DE3433311C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen, Greifern, Schweißbrennern oder anderen mit Industrieroboter handhabbaren Einrichtungen. Sie stellt eine Trennstelle zwischen derartigen Einrichtungen und dem Industrieroboterflansch dar.

Derartige Werkzeugwechseleinrichtungen sind z.B. durch die VDI-Z (1984) Nr. 13, Seiten 475-478 bekannt. Diese Ein­ richtung besteht aus einem roboterseitigen Teil und einem werkzeugseitigen Teil, wobei das roboterseitige Teil ein Ver­ riegelungselement und eine Antriebseinheit für dieses Verrie­ gelungselement aufweist.

Bekannt ist auch, z.B. durch die EP-A1 01 04 118 eine Werk­ zeugwechselvorrichtung, bei der das werkzeugseitige Teil durch einen Haken am roboterseitigen Teil befestigt wird.

Weiter ist z.B. durch die DE-A1 32 14 025 eine zweiteilige Einrichtung bekannt, bei der das roboterseitige Teil einen Kegelschaft und das werkzeugseitige Teil eine Kegelhülse auf­ weist. Der Kegelschaft wird durch einen Stift, der seitlich durch die Kegelhülse greift, arretiert. Dadurch wird das ro­ boterseitige Teil von der Seite her festgehalten und somit in radialer Richtung belastet.

In der DE-A1 33 12 331 ist eine Spannvorrichtung zum Spannen und Entspannen von Werkzeugträgern auf den Maschinentisch von Werkzeugmaschinen offenbart, bei dem das Spannelement als ein mittels eines Führungsbolzens in einem Lager schwenkbarer Kipphebel ausgebildet ist. Diese Anordnung ist für eine Werk­ zeugwechselvorrichtung für Roboter nicht geeignet, da mit dieser Vorrichtung nicht effektiv geöffnet bzw. geschlossen werden kann.

Die bekannten Wechselvorrichtungen für Industrieroboter arbeiten nach unterschiedlichen Spannprinzipien und sind in ihren Funktionen nur für spezielle Anwendungen ausgelegt.

Sie lassen bezüglich Energie- und Signalübertragung nur ganz bestimmte Dinge zu, d.h. sind nicht erweiterbar auf beliebige andere elektrische Stecker, Druckluftübertragungselemente o.ä. ohne aufwendige mechanische Veränderungen und machen es außerdem notwendig, daß der eingesetzte Industrieroboter diese Energie- und Signalübertragungselemente bei dem Schließ­ vorgang durch seine Bewegung selbst zusammensteckt. Dies er­ fordert eine präzise und zeitaufwendige Programmierung des Industrieroboters, wobei er die nötigen Kräfte aufbringen muß, ohne nennenswert nachzugeben; sowie eine sehr genaue Zentrierung des zu greifenden Teiles in einer Magazineinrich­ tung. Weiterhin ist beim Trennen vom roboterseitigen und werkzeugseitigem Teil der Wechselvorrichtung ein sicheres Öffnen nur mit großem Aufwand zu gewährleisten; entweder durch ein zusätzliches aktives Element wie eine Feder, einen Druckluftzylinder o.ä. oder durch Festhalten des Wechselvor­ richtungsunterteils in der Ablagevorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugwech­ selvorrichtung für Industrieroboter zu schaffen, die oben genannte Mängel nicht aufweist und ein geschlossenes Kräfte­ system darstellt, durch das sowohl beim Ein- bzw. Ausfahren der Kupplungshälften als auch bei ihrem Ver- und Entriegeln keinerlei Kräfte auf den Arm des Industrieroboters wirken.

Gelöst wurde die Aufgabe durch die im Kennzeichen des Haupt­ anspruchs beschriebene Anordnung. Durch die Antriebseinheit für lineare Bewegung kann das hakenförmige Gebilde im roboter­ seitigen Teil entlang einer Kulisse geführt werden, so daß das hakenförmige Gebilde zunächst eine kurvenförmige Bewegung durchführt, die im wesentlichen in Achsrichtung des roboter­ seitigen Teils erfolgt. Diese Bewegung ist geeignet, das werk­ zeugseitige Teil an dem hierzu bestimmten Gegenstück, auch bei einer sehr großen Lageabweichung, zu greifen. Im Anschluß an das Greifen führt das hakenförmige Gebilde eine reine Linearbewegung durch, in deren Verlauf roboterseitiges und werkzeugseitiges Teil aneinandergezogen werden. Die vorteil­ hafte Anordnung von Einfahrschrägen auf den Mantelflächen vom roboterseitigen und werkzeugseitigen Teil erleichtern das ex­ akte Ineinandergreifen der Teile. Führungen im roboterseiti­ gen Teil leisten die Gewähr, daß roboterseitiges und werkzeug­ seitiges Teil funktionsgerecht zueinander stehen und kein zu­ sätzlicher Kraftaufwand zum Erreichen dieser Position notwen­ dig ist.

Durch das Vorsehen eines Ausstoßers an der Antriebseinheit für lineare Bewegung wird erreicht, daß die Antriebseinheit beim Öffnen der Wechselvorrichtung, auch beim Bestehen ent­ gegenwirkender Reaktionskräfte, zum Trennen eingesetzt werden kann.

Die Antriebseinheit für lineare Bewegung kann in vorteilhaf­ ter Weise als Druckluftzylinder mit vorgespannter Feder, als doppelt wirkender Druckluftzylinder, als Hydraulikzylinder, als elektrischer Linearantrieb oder als ein Drehantrieb mit einer Übersetzung für eine Linearbewegung ausgebildet sein.

Dadurch, daß die Steckverbinder direkt mit dem roboterseiti­ gen und werkzeugseitigen Teil verbunden sind, wird durch die lineare Bewegung auch der Kontakt zwischen den Steckverbin­ dern hergestellt bzw. gelöst.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in Zeich­ nungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die eingerastete Werkzeug­ wechselvorrichtung,

Fig. 2a und b einen Schnitt entsprechend Fig. 1 mit aus­ rasteter Werkzeugwechselvorrichtung,

Fig. 3a, b und c einen Schnitt entsprechend Fig. 2 mit Ausstoßer,

Fig. 4a, b und c einen Schnitt entsprechend Fig. 2 beim Schließvorgang.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeugen, Greifern, Schweißbrennern oder anderen mit Industrieroboter handhabbaren Einrichtungen 1 dargestellt. Sie stellt die Trennstelle zwischen derartigen Einrichtungen 1 und einem Industrieroboterflansch 2 dar.

Eine Wechselvorrichtung besteht aus zwei Teilen, die sich beim Öffnen in roboterseitiges und werkzeugseitiges Teil tren­ nen. Das roboterseitige Teil, wie in Fig. 2 dargestellt, bleibt am Industrieroboter, um ein werkzeugseitiges Teil ent­ sprechend Fig. 2b einzuwechseln. Das werkzeugseitige Teil wird in einem Vorrichtungsmagazin abgelegt. An diesen werk­ zeugseitigen Teilen sind jeweils die o.g. Einrichtungen 1 wie Greifer u.ä. angebracht.

Durch ein Antriebselement 3, mit dem eine Linearbewegung er­ zeugt wird, wird mit einem hakenförmigen Gebilde 4, das mit­ tels einer Feder 11 gegen eine Kulisse 5 gedrückt und damit geführt wird, das werkzeugseitige Teil der Werkzeugwechselvor­ richtung nach Fig. 2b an dem Bolzen 16 gegriffen und an das roboterseitige Teil nach Fig. 2a herangezogen. Das Antriebs­ element 3 kann z.B. eine durch einen Druckluft- bzw. Hydrau­ likzylinder 8 vorgespannte Feder 9, wie in Fig. 1, ein dop­ pelt wirkender Druckluft- bzw. Hydraulikzylinder, ein elek­ trischer Linearantrieb oder ein eine lineare Bewegung erzeu­ gender Drehantrieb sein.

Diese lineare Bewegung beim Schließen und Öffnen ist auch geeignet, die Steckverbinder 13 und 14 zur Übertragung von Signalen oder Energie miteinander zu verbinden.

Durch die Ausbildung der einander zugekehrten Mantelflächen der Gehäuse 6 und 7 von roboterseitigem und werkzeugseitigem Teil mit Einfahrschrägen 10 genügt zum Greifen eine sehr grobe Positionierung des Industrieroboters mit dem roboter­ seitigen Teil der Wechselvorrichtung nach Fig. 2a über dem im Magazin befindlichen werkzeugseitigen Teil nach Fig. 2b. Durch einen nahezu beliebig lang wählbaren Hubweg 12 des hakenförmigen Gebildes 4 durch das Antriebselement 3, welches die Linearbewegung erzeugt, kann während des Schließvorganges der Vorrichtung auch gleichzeitig jedes an der Wechselvor­ richtung angebrachte Steckelement, bestehend aus Oberteil 13 und Unterteil 14 (el. Stecker, Druckluftverbindung o.ä.), das einen gewissen Steckweg benötigt, während dem es durch Füh­ rungen 17 und 18 von außen geführt wird, geschlossen werden. Die Länge der notwendigen Führung 17 und 18 kann durch ent­ sprechende Toleranzmaße zwischen Ober- 13 und Unterteil 14 beliebig gewählt werden.

Der dritte wesentliche Vorteil der Erfindung liegt in der zusätzlichen Möglichkeit, roboterseitiges und werkzeugseiti­ ges Teil durch die gleiche Antriebseinheit 3, die für das Schließen verwendet wird, mit einem Ausstoßer 15 aktiv zu trennen. Es sind keine Zusatzeinrichtungen erforderlich. Der Ausstoßer 15 drückt bei dem Lösevorgang gegen den Bolzen 16, der beim Schließen als Gegenstück zu dem hakenförmigen Gebil­ de 4 dient. Große Energieübertragungselemente 13, 14 erfor­ dern nicht nur große Steckkräfte, sondern auch beachtliche Lösekräfte, und können damit ohne weiteres bei dieser Wechsel­ vorrichtung zur Anwendung kommen.

Claims (9)

1. Einrichtung zum Wechseln von Werkzeugen, Greifern oder anderen durch einen Industrieroboter handhabbaren Ein­ richtungen, bestehend aus einem roboterseitigen Teil und einem werkzeugseitigen Teil, wobei das roboterseitige Teil ein Verriegelungselement und eine Antriebseinheit für eine lineare Bewegung dieses Verriegelungselements auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebseinheit (3) ein schwenkbar und gefedert ge­ lagerter Haken (4) als Verriegelungselement angebracht ist und daß eine den Haken (4) wenigstens teilweise umfassen­ de, in Richtung zum werkzeugseitigen Teil bewegliche Ku­ lisse (5) angeordnet ist, wobei ein am werkzeugseitigen Teil befestigter Bolzen (16) vorgesehen ist.

2. Werkzeugwechselvorrichtung nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) an der dem Bolzen (16) zugekehrten Seite einen Ausstoßer (15) aufweist.

3. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) eine durch einen Druckluftzylinder (8) vorgespannte Feder (9) ist.

4. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) aus einem doppelt wirkenden Druckluftzylinder besteht.

5. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) ein Hydraulikzylinder ist.

6. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) ein elektrischer Linearantrieb ist.

7. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (3) ein Drehantrieb ist, dessen Drehbewegung in eine Linear­ bewegung umgeformt wird.

8. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß auf den einander zugekehrten Mantelflächen der Gehäuse (6, 7) von roboterseitigen und werkzeugseitigen Teil Einfahrschrägen (10) vorgesehen sind.

9. Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im roboterseitigen Teil Führungen (17, 18) vorgesehen sind.