in order to receive a pneumatic fluid from a separate supply which is different from the first supply (or at least flows in a different path to the piston). A pneumatic fluid at the decoupling connection causes the piston to move in order to decouple the master unit and the tool unit from one another. The term "backward" is used here to describe the movement of the piston in a direction to decouple the master unit from the tool unit. The space in front of the piston into which the decoupling connection directs a pneumatic fluid is referred to here as the decoupling chamber. The pneumatic fluid for the decoupling connection flows to the robot tool changer only from the tool frame through a pneumatic coupling on or attached to the tool unit, which mates with a corresponding pneumatic coupling on the tool frame when an attached robot tool is safely located in the tool frame.

Wenn das Roboterwerkzeug an dem Roboterarm angebracht ist und von seinem Werkzeuggestell entfernt ist, steht an dem Entkopplungsanschluss kein pneumatischer Druck zur Verfügung, um den Kolben nach hinten zu bewegen, um die Werkzeugeinheit von der Mastereinheit zu entkoppeln. Daher ist der Roboterwerkzeugwechsler der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung inhärent sicher vor versehentlichem Entkoppeln eines Roboterwerkzeugs von dem Roboterarm, es sei denn, das Roboterwerkzeug befindet sich in seinem Werkzeuggestell. Bei verschiedenen Ausführungsformen ist die Steuerung des Durchflusses eines Pneumatikfluids - z.B. über Ventile und pneumatische Durchflussleitungen - auf verschiedene Weisen verteilt, die jeweils besondere Vorteile hinsichtlich Kosten, Komplexität, Wartungsfreundlichkeit u.ä. aufweisen. Allen Ausführungsformen gemeinsam ist jedoch das Konstruktionsmerkmal, dass sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug in seinem Werkzeuggestell befinden muss, damit der Werkzeugwechsler die Werkzeugeinheit von der Mastereinheit entkoppeln (und damit das Roboterwerkzeug von dem Roboterarm entfernen) kann.When the robot tool is attached to the robot arm and removed from its tool frame, no pneumatic pressure is available at the decoupling connection to move the piston backwards in order to decouple the tool unit from the master unit. Therefore, the robotic tool changer of embodiments of the present invention is inherently safe from inadvertent decoupling of a robotic tool from the robotic arm unless the robotic tool is in its tool rack. In various embodiments, the control of the flow of a pneumatic fluid - e.g. via valves and pneumatic flow lines - is distributed in various ways, each of which has particular advantages in terms of costs, complexity, ease of maintenance and the like. exhibit. However, common to all embodiments is the design feature that an attached robot tool must be in its tool frame so that the tool changer can decouple the tool unit from the master unit (and thus remove the robot tool from the robot arm).

Eine Reihe verschiedener Ausführungsformen, die hier beschrieben und beansprucht werden, haben alle das Merkmal der inhärenten Sicherheit gemeinsam, dass zur Entkopplung ein Pneumatikfluid erforderlich ist, das dem Werkzeugwechsler von einem Werkzeuggestell zugeführt oder durch dieses geleitet wird, so dass es nur verfügbar ist, wenn sich das Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell befindet.A number of different embodiments, which are described and claimed here, all have the feature of inherent security in common that a pneumatic fluid is required for decoupling, which is supplied to the tool changer from a tool frame or passed through it so that it is only available when the robot tool is in the tool rack.

Bei einer ersten Ausführungsform liefert das Werkzeuggestell ein Pneumatikfluid, ein Entkopplungssteuerventil ist der Werkzeugeinheit zugeordnet und ein Kopplungssteuerventil ist der Mastereinheit zugeordnet.In a first embodiment, the tool frame supplies a pneumatic fluid, a decoupling control valve is assigned to the tool unit and a coupling control valve is assigned to the master unit.

Bei einer zweiten Ausführungsform liefert das Werkzeuggestell ein Pneumatikfluid, und dem Werkzeuggestell ist ein Entkopplungssteuerventil zugeordnet, das Steuersignale von dem Roboter empfängt.In a second embodiment, the tool frame supplies a pneumatic fluid and the tool frame has associated therewith a decoupling control valve which receives control signals from the robot.

Bei einer dritten Ausführungsform liefert eine einzige Roboter-Pneumatikfluidzufuhr ein Pneumatikfluid sowohl zum Koppeln als auch zum Entkoppeln. Das Entkopplungs-Pneumatikfluid wird durch die Werkzeugeinheit zu einer Brücke auf dem Werkzeuggestell und zurück durch die Werkzeugeinheit zu der Mastereinheit geleitet (und ist daher nicht verfügbar, wenn sich das Roboterwerkzeug nicht in dem Werkzeuggestell befindet).In a third embodiment, a single robotic pneumatic fluid supply provides pneumatic fluid for both coupling and decoupling. The decoupling pneumatic fluid is passed through the tool unit to a bridge on the tool frame and back through the tool unit to the master unit (and is therefore not available when the robotic tool is not in the tool frame).

Bei einer vierten Ausführungsform liefert das Werkzeuggestell ein Pneumatikfluid, und dem Werkzeuggestell ist ein Entkopplungssteuerventil zugeordnet, wobei Steuersignale von dem Roboter empfangen werden. Der Roboter liefert auch ein Pneumatikfluid, und ein Entkopplungssteuerventil ist dem Roboter zugeordnet. Sowohl die Mastereinheit als auch die Werkzeugeinheit sorgen für die Durchleitung des Pneumatikfluids.In a fourth embodiment, the tool frame supplies pneumatic fluid and a decoupling control valve is associated with the tool frame, with control signals being received from the robot. The robot also supplies pneumatic fluid and a decoupling control valve is associated with the robot. Both the master unit and the tool unit ensure the passage of the pneumatic fluid.

Bei einer fünften Ausführungsform liefert das Werkzeuggestell ein Pneumatikfluid mit einem ersten Druck. Es gibt kein Entkopplungssteuerventil. Der Roboter liefert ein Pneumatikfluid mit einem zweiten Druck, der höher ist als der erste Druck, und ein Kopplungssteuerventil ist der Mastereinheit zugeordnet.In a fifth embodiment, the tool frame supplies a pneumatic fluid at a first pressure. There is no decoupling control valve. The robot supplies a pneumatic fluid at a second pressure which is higher than the first pressure and a coupling control valve is associated with the master unit.

Das Kopplungssteuerventil in der ersten bis fünften Ausführungsform und das Entkopplungssteuerventil in der ersten bis vierten Ausführungsform sind vorzugsweise 3-Wege-Magnetventile. Bei einer sechsten Ausführungsform steuert ein einzelnes 4-Wege-Magnetsteuerventil den Durchfluss des Pneumatikfluids sowohl für den Kopplungsvorgang als auch für den Entkopplungsvorgang. Wie bei der dritten Ausführungsform wird ein Pneumatikfluid durch das Werkzeuggestell geleitet und steht daher für Entkopplungsvorgänge nicht zur Verfügung, wenn ein angebrachtes Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell entfernt wurde.The coupling control valve in the first to fifth embodiments and the decoupling control valve in the first to fourth embodiments are preferably 3-way solenoid valves. In a sixth embodiment, a single 4-way solenoid control valve controls the flow of the pneumatic fluid for both the coupling process and the decoupling process. As in the third embodiment, a pneumatic fluid is passed through the tool frame and is therefore not available for decoupling processes when an attached robot tool has been removed from the tool frame.

Bei einer siebten Ausführungsform wird ein einzelnes, federbelastetes, druckknopfbetätigtes Steuerventil in dem pneumatischen Pfad von einer Luftquelle zu dem Werkzeuggestell angeordnet. Eine Sicherheitskupplung wird in den pneumatischen Pfad von dem Werkzeuggestell zu einem Entkopplungsanschluss des pneumatischen Kopplungsmechanismus eingefügt. Die Sicherheitskupplung stellt sicher, dass der Werkzeugwechsler auf dem Werkzeuggestell platziert und richtig auf diesem ausgerichtet ist, um die Übertragung des Pneumatikfluids zu bewirken (andernfalls wird es in die Atmosphäre entlüftet).In a seventh embodiment, a single spring loaded, push button operated control valve is placed in the pneumatic path from an air source to the tool rack. A safety coupling is inserted in the pneumatic path from the tool rack to a decoupling port of the pneumatic coupling mechanism. The safety coupling ensures that the tool changer is placed on the tool rack and properly oriented on it to effect the transfer of the pneumatic fluid (otherwise it will be vented to the atmosphere).

FigurenlisteFigure list

Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung sollte jedoch nicht so ausgelegt werden, als sei sie auf die hier aufgeführten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr werden diese Ausführungsformen so bereitgestellt, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Fachleuten den Umfang der Erfindung vollständig vermittelt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.

  • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugwechslers.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen Moduls einer Mastereinheit.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht eines pneumatischen Moduls einer Werkzeugeinheit, wobei ein Ventil innerhalb dargestellt ist.
  • 4A ist gemäß einer ersten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell.
  • 4B ist gemäß einer ersten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 4C ist gemäß einer ersten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 4D ist gemäß einer ersten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wenn die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit getrennt sind.
  • 5A ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell während eines Kopplungsvorgangs.
  • 5B ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 5C ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine perspektivische Darstellung eines pneumatischen Moduls einer Werkzeugeinheit, wobei eine pneumatische Durchflussleitung im Inneren dargestellt ist.
  • 5D ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell während eines Entkopplungsvorgangs.
  • 5E ist gemäß einer zweiten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 6A ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell.
  • 6B ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine perspektivische Darstellung eines Werkzeugwechsleraufsatzes.
  • 6C ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine perspektivische Darstellung eines Werkzeuggestellaufsatzes mit einer Brückenleitung.
  • 6D ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine perspektivische Darstellung der Aufsätze der 6B und 6C, die auf einem Werkzeuggestell montiert sind.
  • 6E ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 6F ist gemäß einer dritten Ausführungsform eine pneumatische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 7A ist gemäß einer vierten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestells während eines Kopplungsvorgangs.
  • 7B ist gemäß einer vierten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 7C ist gemäß einer vierten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell während eines Entkopplungsvorgangs.
  • 7D ist gemäß einer vierten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 8A ist gemäß einer fünften Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell.
  • 8B ist gemäß einer fünften Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 8C ist gemäß einer fünften Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 8D ist gemäß einer fünften Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wenn die Mastereinheit und die Werkzeugeinheit getrennt sind.
  • 9A ist gemäß einer sechsten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung der Werkzeugseite eines Werkzeugwechslers in einem Werkzeuggestell.
  • 9B ist gemäß einer sechsten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Kopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 9C ist gemäß einer sechsten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wobei ein Entkopplungsvorgang dargestellt ist.
  • 9D ist gemäß einer sechsten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers, wenn ein Roboterwerkzeug aus dem Werkzeuggestell entnommen ist.
  • 10 ist ein Flussdiagramm eines inhärent sicheren Verfahrens zum Anbringen eines Roboterwerkzeugs an einen Roboter.
  • 11 ist gemäß einer siebten Ausführungsform eine pneumatische schematische Darstellung eines Werkzeugwechslers und eines Werkzeuggestells.
  • 12A ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform mit dem von einem in einem Werkzeuggestell angeordneten Werkzeug entkoppelten Roboter.
  • 12B ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform, wobei die Mastereinheit an die Werkzeugeinheit anstößt und koppelbereit ist.
  • 12C ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform, wobei die Mastereinheit mit der Werkzeugeinheit in dem Werkzeuggestell gekoppelt ist.
  • 12D ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform, wobei die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung (und das daran angebrachte Werkzeug) aus dem Werkzeuggestell entfernt sind.
  • 12E ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform, wobei das Werkzeug zu dem Werkzeuggestell zurückgeführt und die Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung abgekoppelt ist.
  • 12F ist eine pneumatische schematische Darstellung der siebten Ausführungsform, wobei der Roboter von einem in einem Werkzeuggestell angeordneten Werkzeug entkoppelt ist.
  • 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der Werkzeugkupplung.
  • 14 ist eine Schnittansicht der pneumatischen Master- und Werkzeugmodule.
  • 15 ist ein Flussdiagramm eines inhärent sicheren Verfahrens zur Entkopplung eines Roboterwerkzeugs von einem Roboter.
The present invention now will be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which embodiments of the invention are shown. However, this invention should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. The same reference numbers refer to the same elements throughout.
  • 1 Fig. 3 is a perspective view of a tool changer.
  • 2 Figure 3 is a perspective view of a pneumatic module of a master unit.
  • 3rd Figure 13 is a perspective view of a pneumatic module of a tool unit with a valve shown inside.
  • 4A is a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame according to a first embodiment.
  • 4B is according to a first embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 4C is according to a first embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 4D is according to a first embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer when the master unit and the tool unit are separated.
  • 5A According to a second embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame during a coupling process.
  • 5B is according to a second embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 5C According to a second embodiment, a perspective illustration of a pneumatic module of a tool unit, with a pneumatic flow line being shown in the interior.
  • 5D According to a second embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame during a decoupling process.
  • 5E is according to a second embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 6A is a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame according to a third embodiment.
  • 6B is, according to a third embodiment, a perspective view of a tool changer attachment.
  • 6C is, according to a third embodiment, a perspective view of a tool rack attachment with a bridge line.
  • 6D is according to a third embodiment a perspective view of the attachments of FIG 6B and 6C mounted on a tool rack.
  • 6E is according to a third embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 6F is according to a third embodiment a pneumatic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 7A According to a fourth embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame during a coupling process.
  • 7B is according to a fourth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 7C is, according to a fourth embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame during a decoupling process.
  • 7D is according to a fourth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 8A is, according to a fifth embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame.
  • 8B is according to a fifth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 8C is according to a fifth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 8D is according to a fifth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer when the master unit and the tool unit are separated.
  • 9A is, according to a sixth embodiment, a pneumatic schematic representation of the tool side of a tool changer in a tool frame.
  • 9B is, according to a sixth embodiment, a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a coupling process is shown.
  • 9C is according to a sixth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer, wherein a decoupling process is shown.
  • 9D is according to a sixth embodiment a pneumatic schematic representation of a tool changer when a robot tool is removed from the tool frame.
  • 10 Figure 4 is a flow diagram of an inherently safe method for attaching a robotic tool to a robot.
  • 11 is, according to a seventh embodiment, a pneumatic schematic representation of a tool changer and a tool frame.
  • 12A is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment with the robot decoupled from a tool arranged in a tool frame.
  • 12B is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment, wherein the master unit abuts the tool unit and is ready to be coupled.
  • 12C is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment, wherein the master unit is coupled to the tool unit in the tool frame.
  • 12D is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment, wherein the master unit assembly and the tool unit assembly (and the attached tool) have been removed from the tool frame.
  • 12E Figure 3 is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment with the tool being returned to the tool frame and the master unit assembly being decoupled from the tool unit assembly.
  • 12F is a pneumatic schematic representation of the seventh embodiment, wherein the robot is decoupled from a tool arranged in a tool frame.
  • 13th Figure 3 is a perspective view of a portion of the tool coupling.
  • 14th Figure 3 is a cross-sectional view of the pneumatic master and tool modules.
  • 15th Figure 4 is a flow diagram of an inherently safe method for decoupling a robotic tool from a robot.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Der Einfachheit und Veranschaulichung halber wird die vorliegende Erfindung beschrieben, indem hauptsächlich auf beispielhafte Ausführungsformen derselben Bezug genommen wird. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist dem Fachmann jedoch leicht ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne Beschränkung auf diese spezifischen Einzelheiten ausgeführt werden kann. In dieser Beschreibung wurden bekannte Verfahren und Strukturen nicht im Detail beschrieben, um Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu verschleiern.For the sake of simplicity and illustration, the present invention will be described by referring primarily to exemplary embodiments thereof. In the following description, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be readily apparent to those skilled in the art that the present invention can be practiced without being limited to these specific details. In this specification, known methods and structures have not been described in detail in order not to unnecessarily obscure embodiments of the present invention.

1 stellt eine Ausführungsform eines Roboter-Werkzeugwechslers 10 dar. Der Werkzeugwechsler 10 umfasst eine Mastereinheit 12, die betriebsbereit ist, um an einem Roboterarm (nicht abgebildet) befestigt zu werden, und eine Werkzeugeinheit 14, die betriebsbereit ist, um an einem Roboterwerkzeug (nicht abgebildet) befestigt zu werden. Die Mastereinheit 12 weist einen Kopplungsmechanismus 16, der auf ihrer Vorderseite hervorragt, konische Ausrichtungsstifte 18 und eine Leiste 20, die auf jeder von vier Seiten für das Anbringen von Modulen zur Durchleitung von Versorgungsleitungen ausgebildet ist, auf. Die Werkzeugeinheit 14 weist eine Aussparung 22 zur Aufnahme des Kopplungsmechanismus 16 und konische Ausrichtungslöcher 24 zur Aufnahme von Ausrichtungsstiften 18 auf. Die Werkzeugeinheit 14 weist außerdem auf jeder von vier Seiten eine Leiste 20 für das Anbringen von Modulen zum Durchführen von Betriebsmitteln auf. 1 Figure 3 illustrates one embodiment of a robotic tool changer 10 The tool changer 10 includes a master unit 12th ready to be attached to a robotic arm (not shown) and a tool unit 14th , which is ready to be attached to a robotic tool (not shown). The master unit 12th has a coupling mechanism 16 protruding from the front, tapered alignment pins 18th and a bar 20th , which is designed on each of four sides for the attachment of modules for the passage of supply lines. The tool unit 14th has a recess 22nd to accommodate the coupling mechanism 16 and tapered alignment holes 24 for holding alignment pins 18th on. The tool unit 14th also has a bar on each of four sides 20th for the attachment of modules for the implementation of operating resources.

Der Kopplungsmechanismus 16, der in der abgebildeten Ausführungsform in der Mastereinheit 12 angeordnet ist, funktioniert, indem Kugeln radial nach außen durch konzentrisch beabstandete Löcher hervortreten. Wenn sich die Mastereinheit 12 in Kontakt mit der Werkzeugeinheit 14 befindet, so dass der Kopplungsmechanismus 16 innerhalb der Aussparung 22 angeordnet ist, berühren die Kugeln eine ringförmige Fläche innerhalb der Aussparung 22 in der Werkzeugeinheit 14 und werden gegen diese gedrückt, wodurch die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander gekoppelt werden. Die Kugeln werden durch abgewinkelte Nockenflächen eines pneumatisch betätigten Kolbens nach außen gedrängt. Wenn sich der Kolben entlang einer Längsachse in einer Vorwärtsrichtung auf die Werkzeugeinheit zu bewegt, werden die Kugeln nach außen und in Kontakt mit der Ringfläche in der Werkzeugeinheit 14 gedrückt. Zur Entkopplung der Mastereinheit 12 und der Werkzeugeinheit 14 wird der Kolben entlang der Längsachse in einer Rückwärtsrichtung (von der Werkzeugeinheit weg) zurückgezogen. Die abgewinkelten Nockenflächen kommen dann aus einem Eingriff mit den Kugeln, so dass sie sich in die Löcher zurückziehen und ermöglichen, dass die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 außer Eingriff kommen und getrennt werden können. Größere Details der pneumatisch betätigten Kopplungsmechanismen des Roboter-Werkzeugwechslers finden sich in den U.S.-Patenten 7,252,453 und 8,005,570 .The coupling mechanism 16 , the one in the illustrated embodiment in the master unit 12th is arranged works by balls protruding radially outward through concentrically spaced holes. When the master unit 12th in contact with the tool unit 14th located so that the coupling mechanism 16 inside the recess 22nd is arranged, the balls touch an annular surface within the recess 22nd in the tool unit 14th and are pressed against them, creating the master unit 12th and the tool unit 14th be coupled with each other. The balls are pushed outwards by angled cam surfaces of a pneumatically operated piston. When the piston moves along a longitudinal axis in a forward direction towards the tool unit, the balls are outwardly and in contact with the annular surface in the tool unit 14th pressed. For decoupling the master unit 12th and the tool unit 14th the piston is withdrawn along the longitudinal axis in a rearward direction (away from the tool unit). The angled cam surfaces then come out of engagement with the balls so that they retract into the holes and allow the master unit 12th and the tool unit 14th disengage and disengage. Greater details of the pneumatically operated coupling mechanisms of the robotic tool changer can be found in the US patents 7,252,453 and 8,005,570 .

Die Bewegung des Kolbens ist aus sicherheitstechnischer Sicht von größter Bedeutung. Demzufolge ist der Kolben so konstruiert und ausgeführt, dass separate Energiequellen (in diesem Fall Zufuhren von einem unter Druck stehenden Pneumatikfluid) erforderlich sind, um den Kolben in jeder Richtung anzutreiben, d.h. um die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 zu koppeln und zu entkoppeln. Darüber hinaus muss bei einigen Ausführungsformen die Betätigung von Pneumatikventilen, die einen Pneumatikfluidstrom auf jeder Seite des Kolbenantriebsmechanismus steuern, koordiniert werden. Beispielsweise wird im gekoppelten Zustand Druckluft in der Kopplungskammer (hinter dem Kolben) gehalten, wodurch der Kolben entlang der Längsachse in der Vorwärtsrichtung bis zu seiner maximalen Ausdehnung gezwungen wird. Während dieser Zeit ist die Entkopplungskammer des Kolbens bezüglich eines Umgebungsluftdrucks offen. Um dann zu entkoppeln, muss beim Werkzeugwechsler 10 nicht nur ein Pneumatikfluid durch den Entkopplungsanschluss in die Entkopplungskammer (Vorderseite des Kolbens) geleitet werden, um den Kolben entlang der Längsachse in Rückwärtsrichtung anzutreiben, sondern auch die an der Rückseite des Kolbens ausgebildete Kopplungskammer muss auf Umgebungsluftdruck entlüftet werden, damit der Kolben zurückgezogen werden kann.The movement of the piston is of the utmost importance from a safety point of view. Accordingly, the piston is so designed and constructed that separate energy sources (in this case, supplies of pressurized pneumatic fluid) are required to drive the piston in each direction, ie around the master unit 12th and the tool unit 14th to couple and decouple. Additionally, in some embodiments, the actuation of pneumatic valves that control pneumatic fluid flow on each side of the piston drive mechanism must be coordinated. For example, in the coupled state, compressed air is held in the coupling chamber (behind the piston), as a result of which the piston is forced along the longitudinal axis in the forward direction up to its maximum extension. During this time, the decoupling chamber of the piston is open to ambient air pressure. In order to then decouple, the tool changer must 10 Not only can a pneumatic fluid be passed through the decoupling connection into the decoupling chamber (front side of the piston) in order to drive the piston along the longitudinal axis in the rearward direction, but also the coupling chamber formed on the rear side of the piston must be vented to ambient air pressure so that the piston can be withdrawn .

In ähnlicher Weise wird zum erneuten Koppeln der Mastereinheit 12 mit demselben oder einem anderen Werkzeug 14 ein Pneumatikfluid an den Kopplungsanschluss angelegt, wobei Druckluft in die Kopplungskammer geleitet wird, um den Kolben vorwärts zu treiben, und auch der Druck in der Entkopplungskammer muss vermindert werden, damit sich der Kolben vorwärts bewegen kann. Daher ist ein Dreiwege-Pneumatikventil erforderlich, um jeden Anschluss des Kolbens mit einem Pneumatikfluid zu versorgen, zusätzlich zu den Anschlüssen, die von separaten Pneumatikfluidzuführungen (oder Pneumatikfluid-Strömungswegen) versorgt werden.Similarly, the master unit is re-paired 12th with the same or a different tool 14th a pneumatic fluid is applied to the coupling port, pressurized air being fed into the coupling chamber to propel the piston forward, and the pressure in the decoupling chamber must also be reduced in order for the piston to move forward. Therefore, a three-way pneumatic valve is required to supply pneumatic fluid to each port of the piston, in addition to the ports supplied by separate pneumatic fluid supplies (or pneumatic fluid flow paths).

Bei einigen hier beschriebenen Ausführungsformen ist auf einer Leiste 20 der Mastereinheit 12 ein pneumatisches Modul 26 der Mastereinheit angebracht. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit selbst weist gegenüber der Mastereinheit 12 eine Montageleiste 20 auf, an der ein Modul 28 zum Durchführen von Betriebsmitteln angebracht werden kann. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit ermöglicht somit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die inhärent sichere Betätigung des Kopplungsmechanismus 16, ohne die Kapazität des Moduls zum Durchführen von Betriebsmitteln des Werkzeugwechslers 10 zu verringern. Bei anderen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann die Funktionalität des pneumatischen Moduls 26 der Mastereinheit in die Mastereinheit 12 eingebaut sein, ohne dass ein externes Modul 26 benötigt wird. 2 stellt eine Darstellung des pneumatischen Moduls 26 der Mastereinheit allein dar.In some of the embodiments described here is on a ledge 20th the master unit 12th a pneumatic module 26th attached to the master unit. The pneumatic module 26th the master unit itself points towards the master unit 12th a mounting bar 20th on to which a module 28 can be attached to feed through equipment. The pneumatic module 26th the master unit thus enables the inherently safe actuation of the coupling mechanism according to embodiments of the present invention 16 without the capacity of the module to carry out the tools of the tool changer 10 to reduce. In other embodiments (not shown) the functionality of the pneumatic module 26th the master unit into the master unit 12th be built in without an external module 26th is needed. 2 provides an illustration of the pneumatic module 26th the master unit alone.

Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist einen pneumatischen Kupplungsanschluss 30 auf. Dieser Kupplungsanschluss 30 ist so positioniert, dass er mit einem entsprechenden pneumatischen Kupplungsanschluss an einem pneumatischen Modul 36 einer Werkzeugeinheit zusammenpasst, wenn die Module 26, 36 aneinanderstoßen. Die pneumatische Kupplung 30 leitet von oder durch ein Werkzeuggestell zugeführtes Pneumatikfluid zu dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit, wenn sich ein angebrachtes Werkzeug in dem Werkzeuggestell befindet. Innerhalb des pneumatischen Moduls 26 der Mastereinheit verbindet eine pneumatische Durchflussleitung (nicht abgebildet) den pneumatischen Kupplungsanschluss 30 in Pneumatikfluid-Durchflussbeziehung mit einem Entkopplungsanschluss eines pneumatisch betätigten Kolbens 56 des Kopplungsmechanismus 16. Bei einigen Ausführungsformen weist das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit ein elektrisches Verbindungselement 32 auf, das so positioniert ist, dass es mit einem entsprechenden elektrischen Verbindungselement bei einigen Ausführungsformen des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit zusammenpasst. Bei dieser Ausführungsform überträgt das elektrische Verbindungselement 32 zumindest einen ENTKOPPLUNGS-Befehl bzw. DECOUPLE-Befehl an das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit kann ferner ein Pneumatikfluid-Verbindungselement 34 aufweisen, das mit einer Pneumatikfluidzufuhr an einem Roboterarm verbunden werden kann.The pneumatic module 26th the master unit has a pneumatic coupling connection 30th on. This coupling connection 30th is positioned so that it can be connected to a corresponding pneumatic coupling connection on a pneumatic module 36 a tool unit fits together when the modules 26th , 36 butt against each other. The pneumatic coupling 30th directs pneumatic fluid supplied from or through a tool rack to the pneumatic module 36 the tool unit when there is an attached tool in the tool rack. Inside the pneumatic module 26th of the master unit, a pneumatic flow line (not shown) connects the pneumatic coupling connection 30th in pneumatic fluid flow relationship with a decoupling port of a pneumatically operated piston 56 the coupling mechanism 16 . In some embodiments, the pneumatic module 26th the master unit an electrical connection element 32 which is positioned to mate with a corresponding electrical connector in some embodiments of the pneumatic module 36 the tool unit fits together. In this embodiment, the electrical connecting element transmits 32 at least one DECOUPLING command or DECOUPLE command to the pneumatic module 36 the tool unit. The pneumatic module 26th the master unit can also have a pneumatic fluid connection element 34 have that can be connected to a pneumatic fluid supply on a robot arm.

Bei den meisten hier aufgeführten Ausführungsformen weist das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit ein 3-Wege-Magnetventil (nicht in 2 dargestellt) auf, das hier als das Kopplungssteuerventil bezeichnet wird. Das Kopplungssteuerventil dient zur Steuerung der Zufuhr eines Pneumatikfluids von dem Roboter (über das Pneumatikfluid-Verbindungselement 34) zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 des Kopplungsmechanismus 16 während des Kopplungsvorgangs und auch zur Entlüftung der Kopplungskammer des Kolbens 56 während des Entkopplungsvorgangs. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist auch die oben beschriebene pneumatische Durchflussleitung (nicht abgebildet) auf, die den pneumatischen Kupplungsanschluss 30 (der über das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit ein Pneumatikfluid von dem Werkzeuggestell 48 erhält) mit dem Entkopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens des Kopplungsmechanismus 16 verbindet.In most of the embodiments listed here, the pneumatic module 26th the master unit a 3-way solenoid valve (not in 2 shown), which is referred to herein as the docking control valve. The coupling control valve is used to control the supply of pneumatic fluid from the robot (via the pneumatic fluid connector 34 ) to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 the coupling mechanism 16 during the coupling process and also for venting the coupling chamber of the piston 56 during the decoupling process. The pneumatic module 26th of the master unit also has the pneumatic flow line (not shown) described above, which the pneumatic coupling connection 30th (via the pneumatic module 36 the tool unit a pneumatic fluid from the tool frame 48 received) with the decoupling connection of the pneumatically operated piston of the coupling mechanism 16 connects.

Wie es in 1 dargestellt ist, ist an einer Leiste 20 der Werkzeugeinheit 14 ein pneumatisches Modul 36 der Werkzeugeinheit befestigt. Das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit selbst weist gegenüber der Werkzeugeinheit 12 eine Montageleiste 20 auf, an der ein Modul zum Durchführen von Betriebsmitteln angebracht sein kann. Das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit stellt somit gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die inhärent sichere Betätigung des Kopplungsmechanismus 16 bereit, ohne die Kapazität des Moduls zum Durchführen von Betriebsmitteln des Werkzeugwechslers 10 zu verringern. Bei einer anderen Ausführungsform (nicht abgebildet) kann die Funktionalität des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit in die Werkzeugeinheit 12 eingebaut sein, ohne dass ein externes Modul 36 benötigt wird. 3 stellt eine Darstellung des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit allein dar.Like it in 1 is shown is on a bar 20th the tool unit 14th a pneumatic module 36 attached to the tool unit. The pneumatic module 36 the tool unit itself faces the tool unit 12th a mounting bar 20th on to which a module for the implementation of operating resources can be attached. The pneumatic module 36 the tool unit thus provides, according to embodiments of the present invention, the inherently safe actuation of the coupling mechanism 16 ready without the capacity of the module to carry out resources of the tool changer 10 to reduce. In another embodiment (not shown) the functionality of the pneumatic module 36 the tool unit into the tool unit 12th be built in without an external module 36 is needed. 3rd provides an illustration of the pneumatic module 36 the tool unit alone.

Das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit weist auch einen pneumatischen Kupplungsanschluss 30 auf. Dieser Kupplungsanschluss 30 ist so positioniert, dass er mit dem entsprechenden pneumatischen Kupplungsanschluss an dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit korrespondiert, wenn die Module 26, 36 aneinanderstoßen. Die pneumatische Kupplung 30 überträgt das von dem oder durch das Werkzeuggestell zugeführte Pneumatikfluid zu dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit, wenn sich ein angebrachtes Werkzeug in dem Werkzeuggestell befindet. Bei einigen Ausführungsformen befindet sich innerhalb des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit, wie es in 3 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, ein 3-Wege-Magnetventil 44, das hier als Entkopplungssteuerventil bezeichnet wird. Das Entkopplungssteuerventil dient zur Steuerung einer Zufuhr von einem Pneumatikfluid von dem Werkzeuggestell zu einem Entkopplungsanschluss eines pneumatisch betätigten Kolbens 56 des Kopplungsmechanismus 16 (über das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit) bei einem Entkopplungsvorgang sowie zur Entlüftung der Entkopplungskammer des Kolbens 56 bei einem Kopplungsvorgang. Das Ventil 44 wird als Reaktion auf einen DECOUPLE-Befehl betätigt, der von der Mastereinheit 12 an das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit über ein elektrisches Verbindungselement 32 übermittelt wird, das so positioniert ist, dass es mit dem entsprechenden elektrischen Verbindungselement 32 an dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit korrespondiert. Das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit weist ferner ein Pneumatikfluid-Verbindungselement 46 auf, das mit einer Pneumatikfluidzufuhr an dem oder durch das Werkzeuggestell verbunden sein kann.The pneumatic module 36 the tool unit also has a pneumatic coupling connection 30th on. This coupling connection 30th is positioned so that it connects to the corresponding pneumatic coupling connection on the pneumatic module 26th the master unit corresponds if the modules 26th , 36 butt against each other. The pneumatic coupling 30th transfers the pneumatic fluid supplied from or through the tool rack to the pneumatic module 26th of the master unit when an attached tool is in the tool rack. In some embodiments, is within the pneumatic module 36 of the tool unit as it is in 3rd illustrated by dashed lines, a 3-way solenoid valve 44, referred to herein as a decoupling control valve. The decoupling control valve is used to control a supply of a pneumatic fluid from the tool frame to a decoupling connection of a pneumatically operated piston 56 the coupling mechanism 16 (via the pneumatic module 26th the master unit) during a decoupling process and for venting the decoupling chamber of the piston 56 during a pairing process. The valve 44 is operated in response to a DECOUPLE command sent by the master unit 12th to the pneumatic module 36 the tool unit via an electrical connection element 32 is transmitted, which is positioned so that it is connected to the corresponding electrical connector 32 on the pneumatic module 26th corresponds to the master unit. The pneumatic module 36 the tool unit also has a pneumatic fluid connection element 46 which can be connected to a pneumatic fluid supply on or through the tool frame.

Eine Reihe von verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin offenbart und beansprucht. Bei all diesen Ausführungsformen steuert ein pneumatisches Kopplungssteuerventil einen Durchfluss eines Pneumatikfluids, das die Kopplungsbetätigung des Kopplungsmechanismus 16 antreibt. Bei den meisten Ausführungsformen steuert ein pneumatisches Entkopplungssteuerventil den Pneumatikfluidstrom, der die Entkopplungsbetätigung antreibt. Bei all diesen Ausführungsformen wird der inhärente sichere Betrieb des Werkzeugwechslers 10 dadurch gewährleistet, dass das Pneumatikfluid, das die Entkopplungsbetätigung antreibt, von einem Werkzeuggestell, in dem ein Roboterwerkzeug sicher positioniert werden kann, bezogen oder durch dieses geleitet wird. Nur wenn sich das Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell befindet, steht das Pneumatikfluid zur Entkopplung zur Verfügung, um den Kopplungsmechanismus 16 in die Entkopplungsstellung zu treiben. Sobald der Roboter das Roboterwerkzeug aus dem Werkzeuggestell entfernt, ist eine Entkopplung des Kopplungsmechanismus 16 physikalisch nicht möglich, selbst wenn die Steuerungssoftware ein DECOUPLE-Steuersignal ausgibt (oder anderweitig versucht, einen Entkopplungsvorgang einzuleiten). Die verschiedenen Ausführungsformen, die hier offenbart und beansprucht werden, unterscheiden sich in der Verteilung der pneumatischen Kopplungs- und Entkopplungssteuerventile und der Pneumatikfluidquellen, in der Steuersignalverteilung und in dem relativen pneumatischen Druck zwischen den verschiedenen Zuführungen. Verschiedene Konfigurationen der pneumatischen Module 26, 36 der Master- und der Werkzeugeinheit sind für die Verwendung in den verschiedenen Ausführungsformen optimiert.A number of different embodiments of the present invention are disclosed and claimed herein. In all of these embodiments, a pneumatic coupling control valve controls a flow of pneumatic fluid that controls the coupling actuation of the coupling mechanism 16 drives. In most embodiments, a pneumatic decoupling control valve controls the flow of pneumatic fluid that drives the decoupling actuator. In all of these embodiments, the inherent safe operation of the tool changer is important 10 this ensures that the pneumatic fluid that drives the decoupling actuation is obtained from or passed through a tool frame in which a robot tool can be safely positioned. Only when the robot tool is in the tool frame is the pneumatic fluid available for decoupling to the coupling mechanism 16 to drive into the decoupling position. As soon as the robot removes the robot tool from the tool frame, the coupling mechanism is decoupled 16 physically not possible, even if the control software outputs a DECOUPLE control signal (or tries to initiate a decoupling process in some other way). The various embodiments disclosed and claimed herein differ in the distribution of the pneumatic coupling and decoupling control valves and pneumatic fluid sources, in the control signal distribution, and in the relative pneumatic pressure between the various supplies. Different configurations of the pneumatic modules 26th , 36 the master and tool units are optimized for use in the various embodiments.

Detaillierte Beschreibung der ersten AusführungsformDetailed description of the first embodiment

Die 4A-4D stellen eine erste Ausführungsform dar, bei der das Kopplungssteuerventil in dem pneumatischen Modul der Mastereinheit angeordnet ist, das Entkopplungssteuerventil in dem pneumatischen Modul der Werkzeugeinheit angeordnet ist und eine Entkopplungs-Pneumatikfluidquelle dem Werkzeuggestell zugeordnet ist.The 4A-4D represent a first embodiment in which the coupling control valve is arranged in the pneumatic module of the master unit, the decoupling control valve is arranged in the pneumatic module of the tool unit and a decoupling pneumatic fluid source is assigned to the tool frame.

4A stellt die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit dar, die (zusammen mit einem angebrachten Roboterwerkzeug, nicht abgebildet) in einem Werkzeuggestell 48 angeordnet sind. Das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit ist über eine pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells mit einer Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells verbunden. Die pneumatische Kupplung 50 weist auf der Seite des Werkzeuggestells ein Rückschlagventil auf, um den Strom des Pneumatikfluids zu stoppen, wenn das Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt wird. Die pneumatische Kupplung 50 führt das Pneumatikfluid von der Pneumatikfluidzufur 52 des Werkzeuggestells zu dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit, wenn ein angebrachtes Roboterwerkzeug sicher im Werkzeuggestell 48 angeordnet ist. 4A represents the tool unit 14th and the pneumatic module 36 the tool unit, which (together with an attached robotic tool, not shown) in a tool rack 48 are arranged. The pneumatic module 36 the tool unit is via a pneumatic coupling 50 of the tool frame with a pneumatic fluid supply 52 of the tool frame connected. The pneumatic coupling 50 has a check valve on the side of the tool frame to stop the flow of pneumatic fluid when the robot tool is removed from the tool frame 48 Will get removed. The pneumatic coupling 50 supplies the pneumatic fluid from the pneumatic fluid 52 the tool frame to the pneumatic module 36 the tool unit when an attached robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged.

4B ist eine schematische pneumatische Darstellung, die den relevanten Pneumatikfluidstrom und Steuersignalfluss darstellt, wenn die Werkzeugwechsler-Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist. Die Mastereinheit 12 erzeugt COUPLE- und DECOUPLE-Signale, die z.B. positive oder negative Spannungen, in Bezug auf eine 0 V-Referenzspannung, umfassen können. Alternativ können die COUPLE- und DECOUPLE-Signale digitale Werte, optische Signale, Funksignale oder jede andere nach dem Stand der Technik bekannte Art der Übertragung von Steuerbefehlen umfassen. Bei einer Ausführungsform umfassen die COUPLE- und DECOUPLE-Signale positive Spannungen in Bezug auf das 0 V-Referenzsignal, die betriebsbereit sind, um Magneten bei den 3-Wege-Magnetventilen 26, 36 mit Energie zu versorgen, wenn sie aktiviert sind, und 0 V liefern, wenn sie deaktiviert sind. Die Signale COUPLE und DECOUPLE schließen sich gegenseitig aus, d.h. die beiden Signale sind niemals gleichzeitig aktiv. 4B Figure 13 is a pneumatic schematic diagram illustrating the relevant pneumatic fluid flow and control signal flow when the tool changer master unit 12th with the tool unit 14th is coupled. The master unit 12th generates COUPLE and DECOUPLE signals, which can include, for example, positive or negative voltages with respect to a 0 V reference voltage. Alternatively, the COUPLE and DECOUPLE signals can include digital values, optical signals, radio signals or any other type of transmission of control commands known in the art. In one embodiment, the COUPLE and DECOUPLE signals include positive voltages with respect to the 0 V reference signal that are operable to energize solenoids at the 3-way solenoid valves 26, 36 when activated and zero Deliver V when they are deactivated. The signals COUPLE and DECOUPLE are mutually exclusive, ie the two signals are never active at the same time.

Wenn das COUPLE-Signal aktiv ist, ist das Kopplungssteuerventil 54 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von einer Pneumatikfluidzufuhr 58 an dem Roboter zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 des Kopplungsmechanismus 16 leitet. Der Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 ist über die oben beschriebene pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit mit der pneumatischen Kupplung 30 verbunden. Dadurch kann Luft aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 zu dem Entkopplungssteuerventil 44 strömen. Das DECOUPLE-Signal, das über den elektrischen Anschluss 32 an das Entkopplungssteuerventil 44 geleitet wird, ist nicht aktiv. Da das DECOUPLE-Signal nicht aktiv ist, befindet sich das Entkopplungssteuerventil 44 in seinem Grundzustand und verbindet die pneumatische Kupplung 30 mit einer Entlüftungsöffnung. In dieser Konfiguration wird der Kolben 56 vorwärts getrieben (nach links, wie es in 4B dargestellt ist), um die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander zu koppeln. Der Kolben 56 wird dadurch, dass die Luft in der Entkopplungskammer über das Entkopplungssteuerventil 44 entlüftet ist, in Vorwärtsrichtung bewegt.When the COUPLE signal is active, the coupling control valve is 54 configured so that there is a pneumatic fluid from a pneumatic fluid supply 58 on the robot to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 the coupling mechanism 16 directs. The decoupling connection of the Piston 56 is via the pneumatic flow line described above 60 in the pneumatic module 26th the master unit with the pneumatic coupling 30th connected. This allows air to escape from the decoupling chamber of the piston 56 to the decoupling control valve 44 stream. The DECOUPLE signal that comes from the electrical connection 32 to the decoupling control valve 44 is not active. Since the DECOUPLE signal is not active, the decoupling control valve is located 44 in its basic state and connects the pneumatic coupling 30th with a vent. In this configuration the piston becomes 56 driven forward (to the left as in 4B is shown) to the master unit 12th and the tool unit 14th to couple with each other. The piston 56 is that the air in the decoupling chamber via the decoupling control valve 44 is vented, moved in the forward direction.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Pneumatikfluidquelle 58 an dem Roboter liefert über das Kopplungssteuerventil 54 weiterhin Überdruck an den Kopplungsanschluss des Kolbens 56 und zwingt den Kolben 56 in die vordere Stellung bzw. Kopplungsstellung. Entscheidend ist, dass es keine Quelle für ein Pneumatikfluid gibt, die mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden ist, um den Kolben nach hinten oder in Richtung der Entkopplungsstellung zu treiben (selbst wenn dies der Fall wäre, hat die in der Kopplungskammer des Kolbens 56 eingeschlossene Luft keinen Weg zur Entlüftung und würde gegen die Bewegung des Kolbens 56 in diese Richtung arbeiten).As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The pneumatic fluid source 58 on the robot delivers via the docking control valve 54 continued overpressure at the coupling connection of the piston 56 and forces the piston 56 in the front position or coupling position. It is crucial that there is no source of pneumatic fluid connected to the decoupling port on the piston 56 connected to drive the piston backwards or towards the uncoupling position (even if this were the case, the one in the coupling chamber of the piston 56 Trapped air does not have a way to vent and would oppose the movement of the piston 56 work in that direction).

4C stellt den Entkopplungsvorgang dar. Sobald das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist und die Mastereinheit 12 über diese Tatsache informiert ist, können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Die Mastereinheit 12 deaktiviert den COUPLE-Befehl bzw. Kopplungs-Befehl und aktiviert den DECOUPLE-Befehl, der das Entkopplungssteuerventil 44 veranlasst, die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells mit der pneumatischen Kupplung 30 zu verbinden. Die pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit führt das Pneumatikfluid zu dem Entkopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56. Gleichzeitig bewirkt der DECOUPLE-Befehl, dass das Kopplungssteuerventil 54 die Luft aus der Kopplungskammer des Kolbens 56 zur Entlüftung leitet. Diese beiden Ventileinstellungen ermöglichen es dem von dem Werkzeuggestell 48 zugeführten Pneumatikfluid, den Kolben 56 rückwärts oder in eine Entkopplungsstellung zu treiben, so dass die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden können. Der Roboter kann sich dann, mit der Mastereinheit 12, bewegen, um ein anderes Roboterwerkzeug zu entnehmen, wobei das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 verbleibt. 4C represents the decoupling process. As soon as the robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged and the master unit 12th is informed of this fact, the master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The master unit 12th deactivates the COUPLE command or coupling command and activates the DECOUPLE command, which controls the decoupling control valve 44 causes the pneumatic fluid supply 52 of the tool frame with the pneumatic coupling 30th connect to. The pneumatic flow line 60 in the pneumatic module 26th the master unit leads the pneumatic fluid to the decoupling connection of the pneumatically operated piston 56 . At the same time, the DECOUPLE command causes the coupling control valve 54 the air from the coupling chamber of the piston 56 leads to the vent. These two valve settings enable this from the tool rack 48 supplied pneumatic fluid, the piston 56 backwards or to a decoupling position so that the master unit 12th and the tool unit 14th can be decoupled. The robot can then, with the master unit 12th , move to remove another robot tool, with the robot tool securely in the tool rack 48 remains.

Es sei angemerkt, dass die Mastereinheit 12 die Information benötigt, dass das Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist. Viele industrielle Robotersysteme erzeugen bereits ein solches „Werkzeug im Gestell“-Signal als Teil einer oder mehrerer Sicherheitsverriegelungen. Das „Werkzeug im Gestell“-Signal kann durch einen Schalter oder Näherungssensor an dem Werkzeuggestell 48, an der Werkzeugeinheit 14, an dem Roboterwerkzeug oder ähnlichem erzeugt werden. Das Signal kann über zusammenpassende Kontakte an der Werkzeugeinheit 14 an die Mastereinheit 12 übertragen werden, oder es kann alternativ von dem Roboter an die Mastereinheit 12 übermittelt werden.It should be noted that the master unit 12th the information required that the robot tool is in the tool rack 48 is arranged. Many industrial robotic systems already generate such a “tool in the rack” signal as part of one or more safety interlocks. The "tool in the frame" signal can be sent through a switch or proximity sensor on the tool frame 48 , on the tool unit 14th , can be generated on the robot tool or the like. The signal can be sent via mating contacts on the tool unit 14th to the master unit 12th or alternatively it can be transmitted from the robot to the master unit 12th be transmitted.

4D stellt den Zustand nach der Entkopplung dar, wenn der Roboter das Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 verstaut und die Mastereinheit 12 von der Werkzeugeinheit 14 wegbewegt hat. Das Entkopplungssteuerventil 44 befindet sich in dem Grundzustand (kein DECOUPLE-Signal ist vorhanden), blockiert das Pneumatikfluid des Werkzeuggestells und entlüftet die pneumatische Kupplung 30. Das Entkopplungssteuerventil 54 blockiert das Roboter-Pneumatikfluid und entlüftet die Luft in der Kopplungskammer des Kolbens 56. Es sei angemerkt, dass das Kopplungssteuerventil 54 ein Doppelmagnetventil ist. Dadurch wird vermieden, dass die Mastereinheit 12 bei einem Stromausfall automatisch koppelt, wie es der Fall wäre, wenn das Kopplungssteuerventil 54 ein Ventil vom Typ „Federrückstellung“ mit nur einem Magneten wäre. In diesem Fall wäre die Mastereinheit 12 nicht in der Lage, sich ohne eine manuelle Neukonfiguration des Kolbens 56 mit einer Werkzeugeinheit 14 zu koppeln. Bei Verwendung eines Doppelmagnetventils 54 koppelt die Mastereinheit 12 nur bei Aktivierung des COUPLE-Steuersignals, das nur dann auftritt, wenn sich die Mastereinheit 12 in der Nähe einer Werkzeugeinheit 14 befindet und betriebsbereit ist, sich mit dieser zu koppeln. 4D represents the state after decoupling when the robot has the robot tool in the tool frame 48 stowed away and the master unit 12th from the tool unit 14th moved away. The decoupling control valve 44 is in the basic state (no DECOUPLE signal is available), blocks the pneumatic fluid of the tool frame and vents the pneumatic coupling 30th . The decoupling control valve 54 blocks the robot's pneumatic fluid and vents the air in the piston coupling chamber 56 . It should be noted that the coupling control valve 54 is a double solenoid valve. This avoids the master unit 12th automatically couples in the event of a power failure, as it would if the coupling control valve 54 would be a "spring return" type valve with only one solenoid. In this case it would be the master unit 12th unable to work without manually reconfiguring the piston 56 with a tool unit 14th to pair. When using a double solenoid valve 54 couples the master unit 12th only when the COUPLE control signal is activated, which only occurs when the master unit is 12th near a tool unit 14th and is ready to be paired with it.

Die erste Ausführungsform ist eine einfache Umsetzung des erfinderischen Konzepts, einen Roboter-Werkzeugwechsler 10 inhärent sicher zu machen, indem eine Entkopplungsleistung nur dann bereitgestellt wird, wenn ein angebrachtes Roboterwerkzeug sicher in einem Werkzeuggestell angeordnet ist. Diese Ausführungsform weist weitestgehend die gesamte Funktionalität innerhalb des Werkzeugwechslers 10 auf. Da die Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 des Roboters für den Betrieb jedes pneumatisch betriebenen Werkzeugwechslers erforderlich ist, sind an der Einrichtung, in der der Roboter eingesetzt wird, lediglich eine Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells und eine pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells erforderlich. Dementsprechend kann die erste Ausführungsform besonders vorteilhaft sein, wenn die erforderlichen Änderungen an einer Einrichtung minimiert werden sollen.The first embodiment is a simple implementation of the inventive concept, a robotic tool changer 10 inherently safe by providing a decoupling performance only when an attached robot tool is safely arranged in a tool rack. This embodiment largely has the entire functionality within the tool changer 10 on. As the robot pneumatic fluid supply 58 of the robot required for the operation of each pneumatically operated tool changer are at the facility in which the robot is used, only a pneumatic fluid supply 52 of the tool frame and a pneumatic coupling 50 of the tool rack required. Accordingly, the first embodiment can be particularly advantageous when the required changes to a device are to be minimized.

Detaillierte Beschreibung der zweiten AusführungsformDetailed description of the second embodiment

5A-5E stellen eine zweite Ausführungsform dar, bei der das Koppelsteuerventil in dem pneumatischen Modul der Mastereinheit angeordnet ist, das Entkopplungssteuerventil an dem Werkzeuggestell angeordnet oder anderweitig diesem zugeordnet ist und eine Entkopplungs-Pneumatikfluidquelle dem Werkzeuggestell zugeordnet ist. 5A-5E represent a second embodiment in which the coupling control valve is arranged in the pneumatic module of the master unit, the decoupling control valve is arranged on the tool frame or is otherwise assigned to it and a decoupling pneumatic fluid source is assigned to the tool frame.

Die 5A und 5B stellen den Kopplungsvorgang dar, wobei die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells einem 3-Wege-Magnet-Entkopplungssteuerventil 62, das bei dieser Ausführungsform dem Werkzeuggestell 48 zugeordnet ist, ein Pneumatikfluid bereitstellt. Das Entkopplungssteuerventil 62 erhält bei dieser Ausführungsform den DECOUPLE-Befehl von dem Roboter. Wie bei der ersten Ausführungsform wird das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit über die pneumatische Kupplung 50 mit dem Pneumatikfluid des Werkzeuggestells verbunden, wenn sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 befindet.The 5A and 5B represent the coupling process, with the pneumatic fluid supply 52 of the tool frame a 3-way solenoid decoupling control valve 62 which, in this embodiment, the tool frame 48 is assigned, provides a pneumatic fluid. The decoupling control valve 62 receives the DECOUPLE command from the robot in this embodiment. As with the first embodiment, the pneumatic module 36 the tool unit via the pneumatic coupling 50 connected to the pneumatic fluid of the tool frame when there is an attached robotic tool in the tool frame 48 is located.

Unter Bezugnahme auf 5B sind die Mastereinheit 12 und das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit die gleichen, wie sie vorab mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben sind. Bei dieser zweiten Ausführungsform weist das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit kein Ventil auf und empfängt keine Steuersignale, sondern weist vielmehr eine pneumatische Durchflussleitung 64 auf, die die pneumatische Kupplung 30 mit der pneumatischen Kupplung 50 des Werkzeuggestells verbindet. 5C ist eine perspektivische Darstellung des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit bei dieser Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform hat das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit die gleichen physikalischen Abmessungen wie bei der ersten Ausführungsform (siehe 3); die pneumatische Durchflussleitung 64 (gestrichelt dargestellt) ersetzt jedoch das Entkopplungssteuerventil 44. Zusätzlich weist bei dieser Ausführungsform das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit keine Signalverbindungen zu dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit auf.With reference to 5B are the master unit 12th and the pneumatic module 26th of the master unit are the same as described above with reference to the first embodiment. In this second embodiment, the pneumatic module 36 the tool unit does not have a valve and does not receive any control signals, but rather has a pneumatic flow line 64 on which the pneumatic clutch 30th with the pneumatic coupling 50 of the tool frame connects. 5C Figure 3 is a perspective view of the pneumatic module 36 the tool unit in this embodiment. In this embodiment, the pneumatic module 36 the tool unit has the same physical dimensions as in the first embodiment (see 3rd ); the pneumatic flow line 64 (shown in dashed lines) replaces the decoupling control valve 44 . In addition, in this embodiment, the pneumatic module 36 the tool unit has no signal connections to the pneumatic module 26th of the master unit.

Bei der zweiten Ausführungsform funktioniert das Koppeln ähnlich, wie es vorab für die erste Ausführungsform beschrieben ist. Nach dem Anlegen des COUPLE-Signals ist das Kopplungssteuerventil 54 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 leitet. Der Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 ist über die pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit mit der pneumatischen Kupplung 30 verbunden. Dadurch kann ein Pneumatikfluid aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 über die pneumatische Durchflussleitung 64 in dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit und die pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells zu dem Entkopplungssteuerventil 62 strömen. Das DECOUPLE-Signal, das von dem Roboter an das Entkopplungssteuerventil 62 weitergeleitet wird, wird abgeschaltet. Da das DECOUPLE-Signal abgeschaltet ist, befindet sich das Entkopplungssteuerventil 62 in seinem Grundzustand und verbindet die pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells mit einer Entlüftungsöffnung. In dieser Konfiguration wird der Kolben 56 vorwärts getrieben, um die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander zu koppeln. Der Kolben 56 kann sich in die erste Richtung bewegen, indem die Luft in der Entkopplungskammer über das Entkopplungssteuerventil 62 entlüftet wird.In the second embodiment, the coupling functions similarly to that described above for the first embodiment. After applying the COUPLE signal, the coupling control valve is 54 configured so that there is a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 directs. The decoupling connection of the piston 56 is via the pneumatic flow line 60 in the pneumatic module 26th the master unit with the pneumatic coupling 30th connected. This allows a pneumatic fluid from the decoupling chamber of the piston 56 via the pneumatic flow line 64 in the pneumatic module 36 the tool unit and the pneumatic coupling 50 of the tool rack to the decoupling control valve 62 stream. The DECOUPLE signal sent by the robot to the decoupling control valve 62 is forwarded is switched off. Since the DECOUPLE signal is switched off, the decoupling control valve is located 62 in its basic state and connects the pneumatic coupling 50 of the tool frame with a ventilation opening. In this configuration the piston becomes 56 driven forward to the master unit 12th and the tool unit 14th to couple with each other. The piston 56 can move in the first direction by releasing the air in the decoupling chamber through the decoupling control valve 62 is vented.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Roboter-Pneumatikfluidquelle 58 stellt über das Kopplungssteuerventil 54 weiterhin Überdruck an dem Kopplungsanschluss des Kolbens 56 bereit, wodurch der Kolben 56 in die vordere Stellung oder Kopplungsstellung gezwungen wird. Entscheidend ist, dass es keine Quelle für ein Pneumatikfluid gibt, die mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden ist, um den Kolben 56 nach hinten in die Entkopplungsstellung zu treiben (selbst wenn dies der Fall wäre, hat die in der Kopplungskammer des Kolbens 56 eingeschlossene Luft keinen Weg zur Entlüftung und würde sich der Bewegung des Kolbens 56 in diese Richtung widersetzen).As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The robotic pneumatic fluid source 58 sets via the coupling control valve 54 continued overpressure at the coupling connection of the piston 56 ready, making the piston 56 is forced into the front position or coupling position. It is crucial that there is no source of pneumatic fluid connected to the decoupling port on the piston 56 connected to the piston 56 backwards into the uncoupling position (even if it were the case, the one in the coupling chamber of the piston 56 Trapped air does not have a way to vent and would interfere with the movement of the piston 56 oppose in that direction).

Die 5D und 5E stellen die Entkopplungsoperation dar. Sobald sich das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 befindet und die Mastereinheit 12 über diese Tatsache informiert ist, können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Die Mastereinheit 12 deaktiviert das COUPLE-Signal und aktiviert das DECOUPLE-Signal und verteilt es sowohl an das Kopplungssteuerventil 54 als auch an den Roboter. Der Roboter leitet das DECOUPLE-Signal (entweder direkt oder als digitalen Befehl, über ein Netzwerk oder auf andere Weise) an das Entkopplungssteuerventil 62 weiter. Das von dem Roboter dem Entkopplungssteuerventil 62 bereitgestellte DECOUPLE-Signal veranlasst das Entkopplungssteuerventil 62, die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells mit der pneumatischen Kupplung 50 zu verbinden. Ein Pneumatikfluid strömt dann zu dem werkzeugseitigen pneumatischen Modul 36.The 5D and 5E represent the decoupling operation. As soon as the robot tool is securely in the tool frame 48 and the master unit 12th is informed of this fact, the master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The master unit 12th deactivates the COUPLE signal and activates the DECOUPLE signal and distributes it to both the coupling control valve 54 as well as to the robot. The robot routes the DECOUPLE signal (either directly or as a digital command, over a network or otherwise) to the decoupling control valve 62 continue. That from the robot to the decoupling control valve 62 The DECOUPLE signal provided causes the decoupling control valve 62 , the pneumatic fluid supply 52 of the tool rack with the pneumatic coupling 50 connect to. A pneumatic fluid then flows to the tool-side pneumatic module 36 .

Das Pneumatikfluid strömt durch die pneumatische Durchflussleitung 62 in dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit, durch die pneumatische Kupplung 30 in das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit und durch die pneumatische Durchflussleitung 60 zu dem Entkopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56. Gleichzeitig bewirkt der DECOUPLE-Befehl, dass das Kopplungssteuerventil 54 Luft von dem Kopplungsanschluss des Kolbens 56 zur Entlüftung leitet. Diese beiden Ventileinstellungen ermöglichen es dem von dem Werkzeuggestell 48 zugeführten Pneumatikfluid, den Kolben 56 rückwärts oder in eine Entkopplungsstellung zu treiben, wodurch die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden können. Der Roboter kann sich dann mit der Mastereinheit 12 bewegen, um ein anderes Roboterwerkzeug zu entnehmen, wobei das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 verbleibt.The pneumatic fluid flows through the pneumatic flow line 62 in the pneumatic module 36 the tool unit through the pneumatic coupling 30th into the pneumatic module 26th the master unit and through the pneumatic flow line 60 to the decoupling connection of the pneumatically operated piston 56 . At the same time, the DECOUPLE command causes the coupling control valve 54 Air from the piston coupling port 56 leads to the vent. These two valve settings enable this from the tool rack 48 supplied pneumatic fluid, the piston 56 drive backwards or into a decoupling position, whereby the master unit 12th and the tool unit 14th can be decoupled. The robot can then communicate with the master unit 12th move to remove another robot tool, with the robot tool securely in the tool rack 48 remains.

Die zweite Ausführungsform verlagert das Entkopplungssteuerventil von dem Werkzeugwechsler 10 zu dem Werkzeuggestell. Eine Werkzeugeinheit 14 (und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit, falls separat) ist normalerweise fest an jedem Werkzeug installiert, das ein Roboter verwenden kann. Bei einer Anlage, bei der nur eine Teilmenge der verfügbaren Roboterwerkzeuge von einem bestimmten Roboter verwendet werden kann und die Werkzeuge mit demselben Werkzeuggestell arbeiten können, reduziert die zweite Ausführungsform Kosten, Wartung und Risiko, indem sie die erforderliche Nachbildung des Entkopplungssteuerventils minimiert. Die Platzierung des Entkopplungssteuerventils an dem Werkzeuggestell kann auch eine einfachere Inspektion, Wartung oder einen einfacheren Austausch ermöglichen, als die Demontage jedes pneumatischen Moduls 36 einer Werkzeugeinheit. Zusätzlich werden die Kosten und die Komplexität des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit drastisch reduziert, da es kein Pneumatikventil und keine elektrischen Anschlüsse aufweist.The second embodiment relocates the decoupling control valve from the tool changer 10 to the tool rack. A tool unit 14th (and the pneumatic module 36 the tool unit, if separate) is usually permanently installed on every tool that a robot can use. In a system in which only a subset of the available robot tools can be used by a particular robot and the tools can work with the same tool frame, the second embodiment reduces costs, maintenance and risk by minimizing the required replication of the decoupling control valve. The placement of the decoupling control valve on the tool rack can also enable easier inspection, maintenance or easier replacement than the dismantling of each pneumatic module 36 a tool unit. Additionally, the cost and complexity of the pneumatic module 36 the tool unit is drastically reduced as it has no pneumatic valve and no electrical connections.

Detaillierte Beschreibung der dritten AusführungsformDetailed description of the third embodiment

Die 6A-6E stellen eine dritte Ausführungsform dar, bei der das Kopplungssteuerventil in dem pneumatischen Modul der Mastereinheit angeordnet ist, das Entkopplungssteuerventil in dem pneumatischen Modul der Werkzeugeinheit, und das Entkopplungspneumatikfluid durch eine Brückenleitung an dem Werkzeuggestell geleitet wird, bevor es zu dem Kopplungsmechanismus geleitet wird.The 6A-6E represent a third embodiment in which the coupling control valve is arranged in the pneumatic module of the master unit, the decoupling control valve in the pneumatic module of the tool unit, and the decoupling pneumatic fluid is passed through a bridge line on the tool frame before it is passed to the coupling mechanism.

6A zeigt eine pneumatische Brückenleitung 70 auf dem Werkzeuggestell 48. Die Brückenleitung 70 nimmt ein Pneumatikfluid von dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit über eine pneumatische Zufuhrkupplung 68 auf und leitet das Pneumatikfluid über eine pneumatische Rückführkupplung 72 zurück zu dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit. Beide pneumatischen Kupplungen 68, 72 befinden sich im Eingriff, wenn der Roboter ein angebrachtes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 anordnet. Rückschlagventile auf der Werkzeugwechslerseite der pneumatischen Kupplungen 68, 72 verhindern das Austreten eines Pneumatikfluids, wenn das Roboterwerkzeug aus dem Werkzeuggestell 48 entfernt wird. 6A shows a pneumatic bridge line 70 on the tool rack 48 . The bridge line 70 takes pneumatic fluid from the pneumatic module 36 the tool unit via a pneumatic feed coupling 68 and conducts the pneumatic fluid via a pneumatic feedback coupling 72 back to the pneumatic module 36 the tool unit. Both pneumatic couplings 68 , 72 are engaged when the robot has an attached robotic tool in the tool rack 48 arranges. Check valves on the tool changer side of the pneumatic couplings 68 , 72 prevent the escape of pneumatic fluid when the robot tool is out of the tool frame 48 Will get removed.

6B stellt einen Aufsatz an dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit dar, der die pneumatische Zufuhr- bzw. Rückführkupplung 68, 72 zu dem Werkzeuggestell 48 präsentiert. 6C zeigt einen Aufsatz an dem Werkzeuggestell 48 mit der entsprechenden pneumatischen Zufuhr- und Rückführkupplung 68 bzw. 72, die zusammenpassen und mit einer pneumatischen Brückenleitung 70 im Inneren des Aufsatzes verbunden sind. Fig, 6D stellt die beiden Aufsätze so dar, wie sie konfiguriert sind, wenn ein Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist (die Werkzeugeinheit 14, das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit und das Roboterwerkzeug wurden in 6D aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen). 6B provides an attachment on the pneumatic module 36 the tool unit, which has the pneumatic feed and return coupling 68 , 72 to the tool rack 48 presents. 6C shows an attachment on the tool rack 48 with the appropriate pneumatic feed and return coupling 68 or. 72 that fit together and with a pneumatic bridge line 70 connected inside the attachment. Figure 6D shows the two attachments as they are configured when a robotic tool is in the tool rack 48 is arranged (the tool unit 14th , the pneumatic module 36 the tool unit and the robot tool were in 6D omitted for the sake of clarity).

6E stellt den pneumatischen Fluss und den Steuersignalfluss zwischen den pneumatischen Modulen 26, 36 der Master- und Werkzeugeinheit dar. Die Mastereinheit 12 und das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit sind denen, die mit Bezug auf die erste Ausführungsform vorab beschrieben sind, ähnlich, wobei zusätzlich eine pneumatische Durchflussleitung 74 die Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 mit einem zweiten pneumatischen Kupplungsanschluss 40 verbindet. Der Kupplungsanschluss 40 ist so positioniert und funktionsfähig, dass er mit einem entsprechenden pneumatischen Kupplungsanschluss an dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit zusammenpasst. Bei dieser dritten Ausführungsform ähneln die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit ebenfalls denen, die oben mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden, wobei zusätzlich der zweite pneumatische Kupplungsanschluss 40 und eine pneumatische Durchflussleitung 76, die die pneumatische Kupplung 40 mit der pneumatischen Zufuhrkupplung 68 des Werkzeuggestells verbindet, vorhanden sind. 6E provides the pneumatic flow and the control signal flow between the pneumatic modules 26th , 36 the master and tool unit. The master unit 12th and the pneumatic module 26th of the master unit are similar to those previously described with reference to the first embodiment, with the addition of a pneumatic flow line 74 the robot pneumatic fluid supply 58 with a second pneumatic coupling connection 40 connects. The coupling connection 40 is positioned and functional so that it can be connected to the pneumatic module with a corresponding pneumatic coupling connection 36 the tool unit fits together. In this third embodiment, the tool units are similar 14th and the pneumatic module 36 of the tool unit also those that have been described above with reference to the first embodiment, with the second pneumatic coupling connection 40 and a pneumatic flow line 76 who have favourited the pneumatic clutch 40 with the pneumatic feed coupling 68 of the tool frame connects, are present.

Bei dieser Ausführungsform strömt, wenn sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 befindet, ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 durch die pneumatischen Module 26, 36 der Master- und Werkzeugeinheit, durch die pneumatische Zufuhrkupplung 68, die Brückenleitung 70 und die pneumatische Rückführkupplung 72 an dem Werkzeuggestell 48 und zurück zu dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit. Von dort wird es, wie in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, selektiv zum Entkopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 geführt. Ein Entfernen des Roboterwerkzeugs von dem Werkzeuggestell 48 unterbricht diesen Pneumatikfluid-Strömungspfad, wodurch eine Entkopplung des Kopplungsmechanismus 16 nicht möglich ist.In this embodiment, there is a flow when an attached robot tool is in the tool frame 48 a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 through the pneumatic modules 26th , 36 the master and tool unit, through the pneumatic feed coupling 68 , the bridge line 70 and the pneumatic feedback coupling 72 on the tool rack 48 and back to the pneumatic module 36 the tool unit. From there, as in the previously described embodiments, it becomes selective for the decoupling connection of the pneumatically actuated piston 56 guided. Removing the robotic tool from the tool rack 48 interrupts this pneumatic fluid flow path, thereby decoupling the coupling mechanism 16 not possible.

Bei der dritten Ausführungsform funktioniert die Kopplung ähnlich wie bei der vorab beschriebenen ersten Ausführungsform. Wenn das COUPLE-Signal aktiviert ist, ist das Kopplungssteuerventil 54 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 leitet. Der Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 ist über die pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit mit der pneumatischen Kupplung 30 verbunden. Dadurch kann ein Pneumatikfluid aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 durch die pneumatische Kupplung 30 zu dem Ventil 44 der Werkzeugeinheit strömen. Das DECOUPLE-Signal, das über die elektrische Kupplung 32 an das Ventil 44 der Werkzeugeinheit weitergeleitet wird, ist deaktiviert. Da das DECOUPLE-Signal deaktiviert ist, befindet sich das Entkopplungssteuerventil 44 in seinem Grundzustand und verbindet die pneumatische Kupplung 30 mit einer Entlüftungsöffnung. In dieser Konfiguration wird der Kolben 56 in die erste Richtung vorwärts getrieben, um die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander zu koppeln. Der Kolben 56 kann sich in die erste Richtung bewegen, indem Luft in der Entkopplungskammer über das Entkopplungssteuerventil 44 entlüftet wird.In the third embodiment, the coupling functions similarly to the first embodiment described above. When the COUPLE signal is asserted, the coupling control valve is 54 configured so that there is a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 directs. The decoupling connection of the piston 56 is via the pneumatic flow line 60 in the pneumatic module 26th the master unit with the pneumatic coupling 30th connected. This allows a pneumatic fluid from the decoupling chamber of the piston 56 through the pneumatic coupling 30th to the valve 44 the tool unit flow. The DECOUPLE signal that is sent via the electrical coupling 32 to the valve 44 the tool unit is forwarded is deactivated. Since the DECOUPLE signal is deactivated, the decoupling control valve is located 44 in its basic state and connects the pneumatic coupling 30th with a vent. In this configuration the piston becomes 56 propelled forward in the first direction to the master unit 12th and the tool unit 14th to couple with each other. The piston 56 can move in the first direction by allowing air in the decoupling chamber via the decoupling control valve 44 is vented.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Roboter-Pneumatikfluidquelle 58 liefert über das Kopplungssteuerventil 54 weiterhin Überdruck an den Kopplungsanschluss des Kolbens 56, wodurch der Kolben 56 in die vordere Stellung oder Kopplungsstellung gezwungen wird. Es ist entscheidend, dass, da das Pneumatikfluid zum Antrieb an den Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 durch eine Brücke 70 auf dem Werkzeuggestell 48 geleitet wird, keine Quelle für ein Pneumatikfluid existiert, die mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden ist, um den Kolben rückwärts in die entkoppelte Stellung zu treiben, sobald das Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt wird, (selbst wenn dies der Fall wäre, weist die in der Kopplungskammer des Kolbens 56 eingeschlossene Luft keinen Weg zur Entlüftung auf und würde sich der Bewegung des Kolbens 56 in diese Richtung widersetzen).As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The robotic pneumatic fluid source 58 supplies via the coupling control valve 54 continued overpressure at the coupling connection of the piston 56 , making the piston 56 is forced into the front position or coupling position. It is critical that, as the pneumatic fluid be driven to the decoupling port of the piston 56 through a bridge 70 on the tool rack 48 there is no source of pneumatic fluid connected to the decoupling connection of the piston 56 is connected to drive the piston backwards into the decoupled position as soon as the robot tool from the tool frame 48 is removed (even if it were, the one in the coupling chamber of the piston 56 Trapped air would not have a way to vent and would interfere with the movement of the piston 56 oppose in that direction).

6F stellt den Entkopplungsvorgang dar. Sobald das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist und die Mastereinheit 12 über diese Tatsache informiert ist, können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Die Mastereinheit 12 deaktiviert das COUPLE-Signal und aktiviert das DECOUPLE-Signal, wodurch das Entkopplungssteuerventil 44 veranlasst wird, ein Pneumatikfluid von der Rückführkupplung 72 der Brücke 70 zu der pneumatischen Kupplung 30 zu leiten. Die pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit führt das Pneumatikfluid zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56. Gleichzeitig bewirkt der DECOUPLE- Befehl, dass das Kopplungssteuerventil 54 die Luft von dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 zur Entlüftung leitet. Diese beiden Ventileinstellungen ermöglichen es, dass das von der Roboter-Pneumatikquelle 58 gelieferte, aber durch das Werkzeuggestell 48 geführte Pneumatikfluid den Kolben 56 rückwärts oder in eine Entkopplungsstellung treibt, wodurch die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden können. Der Roboter kann sich dann mit der Mastereinheit 12 bewegen, um ein anderes Roboterwerkzeug zu entnehmen, wobei das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 verbleibt. 6F represents the decoupling process. As soon as the robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged and the master unit 12th is informed of this fact, the master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The master unit 12th deactivates the COUPLE signal and activates the DECOUPLE signal, causing the decoupling control valve 44 caused a pneumatic fluid from the feedback clutch 72 the bridge 70 to the pneumatic coupling 30th to direct. The pneumatic flow line 60 in the pneumatic module 26th the master unit leads the pneumatic fluid to the decoupling connection of the piston 56 . At the same time, the DECOUPLE command causes the coupling control valve 54 the air from the decoupling port of the piston 56 leads to the vent. These two valve settings allow that to be done by the robotic pneumatic source 58 delivered but through the tool rack 48 guided pneumatic fluid the piston 56 backwards or into a decoupling position, whereby the master unit 12th and the tool unit 14th can be decoupled. The robot can then communicate with the master unit 12th move to remove another robot tool, with the robot tool securely in the tool rack 48 remains.

Die dritte Ausführungsform verwendet nur eine einzige Pneumatikfluidquelle sowohl für den Kopplungs- als auch für den Entkopplungsvorgang, setzt jedoch die inhärent sichere Funktion um, indem das Pneumatikfluid zur Entkopplung durch das Werkzeuggestell geleitet wird. Da, wie es vorab erwähnt ist, viele Roboter bereits über eine Pneumatikfluidzufuhr verfügen, erfordert die dritte Ausführungsform vorteilhafterweise nur minimale Änderungen an einer Anlage - lediglich ein Hinzufügen einer pneumatischen Zufuhr- und einer Rückführkupplung und einer pneumatischen Brückenleitung zu dem Werkzeuggestell. Andererseits erhöhen sich die Kosten und die Komplexität der pneumatischen Module der Master- und Werkzeugeinheit, da sie zusätzliche pneumatische Durchflussleitungen und eine zusätzliche pneumatische Kupplung erfordern.The third embodiment uses only a single pneumatic fluid source for both the coupling and the decoupling process, but implements the inherently safe function in that the pneumatic fluid is passed through the tool frame for decoupling. Since, as mentioned above, many robots already have a pneumatic fluid supply, the third embodiment advantageously requires only minimal changes to a system - just adding a pneumatic supply and a return coupling and a pneumatic bridge line to the tool frame. On the other hand, the cost and complexity of the pneumatic modules of the master and tool unit increase because they require additional pneumatic flow lines and an additional pneumatic coupling.

Detaillierte Beschreibung der vierten AusführungsformDetailed description of the fourth embodiment

Die 7A-7D stellen eine vierte Ausführungsform dar, bei der das Kopplungssteuerventil dem Roboter zugeordnet ist, das Entkopplungssteuerventil dem Werkzeuggestell, eine Entkopplungs-Pneumatikfluidquelle dem Werkzeuggestell und das pneumatische Modul sowohl der Mastereinheit als auch der Werkzeugeinheit nur pneumatische Durchflussleitungen aufweisen.The 7A-7D represent a fourth embodiment in which the coupling control valve is assigned to the robot, the decoupling control valve is assigned to the tool frame, a decoupling pneumatic fluid source is assigned to the tool frame and the pneumatic module is assigned to the master unit as well the tool unit also have only pneumatic flow lines.

In den 7A und 7B ist der Kopplungsvorgang dargestellt. Die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells versorgt ein 3-Wege-Magnet-Entkopplungssteuerventil 62, das dem Werkzeuggestell 48 zugeordnet ist, mit einem Pneumatikfluid, wie bei der zweiten vorab beschriebenen Ausführungsform. Das Entkopplungssteuerventil 62 empfängt den DECOUPLE-Befehl von dem Roboter. Wie bei der zweiten Ausführungsform ist das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit über die pneumatische Kupplung 50 mit dem Pneumatikfluid des Werkzeuggestells verbunden, wenn ein angebrachtes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist.In the 7A and 7B the coupling process is shown. The pneumatic fluid supply 52 of the tool frame supplies a 3-way solenoid decoupling control valve 62 which is attached to the tool frame 48 is assigned, with a pneumatic fluid, as in the second embodiment described above. The decoupling control valve 62 receives the DECOUPLE command from the robot. As with the second embodiment, the module is pneumatic 36 the tool unit via the pneumatic coupling 50 connected to the pneumatic fluid of the tool frame when an attached robotic tool is in the tool frame 48 is arranged.

7B zeigt, dass dem Roboter ein Kopplungssteuerventil 76 zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit das gleiche, wie es vorab mit Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben ist - einschließlich einer pneumatischen Durchflussleitung 64, aber ohne ein Ventil oder Steuersignale. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist ebenfalls kein Ventil oder Steuersignale auf und umfasst zwei pneumatische Durchflussleitungen 60 und 78. Die pneumatische Durchflussleitung 60 ist so, wie sie in allen Ausführungsformen vorab beschrieben ist; die pneumatische Durchflussleitung 78 verbindet den Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 mit dem dem Roboter zugeordneten Kopplungssteuerventil 77. 7B shows that the robot has a docking control valve 76 assigned. In this embodiment the pneumatic module 36 the tool unit is the same as previously described with reference to the second embodiment - including a pneumatic flow line 64 but without a valve or control signals. The pneumatic module 26th the master unit also has no valve or control signals and comprises two pneumatic flow lines 60 and 78 . The pneumatic flow line 60 is as previously described in all embodiments; the pneumatic flow line 78 connects the coupling port of the pneumatically operated piston 56 with the coupling control valve assigned to the robot 77 .

Bei der vierten Ausführungsform funktioniert die Kopplung ähnlich wie oben beschrieben, jedoch ist das Kopplungssteuerventil 77 dem Roboter zugeordnet und empfängt Befehle von dem Roboter. Wenn das COUPLE-Signal aktiviert ist, ist das Kopplungssteuerventil 77 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 durch die pneumatische Durchflussleitung 78 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 leitet. Der Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 ist über die pneumatische Durchflussleitung 60 in dem pneumatischen Modul 26 der Mastereinheit mit der pneumatischen Kupplung 30 verbunden. Dadurch kann ein Pneumatikfluid aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 über die pneumatische Durchflussleitung 64 in dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit und die pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells zu dem Entkopplungssteuerventil 62 strömen. Das DECOUPLE-Signal, das von dem Roboter an das Entkopplungssteuerventil 62 weitergeleitet wird, wird deaktiviert. Da das DECOUPLE-Signal deaktiviert ist, befindet sich das Entkopplungssteuerventil 62 in seinem Grundzustand und verbindet die pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells mit einer Entlüftungsöffnung. In dieser Konfiguration wird der Kolben 56 in die erste Richtung vorwärts getrieben, um die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander zu koppeln. Der Kolben 56 kann sich in die erste Richtung bewegen, indem Luft in der Entkopplungskammer über das Entkopplungssteuerventil 62 entlüftet wird.In the fourth embodiment, the coupling functions similarly to that described above, but the coupling control valve is 77 assigned to the robot and receives commands from the robot. When the COUPLE signal is asserted, the coupling control valve is 77 configured so that there is a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 through the pneumatic flow line 78 in the pneumatic module 26th the master unit to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 directs. The decoupling connection of the piston 56 is via the pneumatic flow line 60 in the pneumatic module 26th the master unit with the pneumatic coupling 30th connected. This allows a pneumatic fluid from the decoupling chamber of the piston 56 via the pneumatic flow line 64 in the pneumatic module 36 the tool unit and the pneumatic coupling 50 of the tool rack to the decoupling control valve 62 stream. The DECOUPLE signal sent by the robot to the decoupling control valve 62 forwarded will be deactivated. Since the DECOUPLE signal is deactivated, the decoupling control valve is located 62 in its basic state and connects the pneumatic coupling 50 of the tool frame with a ventilation opening. In this configuration the piston becomes 56 propelled forward in the first direction to the master unit 12th and the tool unit 14th to couple with each other. The piston 56 can move in the first direction by allowing air in the decoupling chamber via the decoupling control valve 62 is vented.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Pneumatikfluidquelle 58 des Roboters liefert über das Kopplungssteuerventil 77 weiterhin Überdruck an den Kopplungsanschluss des Kolbens 56, wodurch der Kolben 56 in die vordere Stellung oder Kopplungsstellung gezwungen wird. Entscheidend ist, dass es keine Quelle für ein Pneumatikfluid gibt, die mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden ist, um den Kolben 56 nach hinten in die Entkopplungsstellung zu treiben (selbst wenn dies der Fall wäre, hat die in der Kopplungskammer des Kolbens 56 eingeschlossene Luft keinen Weg zur Entlüftung und würde sich der Bewegung des Kolbens 56 in diese Richtung widersetzen).As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The pneumatic fluid source 58 of the robot delivers through the coupling control valve 77 continued overpressure at the coupling connection of the piston 56 , making the piston 56 is forced into the front position or coupling position. It is crucial that there is no source of pneumatic fluid connected to the decoupling port on the piston 56 connected to the piston 56 backwards into the uncoupling position (even if it were the case, the one in the coupling chamber of the piston 56 Trapped air does not have a way to vent and would interfere with the movement of the piston 56 oppose in that direction).

Die 7C und 7D stellen den Entkopplungsvorgang dar. Sobald das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist (der Roboter ist sich dieser Tatsache bewusst), können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Der Roboter deaktiviert das COUPLE-Signal und aktiviert das DECOUPLE-Signal und verteilt es an das Kopplungssteuerventil 77. Der Roboter leitet das DECOUPLE-Signal (entweder direkt, als digitalen Befehl, über ein Netzwerk oder auf andere Weise) an das Entkopplungssteuerventil 62 weiter. Das von dem Roboter dem Entkopplungssteuerventil 62 bereitgestellte DECOUPLE-Signal veranlasst das Entkopplungssteuerventil 62, die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells mit der pneumatischen Kupplung 50 zu verbinden. Das Pneumatikfluid strömt dann zum werkzeugseitigen pneumatischen Modul 36.The 7C and 7D represent the decoupling process. As soon as the robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged (the robot is aware of this fact), the Master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The robot deactivates the COUPLE signal and activates the DECOUPLE signal and distributes it to the coupling control valve 77 . The robot routes the DECOUPLE signal (either directly, as a digital command, over a network, or otherwise) to the decoupling control valve 62 continue. That from the robot to the decoupling control valve 62 The DECOUPLE signal provided causes the decoupling control valve 62 , the pneumatic fluid supply 52 of the tool frame with the pneumatic coupling 50 connect to. The pneumatic fluid then flows to the tool-side pneumatic module 36 .

Das Entkopplungs-Pneumatikfluid strömt dann durch die pneumatische Durchflussleitung 62 in dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit, durch die pneumatische Kupplung 30 in das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit und durch die pneumatische Durchflussleitung 60 zu dem Entkopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56. Gleichzeitig bewirkt der DECOUPLE-Befehl, dass das Kopplungssteuerventil 77 Luft von dem Kopplungsanschluss des Kolbens 56 zur Entlüftung leitet. Diese beiden Ventileinstellungen ermöglichen es dem von dem Werkzeuggestell 48 zugeführten Pneumatikfluid, den Kolben 56 rückwärts oder in eine entkoppelte Stellung zu treiben, wodurch die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden können. Der Roboter kann sich dann mit der Mastereinheit 12 bewegen, um ein anderes Roboterwerkzeug zu entnehmen, wobei das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 verbleibt.The decoupling pneumatic fluid then flows through the pneumatic flow line 62 in the pneumatic module 36 the tool unit through the pneumatic coupling 30th into the pneumatic module 26th the master unit and through the pneumatic flow line 60 to the decoupling connection of the pneumatically operated piston 56 . At the same time, the DECOUPLE command causes the coupling control valve 77 Air from the piston coupling port 56 leads to the vent. These two valve settings enable this from the tool rack 48 supplied pneumatic fluid, the piston 56 drive backwards or into a decoupled position, causing the master unit 12th and the tool unit 14th can be decoupled. The robot can then communicate with the master unit 12th move to remove another robot tool, with the robot tool securely in the tool rack 48 remains.

Die vierte Ausführungsform entfernt sowohl das Kopplungs- als auch das Entkopplungssteuerventil von dem Werkzeugwechsler 10 zu der Anlagenausrüstung (d.h. den Roboter und das Werkzeuggestell). Diese Ausführungsform minimiert die Kosten und die Komplexität der pneumatischen Module der Master- und Werkzeugeinheit, da beide weder ein Ventil noch elektrische Kontakte aufweisen. Dementsprechend kann die vierte Ausführungsform bevorzugt werden, wenn die Kosten für den Werkzeugwechsler 10 minimiert werden sollen.The fourth embodiment removes both the docking and decoupling control valves from the tool changer 10 to the plant equipment (i.e. the robot and the tool rack). This embodiment minimizes the cost and complexity of the pneumatic modules of the master and tool unit, since neither has a valve nor electrical contacts. Accordingly, the fourth embodiment can be preferred when the cost of the tool changer 10 should be minimized.

Detaillierte Beschreibung der fünften AusführungsformDetailed description of the fifth embodiment

Die 8A-8D stellen eine fünfte Ausführungsform dar, bei der das Kopplungssteuerventil in dem pneumatischen Modul der Mastereinheit angeordnet ist, dem Werkzeuggestell eine Entkopplungs-Pneumatikfluidzufuhr zugeordnet ist und kein Entkopplungssteuerventil vorhanden ist.The 8A-8D illustrate a fifth embodiment in which the coupling control valve is arranged in the pneumatic module of the master unit, a decoupling pneumatic fluid supply is assigned to the tool frame and no decoupling control valve is present.

8A stellt die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit dar, die (zusammen mit einem angebrachten Roboterwerkzeug, nicht abgebildet) in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet sind. Wie bei der ersten Ausführungsform ist das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit über eine pneumatische Kupplung 50 mit einer Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells verbunden. Die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells liefert ein Pneumatikfluid mit einem ersten Druck, z.B. zwischen 20 und 30 psi. Die pneumatische Kupplung 50, die ein Rückschlagventil auf der Seite des Werkzeuggestells aufweist, um den Fluss des pneumatischen Fluids zu stoppen, wenn das Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt wird, liefert ein Pneumatikfluid mit dem ersten Druck von der Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells an das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit, wenn ein angebrachtes Roboterwerkzeug sicher innerhalb des Werkzeuggestells 48 angeordnet ist. 8A represents the tool unit 14th and the pneumatic module 36 the tool unit, which (together with an attached robotic tool, not shown) in the tool frame 48 are arranged. As with the first embodiment, the pneumatic module is 36 the tool unit via a pneumatic coupling 50 with a pneumatic fluid supply 52 of the tool frame connected. The pneumatic fluid supply 52 of the tool frame supplies a pneumatic fluid at a first pressure, for example between 20 and 30 psi. The pneumatic coupling 50 that has a check valve on the side of the tool frame to stop the flow of pneumatic fluid when the robot tool is off the tool frame 48 is removed supplies pneumatic fluid at the first pressure from the pneumatic fluid supply 52 of the tool frame to the pneumatic module 36 the tool unit when an attached robot tool is securely within the tool frame 48 is arranged.

8B stellt den Pneumatik- und Steuersignalfluss zwischen dem pneumatischen Modul 26, 36 der Master- und Werkzeugeinheit während eines Kopplungsvorgangs dar. Die Mastereinheit 12 und das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit sind die gleichen, wie sie bezüglich der ersten und zweiten Ausführungsform vorab beschrieben sind. Das heißt, das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist das Kopplungssteuerventil 54 auf, das Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 bei einem zweiten Druck erhält, der höher ist als der erste Druck der Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells. Beispielsweise kann die Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 ein Pneumatikfluid mit einem Druck von mehr als 80 psi liefern. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist auch eine pneumatische Durchflussleitung 60 auf, die den Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 mit der pneumatischen Kupplung 30 verbindet. Die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit sind denen, die vorab mit Bezug auf die zweite und vierte Ausführungsform beschrieben sind, ähnlich. Das heißt, das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit weist nur eine pneumatische Durchflussleitung 64 auf und empfängt keine elektrischen Signale. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der pneumatische Kupplungsanschluss 30 ein gesteuerter Anschluss, der den Strom des Pneumatikfluids stoppt, wenn das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit getrennt werden. 8B provides the pneumatic and control signal flow between the pneumatic module 26th , 36 of the master and tool unit during a coupling process. The master unit 12th and the pneumatic module 26th of the master unit are the same as described above with respect to the first and second embodiments. That is, the pneumatic module 26th the master unit has the coupling control valve 54 on, the pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 at a second pressure which is higher than the first pressure of the pneumatic fluid supply 52 of the tool rack. For example, the robot pneumatic fluid supply 58 deliver pneumatic fluid at a pressure greater than 80 psi. The pneumatic module 26th the master unit also has a pneumatic flow line 60 on which the decoupling connection of the piston 56 with the pneumatic coupling 30th connects. The tool unit 14th and the pneumatic module 36 of the tool unit are similar to those previously described with reference to the second and fourth embodiments. That is, the pneumatic module 36 the tool unit has only one pneumatic flow line 64 and does not receive any electrical signals. In this embodiment, however, is the pneumatic coupling connection 30th a controlled port that stops the flow of pneumatic fluid when the pneumatic module 26th the master unit and the pneumatic module 36 the tool unit are separated.

Im Gegensatz zu allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen verwendet der Werkzeugwechsler 10 bei der fünften Ausführungsform kein Entkopplungssteuerventil (unabhängig davon, ob es in dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit oder an dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist), um das Entkopplungs-Pneumatikfluid selektiv zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 zu leiten oder alternativ die Entkopplungskammer des Kolbens 56 zu entlüften. Vielmehr stützt sich die Konstruktion auf eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Kopplungs-Pneumatikfluid bei dem höheren zweiten Druck (z.B. >80 psi) und dem Entkopplungs-Pneumatikfluid bei dem niedrigeren ersten Druck (z.B. 20-30 psi).In contrast to all the previously described embodiments, the tool changer uses 10 in the fifth embodiment no decoupling control valve (regardless of whether it is in the pneumatic module 36 the tool unit or on the tool frame 48 is arranged) to selectively the decoupling pneumatic fluid to the decoupling connection of the piston 56 or alternatively the decoupling chamber of the piston 56 to vent. Rather, the design relies on a substantial pressure difference between the coupling pneumatic fluid at the higher second pressure (eg> 80 psi) and the decoupling pneumatic fluid at the lower first pressure (eg 20-30 psi).

Der Kopplungsvorgang verläuft im Wesentlichen ähnlich wie die zuvor beschriebenen, mit Ausnahme der Entlüftung der Entkopplungskammer des Kolbens 56. Wenn das COUPLE-Signal ansteht, ist das Kopplungssteuerventil 54 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 mit dem höheren zweiten Druck zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56 leitet. Der Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 wird auf dem niedrigeren ersten Druck gehalten, indem er über die pneumatischen Durchflussleitungen 60, 64 und die pneumatische Kupplung des Werkzeuggestells 50 an die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells angeschlossen ist. Aufgrund der Druckdifferenz wird der Kolben 56 vorwärts bzw. in die erste Richtung, getrieben, indem das Pneumatikfluid in der Entkopplungskammer und den pneumatischen Durchflussleitungen 60, 64 komprimiert wird. Der Kolben 56 bewegt sich weit genug, um die Mastereinheit 12 sicher mit der Werkzeugeinheit 14 zu koppeln. Allerdings wird erst dann die volle Verriegelungskraft des Kopplungsmechanismus 16 erreicht, wenn der Roboter das Roboterwerkzeug aus dem Werkzeuggestell 48 entfernt, da dann die Entkopplungskammer des Kolbens 56 über die Werkzeugwechslerseite der pneumatischen Kupplung 50 des Werkzeuggestells in die Atmosphäre entlüftet wird.The coupling process is essentially similar to that described above, with the exception of venting the decoupling chamber of the piston 56 . When the COUPLE signal is present, the coupling control valve is 54 configured so that there is a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 with the higher second pressure to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 directs. The decoupling connection of the piston 56 is kept at the lower first pressure by passing through the pneumatic flow lines 60 , 64 and the pneumatic coupling of the tool frame 50 to the pneumatic fluid supply 52 of the tool rack is connected. Due to the pressure difference, the piston will 56 forward or in the first direction, driven by the pneumatic fluid in the decoupling chamber and the pneumatic flow lines 60 , 64 is compressed. The piston 56 moves far enough to accommodate the master unit 12th safe with the tool unit 14th to pair. However, only then does the coupling mechanism achieve its full locking force 16 when the robot reaches the Robotic tool from the tool rack 48 removed, as then the decoupling chamber of the piston 56 via the tool changer side of the pneumatic coupling 50 of the tool rack is vented into the atmosphere.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Roboter-Pneumatikfluidquelle 58 liefert weiterhin den höheren zweiten Druck über das Kopplungssteuerventil 54 an den Kopplungsanschluss des Kolbens 56 und zwingt den Kolben 56 in die vordere oder Kopplungsstellung. Entscheidend ist, dass es keine Quelle für ein Pneumatikfluid gibt, die mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden ist, um den Kolben 56 nach hinten in die Entkopplungsstellung zu treiben (selbst wenn dies der Fall wäre, hat die in der Kopplungskammer des Kolbens 56 eingeschlossene Luft keinen Weg zur Entlüftung und würde sich der Bewegung des Kolbens 56 in diese Richtung widersetzen).As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The robotic pneumatic fluid source 58 continues to provide the higher second pressure via the coupling control valve 54 to the coupling connection of the piston 56 and forces the piston 56 in the front or coupling position. It is crucial that there is no source of pneumatic fluid connected to the decoupling port on the piston 56 connected to the piston 56 backwards into the uncoupling position (even if it were the case, the one in the coupling chamber of the piston 56 Trapped air does not have a way to vent and would interfere with the movement of the piston 56 oppose in that direction).

8C stellt die Entkopplungsoperation für die fünfte Ausführungsform dar. Sobald das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist, können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Die Mastereinheit 12 deaktiviert das COUPLE-Signal und aktiviert das DECOUPLE-Signal. Dies veranlasst das Kopplungssteuerventil 54, den Druck aus der Kopplungskammer des Kolbens 56 abzulassen. Die Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells, die Pneumatikfluid mit dem niedrigeren ersten Druck bereitstellt, wird über die pneumatische Kupplung 50 des Werkzeuggestells, die pneumatische Durchflussleitung 64, die Kupplung 30 und die pneumatische Durchflussschaltung 60 mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 verbunden. Während der niedrigere erste Druck der Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells nicht ausreicht, um den höheren zweiten Druck der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 zu überwinden, konfiguriert das DECOUPLE-Signal an dem Kopplungssteuerventil 54 das Ventil 54 so, dass atmosphärischer Druck an die Kopplungskammer des Kolbens 56 angelegt wird, so dass der niedrigere erste Druck den Kopplungsmechanismus 16 vollständig entkoppeln kann. 8C shows the decoupling operation for the fifth embodiment. Once the robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged, the master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The master unit 12th deactivates the COUPLE signal and activates the DECOUPLE signal. This causes the coupling control valve 54 , the pressure from the coupling chamber of the piston 56 to drain. The pneumatic fluid supply 52 of the tool frame, which provides the pneumatic fluid with the lower first pressure, is via the pneumatic coupling 50 of the tool frame, the pneumatic flow line 64 , the coupling 30th and the pneumatic flow circuit 60 with the decoupling connection of the piston 56 connected. During the lower first pressure of the pneumatic fluid supply 52 of the tool rack is insufficient to handle the higher second pressure of the robot pneumatic fluid supply 58 configures the DECOUPLE signal on the coupling control valve 54 the valve 54 so that atmospheric pressure to the coupling chamber of the piston 56 is applied so that the lower first pressure is the coupling mechanism 16 can completely decouple.

8D stellt den Zustand nach der Entkopplung dar, wenn der Roboter das Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell 48 verstaut und die Mastereinheit 12 von der Werkzeugeinheit 14 wegbewegt hat. Der Kolben 56 verbleibt in der Entkopplungsstellung, wobei weder auf den Kopplungs- noch auf den Entkopplungsanschluss Druck ausgeübt wird. Das Kopplungssteuerventil 54 entlüftet den Druck aus der Kopplungskammer des Kolbens 56, und der Druck aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 wird über die Durchflussschaltung 60 in die Atmosphäre entlüftet. Wenn sich der Kolben 56 in der Entkopplungsstellung befindet, ist die Mastereinheit 12 bereit, mit der gleichen oder mit einer anderen Werkzeugeinheit 14 gekoppelt zu werden. 8D represents the state after decoupling when the robot has the robot tool in the tool frame 48 stowed away and the master unit 12th from the tool unit 14th moved away. The piston 56 remains in the decoupling position, pressure being exerted neither on the coupling connection nor on the decoupling connection. The coupling control valve 54 vents the pressure from the coupling chamber of the piston 56 , and the pressure from the decoupling chamber of the piston 56 is via the flow circuit 60 vented to the atmosphere. When the piston 56 is in the decoupling position, is the master unit 12th ready with the same or with a different tool unit 14th to be paired.

Ein wichtiger Parameter für die fünfte Ausführungsform ist die Druckdifferenz zwischen dem Kopplungs-Pneumatikfluid und dem Entkopplungs-Pneumatikfluid. Die oben beschriebenen spezifischen Werte - d.h. ein Pneumatikfluid an der Pneumatikfluidzufuhr 52 des Werkzeuggestells bei einem ersten Druck im Bereich von 20-30 psi und ein Pneumatikfluid an der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 bei einem zweiten Druck von mehr als 80 psi - sind nur repräsentativ. Diese pneumatischen Drücke liefern bei Werkzeugwechslern 10, welche getestet wurden, zufriedenstellende Ergebnisse. Diese Druckwerte sind jedoch nicht einschränkend. Der Fachmann erkennt, dass die optimale Druckdifferenz (und die Werte für den absoluten Kopplungs- und Entkopplungs-Pneumatikfluiddruck) je nach der Konstruktion des pneumatisch betätigten Kolbens 56 und anderer Systemkomponenten variiert. Die Funktionsanforderungen für die Auswahl der richtigen Druckdifferenz bei einer bestimmten Implementierung bestehen darin, dass zunächst von dem Kolben 56 genügend Kraft erzeugt wird, damit die Mastereinheit 12 mit einer Werkzeugeinheit 14 verriegeln kann, die mit dem schwersten Roboterwerkzeug verbunden ist, dem der Roboter in einer bestimmten Umgebung oder einem bestimmten Produktionslauf begegnet. Zweitens muss der Druck des Entkopplungs-Pneumatikfluids ausreichen, um zu gewährleisten, dass sich der Kolben 56 innerhalb einer akzeptablen Zeitspanne in die Entkopplungsstellung bewegt. In Anbetracht der Lehren der vorliegenden Offenbarung und dieser funktionalen Anforderungen kann der Fachmann im Bereich der Robotik ohne weiteres akzeptable Kopplungs- und Entkopplungs-Pneumatikfluiddrücke für einen optimalen Betrieb bei jeder gegebenen Implementierung ermitteln.An important parameter for the fifth embodiment is the pressure difference between the coupling pneumatic fluid and the decoupling pneumatic fluid. The specific values described above - ie a pneumatic fluid on the pneumatic fluid supply 52 of the tool rack at a first pressure in the range of 20-30 psi and a pneumatic fluid on the robotic pneumatic fluid supply 58 at a second pressure greater than 80 psi - are only representative. These pneumatic pressures provide tool changers 10 which have been tested gave satisfactory results. However, these pressure values are not limiting. Those skilled in the art will recognize that the optimal pressure differential (and the values for the absolute coupling and decoupling pneumatic fluid pressure) will vary depending on the construction of the pneumatically actuated piston 56 and other system components varies. The functional requirements for selecting the correct pressure differential in a particular implementation are that of the piston first 56 enough force is generated so that the master unit 12th with a tool unit 14th that is associated with the heaviest robotic tool the robot will encounter in a given environment or production run. Second, the decoupling pneumatic fluid pressure must be sufficient to ensure that the piston moves 56 moved to the decoupling position within an acceptable period of time. Given the teachings of the present disclosure and these functional requirements, those skilled in the robotics art can readily determine acceptable coupling and decoupling pneumatic fluid pressures for optimal operation in any given implementation.

Die fünfte Ausführungsform macht ein Entkopplungssteuerventil überflüssig und reduziert so Kosten, Anzahl der Teile, Komplexität und potenzielle Fehlerquellen. Auch bei der fünften Ausführungsform weist das pneumatische Modul der Werkzeugeinheit minimale Kosten und Komplexität, ohne Ventil oder elektrische Anschlüsse und mit nur einer pneumatischen Durchflussleitung, auf.The fifth embodiment eliminates the need for a decoupling control valve, thus reducing costs, number of parts, complexity and potential sources of error. In the fifth embodiment, too, the pneumatic module of the tool unit has minimal costs and complexity, without a valve or electrical connections and with only one pneumatic flow line.

Detaillierte Beschreibung der sechsten AusführungsformDetailed description of the sixth embodiment

9A-9D stellen eine sechste Ausführungsform dar, in der ein einziges Steuerventil, bei dem es sich um ein 4-Wege-Doppelmagnetventil handelt, den Fluss des Kopplungs- und Entkopplungs-Pneumatikfluids steuert; das pneumatische Modul der Werkzeugeinheit umfasst nur pneumatische Durchflussleitungen; und das Entkopplungs-Pneumatikfluid wird durch eine Brückenleitung in dem Werkzeuggestell geleitet. 9A-9D illustrate a sixth embodiment in which a single control valve, which is a 4-way double solenoid valve, controls the flow of coupling and decoupling pneumatic fluid; the pneumatic module of the tool unit includes only pneumatic ones Flow lines; and the decoupling pneumatic fluid is passed through a bridge conduit in the tool frame.

9A stellt die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit dar, die (zusammen mit einem angebrachten Roboterwerkzeug, nicht abgebildet) in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet sind. Wie bei der dritten Ausführungsform weist das Werkzeuggestell 48 eine pneumatische Zufuhrkupplung 68, eine pneumatische Brückenleitung 70 und eine pneumatische Rückführkupplung 72 auf. Im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform weisen die pneumatischen Zufuhr- und Rückführkupplungen 68, 72 jedoch keine Rückschlagventile auf. 9A represents the tool unit 14th and the pneumatic module 36 the tool unit, which (together with an attached robotic tool, not shown) in the tool frame 48 are arranged. As in the third embodiment, the tool frame 48 a pneumatic feed coupling 68 , a pneumatic bridge line 70 and a pneumatic feedback clutch 72 on. In contrast to the third embodiment, the pneumatic supply and return couplings 68 , 72 however, no check valves.

9B stellt den pneumatischen Fluss und Steuersignalfluss zwischen dem pneumatischen Modul 26, 36 der Master- und der Werkzeugeinheit während eines Kopplungsvorgangs dar. Das pneumatische Modul 26 der Mastereinheit weist ein 4-Wege-Doppelmagnet-Steuerventil 80 auf, das ein Pneumatikfluid (mit einem hohen Druck, z.B. >80 psi) von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 erhält. Zum Koppeln leitet das Steuerventil 80 ein Pneumatikfluid von der Roboterzufuhr 58 zu dem Kopplungsanschluss des pneumatisch betätigten Kolbens 56. Die Luft in der Entkopplungskammer des Kolbens 56 wird in die Atmosphäre entlüftet. Der Weg zur Entlüftung der Entkopplungskammerluft ist: von dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 durch die pneumatischen Durchflussleitungen 60, 62, durch die pneumatische Brückenleitung 70 an dem Werkzeuggestell 48, durch die pneumatische Durchflussleitung 76 und durch das Steuerventil 80 zu dem Entlüftungsanschluss. Die Kombination aus der Zufuhr von Pneumatikfluid mit hohem Druck zu dem Kopplungsanschluss des Kolbens 56 und der Entlüftung der Entkopplungskammer des Kolbens 56 in die Atmosphäre ist wirksam, um den Kolben 56 vorwärts zu treiben und die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 zu koppeln. 9B provides the pneumatic flow and control signal flow between the pneumatic module 26th , 36 the master unit and the tool unit during a coupling process. The pneumatic module 26th The master unit has a 4-way double solenoid control valve 80 which feeds a pneumatic fluid (with a high pressure, for example> 80 psi) from the robot pneumatic fluid supply 58 receives. The control valve conducts for coupling 80 a pneumatic fluid from the robot feed 58 to the coupling connection of the pneumatically operated piston 56 . The air in the decoupling chamber of the piston 56 is vented to the atmosphere. The way to vent the decoupling chamber air is: from the decoupling port of the piston 56 through the pneumatic flow lines 60 , 62 , through the pneumatic bridge line 70 on the tool rack 48 , through the pneumatic flow line 76 and through the control valve 80 to the vent port. The combination of the supply of pneumatic fluid at high pressure to the coupling port of the piston 56 and the venting of the decoupling chamber of the piston 56 into the atmosphere is effective to the flask 56 to drive forward and the master unit 12th with the tool unit 14th to pair.

9B stellt den Entkopplungsvorgang dar. Sobald das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist, können die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt werden. Die Mastereinheit 12 deaktiviert das COUPLE-Signal und aktiviert das DECOUPLE-Signal, wobei beide dem Steuerventil 80 zugeführt werden. Dadurch wird das Steuerventil 80 so konfiguriert, dass es ein Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 zu der pneumatischen Kupplung 40 leitet. Das Entkopplungs-Pneumatikfluid strömt dann durch die pneumatische Durchflussleitung 76 zu dem Werkzeuggestell 48. Das Entkopplungs-Pneumatikfluid strömt dann durch die pneumatische Zufuhrkupplung 68 des Werkzeuggestells, die Brückenleitung 70 und die Rückführkupplung 72 und zurück zu dem pneumatischen Modul 36 der Werkzeugeinheit. Das Entkopplungs-Pneumatikfluid strömt dann durch die Pneumatikfluid-Durchflussleitung 62, die pneumatische Kupplung 30 und durch die Pneumatikfluid-Durchflussleitung 60 zum Entkopplungsanschluss des Kolbens 56. Da dieses Pneumatikfluid von der Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 bezogen wird, steht es unter demselben hohen Druck (z.B. >80 psi) wie das für den Kopplungsvorgang verwendete Pneumatikfluid. Gleichzeitig wird durch den DECOUPLE-Befehl das Steuerventil 80 so konfiguriert, dass die Luft aus der Kopplungskammer des Kolbens 56 in die Atmosphäre entlüftet wird. Die Kombination aus der Zufuhr von einem Hochdruck-Pneumatikfluid zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 über das Werkzeuggestell 48 und der Entlüftung der Kopplungskammer des Kolbens 56 in die Atmosphäre ist wirksam, um den Kolben 56 rückwärts zu treiben und die Mastereinheit 12 von der Werkzeugeinheit 14 zu entkoppeln. Der Roboter kann sich dann mit der Mastereinheit 12 bewegen, um ein anderes Roboterwerkzeug zu entnehmen, wobei das Roboterwerkzeug sicher im Werkzeuggestell 48 verbleibt. 9B represents the decoupling process. As soon as the robot tool is securely in the tool frame 48 is arranged, the master unit 12th and the tool unit 14th be decoupled. The master unit 12th deactivates the COUPLE signal and activates the DECOUPLE signal, both of which are the control valve 80 are fed. This becomes the control valve 80 configured so that there is a pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 to the pneumatic coupling 40 directs. The decoupling pneumatic fluid then flows through the pneumatic flow line 76 to the tool rack 48 . The decoupling pneumatic fluid then flows through the pneumatic supply coupling 68 of the tool rack, the bridge line 70 and the feedback clutch 72 and back to the pneumatic module 36 the tool unit. The decoupling pneumatic fluid then flows through the pneumatic fluid flow line 62 who have favourited pneumatic coupling 30th and through the pneumatic fluid flow line 60 for the decoupling connection of the piston 56 . Because this pneumatic fluid from the robot pneumatic fluid supply 58 is purchased, it is under the same high pressure (eg> 80 psi) as the pneumatic fluid used for the coupling process. At the same time, the DECOUPLE command activates the control valve 80 configured so that the air from the coupling chamber of the piston 56 vented to the atmosphere. The combination of the supply of high pressure pneumatic fluid to the decoupling port of the piston 56 via the tool rack 48 and the venting of the coupling chamber of the piston 56 into the atmosphere is effective to the flask 56 drive backwards and the master unit 12th from the tool unit 14th to decouple. The robot can then communicate with the master unit 12th move to remove another robot tool, with the robot tool securely in the tool rack 48 remains.

Sobald die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt ist und der Roboter das angebrachte Roboterwerkzeug von dem Werkzeuggestell 48 entfernt, können die Einheiten 12, 14 nicht mehr entkoppelt werden. Die Roboter-Pneumatikfluidquelle 58 liefert weiterhin ein Hochdruck-Pneumatikfluid über das Steuerventil 80 an den Kopplungsanschluss des Kolbens 56 und zwingt den Kolben 56 in die vordere Stellung oder Kopplungsstellung. Entscheidend ist, dass mit dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 keine Quelle eines Pneumatikfluids verbunden ist, um den Kolben in die hintere Stellung oder Entkopplungsstellung zu treiben.As soon as the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled and the robot the attached robot tool from the tool frame 48 removed, the units can 12th , 14th can no longer be decoupled. The robotic pneumatic fluid source 58 also provides high pressure pneumatic fluid through the control valve 80 to the coupling connection of the piston 56 and forces the piston 56 in the front position or coupling position. It is crucial that with the decoupling connection of the piston 56 no source of pneumatic fluid is connected to drive the piston to the rearward or disengaged position.

Selbst für den Fall, dass die Mastereinheit 12 fälschlicherweise das DECOUPLE-Signal aktivieren würde, würde das Entkopplungs-Pneumatikfluid durch das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit in die Atmosphäre entlüftet und nicht zurück zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 geleitet werden. 9D stellt diesen Zustand dar. Das DECOUPLE-Signal versetzt das Steuerventil 80 in den in 9C dargestellten Zustand, wobei die Roboter-Pneumatikfluidzufuhr 58 das Entkopplungs-Pneumatikfluid über die Kupplung 30 und die Pneumatikfluid-Durchflussleitung 76 zur Verfügung stellt. Da sich das angebrachte Roboterwerkzeug nicht in dem Werkzeuggestell 80 befindet, wird dieses Pneumatikfluid an der Werkzeugwechslerseite der Pneumatikfluid-Zufuhrkupplung 68 in die Atmosphäre entlüftet. Da an der Pneumatikfluid-Rückführkupplung 68 nichts als atmosphärischer Druck herrscht, ist dies der Druck, der durch die pneumatischen Durchflussleitungen 62 und 60 geleitet und an den Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 abgegeben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Kopplungsanschluss des Kolbens 56 über das Steuerventil 80 ebenfalls auf atmosphärischen Druck entlüftet wird. Dementsprechend wird der Kolben 56 nicht aktiv in die Kopplungs- oder Entkopplungsstellung gefahren. In diesem Fall wirkt ein Fail-Safe-Mechanismus, wie z.B. einer oder mehrere der in den US-Patenten Nr. 7,252,453 oder 8,005,570 offenbarten Mechanismen, um die Entkopplung der Mastereinheit 12 und der Werkzeugeinheit 14 zu verhindern.Even in the event that the master unit 12th would erroneously activate the DECOUPLE signal, the decoupling pneumatic fluid would pass through the pneumatic module 36 of the tool unit is vented to the atmosphere and not back to the decoupling port of the piston 56 be directed. 9D represents this state. The DECOUPLE signal displaces the control valve 80 in the in 9C state shown, the robot pneumatic fluid supply 58 the decoupling pneumatic fluid via the coupling 30th and the pneumatic fluid flow line 76 provides. Because the attached robot tool is not in the tool rack 80 is located, this pneumatic fluid is on the tool changer side of the pneumatic fluid supply coupling 68 vented to the atmosphere. As on the pneumatic fluid feedback coupling 68 there is nothing but atmospheric pressure, this is the pressure that passes through the pneumatic flow lines 62 and 60 and to the decoupling connection of the piston 56 is delivered. It should be noted that the coupling port of the piston 56 via the control valve 80 is also vented to atmospheric pressure. Accordingly, will The piston 56 not actively moved into the coupling or decoupling position. In this case, a fail-safe mechanism, such as one or more of the in the U.S. Patent No. 7,252,453 or 8,005,570 disclosed mechanisms to decouple the master unit 12th and the tool unit 14th to prevent.

Die sechste Ausführungsform macht ein Entkopplungssteuerventil überflüssig und reduziert so Kosten, Anzahl der Teile, Komplexität und potenzielle Fehlerquellen. Sowohl für den Kopplungs- als auch für den Entkopplungsvorgang wird der volle Druck bereitgestellt, so dass es keinen Unterschied in der Geschwindigkeit dieser komplementären Vorgänge gibt. Auch bei der sechsten Ausführungsform weist das pneumatische Modul der Werkzeugeinheit geringe Kosten und Komplexität auf, ohne Ventil oder elektrische Anschlüsse und mit nur zwei pneumatischen Durchflussleitungen.The sixth embodiment eliminates the need for a decoupling control valve, thus reducing costs, number of parts, complexity and potential sources of error. Full pressure is provided for both the coupling and the decoupling process, so that there is no difference in the speed of these complementary processes. In the sixth embodiment, too, the pneumatic module of the tool unit has low costs and complexity, without a valve or electrical connections and with only two pneumatic flow lines.

Verfahren zum inhärent sicheren Anbringen von RoboterwerkzeugenMethod for the inherently safe attachment of robotic tools

10 stellt ein inhärent sicheres Verfahren 100 zum Anbringen eines in einem Werkzeuggestell 48 angeordneten Roboterwerkzeugs an einem Roboter dar. Eine Mastereinheit 12 eines Werkzeugwechslers 10 ist an dem Roboter und eine Werkzeugeinheit 14 des Werkzeugwechslers 10 an dem Roboterwerkzeug angebracht. Die Master- oder die Werkzeugeinheit 12, 14 weist einen Kopplungsmechanismus 16 auf, der dazu dient, die Master- und die Werkzeugeinheit 12, 14 selektiv miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln. Der Roboter wird neben dem Roboterwerkzeug so positioniert, dass die Master- und die Werkzeugeinheit 12, 14 mechanisch zusammenpassen (Block 102). Energie von einer ersten Quelle 58 wird zum Antrieb des Kopplungsmechanismus 16 verwendet, um die Master- und die Werkzeugeinheit 12, 14 miteinander zu koppeln (Block 104). Das Roboterwerkzeug wird durch den Betrieb des Roboters aus dem Werkzeuggestell 48 entfernt (Block 106). Nach Ausführung einer Aufgabe mit dem Roboterwerkzeug wird es durch den Betrieb des Roboters zu dem Werkzeuggestell 48 zurückgeführt (Block 108). Wenn das Roboterwerkzeug sicher in dem Werkzeuggestell 48 (Block 110) angeordnet ist, wird Energie von einer zweiten, dem Werkzeuggestell 48 zugeordneten Quelle verwendet, um den Kopplungsmechanismus 16 anzutreiben und die Master- und die Werkzeugeinheit 12, 14 zu entkoppeln (Block 112). Wenn das Roboterwerkzeug nicht sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist (Block 110), steht keine Energie von der zweiten Quelle zur Verfügung, und die Master- und die Werkzeugeinheit 12, 14 können nicht entkoppelt werden. In diesem Fall muss das Roboterwerkzeug zu dem Werkzeuggestell 48 zurückgebracht werden (Block 108), bevor der Werkzeugwechsler 10 entkoppeln kann. 10 represents an inherently safe process 100 for mounting one in a tool rack 48 arranged robot tool on a robot. A master unit 12th a tool changer 10 is on the robot and a tool unit 14th of the tool changer 10 attached to the robot tool. The master or tool unit 12th , 14th has a coupling mechanism 16 on, which serves the master and the tool unit 12th , 14th selectively to couple with each other and to decouple from each other. The robot is positioned next to the robot tool so that the master and tool unit 12th , 14th mechanically fit together (block 102 ). Energy from a primary source 58 is used to drive the coupling mechanism 16 used to be the master and the tool unit 12th , 14th to be coupled with each other (block 104 ). The robot tool is removed from the tool rack by the operation of the robot 48 removed (block 106 ). After performing a task with the robot tool, it becomes the tool rack through the operation of the robot 48 returned (block 108 ). When the robot tool is securely in the tool rack 48 (Block 110 ) is arranged, energy is from a second, the tool rack 48 associated source used to link the coupling mechanism 16 to drive and the master and tool unit 12th , 14th to decouple (block 112 ). If the robot tool is not secure in the tool rack 48 is arranged (block 110 ), no energy is available from the second source, and the master and tool units 12th , 14th cannot be decoupled. In this case, the robot tool has to go to the tool rack 48 be returned (block 108 ) before the tool changer 10 can decouple.

Detaillierte Beschreibung der siebten AusführungsformDetailed description of the seventh embodiment

11 stellt eine siebte Ausführungsform dar, die in mancher Hinsicht der hier beschriebenen dritten Ausführungsform (mit Bezug zu den 6A-6F) insofern ähnelt, als dass ein Pneumatikfluid zum Antrieb an den Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 in einer Loop-Back-Konfiguration 70 in dem Werkzeuggestell 48 geführt wird. Daher ist die Antriebskraft zum Antrieb des Kolbens 56 zum Entkoppeln des Werkzeugwechslers 10 nur dann verfügbar, wenn ein angebrachtes Werkzeug (und damit das pneumatische Werkzeugmodul 36) sicher in einem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist. Diese siebte Ausführungsform weist zusätzliche Merkmale auf, die die Sicherheit weiter erhöhen und sicherstellen, dass der Kolben 56 bei einer Reihe von möglichen Einsatzszenarien nicht versehentlich entkoppeln kann. 11 FIG. 10 illustrates a seventh embodiment that is in some respects similar to the third embodiment described herein (with reference to FIGS 6A-6F) is similar in that a pneumatic fluid is used to drive the decoupling connection of the piston 56 in a loop-back configuration 70 in the tool rack 48 to be led. Therefore, the driving force is to drive the piston 56 for decoupling the tool changer 10 only available if a tool is attached (and thus the pneumatic tool module 36 ) safely in a tool rack 48 is arranged. This seventh embodiment has additional features that further increase safety and ensure that the piston 56 cannot accidentally uncouple in a number of possible deployment scenarios.

11 stellt die Mastereinheit 12, mit dem angebrachten pneumatischen Mastermodul 26, entkoppelt von der Werkzeugeinheit 14, mit dem angebrachten pneumatischen Werkzeugmodul 36, dar. In ähnlicher Weise sind die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Werkzeugmodul 36 neben dem Werkzeuggestell 48 dargestellt, aber nicht operativ darin angeordnet. Die siebte Ausführungsform ist in dieser Konfiguration dargestellt, damit alle Kupplungen gezeigt werden und um die Beschreibung zu erleichtern. 12A-12F stellen dann den Betrieb des Roboter-Werkzeugwechslers 10 im Detail dar, während der Roboter die typischen realen Vorgänge des Anbringens, Verwendens, Parkens und Abnehmens eines Roboterwerkzeugs durchläuft. Der Kolben 56 in der Mastereinheit 12 kann operativ mit einer beliebigen Anzahl von Kopplungsmechanismen verbunden sein, um die Mastereinheit 12 selektiv mit der Werkzeugeinheit 14 zu koppeln. Zum Beispiel sind kugelverdrängende Kolbenkopplungsmechanismen in den U.S.-Patenten Nr. 7,252,453 und 8,005,570 beschrieben. Bei der Werkzeugeinheit 14 kann jedoch jeder andere Kopplungsmechanismus verwendet werden - die Sicherheitsmerkmale der siebten Ausführungsform sind auf jeden Kopplungsmechanismus anwendbar, der zur Betätigung Fluiddruck verwendet (z.B. Pneumatik, Hydraulik usw.). 11 represents the master unit 12th , with the attached pneumatic master module 26th , decoupled from the tool unit 14th , with the attached pneumatic tool module 36 , represent. Similarly, the tool unit 14th and the pneumatic tool module 36 next to the tool rack 48 shown, but not surgically arranged therein. The seventh embodiment is shown in this configuration for the purpose of showing all of the clutches and for ease of description. 12A-12F then set the operation of the robot tool changer 10 in detail as the robot goes through the typical real-world operations of attaching, using, parking, and removing a robotic tool. The piston 56 in the master unit 12th can be operatively linked to the master unit with any number of coupling mechanisms 12th selectively with the tool unit 14th to pair. For example, ball displacing piston coupling mechanisms are included in US Pat U.S. Patent No. 7,252,453 and 8,005,570 described. With the tool unit 14th however, any other coupling mechanism can be used - the safety features of the seventh embodiment are applicable to any coupling mechanism that uses fluid pressure for actuation (e.g. pneumatics, hydraulics, etc.).

11 stellt ein einziges, vorzugsweise an einem Roboterarm angebrachtes Luftsteuerungssystem 58 dar, das abhängig von optionalen Sensoren 82, 84 ein Pneumatikfluid sowohl zum Ver- als auch zum Entriegeln der Mastereinheit 12 mit/von der Werkzeugeinheit 14 bereitstellt. Die Druck- oder Positionssensoren 82, 84 und ihre Ausgabeleitungen zu dem Luftsteuerungssystem 58 sind in gestrichelten Linien dargestellt, was darauf hinweist, dass diese Elemente nicht bei allen Ausführungsformen vorhanden sein müssen. Das Luftsteuerungssystem 58 arbeitet unter der Steuerung eines Robotersteuerungssystems (nicht dargestellt) (d.h. es empfängt Eingaben von diesem und kann Ausgaben für dieses bereitstellen), das die Bereitstellung von Pneumatikfluids mit dem physischen Betrieb des Roboters koordiniert. 11 provides a single air control system, preferably attached to a robotic arm 58 that depends on optional sensors 82 , 84 a pneumatic fluid for both locking and unlocking the master unit 12th with / from the tool unit 14th provides. The pressure or position sensors 82 , 84 and their output lines to the air control system 58 are shown in dashed lines, indicating that these Elements do not have to be present in all embodiments. The air control system 58 operates under the control of (ie, receives input from and can provide output to) a robot control system (not shown) that coordinates the supply of pneumatic fluids with the physical operation of the robot.

Im Allgemeinen kann das Luftsteuerungssystem 58 solche Ventile, Steuerungen und Ähnliches aufweisen und diese Funktionalität implementieren, wie es für eine bestimmte Anwendung erforderlich oder gewünscht ist. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass das Luftsteuerungssystem 58 ein Pneumatikventil mit zwei Stellungen aufweist, das Druckluft entweder an dem Ausgang „Verriegelungsluft“ oder an dem Ausgang „Entriegelungsluft‟ ausgibt (und die durch den anderen Ausgang einströmende Luft entlüftet), jedoch niemals an beiden gleichzeitig, und immer ein Pneumatikfluid an dem einen oder dem anderen Ausgang ausgibt. Diese Funktionalität ist in den 12A-12F schematisch dargestellt. Wie von Fachleuten leicht zu erkennen ist, könnte die Funktionalität des Luftsteuerungssystems 58 auch über zwei oder mehr getrennte Steuerungen realisiert werden, wobei der sich gegenseitig ausschließende Betrieb der beiden Pneumatikausgänge durch eine Steuerlogik, Verriegelungssignale und dergleichen erreicht werden kann.In general, the air control system can 58 have such valves, controls and the like and implement this functionality as required or desired for a particular application. In particular, it is assumed that the air control system 58 has a two-position pneumatic valve that delivers compressed air to either the “Locking Air” outlet or the “Unlocking Air” outlet (and exhausts the air flowing in through the other outlet), but never at both at the same time, and always a pneumatic fluid at one or the other the other output. This functionality is in the 12A-12F shown schematically. As can be readily appreciated by those skilled in the art, the functionality of the air control system could be 58 can also be implemented using two or more separate controls, whereby the mutually exclusive operation of the two pneumatic outputs can be achieved using control logic, locking signals and the like.

Ein Pneumatikfluid zum Antrieb des Kolbens 56, um die Master- und Werkzeugeinheit 12, 14 miteinander zu koppeln, wird durch den Verriegelungsluftausgang des Luftsteuerungssystems 58 bereitgestellt, der mit dem Verriegelungsluft-Eingangsanschluss 86 gekoppelt ist. Ein Kanal 88 verbindet den Verriegelungsluft-Eingangsanschluss 86 direkt mit dem Kopplungsanschluss des Kolbens 56. Beim Positionieren eines Roboterarms mit der Mastereinheitsanordnung (die die Mastereinheit 12 und das pneumatische Mastermodul 26 umfasst) neben einer gewünschten Werkzeugeinheitsanordnung (die die Werkzeugeinheit 14 und das pneumatische Werkzeugmodul 36 umfasst), die mit einem Roboterwerkzeug (nicht abgebildet) verbunden ist, das in einem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist, gibt das Luftsteuerungssystem 58 ein Pneumatikfluid an dem Verriegelungsluftausgang aus. Dadurch wird der Kolben 56 in der Mastereinheit 12 betätigt, wodurch die Mastereinheit 12 mit der Werkzeugeinheit 14 gekoppelt wird. Darüber hinaus wird während des normalen Betriebs des Roboterwerkzeugs - d.h. wenn der Roboter ein angebrachtes Werkzeug zur Ausführung von Aufgaben verwendet - am Verriegelungsluftausgang des Luftsteuerungssystems 58 ein Überdruck aufrechterhalten. Dies ist ein Sicherheitsmerkmal, da der auf die Kopplungskammer des Kolbens 56 ausgeübte Überdruck den Kolben 56 kontinuierlich antreibt, um den gekoppelten Zustand aufrechtzuerhalten.A pneumatic fluid to drive the piston 56 to select the master and tool unit 12th , 14th Coupling together is through the interlocking air outlet of the air control system 58 provided with the locking air inlet port 86 is coupled. One channel 88 connects the lock air inlet port 86 directly to the coupling connection of the piston 56 . When positioning a robot arm with the master unit assembly (which is the master unit 12th and the pneumatic master module 26th comprises) in addition to a desired tool unit arrangement (which includes the tool unit 14th and the pneumatic tool module 36 includes), which is connected to a robotic tool (not shown), which is in a tool rack 48 is arranged, gives the air control system 58 a pneumatic fluid at the lock air outlet. This will make the piston 56 in the master unit 12th actuated, whereby the master unit 12th with the tool unit 14th is coupled. In addition, during normal operation of the robot tool - that is, when the robot is using an attached tool to perform tasks - the interlock air outlet of the air control system is provided 58 maintain an overpressure. This is a safety feature because of the piston coupling chamber 56 excess pressure exerted on the piston 56 continuously drives to maintain the coupled state.

Wenn das Robotersteuerungssystem feststellt, dass das angebrachte Werkzeug entkoppelt werden soll (z.B. um ein anderes Werkzeug anzubringen), weist es den Roboter an, das Werkzeug an einer vorbestimmten Stelle in einem Werkzeuggestell 48 zu platzieren. Gemäß dieser siebten Ausführungsform positioniert dies auch notwendigerweise mindestens das pneumatische Werkzeugmodul 36 in einer vorbestimmten Position auf dem Werkzeuggestell 48. Das Luftsteuerungssystem 58 gibt dann ein Pneumatikfluid an den Entriegelungsluftausgang aus, der, wie es hier beschrieben ist, indirekt zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 geleitet wird und den Kolben 56 so antreibt, dass die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt wird. Das Luftsteuerungssystem 58 gibt gleichzeitig Luft in der Verriegelungsluftleitung an die Atmosphäre ab.When the robot control system determines that the attached tool should be decoupled (e.g. to attach another tool), it instructs the robot to place the tool in a predetermined location in a tool rack 48 to place. According to this seventh embodiment, this also necessarily positions at least the pneumatic tool module 36 in a predetermined position on the tool rack 48 . The air control system 58 then outputs a pneumatic fluid to the unlocking air outlet, which, as described here, indirectly to the decoupling connection of the piston 56 and the piston 56 so that the tool unit drives 14th is decoupled. The air control system 58 at the same time releases air in the locking air line to the atmosphere.

Gemäß dieser siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Leiten eines Entriegelungs-Pneumatikfluids von dem Entriegelungsluftausgang des Luftsteuerungssystems 58 zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 zahlreiche Sicherheitsmerkmale auf, die sicherstellen, dass der Entkopplungsvorgang nur möglich ist, wenn ein angebrachtes Werkzeug (und damit, wie in 11 schematisch dargestellt, das pneumatische Werkzeugmodul 36) sicher in dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist. Darüber hinaus wird, wie es hier weiter ausgeführt ist, verhindert, dass die Werkzeugeinheitanordnung und das angebrachte Werkzeug versehentlich durch falschen Luftdruck entkoppelt wird, z.B. durch einen „Abblas“-Rein igungsvorgang.According to this seventh embodiment of the present invention, routing an unlocking pneumatic fluid from the unlocking air outlet of the air control system 58 to the decoupling connection of the piston 56 numerous safety features that ensure that the decoupling process is only possible if an attached tool (and thus, as in 11 shown schematically, the pneumatic tool module 36 ) securely in the tool rack 48 is arranged. In addition, as explained further here, it is prevented that the tool unit arrangement and the attached tool are inadvertently decoupled by incorrect air pressure, for example by a “blow-off” cleaning process.

Ein Pneumatikfluid von dem Entriegelungsluftausgang des Luftsteuerungssystems 58 ist mit dem Entriegelungslufteingang 118 und von dort mit einem Ventil 120 gekoppelt. Das Ventil 120 wird durch eine Feder in die geschlossene Stellung vorgespannt und sperrt den Durchfluss des Pneumatikfluids immer dann ab, wenn die Mastereinheit 12 von einer Werkzeugeinheit 14 entkoppelt und physisch von dieser entfernt ist. Wie es bereits erwähnt wurde, gibt das Luftsteuerungssystem 58 kontinuierlich ein Pneumatikfluid an dem einen oder anderen Ausgang aus. Da ein Umschalten auf den Verriegelungsluftausgang dazu führen würde, dass sich der Kolben 58 in die Kopplungsstellung bewegt und somit das Ankoppeln an eine andere Werkzeugeinheit 14 verhindert, stellt das Luftsteuerungssystem 58 weiterhin ein Pneumatikfluid an dem Entriegelungsluftausgang zur Verfügung, während die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt sind. Das Ventil 120 verhindert während dieser Zeit die Abgabe von einem Pneumatikfluid. Wenn die Mastereinheit 12 an eine neue Werkzeugeinheit 14 anstößt, wird ein Plunger, der von dem pneumatischen Mastermodul 26 hervorsteht, durch Kontakt mit dem pneumatischen Werkzeugodul 36 niedergedrückt, wodurch das Ventil 120 geöffnet wird und den freien Durchfluss des Entriegelungs-Pneumatikfluids in beide Richtungen ermöglicht.A pneumatic fluid from the unlock air outlet of the air control system 58 is with the unlocking air inlet 118 and from there with a valve 120 coupled. The valve 120 is biased into the closed position by a spring and always blocks the flow of pneumatic fluid when the master unit 12th from a tool unit 14th is decoupled and physically removed from it. As mentioned earlier, there is the air control system 58 continuously emits a pneumatic fluid at one or the other outlet. Since switching to the lock air outlet would cause the piston to move 58 moved into the coupling position and thus coupling to another tool unit 14th prevents the air control system 58 Pneumatic fluid continues to be available at the unlocking air outlet while the master unit 12th and the tool unit 14th are decoupled. The valve 120 prevents the delivery of a pneumatic fluid during this time. When the master unit 12th to a new tool unit 14th triggers, a plunger is generated by the pneumatic master module 26th protrudes from contact with the pneumatic tool module 36 depressed, causing the valve 120 is opened and the free flow of the Allows unlocking pneumatic fluids in both directions.

Wenn die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander gekoppelt sind, strömt ein Entriegelungs-Pneumatikfluid durch das Ventil 120 und durch eine pneumatische Kupplung 30 zwischen dem pneumatischen Mastermodul 26 der und dem pneumatischen Werkzeugmodul 36. Wenn ein angebrachtes Werkzeug richtig in einem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist (und daher das pneumatische Werkzeugmodul 36 auch richtig auf dem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist), strömt das Entriegelungs-Pneumatikfluid weiter durch einen Durchgang 62 in dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 und durch eine weitere pneumatische Kupplung 68 zwischen dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 und dem Werkzeuggestell 48. Ein „Loop-Back“-Kanal 70 in dem Werkzeuggestell 48 leitet das Entriegelungs-Pneumatikfluid zurück in das pneumatische Werkzeugmodul 36.When the master unit 12th and the tool unit 14th are coupled together, an unlocking pneumatic fluid flows through the valve 120 and by a pneumatic coupling 30th between the pneumatic master module 26th the and the pneumatic tool module 36 . When an attached tool is properly in a tool rack 48 is arranged (and therefore the pneumatic tool module 36 also correctly on the tool rack 48 is arranged), the unlocking pneumatic fluid continues to flow through a passage 62 in the pneumatic tool module 36 and by another pneumatic coupling 68 between the pneumatic tool module 36 and the tool rack 48 . A "loop back" channel 70 in the tool rack 48 routes the unlocking pneumatic fluid back into the pneumatic tool module 36 .

Das von dem Werkzeuggestell 48 in das pneumatische Werkzeugmodul 36 zurückkehrende Entriegelungs-Pneumatikfluid wird durch eine Sicherheitskupplung 122 geleitet. Die Sicherheitskupplung 122 weist ein männliches Kupplungselement 122a auf dem Werkzeuggestell 48 auf, das in einem weiblichen Kupplungselement 122b aufgenommen ist, wenn das pneumatische Werkzeugmodul 36 richtig auf dem Werkzeuggestell 48 ausgerichtet ist. Das männliche Kupplungselement 122a ist im Allgemeinen zylindrisch, mit einem Dichtungs-O-Ring an einem Basisende und einem abgeschrägten Konus an einem distalen Ende. In dem zylindrischen Abschnitt sind Luftdurchgangslöcher ausgebildet. Das weibliche Kupplungselement 122b umfasst zwei koaxiale, zylindrische Bohrungen. Eine untere Bohrung ist zur Außenseite hin offen, die dem Werkzeuggestell 48 zugewandt und so bemessen und geformt ist, dass sie den zylindrischen Abschnitt des männlichen Kupplungselements 122a aufnehmen kann. Die obere Bohrung weist einen kleineren Durchmesser als die untere Bohrung auf und ist zur Atmosphäre hin offen. An dem Schnittpunkt der oberen und unteren Bohrung ist ein Dichtungs-O-Ring angeordnet.The one from the tool rack 48 into the pneumatic tool module 36 returning unlocking pneumatic fluid is through a safety coupling 122 directed. The safety coupling 122 has a male coupling element 122a on the tool rack 48 on that in a female coupling element 122b is included when the pneumatic tool module 36 correctly on the tool rack 48 is aligned. The male coupling element 122a is generally cylindrical, with a sealing O-ring on a base end and a tapered cone on a distal end. Air through holes are formed in the cylindrical portion. The female coupling element 122b includes two coaxial, cylindrical bores. A lower hole is open to the outside, which is the tool frame 48 facing and sized and shaped to the cylindrical portion of the male coupling element 122a can accommodate. The upper bore has a smaller diameter than the lower bore and is open to the atmosphere. A sealing O-ring is located at the intersection of the upper and lower bores.

Im Betrieb, wenn das pneumatische Werkzeugmodul 36 richtig auf dem Werkzeuggestell 48 platziert und mit diesem ausgerichtet ist, ist der zylindrische Teil des männlichen Kupplungselements 122a innerhalb der unteren Bohrung des weiblichen Kupplungselements 122b angeordnet. Die untere Bohrung ist an dem unteren Ende durch einen Kontakt mit dem O-Ring an der Basis des männlichen Kupplungselements 122a abgedichtet. Die untere Bohrung ist an dem oberen Ende ebenfalls abgedichtet, indem der abgeschrägte Konus des männlichen Kupplungselements 122a gegen den O-Ring an dem Schnittpunkt der unteren und oberen Bohrung des weiblichen Kupplungselements 122b drückt. Ein Pneumatikfluid entweicht durch die Luftdurchgangslöcher, die in dem zylindrischen Teil des männlichen Kupplungselements 122a ausgebildet sind, und wird durch den Kanal 76 geleitet, der mit der unteren Bohrung des weiblichen Kupplungselements 122b in Verbindung steht.In operation when the pneumatic tool module 36 correctly on the tool rack 48 placed and aligned with this is the cylindrical portion of the male coupling element 122a within the lower bore of the female coupling element 122b arranged. The lower bore is at the lower end by contact with the O-ring on the base of the male coupling element 122a sealed. The lower bore is also sealed at the upper end by the tapered cone of the male coupling element 122a against the O-ring at the intersection of the lower and upper bores of the female coupling element 122b presses. Pneumatic fluid escapes through the air passage holes made in the cylindrical part of the male coupling element 122a are formed, and is through the channel 76 routed to the lower bore of the female coupling element 122b communicates.

Die Sicherheitskupplung 122 stellt sicher, dass das pneumatische Modul 36 der Werkzeugeinheit richtig auf dem Werkzeuggestell 48 platziert und mit diesem ausgerichtet ist. Wenn entweder der untere oder der obere O-Ring nicht abdichtet, geht der pneumatische Druck in die Atmosphäre verloren und treibt den Kolben 56 nicht zum Entkoppeln an. Bei einer Ausführungsform wird die korrekte Ausrichtung zwischen dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 und dem Werkzeuggestell 48 durch einen oder mehrere Ausrichtstifte 124 auf der Werkzeugeinheit 14 oder dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 und entsprechende Ausrichtungsbohrungen 126 in dem Werkzeuggestell unterstützt. Natürlich können ähnliche Lokalisierungs-/Ausrichtungsmerkmale auf einem angebrachten Roboterwerkzeug zur Verfügung gestellt werden. Obwohl sie hierin als O-Ringe beschrieben sind, können alle geeigneten Dichtungselemente verwendet werden, um eine pneumatische Dichtung an dem unteren und oberen Ende der unteren Bohrung des weiblichen Kupplungselements 122b bereitzustellen.The safety coupling 122 makes sure the pneumatic module 36 the tool unit correctly on the tool rack 48 placed and aligned with it. If either the lower or upper o-ring does not seal, the pneumatic pressure is lost to the atmosphere and drives the piston 56 not to decouple. In one embodiment, the correct alignment is made between the pneumatic tool module 36 and the tool rack 48 by one or more alignment pins 124 on the tool unit 14th or the pneumatic tool module 36 and corresponding alignment holes 126 supported in the tool rack. Of course, similar location / alignment features can be provided on an attached robotic tool. Although described herein as O-rings, any suitable sealing element can be used to pneumatically seal the lower and upper ends of the lower bore of the female coupling element 122b provide.

Das Entriegelungs-Pneumatikfluid von der Sicherheitskupplung 122 verläuft durch den Kanal 76, eine pneumatische Kupplung 40 zwischen dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 und dem pneumatischen Mastermodul 26 und durch den Kanal 60 zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56. Bei der dargestellten Ausführungsform ist an der Schnittstelle des Luftkanals 60 zwischen dem pneumatischen Mastermodul 26 und der Mastereinheit 12 ein Dichtungs-O-Ring vorhanden.The unlocking pneumatic fluid from the safety coupling 122 runs through the canal 76 , a pneumatic coupling 40 between the pneumatic tool module 36 and the pneumatic master module 26th and through the canal 60 to the decoupling connection of the piston 56 . In the embodiment shown, the air duct is at the interface 60 between the pneumatic master module 26th and the master unit 12th a sealing O-ring is available.

Die Funktionsweise der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 12A-F beschrieben, wobei die Bezugszeichen der inneren Durchgänge bzw. Kanäle, Kupplungen und dergleichen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen wurden. 12A-F stellen auch ein Pneumatikventil mit 2 Stellungen in der Luftsteuerungseinrichtung 58 dar, das unter der Steuerung eines Robotersteuerungssystems (nicht dargestellt) arbeitet. In 12A ist die Mastereinheit 12 an einem Roboterarm angebracht (nicht abgebildet), und es ist kein Werkzeug angebracht. Der Kolben 56 befindet sich in der Entriegelungs- bzw. Entkopplungsstellung, und weder auf den Kopplungs- noch auf den Entkopplungsanschluss wird Druck ausgeübt. Der Entriegelungssensor 82, falls vorhanden, gibt ein Signal aus, das anzeigt, dass sich der Kolben 56 in der Entriegelungsstellung befindet. Das Ventil in dem Luftsteuerungssystem 58 gibt an dem Entriegelungsluftausgang ein Pneumatikfluid aus, das durch das federbelastete Ventil 120 blockiert wird.The operation of the seventh embodiment of the present invention will be explained with reference to FIG 12A-F described, wherein the reference numerals of the inner passages or channels, couplings and the like have been omitted for the sake of clarity. 12A-F also provide a pneumatic valve with 2 positions in the air control device 58 operating under the control of a robot control system (not shown). In 12A is the master unit 12th attached to a robotic arm (not shown), and no tool is attached. The piston 56 is in the unlocked or uncoupling position and pressure is not exerted on either the coupling or the decoupling connection. The unlock sensor 82 if present, emits a signal indicating that the piston is moving 56 is in the unlocked position. The valve in that Air control system 58 releases a pneumatic fluid at the unlocking air outlet, which flows through the spring-loaded valve 120 blocked.

12B stellt die siebte Ausführungsform dar, während der Roboterarm die Mastereinheit 12 in einen anfänglichen Kontakt mit der Werkzeugeinheit 14 bringt. Das Ventil in dem Luftsteuerungssystem 58 schaltet, um ein Pneumatikfluid an dem Verriegelungsluftausgang auszugeben und ein Pneumatikfluid in der Entriegelungsluftleitung abzulassen. Das Verriegelungs-Pneumatikfluid beginnt, den Kolben 56 in Richtung der Kopplungs- bzw. Verriegelungsstellung zu treiben, wie es durch den Druckpfeil in der Kopplungskammer des Kolbens 56 dargestellt ist. Dadurch wird versucht, ein Pneumatikfluid aus dem Entkopplungsanschluss zu treiben, das (soweit es nicht aus den nicht vollständig abgedichteten Kupplungen 30, 40 austritt) den Druck durch das pneumatische Werkzeugmodul 36, das Werkzeuggestell 48, das pneumatische Werkzeugmodul 36 und das pneumatische Mastermodul 26 leitet, wo es durch das Ventil 120 angehalten wird, das immer noch geschlossen ist, da sein Plunger nicht vollständig niedergedrückt ist. 12B shows the seventh embodiment, while the robot arm is the master unit 12th into initial contact with the tool unit 14th brings. The valve in the air control system 58 switches to dispense a pneumatic fluid at the locking air outlet and to vent a pneumatic fluid in the unlocking air line. The locking pneumatic fluid begins to pull the piston 56 to drive in the direction of the coupling or locking position, as indicated by the pressure arrow in the coupling chamber of the piston 56 is shown. As a result, an attempt is made to drive a pneumatic fluid out of the decoupling connection which (if it does not come from the not completely sealed couplings 30th , 40 exit) the pressure through the pneumatic tool module 36 , the tool rack 48 , the pneumatic tool module 36 and the pneumatic master module 26th directs where it is through the valve 120 which is still closed because its plunger is not fully depressed.

12C stellt die siebte Ausführungsform dar, nachdem die Mastereinheit 12 vollständig mit der Werkzeugeinheit 14 verbunden und gekoppelt wurde. Das Ventil 120 ist offen, da sein Plunger durch Kontakt mit dem pneumatischen Werkzeugmodul 36 niedergedrückt wird, und das Pneumatikfluid aus der Entkopplungskammer des Kolbens 56 wird durch das Ventil in dem Luftsteuerungssystem 58 entlüftet. Es sei angermerkt, dass für den Durchfluss des Entriegelungs-Pneumatikfluids durch das pneumatische Werkzeugmodul 36 und das Werkzeuggestell 48 das pneumatische Werkzeugmodul 36 auf dem Werkzeuggestell 48 sitzen und mit diesem richtig ausgerichtet sein muss. Dies ist erforderlich, damit die untere Bohrung des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung 122 sowohl an ihrem oberen als auch an ihrem unteren Ende abgedichtet ist, so dass das Entriegelungs-Pneumatikfluid innerhalb des Weges durch das pneumatische Werkzeugmodul 36 und das Werkzeuggestell 48 verbleibt, wie es dargestellt ist. Das Ventil des Luftsteuerungssystems 58 sorgt für eine kontinuierliche Versorgung der Kopplungskammer des Kolbens 58 mit einem Verriegelungs-Pneumatikfluid, wie es durch den Druckpfeil angezeigt ist. Der Verriegelungssensor 84, falls vorhanden, zeigt an, dass sich der Kolben 58 in der Verriegelungs- oder vollständig gekoppelten Stellung befindet. 12C illustrates the seventh embodiment after the master unit 12th complete with the tool unit 14th connected and paired. The valve 120 is open because its plunger comes into contact with the pneumatic tool module 36 is depressed, and the pneumatic fluid from the decoupling chamber of the piston 56 is through the valve in the air control system 58 vented. It should be noted that for the flow of the unlocking pneumatic fluid through the pneumatic tool module 36 and the tool rack 48 the pneumatic tool module 36 on the tool rack 48 must sit and be properly aligned with it. This is necessary to allow the lower hole of the female part 122b the safety coupling 122 is sealed at both its upper and lower ends so that the unlocking pneumatic fluid is within the path through the pneumatic tool module 36 and the tool rack 48 remains as shown. The valve of the air control system 58 ensures a continuous supply of the coupling chamber of the piston 58 with a locking pneumatic fluid as indicated by the pressure arrow. The lock sensor 84 if present, indicates that the piston is moving 58 is in the locked or fully coupled position.

In 12D hat der Roboter die Mastereinheitsanordnung und eine angekoppelte Werkzeugeinheitsanordnung (mit einem angebrachten Roboterwerkzeug, nicht abgebildet) von dem Werkzeuggestell 48 entfernt. Das Luftsteuerungssystem 58 liefert weiterhin einen positiven pneumatischen Druck auf die Verriegelungsluftleitung und treibt den Kolben 56 kontinuierlich in die Kopplungsstellung. Der Verriegelungssensor 84, falls vorhanden, zeigt fortlaufend an, dass sich der Kolben 58 in der verriegelten oder vollständig gekoppelten Stellung befindet.In 12D the robot has the master unit assembly and a coupled tool unit assembly (with an attached robot tool, not shown) from the tool rack 48 away. The air control system 58 continues to provide positive pneumatic pressure on the lock air line and propel the piston 56 continuously in the coupling position. The lock sensor 84 , if present, continuously indicates that the piston is moving 58 is in the locked or fully coupled position.

Die siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in einer Ausführungsform davon, weist ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal auf, das vor einer unwahrscheinlichen, aber möglichen Ursache einer versehentlichen Entkopplung der Werkzeugeinheit 14 von der Mastereinheit 12 schützt. Bevor auf dieses Merkmal eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den 11 und 12A-F um pneumatische schematische Darstellungen handelt - sie sind beispielsweise keine Schnittdarstellungen. Obwohl es in den 12A-F nicht dargestellt ist und am besten in den 13 und 14 zu erkennen ist, erstreckt sich zumindest ein Teil des pneumatischen Werkzeugmoduls 36 von dem pneumatischen Mastermodul 26 nach außen (aus der Zeichnungsebene heraus), wenn die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 miteinander gekoppelt sind.The seventh embodiment of the present invention, in one embodiment thereof, has an additional safety feature that prevents an unlikely but possible cause of an inadvertent decoupling of the tool unit 14th from the master unit 12th protects. Before discussing this feature, it should be noted that the 11 and 12A-F are pneumatic schematic representations - they are, for example, not sectional representations. Although it is in the 12A-F is not shown and best in the 13th and 14th can be seen, at least a part of the pneumatic tool module extends 36 from the pneumatic master module 26th outwards (out of the plane of the drawing) when the master unit 12th and the tool unit 14th are coupled to each other.

Ein Schlüssel für den Betrieb der Sicherheitskupplung 122 ist, dass die obere Bohrung des weiblichen Teils 122b zur Atmosphäre hin offen ist - dies erfordert, dass der obere, konisch verjüngte Teil des männlichen Teils 122a gegen einen O-Ring drückt, um eine Dichtung zu bilden, wodurch die untere Bohrung zu einer abgedichteten Kammer wird, die die Weiterleitung eines Pneumatikfluids unterstützt (im Gegensatz zum Ablassen in die Atmosphäre). Obwohl es in 12D den Anschein hat, dass die obere Bohrung durch den Kontakt mit dem pneumatischen Mastermodul 26 abgedichtet (oder zumindest blockiert) ist, ist dies in Wirklichkeit nicht der Fall. Wie die 13 und 14 zeigen, ist der weibliche Teil 122b der Sicherheitskupplung an einem Teil des pneumatischen Werkzeugmoduls 36 ausgebildet, der sich von dem pneumatischen Mastermodul 26 nach außen erstreckt und es daher nicht berührt.A key for the operation of the safety clutch 122 is that the top hole of the female part 122b is open to the atmosphere - this requires the upper, conically tapered part of the male part 122a presses against an O-ring to form a seal, thereby making the lower bore into a sealed chamber that assists in the flow of pneumatic fluid (as opposed to venting to atmosphere). Although it is in 12D it appears that the upper hole is through contact with the pneumatic master module 26th is sealed (or at least blocked), in reality this is not the case. As the 13th and 14th show is the female part 122b the safety coupling on part of the pneumatic tool module 36 formed, which differs from the pneumatic master module 26th extends outwards and therefore does not touch it.

In ähnlicher Weise erstreckt sich mindestens eine Durchgangsbohrung 123, die sich in der Nähe des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung 122 befindet, durch einen Abschnitt des pneumatischen Werkzeugmoduls 36, der sich von dem pneumatischen Mastermodul 26 nach außen erstreckt. Wie es in den 13 und 14 dargestellt ist, können zwei oder mehr Durchgangsbohrungen 123 vorhanden sein. 13 ist eine perspektivische Darstellung des Roboter-Werkzeugwechslers 10, und 14 ist ein Schnitt durch die Mitte des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung 122 an dem pneumatischen Werkzeugmodul 36.At least one through hole extends in a similar manner 123 that are near the female part 122b the safety coupling 122 located through a section of the pneumatic tool module 36 that differs from the pneumatic master module 26th extends outwards. Like it in the 13th and 14th shown can have two or more through holes 123 to be available. 13th Figure 3 is a perspective view of the robotic tool changer 10 , and 14th is a cut through the middle of the female part 122b the safety coupling 122 on the pneumatic tool module 36 .

Die Durchgangsbohrungen 123 weisen auf ihrer gesamten Länge vorzugsweise einen größeren Durchmesser als die obere Kammer des weiblichen Abschnitts 122b auf. Jede Durchgangsbohrung 123 stellt einen Weg mit geringem Widerstand für Druckluft bereit, die auf die untere Bohrung des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung 122 gerichtet ist, wenn ein Werkzeug angebracht ist und arbeitet (d.h. sich nicht in einem Werkzeuggestell 48 befindet). Viele Roboteroperationen wie Schleifen, Schmirgeln, Fräsen, Entgraten und dergleichen erzeugen Trümmer wie Späne, Staub oder andere Partikel, deren Ansammlung die Ausführung der Aufgabe behindern kann. Dementsprechend ist es bei einigen Roboteroperationen gängige Praxis, die anstehende Aufgabe periodisch anzuhalten und die Oberflächen des Roboterwerkzeugs und des Roboterwerkzeugwechslers zu reinigen, indem Druckluft darüber geblasen wird. Wenn ein Techniker einen Druckluftstrom über die Öffnung entweder auf die obere oder untere Bohrung des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung richtet, während seine Hand oder ein anderer Gegenstand die gegenüberliegende Öffnung versperrt, kann der Luftdruck durch die Kanäle 76 und 60 geleitet werden (siehe 11), wodurch Druck auf den Entkopplungsanschluss des Kolbens 56 ausgeübt wird. Würde dieser Druck den Druck übersteigen, der durch das Verriegelungs-Pneumatikfluid, welches durch das Luftsteuerungssystem 58 an dem Verriegelungsluftausgang ausgegeben wird, kann sich der Kolben 56 in Richtung der Entkopplungs- oder Entriegelungsstellung bewegen, wodurch die Werkzeugeinheit 14 (und damit ein angebrachtes Werkzeug) von der Mastereinheit 12 entkoppelt werden kann, was ein unsicheres „Werkzeugabfall“-Ereignis verursacht.The through holes 123 preferably have a larger diameter than the upper chamber of the female over their entire length Section 122b on. Any through hole 123 provides a low resistance path for pressurized air to hit the lower bore of the female part 122b the safety coupling 122 is directed when a tool is attached and working (ie not in a tool rack 48 is located). Many robotic operations, such as grinding, sanding, milling, deburring, and the like, create debris such as chips, dust, or other particles, the accumulation of which can impede the task at hand. Accordingly, it is common practice in some robotic operations to periodically stop the task at hand and clean the surfaces of the robotic tool and robotic tool changer by blowing compressed air over them. When a technician applies a stream of compressed air through the port to either the upper or lower bore of the female part 122b the safety coupling sets up while his hand or another object is blocking the opposite opening, the air pressure can flow through the ducts 76 and 60 be directed (see 11 ), which puts pressure on the decoupling connection of the piston 56 is exercised. If this pressure would exceed the pressure exerted by the interlocking pneumatic fluid exerted by the air control system 58 is output at the locking air outlet, the piston can move 56 move in the direction of the decoupling or unlocking position, whereby the tool unit 14th (and thus an attached tool) from the master unit 12th can be decoupled causing an unsafe "tool waste" event.

Die Bereitstellung einer oder mehrerer Durchgangsbohrungen 123, die sich in der Nähe des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung 122 befinden, verringert diese geringe Wahrscheinlichkeit. Die Durchgangsbohrungen 123 stellen einen Weg mit geringerem Widerstand für den Druckluftstrom von außen bereit und leiten den Luftstrom um, der ansonsten durch die Pneumatikkanäle 76, 60 strömen könnte. Tatsächlich zeigen Tests, dass in vielen Fällen die hohe Durchflussrate der Druckluft durch die Durchgangsbohrungen 123 einen Venturi-Effekt erzeugt und den Luftdruck in der unteren Bohrung des weiblichen Abschnitts 122b der Sicherheitskupplung 122 tatsächlich auf etwas unter einen Atmosphärendruck reduziert. Obwohl in den 11 und 12A-F nur eine Durchgangsbohrung 123 dargestellt ist, sollten vorzugsweise zwei oder mehr Durchgangsbohrungen 123 vorhanden sein, wie es in den 13 und 14 dargestellt ist, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass alle gleichzeitig während eines Druckluft-Abblasreinigungsvorgangs verstopft werden. 14 ist eine Schnittdarstellung durch den weiblichen Teil 122b der Sicherheitskupplung 122, die die untere und obere Bohrung, den Dichtungs-O-Ring und den Pneumatikkanal 76 darstellt. Die Durchgangsbohrungen 123 sind durch gestrichelte Linien gekennzeichnet.The provision of one or more through holes 123 that are near the female part 122b the safety coupling 122 reduces this low probability. The through holes 123 provide a path with less resistance for the flow of compressed air from the outside and divert the flow of air that would otherwise pass through the pneumatic ducts 76 , 60 could flow. In fact, tests show that in many cases the high flow rate of compressed air through the through holes 123 creates a venturi effect and the air pressure in the lower bore of the female section 122b the safety coupling 122 actually reduced to something below one atmospheric pressure. Although in the 11 and 12A-F only one through hole 123 is shown, should preferably have two or more through holes 123 be present as it is in the 13th and 14th is shown to reduce the likelihood of all of them becoming clogged at the same time during a compressed air blow-off cleaning operation. 14th is a sectional view through the female part 122b the safety coupling 122 showing the lower and upper bore, the sealing O-ring and the pneumatic duct 76 represents. The through holes 123 are indicated by dashed lines.

12E stellt die siebte Ausführungsform dar, nachdem der Roboter das Werkzeug zum Werkzeuggestell 48 zurückgebracht und die Mastereinheit 12 von der Werkzeugeinheit 14 abgekoppelt hat. Das Ventil in dem Luftsteuerungssystem 58 gibt pneumatischen Druck an dem Entriegelungsluftausgang aus und entlüftet das in der Verriegelungsluftleitung zurückkehrende Pneumatikfluid. Beispielsweise kann das Luftsteuerungssystem 58 ein Signal von einem Werkzeuggestellsensor (nicht abgebildet) empfangen, das anzeigt, dass das Werkzeug im Gestell angeordnet ist. Das Entriegelungs-Pneumatikfluid strömt durch das Ventil 120 in dem pneumatischen Mastermodul 26 (das offen gehalten wird, indem sein Plunger durch Kontakt mit dem pneumatischen Modul 36 des Werkzeugs niedergedrückt wird) und durch das pneumatische Werkzeugmodul 36 und das Werkzeuggestell 48. Da das pneumatische Modul 36 auf dem Werkzeuggestell 48 platziert und korrekt mit diesem ausgerichtet ist, dichtet die untere Bohrung des weiblichen Teils 122b der Sicherheitskupplung sowohl an dem unteren als auch an dem oberen Ende ab, und das Pneumatikfluid strömt von dem Werkzeuggestell durch die Sicherheitskupplung und zu dem Entkopplungsanschluss des Kolbens 56, wie es durch die Druckpfeile in der Entkopplungskammer dargestellt ist. Der Entriegelungssensor, falls vorhanden, zeigt an, dass sich der Kolben 56 in der Entriegelungs- bzw. Entkopplungsstellung befindet. 12E illustrates the seventh embodiment after the robot takes the tool to the tool rack 48 brought back and the master unit 12th from the tool unit 14th has disconnected. The valve in the air control system 58 outputs pneumatic pressure to the unlocking air outlet and vents the pneumatic fluid returning in the locking air line. For example, the air control system 58 receive a signal from a tool rack sensor (not shown) indicating that the tool is in the rack. The unlocking pneumatic fluid flows through the valve 120 in the pneumatic master module 26th (which is kept open by its plunger through contact with the pneumatic module 36 of the tool) and through the pneumatic tool module 36 and the tool rack 48 . As the pneumatic module 36 on the tool rack 48 placed and correctly aligned with it, seals the lower bore of the female part 122b the safety coupling from both the lower and the upper end, and the pneumatic fluid flows from the tool frame through the safety coupling and to the decoupling connection of the piston 56 as shown by the pressure arrows in the decoupling chamber. The unlocking sensor, if present, indicates that the piston is moving 56 is in the unlocked or uncoupled position.

12F stellt die siebte Ausführungsform dar, nachdem die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt wurden und der Roboter die Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung entfernt hat (z. B. um ein anderes Werkzeug anzubringen). Um zu verhindern, dass sich der Kolben 56 in die Kopplungsstellung bewegt, was das Anbringen einer anderen Werkzeugeinheit 14 ausschließen könnte, gibt das Luftzufuhrsystem 58 fortlaufend ein Pneumatikfluid an dem Entriegelungsluftausgang aus (um eine Druckbeaufschlagung der Verriegelungsluftleitung zu vermeiden). Das Ventil 120 in dem pneumatischen Mastermodul 26 stoppt jedoch den Strom des Pneumatikfluids, da der Plunger nicht mehr durch den Kontakt mit dem pneumatischen Modul 36 des Werkzeugs niedergedrückt wird. Der Entriegelungssensor, falls vorhanden, zeigt an, dass sich der Kolben 56 in der Entriegelungs- bzw. Entkopplungsstellung befindet und bereit ist, ein anderes Roboterwerkzeug anzubringen. 12F illustrates the seventh embodiment after the master unit 12th and the tool unit 14th have been decoupled and the robot has removed the master unit assembly from the tool unit assembly (e.g. to attach another tool). To prevent the plunger from moving 56 moved into the coupling position, which means attaching another tool unit 14th could rule out there the air supply system 58 continuously discharges a pneumatic fluid at the unlocking air outlet (to avoid pressurizing the locking air line). The valve 120 in the pneumatic master module 26th however, the flow of pneumatic fluid stops because the plunger is no longer in contact with the pneumatic module 36 of the tool is depressed. The unlocking sensor, if present, indicates that the piston is moving 56 is in the unlocked or uncoupling position and is ready to attach another robot tool.

15 stellt gemäß der siebten Ausführungsform ein inhärent sicheres Verfahren 130 zum Lösen eines Roboterwerkzeugs von einem Roboter dar. Eine Mastereinheitsanordnung 12, 26 eines Werkzeugwechslers 10 ist an dem Roboter angebracht und eine Werkzeugeinheitsanordnung 14, 36 des Werkzeugwechslers 10 ist an dem Roboterwerkzeug angebracht. Ein pneumatischer Kopplungsmechanismus 56 koppelt selektiv die Mastereinheitsanordnung 12, 26 und die Werkzeugeinheitsanordnung 14, 36 miteinander. Der Roboter wird so positioniert, dass er das Werkzeug in einer vorbestimmten Position in einem Werkzeuggestell 48 platziert (Block 132). Ein Pneumatikfluid wird von einer Luftquelle 58 empfangen (Block 134). Das Pneumatikfluid wird zu dem Werkzeuggestell geleitet (Block 136). Zum Beispiel wird, wie es in 11 dargestellt ist, das Pneumatikfluid an dem Entriegelungsluft-Eingangsanschluss 118 empfangen, strömt durch das Ventil 120 (da das pneumatische Mastermodul 26 und das pneumatische Werkzeugmodul 36 aneinanderstoßen) und dann durch die Kupplungen 30, den Kanal 62 und die Kupplungen 68 zu dem Werkzeuggestell 48. Wenn die Werkzeugeinheitsanordnung 14, 36 auf dem Werkzeuggestell platziert und richtig ausgerichtet ist (Block 138), wird das Pneumatikfluid von dem Werkzeuggestell 48 über die Sicherheitskupplung 122 empfangen. Dieses Pneumatikfluid wird dann zu einem Entkopplungsanschluss des pneumatischen Kopplungsmechanismus 56 geleitet (Block 140), z.B. über den Kanal 76, die Kupplungen 40 und den/die Kanal/Kanäle 60. Wenn andererseits die Werkzeugeinheitsanordnung 14, 36 nicht auf dem Werkzeuggestell platziert oder nicht richtig ausgerichtet ist (Block 138), wird das Pneumatikfluid von dem Werkzeuggestell 48 in die Atmosphäre entlüftet (Block 142), da die untere Bohrung des Kupplungselements 122b der Sicherheitskupplung 122 nicht richtig abdichtet. In diesem Fall kommt es zu einem Druckverlust, und der pneumatische Kopplungsmechanismus 56 kann nicht in die Entkopplungsstellung bewegt werden. 15th provides an inherently secure method according to the seventh embodiment 130 for releasing a robot tool from a robot. A master unit assembly 12th , 26th a tool changer 10 is on the robot attached and a tool unit assembly 14th , 36 of the tool changer 10 is attached to the robot tool. A pneumatic coupling mechanism 56 selectively couples the master unit assembly 12th , 26th and the tool unit assembly 14th , 36 together. The robot is positioned so that it has the tool in a predetermined position in a tool frame 48 placed (block 132 ). Pneumatic fluid is supplied from a source of air 58 received (block 134 ). The pneumatic fluid is directed to the tool frame (block 136 ). For example, as it is in 11 is shown, the pneumatic fluid at the unlocking air input port 118 received, flows through the valve 120 (because the pneumatic master module 26th and the pneumatic tool module 36 butt against each other) and then through the couplings 30th , the channel 62 and the clutches 68 to the tool rack 48 . When the tool unit assembly 14th , 36 placed on the tool rack and properly aligned (block 138 ), the pneumatic fluid is removed from the tool rack 48 via the safety coupling 122 receive. This pneumatic fluid then becomes a decoupling connection of the pneumatic coupling mechanism 56 directed (block 140 ), e.g. via the canal 76 who have favourited clutches 40 and the channel (s) 60 . On the other hand, if the tool unit assembly 14th , 36 is not placed on the tool rack or is not properly aligned (block 138 ), the pneumatic fluid is removed from the tool rack 48 vented to atmosphere (block 142 ), as the lower bore of the coupling element 122b the safety coupling 122 does not seal properly. In this case, there is a loss of pressure, and the pneumatic coupling mechanism 56 cannot be moved to the uncoupling position.

Diese siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt das entscheidende Sicherheitsmerkmal bereit, um sicherzustellen, dass ein Roboterwerkzeug sicher in einem Werkzeuggestell 48 angeordnet ist, bevor eine Werkzeugeinrichtung 14 von der Mastereinrichtung 12 entkoppelt werden kann. Da die eigentliche Antriebskraft zum Antreiben des Kolbens 56 in die Entkopplungsstellung durch das Werkzeuggestell geleitet wird, ist es für die Mastereinheit 12 unmöglich, die Werkzeugeinheit 14 zu entkoppeln, wenn das pneumatische Werkzeugmodul 36 nicht ordnungsgemäß auf dem Werkzeuggestell angeordnet ist - selbst wenn ein Softwarefehler oder eine andere unsachgemäße Bedienung die Ausgabe eines solchen Befehls ermöglichte. Darüber hinaus müssen sich das Werkzeug und das pneumatische Werkzeugmodul 36 in der richtigen Position und Ausrichtung auf dem Werkzeuggestell befinden, um entkoppelt werden zu können, was durch die Sicherheitskupplung 122 erzwungen wird. Durchgangsbohrungen 123 verkleinern sogar die geringe Möglichkeit eines versehentlichen Werkzeugabfalls, wenn der Werkzeugwechsler 10 mit Druckluft sauber geblasen wird.This seventh embodiment of the present invention provides the critical safety feature to ensure that a robotic tool is safely in a tool rack 48 is arranged before a tool device 14th from the master facility 12th can be decoupled. Because the actual driving force to drive the piston 56 is passed into the decoupling position through the tool frame, it is for the master unit 12th impossible to the tool unit 14th to decouple when the pneumatic tool module 36 is not properly arranged on the tool rack - even if a software error or other improper operation enabled such a command to be issued. In addition, the tool and the pneumatic tool module must be 36 are in the correct position and alignment on the tool rack in order to be able to be decoupled, which is done by the safety coupling 122 is forced. Through holes 123 even reduce the small chance of accidental tool waste when using the tool changer 10 is blown clean with compressed air.

Die siebte Ausführungsform ist sehr kosteneffektiv - sie erfordert nur ein einziges Luftsteuerungssystem 58 an dem Roboterarm (es ist keine separate Luftzufuhr oder ein Steuerventil an jedem Werkzeuggestell erforderlich). Darüber hinaus umfassen das Loop-Back-Merkmal des Werkzeuggestells und das pneumatische Werkzeugmodul 36 nur Anschlüsse, Kupplungen und Luftkanäle - es sind keine Ventile, Steuerungen, Elektronik oder Ähnliches erforderlich. Bei dem pneumatischen Mastermodul 26 ist nur ein einziges Ventil erforderlich, um den Durchfluss jeglichen Pneumatikfluids, welches durch den Entriegelungsluftausgang des Luftsteuersystems 58 ausgegeben wird, zu sperren, wenn die Mastereinheit 12 und die Werkzeugeinheit 14 entkoppelt und getrennt sind.The seventh embodiment is very cost effective - it only requires a single air control system 58 on the robot arm (no separate air supply or control valve is required on each tool rack). Also include the loop back feature of the tool rack and the pneumatic tool module 36 only connections, couplings and air ducts - no valves, controls, electronics or the like are required. With the pneumatic master module 26th only a single valve is required to control the flow of any pneumatic fluid coming through the air control system's unlocking air outlet 58 is output to lock when the master unit 12th and the tool unit 14th are decoupled and separated.

Wie es hier verwendet wird, wird unter dem Begriff „Pneumatikfluid“ unter Druck stehendes Gas, wie z.B. Druckluft, das zur Energieübertragung in pneumatischen Systemen dient, verstanden. Insbesondere ist ein Pneumatikfluid ein Gas mit einem Druck, der höher ist als der atmosphärische Umgebungsdruck. Im Allgemeinen wird davon ausgegangen, dass ein Pneumatikfluid in Bezug auf Gaszusammensetzung, Feuchtigkeit, Druck usw. ordnungsgemäß beschaffen und ordnungsgemäß gefiltert ist, um im Wesentlichen frei von Partikeln oder Verunreinigungen zu sein.As used here, the term "pneumatic fluid" means pressurized gas, such as compressed air, which is used to transfer energy in pneumatic systems. In particular, a pneumatic fluid is a gas with a pressure which is higher than the ambient atmospheric pressure. In general, it is believed that a pneumatic fluid is properly made in terms of gas composition, humidity, pressure, etc., and is properly filtered to be substantially free of particles or contaminants.

Obwohl sie als in den pneumatischen Modulen 26, 36 der Haupt- und Werkzeugeinheit, die an der Haupt- und Werkzeugeinheit 12, 14 angebracht sind, angeordnet beschrieben werden, können bei anderen Ausführungsformen die Pneumatikventile, die pneumatischen Leitungen, die pneumatischen Kanäle, Sicherheitskupplungen, Steuersignale und dergleichen in der Master- und Werkzeugeinheit 12, 14 selbst angeordnet sein. Dementsprechend bezieht sich der Begriff „Mastereinheitsanordnung“, wie er hier verwendet wird, für jede Ausführungsform entweder auf die Anordnung einer Mastereinheit 12 und eines pneumatischen Moduls 26 der Mastereinheit oder auf eine Mastereinheit 12 allein, die die funktionsfähigen pneumatischen Komponenten des pneumatischen Moduls 26 der Mastereinheit aufweist. In ähnlicher Weise bezieht sich der Begriff „Werkzeugeinheitsanordnung“ für jede Ausführungsform entweder auf die Anordnung einer Werkzeugeinheit 14 und eines pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit oder auf eine Werkzeugeinheit 12 allein, die die funktionsfähigen pneumatischen Komponenten des pneumatischen Moduls 36 der Werkzeugeinheit aufweist.Though they as in the pneumatic modules 26th , 36 the main and tool unit, those on the main and tool unit 12th , 14th are attached, are described arranged, in other embodiments the pneumatic valves, the pneumatic lines, the pneumatic channels, safety couplings, control signals and the like in the master and tool unit 12th , 14th be arranged by yourself. Accordingly, the term “master unit arrangement”, as used here, for each embodiment refers to either the arrangement of a master unit 12th and a pneumatic module 26th the master unit or on a master unit 12th only the functional pneumatic components of the pneumatic module 26th of the master unit. Similarly, the term “tool unit arrangement” for each embodiment refers to either the arrangement of a tool unit 14th and a pneumatic module 36 the tool unit or on a tool unit 12th only the functional pneumatic components of the pneumatic module 36 having the tool unit.

Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich auch auf andere als die hier spezifisch dargelegten Arten ausgeführt werden, ohne von wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, und alle Änderungen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, sollen darin aufgenommen sein.The present invention can of course also be applied to others than those specific here can be carried out without departing from essential features of the invention. The present embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, and all changes that come within the meaning and range of equivalency of the appended claims are intended to be embraced therein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 7252453 [0008, 0016, 0030, 0088, 0092]US 7252453 [0008, 0016, 0030, 0088, 0092]
  • US 8005570 [0008, 0016, 0030, 0088, 0092]US 8005570 [0008, 0016, 0030, 0088, 0092]
  • US 6840895 [0009]US 6840895 [0009]

Claims (10)

Roboterwerkzeugwechsler (10), welcher gekennzeichnet ist durch: eine Mastereinheitsanordnung, welche eine Mastereinheit (12) und ein pneumatisches Mastermodul (26) umfasst und betriebsbereit ist, um mit einem Roboter verbunden zu werden; eine Werkzeugeinheitsanordnung, welche eine Werkzeugeinheit (14) und ein pneumatisches Werkzeugmodul (36) umfasst und welche betriebsbereit ist, um mit einem Roboterwerkzeug verbunden zu werden, und darüber hinaus betriebsbereit ist, um mit einem Werkzeuggestell (48) ausgerichtet zu sein und auf diesem platziert zu sein, wenn sich ein verbundenes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell (48) befindet; einen pneumatisch betätigten Kopplungsmechanismus (56), welcher sich in der Mastereinheitsanordnung oder in der Werkzeugeinheitsanordnung befindet, welcher betriebsbereit ist, um selektiv die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung zusammenzukoppeln; wobei ein Pneumatikfluid, welches betriebsbereit ist, um zu bewirken, dass der Kopplungsmechanismus (56) die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung entkoppelt, von dem Werkzeuggestell (48) über eine Sicherheitskupplung (122) nur empfangen wird, wenn die Werkzeugeinheitsanordnung auf dem Werkzeuggestell (48) platziert und mit diesem ausgerichtet ist, wobei der Kopplungsmechanismus (56) nur entkoppeln kann, wenn sich ein angebrachtes Roboterwerkzeug in dem Werkzeuggestell (48) befindet.Robot tool changer (10), which is characterized by: a master unit assembly which comprises a master unit (12) and a pneumatic master module (26) and is operable to be connected to a robot; a tool unit assembly which includes a tool unit (14) and a pneumatic tool module (36) and which is operable to be connected to a robotic tool and also operable to be aligned with and placed on a tool rack (48) to be when an associated robotic tool is in the tool rack (48); a pneumatically operated coupling mechanism (56) located in the master unit assembly or in the tool unit assembly operable to selectively couple the master unit assembly and the tool unit assembly together; wherein pneumatic fluid, which is operative to cause the coupling mechanism (56) to decouple the master unit assembly and the tool unit assembly, is received from the tool frame (48) via a safety coupling (122) only when the tool unit assembly is on the tool frame (48) placed and aligned with this, wherein the coupling mechanism (56) can only decouple when an attached robot tool is in the tool frame (48). Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 1, wobei ein Pneumatikfluid, welches betriebsbereit ist, um zu bewirken, dass der Kopplungsmechanismus (56) die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung zusammenkoppelt, von einem Luftsteuerungssystem (58) empfangen wird.Tool changer (10) Claim 1 wherein pneumatic fluid operable to cause the coupling mechanism (56) to couple the master unit assembly and the tool unit assembly together is received by an air control system (58). Werkzeugwechsler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pneumatikfluid, welches betriebsbereit ist, um zu bewirken, dass der Kopplungsmechanismus (56) die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung entkoppelt, und von dem Werkzeuggestell (48) über eine Sicherheitskupplung (122) empfangen wird, durch den Werkzeugwechsler (10) von einem Luftsteuerungssystem (58) empfangen wird und zu dem Werkzeuggestell (48) geleitet wird.The tool changer of any of the preceding claims, wherein the pneumatic fluid that is operative to cause the coupling mechanism (56) to decouple the master unit assembly and the tool unit assembly and is received from the tool rack (48) via a safety coupling (122) through the Tool changer (10) is received by an air control system (58) and directed to the tool rack (48). Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitskupplung (122) ein weibliches Kupplungselement (122b), welches in dem Werkzeugwechsler (10) ausgebildet ist, umfasst, wobei das weibliche Kupplungselement (122b) umfasst: eine untere Bohrung, welche nach außen offen ist und dem Werkzeuggestell (48) zugewandt ist, wobei die untere Bohrung ausgelegt und ausgeformt ist, um ein entsprechendes männliches Kupplungselement (122a), welches auf dem Werkzeuggestell (48) angeordnet ist, aufzunehmen; eine obere Bohrung in einer Luftstromkommunikation mit der unteren Bohrung, wobei die obere Bohrung nach außen offen ist; ein erstes Dichtungselement, welches sich in der Nähe der Schnittstelle zwischen der unteren und der oberen Bohrung befindet; und ein Pneumatikfluidkanal (76), welcher die untere Bohrung in einer Luftstromkommunikation verbindet, wobei der Pneumatikfluidkanal zu einem Entkopplungsanschluss des Kopplungsmechanismus (56) führt.Tool changer (10) according to one of the preceding claims, wherein the safety coupling (122) comprises a female coupling element (122b) which is formed in the tool changer (10), wherein the female coupling element (122b) comprises: a lower bore which is open to the outside and faces the tool frame (48), the lower bore being designed and shaped to receive a corresponding male coupling element (122a) disposed on the tool frame (48); an upper bore in airflow communication with the lower bore, the upper bore being open to the outside; a first sealing element located near the interface between the lower and upper bores; and a pneumatic fluid channel (76) connecting the lower bore in air flow communication, the pneumatic fluid channel leading to a decoupling port of the coupling mechanism (56). Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 4, wobei die obere und die untere Bohrung koaxial sind.Tool changer (10) Claim 4 wherein the upper and lower bores are coaxial. Werkzeugwechsler (10) nach einem der Ansprüche 4-5, wobei, wenn sich ein Werkzeug, welches an dem Werkzeugwechsler (10) angebracht ist, in dem Werkzeuggestell (48) befindet, folgendes gilt: ein männliches Kupplungselement (122a) ist auf dem Werkzeuggestell (48) in der unteren Bohrung und zumindest teilweise in der oberen Bohrung angeordnet; das erste Dichtungselement ist betriebsbereit, um gegen das männliche Kupplungselement (122a) zu drücken, um so die untere Bohrung von der oberen Bohrung und damit von dem Äußeren durch die obere Bohrung abzudichten; und das Äußere des Werkzeugwechslers (10) an der unteren Bohrung ist betriebsbereit, um gegen ein zweites Dichtungselement zu drücken, welches sich auf dem Werkzeuggestell (48) befindet, um so die untere Bohrung von dem Äußeren abzudichten; wobei die untere Bohrung gegen das Äußere abgedichtet ist und ein Pneumatikfluid, welches von dem Werkzeuggestell (48) durch Luftstromöffnungen in dem männlichen Kupplungselement (122a) und in die untere Bohrung geleitet wird, strömt durch den Pneumatikfluidkanal zu einem Entkopplungsanschluss des Kopplungsmechanismus (56); und wobei irgendeine Fehlausrichtung des Werkzeugwechslers (10) auf dem Werkzeuggestell (48) bewirkt, dass eine oder beide Dichtungen ausfallen und ein Pneumatikfluid, welches von dem Werkzeuggestell (10) durch Luftstromöffnungen in dem männlichen Kupplungselement (122a) und in die untere Bohrung geleitet wird, zu dem Äußeren entkommt.Tool changer (10) after one of the Claims 4 - 5 , wherein if a tool which is attached to the tool changer (10) is located in the tool frame (48), the following applies: a male coupling element (122a) is on the tool frame (48) in the lower bore and at least partially in the upper bore arranged; the first sealing element is operable to press against the male coupling element (122a) so as to seal the lower bore from the upper bore and hence from the exterior through the upper bore; and the exterior of the tool changer (10) at the lower bore is operable to press against a second sealing element located on the tool rack (48) so as to seal the lower bore from the exterior; wherein the lower bore is sealed from the exterior and a pneumatic fluid, which is directed from the tool frame (48) through air flow openings in the male coupling element (122a) and into the lower bore, flows through the pneumatic fluid channel to a decoupling port of the coupling mechanism (56); and wherein any misalignment of the tool changer (10) on the tool rack (48) causes one or both of the seals to fail and pneumatic fluid directed from the tool rack (10) through airflow openings in the male coupling member (122a) and into the lower bore , escaping to the outside. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopplungsmechanismus (56) in der Mastereinheitsanordnung angeordnet ist; wobei die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung jeweils eine erste und eine zweite pneumatische Kupplung (30, 40) umfassen, welche angeordnet ist, um in einer Pneumatikfluid-Strombeziehung zusammenzupassen, wenn die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung zusammen gekoppelt sind, und betriebsbereit sind, um ein Pneumatikfluid zwischen der Werkzeugeinheitsanordnung und der Mastereinheitsanordnung weiterzuleiten; und wobei die Mastereinheitsanordnung eine Pneumatikfluidleitung (60) aufweist, welche betriebsbereit ist, um ein Pneumatikfluid zwischen der Werkzeugeinheitsanordnung und dem Entkopplungsanschluss des Kopplungsmechanismus (56) über die erste oder die zweite pneumatische Kupplung (30, 40) zu leiten.The tool changer (10) according to any one of the preceding claims, wherein the coupling mechanism (56) is arranged in the master unit arrangement; wherein the master unit assembly and the tool unit assembly each comprise first and second pneumatic couplings (30, 40) which are arranged to mate in a pneumatic fluid flow relationship when the master unit assembly and the tool unit assembly are coupled together and are operative to supply a pneumatic fluid relay between the tool assembly and the master assembly; and wherein the master unit arrangement has a pneumatic fluid line (60) which is operable to conduct a pneumatic fluid between the tool unit arrangement and the decoupling connection of the coupling mechanism (56) via the first or the second pneumatic coupling (30, 40). Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 7, wobei die Werkzeugeinheitsanordnung dritte und vierte pneumatische Kupplungen (68, 122) umfasst, welche angeordnet sind, um mit entsprechenden pneumatischen Kupplungen (68, 122) auf dem Werkzeuggestell (48) in einer Pneumatikfluid-Strombeziehung zusammenzupassen, wenn sich ein Werkzeug, welches an der Werkzeugeinheitsanordnung angebracht ist, in dem Werkzeuggestell (48) befindet; und wobei ein Pneumatikfluid, welches von der Werkzeugeinheitsanordnung über die dritten pneumatischen Kupplungen (68) zu dem Werkzeuggestell (48) zugeführt wird, durch die Werkzeugeinheitsanordnung von dem Werkzeuggestell (48) über die vierte pneumatische Kupplung (122) aufgenommen wird.Tool changer (10) Claim 7 wherein the tool assembly assembly includes third and fourth pneumatic couplings (68, 122) which are arranged to mate with corresponding pneumatic couplings (68, 122) on the tool rack (48) in pneumatic fluid flow relationship when a tool is in use the tool unit assembly is mounted in the tool frame (48); and wherein a pneumatic fluid which is supplied from the tool unit arrangement via the third pneumatic couplings (68) to the tool frame (48) is received by the tool unit arrangement from the tool frame (48) via the fourth pneumatic coupling (122). Inhärent sicheres Verfahren (130) zum Lösen eines Roboterwerkzeugs von einem Roboter, wobei eine Mastereinheitsanordnung eines Werkzeugwechslers (10) an dem Roboter angebracht ist und eine Werkzeugeinheitsanordnung des Werkzeugwechslers (10) an dem Roboterwerkzeug angebracht ist, und wobei ein pneumatischer Kopplungsmechanismus (56) selektiv die Mastereinheitsanordnung und die Werkzeugeinheitsanordnung miteinander koppelt, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: Anordnen (132) des Roboters, um so das Werkzeug in einer vorbestimmten Position in einem Werkzeuggestell (48) anzuordnen; Aufnehmen (134) eines Pneumatikfluids von einer Luftquelle (58); Leiten (136) des Pneumatikfluids zu dem Werkzeuggestell (48); Aufnehmen eines Pneumatikfluids von dem Werkzeuggestell (48) über eine Sicherheitskupplung (122), welche betriebsbereit ist, um das Pneumatikfluid unter Druck nur zu führen, wenn (138) die Werkzeugeinheitsanordnung auf dem Werkzeuggestell (48) platziert und mit diesem ausgerichtet ist, und betriebsbereit ist, um das Pneumatikfluid in die Atmosphäre abzulassen (142), wenn (138) die Werkzeugeinheitsanordnung nicht auf dem Werkzeuggestell (48) platziert oder mit diesem fehl ausgerichtet ist; und wenn (138) die Werkzeugeinheitsanordnung auf dem Werkzeuggestell (48) platziert und mit diesem ausgerichtet ist, Leiten (140) eines Pneumatikfluids von der Sicherheitskupplung (122) zu einem Entkopplungsanschluss des pneumatischen Kopplungsmechanismus (56), was bewirkt, dass der pneumatische Kopplungsmechanismus (56) die Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung entkoppelt.An inherently safe method (130) for releasing a robotic tool from a robot, wherein a master unit assembly of a tool changer (10) is attached to the robot and a tool unit assembly of the tool changer (10) is attached to the robot tool, and wherein a pneumatic coupling mechanism (56) is selectively couples the master unit arrangement and the tool unit arrangement to one another, the method being characterized by: Placing (132) the robot so as to place the tool in a predetermined position in a tool rack (48); Receiving (134) pneumatic fluid from an air source (58); Directing (136) the pneumatic fluid to the tool frame (48); Receiving pneumatic fluid from the tool rack (48) via a safety coupling (122) which is operable to conduct the pneumatic fluid under pressure only when (138) the tool unit assembly is placed on and aligned with the tool rack (48) and operational to vent (142) the pneumatic fluid to atmosphere when (138) the tool unit assembly is not placed on or misaligned with the tool rack (48); and when (138) the tool unit assembly is placed on and aligned with the tool rack (48), directing (140) pneumatic fluid from the safety coupling (122) to a decoupling port of the pneumatic coupling mechanism (56), causing the pneumatic coupling mechanism (56 ) the master unit arrangement is decoupled from the tool unit arrangement. Verfahren (130) nach Anspruch 9, welches darüber hinaus umfasst, beim Entkoppeln der Mastereinheitsanordnung von der Werkzeugeinheitsanordnung: Einstellen eines Leitens eines Pneumatikfluids zu dem Werkzeuggestell (48), indem ein Pneumatikfluidventil (120) geschlossen wird, welches sich zwischen der Luftquelle (58) und dem Werkzeuggestell (48) befindet; und wobei das Pneumatikfluid von der Luftquelle (58) durch die Mastereinheitsanordnung aufgenommen wird; wobei das Ventil (120) in der Mastereinheitsanordnung angeordnet ist; wobei das Ventil (120) durch einen Anschlag an die Werkzeugeinheitsanordnung geöffnet wird; und wobei das Ventil (120) durch eine Feder verschlossen wird, wenn die Mastereinheitsanordnung nicht gegen die Werkzeugeinheitsanordnung stößt.Method (130) according to Claim 9 which further comprises, when decoupling the master unit arrangement from the tool unit arrangement: Setting a conducting of a pneumatic fluid to the tool frame (48) by closing a pneumatic fluid valve (120) which is located between the air source (58) and the tool frame (48) ; and wherein the pneumatic fluid from the air source (58) is received by the master unit assembly; wherein the valve (120) is disposed in the master unit assembly; wherein the valve (120) is opened by a stop on the tool unit assembly; and wherein the valve (120) is closed by a spring when the master unit assembly does not abut the tool unit assembly.
DE102020122177.0A 2019-08-26 2020-08-25 PNEUMATIC SAFETY LOCK Pending DE102020122177A1 (en)

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US16/550,928 US11097390B2 (en) 2014-08-20 2019-08-26 Pneumatic safety interlock

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