DE60204594T2

DE60204594T2 - Werkzeugwechselvorrichtung

Info

Publication number: DE60204594T2
Application number: DE60204594T
Authority: DE
Inventors: Daniel Demit; François Malatier; Patrick Guillomet
Original assignee: ABB MC SAS
Current assignee: ABB MC SAS
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: FR2833880A1; WO2003053640A1; EP1455991B1; FR2833880B1; DE60204594D1; EP1455991A1

Description

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Werkzeugwechselvorrichtung, die zur Verbindung mit einem Roboter und mit Werkzeugen bestimmt ist, um die Auswechselbarkeit der Werkzeuge am Roboter sicherzustellen. Diese Werkzeuge können beispielsweise Haltevorrichtungen für Werkstücke, Greifhände, Schweißelemente oder Spritzdüsen für Farbe... sein.
Im allgemeinen umfasst eine Werkzeugwechselvorrichtung einen Roboterteil mit Mitteln zur Befestigung an einem Roboterhandgelenk, Werkzeugteile, die jeweils mit Mitteln zur Befestigung an einem Werkzeug versehen sind, Mittel zum Koppeln und Entkoppeln des Roboterteils und eines der Werkzeugteile und Mittel zum relativen Positionieren des Werkzeugteils und des Roboterteils. Alle Werkzeugteile umfassen einerseits identische Mittel, um mit dem Roboterteil und den Mitteln zum Koppeln und Entkoppeln zusammenzuwirken, und andererseits spezielle Mittel, welche ihre Anpassung an die Werkzeuge, mit denen sie verbunden werden sollen, ermöglichen. Die Werkzeuge können somit alle mit dem Roboterteil verbunden werden und sind daher auswechselbar.
Ferner müssen die Werkzeuge an eine Stromzufuhrquelle angeschlossen sein. Hierzu sind der Werkzeugteil und der Roboterteil mit Steuerkreisen ausgestattet und die Werkzeugwechselvorrichtung umfasst Mittel zum Verbinden mit diesen Kreisen. Die Kreise und die Verbindungsmittel sind beispielsweise derart angeordnet, dass sie den Transport von Elektrizität und/oder einem Fluid, wie beispielsweise komprimierter Luft, ermöglichen oder dass sie eine optische Übertragung sicherstellen. Die Verbindungsmittel umfassen homologe Verbindungsstücke, von denen die einen mit dem Roboterteil und die anderen mit dem Werkzeugteil der Werkzeugwechselvorrichtung einstückig ausgebildet sind und die mit dem Energietransportkreis verbunden sind, der mit dem Teil der Wechselvorrichtung verbunden ist, an dem sie befestigt sind.
Wenn der Roboter- und der Werkzeugteil einander angenähert werden, um miteinander gekoppelt zu werden, werden die homologen Verbindungsmittel in Kontakt gebracht und erzeugen die Verbindung. Der Roboter- und der Werkzeugteil müssen derart positioniert werden, dass die Verbindungsmittel präzise zueinander ausgerichtet sind, da sie ohne präzises Ausrichten nicht richtig miteinander verbunden werden können oder einer mechanischen Spannung ausgesetzt sind, durch welche sie beschädigt werden können.
Beim Verbindung von zwei Teilen der Wechselvorrichtung muss daher der Roboter ein präzises Positionieren des Roboter- und des Werkzeugteils sicherstellen, um zu ermöglichen, dass die Positionierungsmittel zusammenwirken und die Verbindungsmittel in Eingriff kommen.
Ferner ist in manchen Fällen das Werkzeug eine Vorrichtung zum Halten eines Stücks, das dazu vorgesehen ist, an einem Gestell oder der Haltevorrichtung eines anderen Stücks derart eingespannt zu werden, dass die beiden Stücke zusammengesetzt werden können. Hier kann es dazu kommen, dass aufgrund der Toleranzen der Positionierung des Roboters und der thermischen Ablenkung des Roboters, die Einspannposition des Werkzeugs ein wenig von der Position, in die der Roboter das Werkzeug gebracht hat, abweicht. Daraus ergibt sich, dass beim Einspannen Spannungen sowohl auf das Werkzeug als auch auf den Roboter ausgeübt werden. Derartige Spannungen sind für das korrekte Zusammensetzen von zwei Stücken nachteilig und können ferner ein teilweises Lösen von Verbindungsmitteln auslösen, was zu einem schlechten elektrischen Kontakt oder einem Leckverlust führt.
Um diese Probleme zu lösen, wird bekanntlich zwischen der Wechselvorrichtung und dem Werkzeug oder zwischen der Wechselvorrichtung und dem Roboter ein Anpassungselement angeordnet, das dazu vorgesehen ist, den relativen Bewegungen zwischen den beiden Elementen, welche es verbindet, eine gewisse Freiheit zu verschaffen. Diese Lösung bringt jedoch Nachteile mit sich. Vor allem erhöht das Anpassungselement den Abstand zwischen dem Roboterhandgelenk und dem von ihm getragenen Werkzeug, wodurch der Schwerpunkt des Werkzeugs vom Roboterhandgelenk entfernt wird, so dass sich die Trägheit des Werkzeugs erhöht und die maximale vom Roboter tragbare Masse verringert. Ferner hat das Anpassungselement selbst eine gewisse Masse, die von der maximalen vom Roboter tragbare Masse abgezogen werden muss. Im Falle eines derartigen Systems kann nur relativ leichtes Werkzeug verwendet werden. Da das Anpassungselement ein Verriegelungselement umfasst, ist es nötig, dieses mit Energie zu versorgen. Der Kreis zur Versorgung der Verriegelungselemente ist daher relativ komplex und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verringert.
Das Dokument FR 2601614 A zeigt eine Werkzeugwechselvorrichtung für Roboter, umfassend einen Roboterteil und einen Werkzeugteil, die über Verbindungs mittel miteinander verbunden sind, die Elektro-Verbindungsstangen umfassen. Die roboterseitigen Stangen sind derart montiert, dass beim Verbinden der Roboter- und Werkzeugteile geringe Anpassungsdrehungen möglich sind. Im Falle eines relativ schwerwiegenden Fehlers beim Positionieren, wie beispielsweise im Falle einer Verschiebung zwischen der Achse des Roboterhandgelenks und der Werkzeugachse, ist diese Rotationsanpassungsvorrichtung nicht ausreichend.
Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugwechselvorrichtung angegeben, umfassend einen Roboterteil und einen Werkzeugteil, die mit Mitteln zur Befestigung an einem Roboterhandgelenk bzw. an einem Werkzeug versehen sind, Mittel zum Koppeln und Entkoppeln des Werkzeugteils und des Roboterteils, und Mittel zum Verbinden eines Energietransportkreises des Werkzeugteils mit einem Energietransportkreis des Roboterteils, wobei diese Verbindungsmittel mindestens erste und zweite homologe Verbindungsstücke umfassen, die jeweils an einem der Teile der Wechselvorrichtung montiert und mit dem Energietransportkreis des genannten Teils verbunden sind, und wobei das erste Verbindungsstück fest mit einem Träger verbunden ist, der mit dem entsprechenden Teil der Wechselvorrichtung über Verbindungsmittel verbunden ist, die einen Zustand indexierter Verbindung des Trägers in Bezug auf den genannten entsprechenden Teil und einen Zustand der Trennung des Trägers in Bezug auf den genannten entsprechenden Teil haben.
Somit verbinden die Verbindungsmittel den Träger mit dem Roboterteil oder dem Werkzeugteil (beide Verbindungsarten sind möglich) derart, dass die Trennung den Träger und den Teil der Wechselvorrichtung, an dem der Träger befestigt ist, derart freigibt, dass relative Bewegungen zwischen dem Träger und diesem Teil der Wechselvorrichtung möglich sind, während durch die indexierte Verbindung ein präzises Positionieren des Trägers gegenüber dem Teil der Wechselvorrichtung ermöglicht ist. Das Verbindungsstück und der Teil der Wechselvorrichtung, der diesen trägt, können voneinander getrennt werden, wenn die beiden Teile der Wechselvorrichtung gekoppelt werden sollen oder wenn das Werkzeug an einem anderen Werkzeug oder einem Gestell angeflanscht werden soll. Somit unterliegt das Verbindungsstück beim Einspannen und/oder Ankoppeln keiner Spannung. Ferner ist es während dem Einspannen des Werkzeugs an einem anderen Werkzeug oder dem Gestell möglich, bei gleichzeitigem Erhalt des Eingriffs der Verbindungsstücke den Werkzeugteil vom Roboterteil zu trennen. Auf diese Weise können die Spannungen, die durch eine Doppelpositionierung des Werkzeugs durch den Roboter und durch ein anderes Werkzeug oder das Gestell entstehen, gelöst werden.
Vorzugsweise hat die Wechselvorrichtung Mittel zum Mitnehmen der Verbindungsmittel in deren Zustand der Trennung, wobei die Mitnahmemittel derart angeordnet sind, dass sie mit dem anderen Teil der Wechselvorrichtung zusammenwirken, wenn die Teile der Wechselvorrichtung aneinander herangerückt sind.
Somit werden die Verbindungsmittel automatisch in den Zustand der Trennung geführt, wenn die Teile der Wechselvorrichtung aneinander anliegen, um miteinander gekoppelt zu werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Verbindungsmittel umfassen diese mindestens zwei homologe Positionierungselemente, von denen eines fest mit dem genannten entsprechenden Teil und das andere mit dem Träger verbunden ist, und der Träger ist an dem genannten entsprechenden Teil montiert, um zumindest parallel zu einer Kopplungsrichtung der beiden Teile der Wechselvorrichtung zwischen einer ersten Position, in der die homologen Positionierungselemente gegenseitig in Eingriff stehen, um die indexierte Verbindung zu gewährleisten, und einer zweiten Position beweglich zu sein, in der die homologen Positionierungselemente zueinander außer Eingriff stehen, wobei die Wechselvorrichtung vorzugsweise Mittel umfasst, um den Träger elastisch in seine erste Position zurückzustellen.
Somit haben die Verbindungsmittel eine besonders einfach Struktur, die ihnen ermöglicht, automatisch in den Zustand der Trennung gebracht zu werden, wenn die Teile der Wechselvorrichtung einander angenähert sind, und in den Zustand der Verbindung zurückkehren, wenn sie voneinander entfernt sind.
Ferner ist es von Vorteil, dass eines der Positionierungselemente eine Stange ist, die sich parallel zur Kopplungsrichtung erstreckt und einen Zentrierungs- und einen Axialanschlagsabschnitt umfasst, und das andere Positionierungselement eine Aufnahme ist, welche die Stange mit einem transversalen Spiel aufnimmt und einen Sitz umfasst, um mit dem Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt zusammenzuwirken, wobei der Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt vorzugsweise derart angeordnet sind, dass sie entlang der Stange in ihrer Position verstellbar sind.
Das Verstellen der Position des Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitts ist nützlich zum Einststellen der Entfernung zwischen dem Roboterteil und dem Werkzeugteil, um das Trennen der Verbindungsmittel auszulösen.
Vorzugsweise umfasst die Werkzeugwechselvorrichtung Mittel zum Verriegeln der Verbindungsstücke in ihrer verbundenen Position, wobei diese Mittel derart angeordnet sind, dass sie zumindest dann aktiv sind, wenn die Verbindungsmittel in ihrem Zustand der Trennung sind. Somit ist es von Vorteil, dass jedes Verbindungsstück fest mit einer Platte verbunden ist, die an dem entsprechenden Teil gelagert ist, und die Verriegelungsmittel einen Zapfen umfassen, der an einer der Platten befestigt ist, um sich parallel zur Kopplungsrichtung zu erstrecken, und der seitlich mit einem Relief versehen ist, eine Aufnahme, die in der anderen der Platten ausgebildet ist, um den Zapfen aufzunehmen, ein Axialrückhalteelement, das in der Aufnahme so gelagert ist, dass es zwischen einer ausgefahrenen Position in der Aufnahme zum Zusammenwirken mit dem Relief des Zapfens und zum Bilden eines Anschlages gegen dessen Herausziehen aus der Aufnahme, und einer zurückgezogenen Position verstellbar ist, in der es aus dem Relief ausgerückt ist, sowie Betätigungsmittel zum Verstellen des Axialrückhalteelements zwischen seinen beiden Positionen.
Auf diese Weise ist das Risiko eines versehentlichen Lösens vermindert und die Zuverlässigkeit der Verbindung verbessert.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Kopplungsmittel umfassen die Kopplungs- und Entkopplungsmittel ein Ansatzstück, das fest mit einem der Teile der Wechselvorrichtung verbunden ist und mit mindestens drei radialen Fingern versehen ist, die ein freies konisches Ende haben und verschiebbar zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der sie radial von dem Ansatzstück abstehen, und einer eingefahrenen Stellung gelagert sind, in der sie gegenüber ihrer ausgefahrenen Stellung zurückversetzt sind, ein Betätigungsorgan zum Verstellen der Finger zwischen ihren beiden Stellungen, und eine Aufnahme, die in dem anderen Teil der Wechselvorrichtung ausgebildet ist, um das Ansatzstück mit einem transversalen Spiel aufzunehmen, wobei die Aufnahme von einer Wand begrenzt ist, in der radiale Vertiefungen ausgebildet sind, um die freien Enden der Finger in ihrer ausgefahrenen Stellung aufzunehmen, wobei die Aufnahme derart ausgebildet ist, dass ein transversales Spiel zwischen dem Ansatzstück mit den Fingern in ein gefahrener Stellung und der Aufnahme und zwischen dem freien konischen Ende der Finger in eingefahrener Stellung und den Vertiefungen vorhanden ist.
Somit kann der Einsatz von relativen Positionierungsmitteln für den Roboter- und den Werkzeugteil verringert oder sogar ganz auf diesen verzichtet werden und es ist möglich, den Roboter- und den Werkzeugteil entlang einer relativ wenig präzisen Bahn anzunähern.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, die sich auf eine besondere, jedoch nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung bezieht.
Es wird auf die Figuren Bezug genommen. Darin zeigen:
1 eine schematische Teilschnittansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugwechselvorrichtung,
2 eine vergrößerte Ansicht einer Nocke zum Betätigen der Kopplungsmittel und der Entkopplungsmittel der Werkzeugwechselvorrichtung,
3 eine Längs-Teilschnittansicht, welche die Werkzeugwechselvorrichtung detaillierter darstellt als in 1,
4 eine Schnittansicht der Mittel zur Verriegelung der Verbindung,
5 eine Schnittansicht entlang V-V der 4 der Verriegelungsmittel,
6 eine Schnittansicht der Mittel zum Verbinden der Trägerplatte, welche die Verbindungsstücke trägt, mit dem entsprechenden Teil der Werkzeugwechselvorrichtung im Zustand der Verbindung dieser Verbindungsmittel,
7 eine der 6 entsprechende Ansicht der Verbindungsmittel in ihrem Zustand der Trennung.
In den Figuren umfasst die erfindungsgemäße Werkzeugwechselvorrichtung einen Roboterteil, der allgemein mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet und zur Befestigung an einem Handgelenk eines Roboters R vorgesehen ist, einen Werkzeugteil, der allgemein mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichnet und zur Befestigung an einem nicht dargestellten Werkzeug vorgesehen ist, und Mittel zum Koppeln und Entkoppeln, die allgemein mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet sind.
Die Mittel zum Befestigen des Werkzeugteils 1 am Handgelenk des Roboters R und die Mittel zum Befestigen des Werkzeugteils 2 an dem Werkzeug können jede Art einer lösbaren Verbindung, wie beispielsweise eine Schraubverbindung, Flanschverbindung oder dergleichen, umfassen.
Die Kopplungsmittel 3 sind dazu vorgesehen, die Verbindung des Roboterteils 1 mit dem Werkzeugteil 2 derart sicherzustellen, dass diese selektiv gekoppelt und entkoppelt werden können.
Die Kopplungsmittel 3 umfassen ein rohrförmiges Ansatzstück 4, das den Roboterteil 1 verlängert. Der Innenraum des Ansatzstücks 4 ist axial in zwei Kammern 5, 6 geteilt, wobei die Kammer 5 an den Roboterteil 1 angrenzt.
Drei Finger 7 (von denen in den Figuren nur einer zu sehen ist) sind radial in einem Abstand von 120° zueinander in der Wand des Ansatzstücks 4 angeordnet, wobei deren eines Ende 8 außerhalb des Ansatzstücks 4 angeordnet ist und ein Ende 9 ins Innere der Kammer 5 hineinragt. Das Ende 8 ist konisch geformt und das Ende 9 ist mit einer Rolle 10 versehen. Die Finger 7 sind derart angeordnet, dass sie in der Wand des Ansatzstücks 4 verschiebbar sind zwischen einer ausgefahrenen Position, in der das Ende 8 radial von der Außenseite des Ansatzstücks 4 absteht, und einer (in den 1 und 3 dargestellten) eingefahrenen Position, in der das Ende 8 gegenüber der ausgefahrenen Position zurückversetzt ist.
Jeder Finger 7 wird über eine Feder 11, die zwischen der Wand des Ansatzstücks 4 und einer Schulter 12 des Fingers 7 angeordnet ist, in seine eingefahrene Position zurückgestellt.
Ein Gleitstößel 13 zum Bewegen der Finger 7 zwischen ihren beiden Positionen erstreckt sich axial in dem Ansatzstück 4. Der Stößel 13 ist rohrförmig und derart an einer Translations-Führungsachse 14 befestigt, dass er einerseits die Wand zwischen den Kammern 5 und 6 durchsetzt, wobei ein Ende 15 in die Kammer 5 hineinragt und ein Ende 16 in die Kammer 6 hineinragt, und andererseits zwischen einer von dem Roboterteil beabstandeten Position und einer an den Roboterteil 1 angenäherten Position verschiebbar ist.
Das Ende 15 ist mit Nocken 17 in Form einer Rampe ausgestattet, auf denen die Rollen 10 durch die Federn 11 gehalten anliegen und sich drehen können. Die Nocken 17 sind derart angeordnet, dass, wenn der Stößel 13 in seiner beabstandeten Position ist, die Finger 7 in ihrer eingefahrenen Position sind, und wenn der Stößel in seiner angenäherten Position ist, die Finger 7 in ihrer ausgefahrenen Position sind. Die Nocken 17 haben einen Abschnitt 17.1 mit abnehmender Steigung, um eine große Ausschubkraft für die Finger 7 zu entwickeln, wenn es nötig ist, die Roboter- und Werkzeugteile relativ zueinander zu positionieren und um die Nockenbahn entsprechend der benötigten Kraft bestmöglich zu nutzen, sowie einen Abschnitt 17.2 mit einer Nullsteigung, der zum Zusammenwirken mit den Fingern 7 bestimmt ist, wenn sich der Stößel 13 in seiner angenäherten Position befindet. Der Abschnitt 17.2 mit Nullsteigung erstreckt sich parallel zur Verschiebungsrichtung des Stößels, um der Einrückkraft der Finger 7 derart entgegenwirken zu können, dass eine derartige Kraft nicht das Bewegen des Stößels 13 in seine beabstandete Position bewirkt (was das Zurückziehen der Finger 7 ermöglichen würde).
Das Ende 16 ist mit einem Kolben 18 ausgestattet, der die Kammer 6 dicht in eine vordere Kammer 6.1 und eine hintere Kammer 6.2 mit veränderbarem Volumen teilt. Leitungen 19 für die Zufuhr und den Auslass von Luft münden in die vordere und die hintere Kammer 6.1, 6.2.
Eine Feder 20 ist zwischen einer Schulter des Endes 15 und der Wand, welche die Kammern 5 und 6 voneinander trennt, angeordnet, um den Stößel 13 elastisch in seiner dem Roboterteil 1 angenäherten Position zurückzuhalten. Im Falle eines Abschneidens der Luftzufuhr, hält die Feder 20 den Stößel 13 in seiner angenäherten Position und die Finger 7 in der ausgefahrenen Position. Somit ist die Kopplung auch im Falle des Abschneidens der Luftzufuhr sichergestellt, um ein versehentliches Entkoppeln zu vermeiden.
Die Achse 14 ist hohl und nimmt eine Stange 21 verschiebbar auf, deren eines Ende mit einem Anschlag 22 versehen ist, der sich quer zu beiden Seiten der Stange 21 erstreckt, um durch Längsschlitze 23 der Achse 14 in die Kammer 5 hineinzuragen, während das gegenüberliegende Ende 24 ein Gewinde aufweist. Die Stange 21 soll dazu dienen, mit Hilfe des Anschlags 22 gegenüber der von der Feder 20 ausgehenden Kraft eine Spannkraft auf den Stößel 13 auszuüben, um den Stößel 13 manuell in seine beabstandete Position zurückzubringen und die Finger 7 im Falle des Abschneidens der Luftzufuhr einzufahren.
Der Werkzeugteil 2 besteht aus einem Teil, das zum Befestigen an dem Werkzeug einen Ansatz in Form einer Platte 43 und eine zylindrische Wand 26 umfasst, die eine Aufnahme 25 ausbildet, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Ansatzstücks 4, um das Ansatzstück 4 mit einem transversalen Spiel aufzunehmen. Auf der Innenseite der Wand 26 sind radial konische Vertiefungselemente 27 angeordnet, um die Enden 8 der Finger 7 in der ausgefahrenen Position aufzunehmen. Die Wand 26 und die Vertiefungselemente 27 sind derart angeordnet, dass transversal zwischen den Fingern 7 in der eingefahrenen Position und den Vertiefungselementen 27 ein Spiel besteht. Das Zusammenwirken der Finger 7 und der Vertiefungselemente 27 sorgt zugleich für die Kopplung zwischen dem Roboterteil 1 und dem Werkzeugteil 2 und für deren relative Positionierung.
Der Roboterteil 1 und der Werkzeugteil 2 verfügen ferner über Energietransportkreise, die in 1 mit 28 bzw. 29 gekennzeichnet sind, sowie über Mittel zum Verbinden dieser Kreise miteinander.
Diese Verbindungsmittel umfassen klassische homologe Verbindungsstücke 30, 31, die jeweils mit einem der Energietransportkreise 28, 29 verbunden sind.
Das Verbindungsstück 30 ist an einem Trägerring 32 befestigt, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Ansatzstücks 4 und der sich gegenüber diesem mit transversalem Spiel um das Ansatzstück 4 herum erstreckt. Der Trägerring 32 ist mit dem Roboterteil 1 über allgemein mit 33 bezeichnete Verbindungsmittel verbunden.
Die Verbindungsmittel 33, die in den 6 und 7 besser zu erkennen sind, umfassen Stangen 34, die an dem Roboterteil 1 befestigt sind und parallel zu Achse des Ansatzstücks 4 verlaufen. Jede Stange 34 hat ein freies mit Gewinde versehenes Ende 35, das in eine Mutter 36 eingreift, die auf der Seite des Roboterteils 1 einen Abschnitt 37 mit einem zylindrisch-konischen Zentrierzapfen und einer radialen Schulter für einen axialen Anschlag hat.
Jede Stange 34 steht in Eingriff mit einer Buchse 38, deren Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Stangen 34 und die in einer Bohrung im Trägerring 32 derart aufgenommen ist, dass sie sich zu einer vom Roboterteil 1 abgewandten Seite des Trägerrings 32 erstreckt. Das Ende 35 mit dem Gewinde und die Mutter 36 stehen von dem Ende der Buchse 38 auf der von dem Roboterteil 1 abgewandten Seite ab. Eine Feder 40 erstreckt sich zwischen einer Schulter der Stange 34 angrenzend an den Roboterteil 1 und einer Schreibe 41, die an einer Innenschulter 42 des Endes der Buchse 38 anliegt. Der Trägerring 32 ist somit gegenüber dem Roboterteil 1 beweglich zwischen einer ersten Position (in 6 dargestellt), in welcher der Abschnitt 37 der Mutter 36 an dem Sitz 39 anliegt und die präzise relative Positionierung des Trägerrings 32 gegenüber dem Roboterteil 1 sicherstellt, und einer zweiten Position (in 7 dargestellt), in der der Abschnitt 37 der Mutter 36 aus dem Sitz 39 gelöst ist und Relativbewegungen des Roboterteils 1 und des Trägerrings 32 ermöglicht. Die erste Position ist die der indexierten Verbindung. Die zweite Position ist die der Trennung, wobei das Ausmaß der möglichen Relativbewegungen in Querrichtung durch das Spiel zwischen der Stange 34 und dem Sitz 39 und zwischen dem Trägerring 32 und dem Ansatzstück 4, und in Achsenrichtung durch den Abstand zwischen dem Abschnitt 37 und dem Roboterteil 1 bestimmt ist. Es ist festzustellen, dass auf dem Gewindeabschnitt 35 eine Kontermutter angeordnet ist, um die Mutter 36 zu blockieren. Anstelle eines Schrauben-/Mutternsystems können auch andere Mittel zum Einstellen der Position des Zentrierung- und Axialanschlagsabschnitts entlang der Stange 34 eingesetzt werden.
Das Verbindungsstück 31 ist an der Platte 43 befestigt, die fest mit dem Werkzeug verbunden ist.
Die Werkzeugwechselvorrichtung umfasst allgemein mit 44 gekennzeichnete Mittel zum Verriegeln der Verbindungsstücke 30, 31 in der Verbindungsposition (dargestellt in den 4, 5).
Die Verriegelungsmittel 44 umfassen Zapfen 45, die an der Platte 43 befestigt sind, um sich parallel zum Ansatzstück 4 zu erstrecken, und mit einer Nut 46 versehen sind, sowie ein Verriegelungselement 47, das einstückig mit dem Trägerring 32 ausgebildet ist.
Jedes Verriegelungselement 47 umfasst eine Aufnahme 48 zum Aufnehmen des Zapfens 45 und ein Axialrückhalteelement 49, das in der Aufnahme in Querrichtung angeordnet ist, um zwischen einer Position, in der es in die Aufnahme 48 hineinragt, um seitlich in die Nut 46 des Zapfens 45 eingeführt zu werden und um gegenüber dem Herausziehen desselben aus der Aufnahme 48 einen Anschlag zu bilden, und einer ausgerückten Position, in der das Axialrückhalteelement 49 aus der Nut 46 gelöst ist, beweglich zu sein. Das Verriegelungselement 47 umfasst ferner ein nicht dargestelltes Mittel zur Betätigung des Axialrückhalteelements 49, um dieses zwischen seinen beiden Positionen zu bewegen. Dieses Betätigungselement kann beispielsweise ein pneumatischer Stellzylinder sein.
Es ist festzustellen, dass die Zapfen 45 eingepasst in den Aufnahmen 48 aufgenommen sind. Die Zapfen 45 haben ferner ein konisches freies Ende und die Aufnahmen 48 haben einen Eingangsabschnitt 50, der ebenso konisch geformt ist, so dass die Zentrierung des Trägerrings 32 gegenüber der Platte 43 sichergestellt ist. Somit bilden die Zapfen 45 zusammen mit den Aufnahmen 48 Mittel zum Positionieren des Trägerrings 32 gegenüber dem Werkzeugteil 2.
Die Arbeitsweise der Wechselvorrichtung ist im Folgenden in Verbindung mit einem Haltewerkzeug beschrieben.
Das mit dem Werkzeugteil 2 verbundene Werkzeug wird zuerst in einem Träger angeordnet, dessen Position derart referenziert ist, dass der Roboter dieses Werkzeug holen kann. Der Roboter ist derart programmiert, dass er den Roboterteil 1 im wesentlichen in Übereinstimmung mit dem Werkzeugteil 2 bringt, d.h. die Achsen des Ansatzstücks 4 und der Aufnahme 25, sowie die Finger 7 mit den Vertiefungen 27 ausrichtet und das Verbindungsstück 30 in Gegenüberstellung zu dem Verbindungsstück 31 bringt. Sodann führt der Roboter den Roboterteil 1 parallel zu den Achsen des Ansatzstücks 4 und der Aufnahme 25 an das Werkzeugteil 2 heran und führt das Ansatzstück 4 zum Eingriff in der Aufnahme 25. Das Verbindungsstück 30 trifft nun auf das Verbindungsstück 31 und kommt mit diesem derart in Eingriff, dass, während die Näherungsbewegung fortgesetzt wird, der Trägerring 32 in Richtung Roboterteil 1 verschoben wird, während der Roboterteil 1 sich dem Werkzeugteil 2 nähert. Der Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt 37 wird somit aus dem Sitz 39 gelöst, wodurch eine relative Bewegung des Ansatzstücks 4 und des Trägerrings 32 ermöglicht wird. Zugleich kommen die Zapfen 45, während sich Werkzeugteil 2 und Roboterteil 1 annähern, mit den Eingangsabschnitten 50 der Aufnahmen 48 in Eingriff und positionieren den Trägerring 32 und den Werkzeugteil 2 präzise. Wenn die Verbindungsstücke 30 und 31 in der Verbindungsposition sind, wird das Axialrückhalteelement 49 von seiner zurückgezogenen in seine ausgefahrene Position gebracht und verriegelt die Verbindung. Die Verbindungsherstellung wird beispielsweise von einem Sensor zur Überwachung des eingeführten Zustands der Zapfen 45 in den Aufnahmen 48 überprüft.
Wenn der Roboterteil 1 im wesentlichen in seiner Kopplungsposition mit dem Werkzeugteil 2 ist, wird Luft in die hintere Kammer 6.2 gelassen, um den Stößel 13 von seiner beabstandeten in seine angenäherte Position zu bringen. Die Nocken 17 bewirken nun das Ausfahren der Finger 7, deren Ende 8 in die Vertiefungen 27 eingreift. Das Zusammenwirken des Endes 8 und der Vertiefungen 27 bringt das Ansatzstück 4 wieder in seine Position gegenüber der Aufnahme 25 zurück und führt zur Unbeweglichkeit des Ansatzstückes 4 in dieser.
Sodann löst der Roboter das Werkzeug aus seinem Träger und bringt das Werkzeug in einen Bereich zum Greifen von Stücken. Das Stück wird auf herkömmliche Art von dem Werkzeug gegriffen und vom Roboter auf das Montageband gelegt, wo das Werkzeug mit einem Gestell und/oder einer Haltevorrichtung eines anderen Stücks verriegelt (oder an diesem eingespannt) wird.
Sobald das Werkzeug am Gestell oder dem anderen Werkzeug verriegelt ist, wird das Entkoppeln des Roboterteils 1 und des Werkzeugteils 2 ausgelöst. Luft wird hierzu in die vordere Kammer 6.1 eingelassen und aus der hinteren Kammer 6.2 ausgelassen, um den Stößel 13 in seine entfernte Position zu bringen. Die Finger 7 werden durch die Federn 11 in ihre eingefahrene Stellung zurückgebracht. Somit werden der Roboterteil 1 und der Werkzeugteil 2 voneinander getrennt, während die Verbindung durch die Verriegelungsmittel 44 erhalten bleibt. Auf diese Weise werden die durch die doppelte Positionierung, einerseits durch den Robo ter und andererseits durch die Verriegelung am Gestell oder dem anderen Werkzeug, verursachten Spannungen beseitigt.
Sodann werden die Stücke zusammengesetzt.
Sobald dieses Zusammensetzen beendet ist, wird das Werkzeug dazu veranlasst, das Stück loszulassen und der Stößel 13 wird in seine angenäherte Position zurückgebracht, um das Ansatzstück 4 gegenüber der Aufnahme 25 neu zu positionieren und das Koppeln des Roboterteils 1 und des Werkzeugteils 2 sicherzustellen.
Das Werkzeug wird sodann von dem Gestell und/oder dem anderen Haltewerkzeug entriegelt und der Roboter bringt das Werkzeug in den Bereich zum Greifen von Stücken.
Um das Werkzeug und das Handgelenk des Roboters R zu entkoppeln, führt der Roboter das Werkzeug in seinen Träger. Die Axialrückhalteelemente 49 werden nun in ihre ausgerückte Position gebracht, um die Zapfen 45 freizugeben. Zugleich wird der Stößel 13 in seine beabstandete Position gebracht, um das Einfahren der Finger 7 und das Entkoppeln des Werkzeugteils 2 und des Roboterteils 1 zu ermöglichen. Der Roboter führt nun den Roboterteil 1 parallel zur Ankopplungsrichtung vom Werkzeugteil 2 weg. Der Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt 37 jeder Mutter 36 wird nun wieder in den Sitz 39 gedrückt und übt eine Zugkraft auf den Trägerring 32 aus, wodurch dieser gegenüber dem Roboterteil 1 neu positioniert wird und die Verbindungsstücke 30, 31 voneinander trennt. Sodann ist der Roboterteil 1 vollkommen frei.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist, sondern vielmehr zahlreiche Abwandlungen umfasst, ohne dabei den durch die Ansprüche festgelegten Schutzumfang zu verlassen.
Insbesondere können andere Kopplungsmittel, wie beispielsweise ein Klammerflansch, vorgesehen sein.
Ferner können Mittel zum relativen Positionieren des Trägerrings und des Werkzeugteils 2 unabhängig von Zapfen 45 vorgesehen sein, die somit nur der Verriegelung der Verbindung dienen.
Allgemein ist es möglich, durch kinematische Umkehr der beschriebenen Ausführung eine Wechselvorrichtung zu realisieren.

Claims

Werkzeugwechselvorrichtung, umfassend einen Roboterteil (1) und einen Werkzeugteil (2), die mit Mitteln zur Befestigung an einem Roboterhandgelenk bzw. an einem Werkzeug versehen sind, Mittel (3) zum Koppeln und Entkoppeln des Werkzeugteils und des Roboterteils, und Mittel (30, 31) zum Verbinden eines Steuerkreises (29) des Werkzeugteils mit einem Steuerkreis (28) des Roboterteils, wobei diese Verbindungsmittel mindestens erste und zweite homologe Verbindungsstücke (30, 31) umfassen, die jeweils an einem der Teile der Wechselvorrichtung montiert und mit dem Energietransportkreis des genannten Teils verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das erste Verbindungsstück fest mit einem Träger (32) verbunden ist, der mit dem entsprechenden Teil der Wechselvorrichtung über Verbindungsmittel (33) verbunden ist, die einen Zustand indexierter Verbindung des Trägers in Bezug auf den genannten entsprechenden Teil und einen Zustand der Trennung des Trägers in Bezug auf den genannten entsprechenden Teil haben.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (30) zum Mitnehmen der Verbindungsmittel in deren Zustand der Trennung hat, wobei die Mitnahmemittel derart angeordnet sind, dass sie mit dem anderen Teil (2) der Wechselvorrichtung zusammenwirken, wenn die Teile (1, 2) der Wechselvorrichtung aneinander herangerückt sind.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsmittel mindestens zwei homologe Positionierungselemente (37, 39) umfassen, von denen eines fest mit dem genannten entsprechenden Teil (1) und das andere mit dem Träger (32) verbunden ist, und dass der Träger (32) an dem genannten entsprechenden Teil (4) montiert ist, um zumindest parallel zu einer Kopplungsrichtung der beiden Teile (1, 2) der Wechselvorrichtung zwischen einer ersten Position, in der die homologen Positionierungselemente gegenseitig in Eingriff stehen, um die indexierte Verbindung zu gewährleisten, und einer zweiten Position beweglich zu sein, in der die homologen Positionierungselemente zueinander außer Eingriff stehen.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (40) umfasst, um den Träger (32) elastisch in seine erste Position zurückzustellen.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Positionierungselemente eine Stange (34) ist, die sich parallel zur Kopplungsrichtung erstreckt und einen Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt (37) umfasst, und das andere Positionierungselement eine Aufnahme (38) ist, die die Stange mit einem transversalen Spiel aufnimmt und einen Sitz (39) umfasst, um mit dem Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt (37) zusammenzuwirken.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierungs- und Axialanschlagsschulter (37) derart angeordnet ist, dass sie entlang der Stange (34) in ihrer Position verstellbar ist.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stange (34) einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (35) umfasst und der Zentrierungs- und Axialanschlagsabschnitt (37) aus einer Mutter (36) gebildet ist, die mit dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt in Eingriff steht.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (45, 48) zur Relativpositionierung des Trägers (32) in Bezug auf den anderen Teil (2) der Wechselvorrichtung hat.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Verriegelungsmittel (44) zum Verriegeln der Verbindungsstücke (30, 31) in ihrer verbundenen Position umfasst, wobei diese Mittel derart angeordnet sind, dass sie zumindest dann aktiv sind, wenn die Verbindungsmittel (33) in ihrem Zustand der Trennung sind.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verbindungsstück (30, 31) fest mit einer Platte (32, 43) verbunden ist, die an dem entsprechenden Teil (1, 2) gelagert ist, und die Verriegelungsmittel einen Zapfen (45) umfassen, der an einer der Platten befestigt ist, um sich parallel zur Kopplungsrichtung zu erstrecken, und der seitlich mit einem Relief (46) versehen ist, eine Aufnahme (48), die in der anderen der Platten ausgebildet ist, um den Zapfen aufzunehmen, ein Axialrückhalteelement (49), das in der Aufnahme so gelagert ist, dass es zwischen einer vorstehenden Position in der Aufnahme zum Zusammenwirken mit dem Relief des Zapfens und zum Bilden eines Anschlages gegen dessen Herausziehen aus der Aufnahme, und einer zurückgezogenen Position verstellbar ist, in der es aus der Aufnahme ausgerückt ist, sowie Betätigungsmittel zum Verstellen des Axialrückhalteelements zwischen seinen beiden Positionen.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (45) eine Relativpositionierung der Platten (32, 43) sicherstellt.
Werkzeugwechselvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungs- und Entkopplungsmittel ein Ansatzstück (4) umfassen, das fest mit einem der Teile (1) der Wechselvorrichtung verbunden und mit mindestens drei radialen Fingern (7) versehen ist, die ein freies konisches Ende (8) haben und verschiebbar zwischen einer ausgefahrenen Stellung, in der sie radial von dem Ansatzstück abstehen, und einer eingefahrenen Stellung gelagert sind, in der sie gegenüber ihrer ausgefahrenen Stellung zurückversetzt sind, ein Betätigungsorgan (13) zum Verstellen der Finger zwischen ihren beiden Stellungen, und eine Aufnahme (25), die in dem anderen Teil (2) der Wechselvorrichtung ausgebildet ist, um das Ansatzstück mit einem transversalen Spiel aufzunehmen, wobei die Aufnahme von einer Wand (26) begrenzt ist, in der radiale Vertiefungen (27) ausgebildet sind, um die freien Enden der Finger in ihrer ausgefahrenen Stellung aufzunehmen, wobei die Aufnahme derart ausgebildet ist, dass ein transversales Spiel zwischen dem Ansatzstück (4) mit den Fingern (7) in eingefahrener Stellung und der Aufnahme und zwischen dem freien konischen Ende der Finger in eingefahrener Stellung und den Vertiefungen vorhanden ist.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement einen Gleitstößel (13) umfasst, der in dem Ansatzstück (4) gelagert ist, um sich senkrecht zu den Fingern (7) zwischen einer eingefahrenen Stellung der Finger und einer ausgefahrenen Stellung der Finger zu verschieben, und mit einer Nockenfläche (17) versehen ist, um die Finger aus ihrer eingefahrenen Stellung in ihre ausgefahrene Stellung mitzunehmen, wobei die Finger elastisch in ihre eingefahrene Stellung zurückgestellt sind.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenfläche (17) eine Rampe mit abnehmender Steigung umfasst.
Werkzeugwechselvorrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenfläche (17) einen Nullsteigungsabschnitt hat, der parallel zur Verschiebungsrichtung des Gleitstößels (13) ist, um mit den Fingern (7) in ihrer ausgefahrenen Stellung zusammenzuwirken.