EP3980228A1 - Werkzeugwechsler für einen roboter und wechselsystem hierfür - Google Patents

Werkzeugwechsler für einen roboter und wechselsystem hierfür

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Publication number
EP3980228A1
EP3980228A1 EP20746120.3A EP20746120A EP3980228A1 EP 3980228 A1 EP3980228 A1 EP 3980228A1 EP 20746120 A EP20746120 A EP 20746120A EP 3980228 A1 EP3980228 A1 EP 3980228A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool changer
base unit
locking elements
axial direction
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20746120.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hasan Canti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schunk GmbH and Co KG
Original Assignee
Schunk GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schunk GmbH and Co KG filed Critical Schunk GmbH and Co KG
Publication of EP3980228A1 publication Critical patent/EP3980228A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B25J15/0408—Connections means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B25J15/0408—Connections means
    • B25J15/0433—Connections means having gripping members
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B25J15/0408—Connections means
    • B25J15/045—Connections means having screw means

Definitions

  • the invention relates to a tool changer for a robot, with a base unit and with one on the
  • Locking elements and with receptacles provided on the interchangeable unit the locking elements interacting with the receptacles in a locking position for locking the interchangeable unit on the base unit and releasing the receptacles in an unlocking position, and with a rotary member provided on the base unit and rotatably mounted about its longitudinal axis, wherein the
  • Locking elements with the rotary link so are coupled in movement that the locking elements are displaced when the rotary member is rotated.
  • the base unit is in particular set up so that it can be arranged on the free end of a robot arm.
  • the exchange unit is in particular like this
  • Robots are used in industrial assembly line applications and other production applications to perform repetitive tasks with high accuracy.
  • robots are commonly used in the
  • Automotive industry used to perform a number of tasks such as material handling,
  • a tool changer mentioned at the beginning is known, for example, from DE 112009002163 T5. There they are
  • Locking elements designed as rolling elements.
  • Actuation of the locking elements is known there as a rotary member, a piston with cam surfaces with several facets, which act against the rolling elements.
  • the present invention is based on the object of providing a tool changer of the type mentioned at the beginning
  • the tool changer provides, in particular, that the rotary member is coupled in terms of movement to a rotationally fixed and axially displaceable actuator so that when the rotary member is rotated, the actuator changes its position in the axial direction.
  • the rotary member as such can also change its axial position; however, it is also conceivable that the rotary member and the actuator are coupled to one another for movement in such a way that the rotary member does not change its axial position when it is rotated.
  • the actuator is coupled in motion with a pivot pin which extends transversely to the longitudinal axis of the actuator or forms this, that a joint pin is provided on each of the locking elements and that at least one lever arm is provided between the pivot pin and the respective joint pin .
  • the respective lever arms are set up in such a way that when the pivot pin is displaced in the axial direction, the hinge pins, and thus the locking elements, are moved in a transverse direction running transversely to the axial direction.
  • a plurality of lever arms can also be provided in each case for the pivot pin and the respective hinge pin.
  • Actuator are advantageously deflected in the axial direction in a movement of the locking elements in the transverse direction. Overall, the movement of the pivot pin and the
  • Hinge pins are also made relatively wear-free.
  • hinge pin and the pivot pin are circular-cylindrical and are arranged to run parallel to one another.
  • motion-coupled components are exposed to high loads and high wear.
  • the rotary member comprises a head and a threaded rod, the head being rotatable by means of a rotary tool and the threaded rod in a non-rotatably arranged on the base unit
  • Threaded sleeve is rotatably mounted.
  • the threaded rod and the threaded sleeve can interact directly; the thread of the threaded rod then engages in a thread of the threaded sleeve.
  • rolling bodies are provided between the threaded rod and the threaded sleeve in order to minimize the friction between the threaded rod and the threaded sleeve.
  • the turning tool can be a hand-operated turning tool or a
  • the provision of a machine-operated turning tool has the advantage that the turning member can be operated automatically.
  • the actuator is advantageously provided on the side of the rotary member facing away from the head in an axially decoupled manner on the rotary member.
  • the rotational decoupling can be implemented, for example, in such a way that the
  • Actuator reaches through a coupling section of the rotary member and undercuts.
  • the securing element is set up so that it is when the
  • the turning tool moves from a secured position into a release position.
  • the securing element can, for example, be a securing wedge which is spring-loaded in the axial direction and which rests against a flattened area of the head and thereby prevents the rotating member from rotating.
  • this securing wedge can be displaced backwards in the axial direction from the securing position into the release position, whereby a turning of the turning member becomes possible.
  • the two lever arms are furthermore preferably arranged at least in sections one above the other and / or lying next to one another. This results in a space-saving arrangement.
  • the locking elements are designed as slide elements and are supported in the base unit.
  • the slide elements are included in particular stored so that they can only move in the direction of rotation. This allows a clear direction of movement of the slide elements to be specified.
  • the slide elements can in particular provide wedge sections on the side facing the respective receptacle.
  • the recordings can in particular as
  • the receptacles are at least partially elastically resilient and / or at least partially elastic on the interchangeable unit
  • Locking elements act in the locked position under a bias against the recordings.
  • the provision of such a bias has the advantage that
  • connection axes between the respective hinge pin and the pivot pin enclose an angle ⁇ in the range of over 86 ° and under 90 ° with the axial direction. This ensures that in particular in the
  • Axial stop is provided for setting the end position of the actuator in the axial direction.
  • the end position can also be adjusted to the angle ß. This can ensure that the
  • positioning recesses or positioning pins are provided on the interchangeable unit, with which the interchangeable unit can be precisely positioned at an interchangeable station
  • the exchange unit is positionable. It can thereby be ensured that the exchange unit can be stored at an exchange station, especially when it is detached from the base unit.
  • a changing system with a tool changer according to the invention and with a changing station, the changing station having a rotary tool for rotating the rotary member and the changing station having positioning pins or
  • FIG. 1 shows a changing system with a tool changer and with a changing station
  • FIG. 2 shows the tool changer according to FIG. 1;
  • FIG 3 shows the exchange system according to Figure 2, with unlocked
  • FIG. 4 shows a section of the changing system according to FIG. 1 when the tool changer is approached
  • FIG. 5 shows the view according to FIG. 4 with at the
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through the changing system according to FIG. 3;
  • FIG. 7 shows a cross section through the changing system according to FIG. 8;
  • FIG. 8 shows a cross section corresponding to FIG. 7 in the locked position;
  • FIG. 9 shows a detail of a plan view of the
  • FIG. 10 shows the locking elements of the base unit with the associated movement mechanism in FIG
  • FIG. 11 shows a view corresponding to FIG. 10 in the locked position.
  • a tool changer 10 which comprises a base unit 12 and an exchange unit 14. Furthermore, in particular in Figures 1 to 5 a
  • Changing station 16 is shown, to which the tool changer 10 can be docked in order to detach the changing unit 14 from the base unit 12.
  • the tool changer 10 and the changing station together form a changing system 18.
  • the base unit 12 can be arranged on the free end of a robot arm. Using the robot arm, which is not shown in the figures, the base unit 12 can be moved freely in space and, among other things, can also be moved to the changing station 16. In operation, a tool or a handling system, such as a gripping device, is arranged on the interchangeable unit 14 in order to access components
  • the exchange unit 14 can be detached from the base unit 12.
  • the changing station 16 there are three at the changing station 16
  • Positioning pins 20 are provided, which are in on the
  • Base unit 12 a rotary member 24 is provided, which is rotatably mounted about its longitudinal axis 25.
  • FIGS. 4 and 5 the housing of the base unit 12 is only shown in broken lines in order to make the components within the base unit 12 visible.
  • the rotary member 24 comprises a head 26 and a
  • Threaded rod 28 The head 26 has contact surfaces in the form of on two opposite sides
  • Flats 30 for a rotatably drivable turning tool 32 As is clear from FIGS. 1 to 5 in particular, the turning tool 32 is configured like a fork and is arranged at the changing station 16 so that it can be rotated. The turning tool 32 has contact surfaces 34 which are formed parallel to the flats 30. In the docked position of the turning tool 32
  • the contact surfaces 34 of the turning tool 32 therefore rest on the flats 30 of the head 26, as is clear from FIGS. 2 and 5.
  • a securing element 36 is also provided on the base unit 12, which interacts with one of the flattened areas 30 to secure the rotary member 24 against rotation.
  • Fuse element 36 is in. With spring elements 38
  • Changing station 16 docked tool changer 10 is not possible. If the tool changer 10 is located at the changing station 16, as shown in FIG. 5, the turning tool 32 interacts with the securing element 36 in such a way that when the turning tool 32 is rotated from the securing position shown in FIG 5 shown release position moves. In order to achieve a safe disengagement against the pretensioning force of the spring elements 38, the mutually facing sides of the securing element 36 and of the turning tool 32 are each wedge-shaped.
  • the threaded rod 28 of the rotary member 24 is rotatably mounted in a threaded sleeve 40. In order to rotate the rotary member 24 as smoothly as possible in the
  • the threaded rod 28 acts directly against the threaded sleeve 40. Due to the provision of the threaded sleeve 40 it is achieved that when the rotary member 24 is rotated about its longitudinal axis 25, the rotary member 24 is in its position
  • Axial direction i.e. in the direction along the longitudinal axis 25, changed.
  • the axial direction is indicated by the double arrow 41.
  • the rotary member 24 is coupled in terms of movement in the axial direction 41 to a non-rotatable and axially displaceable actuator 42.
  • the actuator 42 adjoins the rotary member 24 on the side of the rotary member facing away from the head 26 in an uncoupled manner in the axial direction 41.
  • Axial direction 41 leads without the actuator 42 being rotated about the longitudinal axis 25.
  • the actuator 42 has a direction transverse to the longitudinal axis 25
  • pivot pin 50 consequently extends transversely to the longitudinal axis 25 or transversely to the axial direction 41.
  • pivot pin 50 extends not only through the bore 48 of the pivot pin 50
  • Actuator 42 but through two further bores 52, which are each provided on a lever arm 54, 56.
  • Keyways 84 provided for web portions 82 are formed.
  • the locking elements 60, 62 interacting with the receptacles 80 are provided on the base unit 12 and each have a wedge section 86 at their free ends, which is designed to be complementary to the keyways 84.
  • Wedge sections 86 can be clearly seen in particular in FIGS. 9 and 10.
  • Transverse axis 64 running longitudinal axis 25 in a transverse direction indicated by arrows 68.
  • the actuator 42 is displaced in the direction of the arrow 66 along the longitudinal axis 25 in the axial direction 41, then due to the mechanics of the lever arms 54, 56 are
  • Locking elements 60, 62 displaced along transverse axis 64 in transverse direction 68.
  • Locking elements 60, 62 close the
  • Connection axes 70 which run between the centers of the hinge pins 58 and the center of the pivot pin 50, with the longitudinal axis 25 each make an angle of 45 ° a.
  • the axes 70 enclose an angle ⁇ of approximately 88 ° with the longitudinal axis 25. This means that, starting from FIG. 10, the locking elements 60, 62 are initially displaced comparatively quickly in the direction of the arrows 68 with comparatively little force.
  • the movement of the locking elements 60, 62 is slowed down due to the kinematics provided, although the locking force is increased accordingly.
  • the angle ß is chosen so that it is less than 90 °; if the angle would be ß 90 °, a dead center would be
  • the axial stop 72 is designed here as a threaded bolt that is inserted into the
  • Housing of the base unit 12, as shown in Figure 9, can be screwed.
  • Web sections 82 can be provided on the interchangeable unit 14 such that they can be deflected by means of spring elements. If, as shown in FIG. 8, the locking elements 60, 62 are acted upon in the locking position along the arrows 68 against the receptacles 80, these are deflected into the deflection position 82 'shown in broken lines in FIG. This has the
  • the deflection of the web sections 82 or the receptacles 80 is greater than that which occurs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Abstract

Werkzeugwechsler (10) für einen Roboter, mit einer Basiseinheit (12) und mit einer an der Basiseinheit (12) verriegelbaren Wechseleinheit (14), mit an der Basiseinheit (12) vorgesehenen verlagerbaren Verriegelungselementen (60, 62) und mit an der Wechseleinheit (14) vorgesehenen Aufnahmen (80), wobei die Verriegelungselemente (60, 62) in einer Verriegelungslage zur Verriegelung der Wechseleinheit (14) an der Basiseinheit (12) mit den Aufnahmen (80) zusammenwirken und in einer Entriegelungslage die Aufnahmen (80) freigeben, und mit einem an der Basiseinheit (12) vorgesehenen, um seine Längsachse (25) verdrehbar gelagerten Drehglied (24), wobei die Verriegelungselemente (60, 62) mit dem Drehglied (24) so bewegungsgekoppelt sind, dass beim Verdrehen des Drehglieds (24) die Verriegelungselemente (60, 62) verlagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehglied (24) mit einem drehfesten und axial verlagerbaren Stellglied (42) bewegungsgekoppelt ist, so dass bei einer Verdrehung des Drehlieds (24) das Stellglied (42) seine Position in Axialrichtung (41) ändert, dass das Stellglied (42) mit einem Drehbolzen (50), der sich quer zur Längsachse (25) des Stellglieds (42) erstreckt, bewegungsgekoppelt ist oder diesen bildet, dass an den Verriegelungselementen (60, 62) jeweils ein Gelenkbolzen (58) vorgesehen ist und dass zwischen dem Drehbolzen (50) und dem jeweiligen Gelenkbolzen (58) jeweils wenigstens ein Hebelarm (54, 56) vorgesehen ist, so dass beim Verlagern des Drehbolzens (50) in Axialrichtung (41) die Gelenkbolzen (58), und damit die Verriegelungselemente (60, 62), in quer zur Axialrichtung (41) verlaufender Querrichtung (68) bewegt werden.

Description

Titel : Werkzeugwechsler für einen Roboter und
Wechselsystem hierfür
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Werkzeugwechsler für einen Roboter, mit einer Basiseinheit und mit einer an der
Basiseinheit verriegelbaren Wechseleinheit, mit an der Basiseinheit vorgesehenen verlagerbaren
Verriegelungselementen und mit an der Wechseleinheit vorgesehenen Aufnahmen, wobei die Verriegelungselemente in einer Verriegelungslage zur Verriegelung der Wechseleinheit an der Basiseinheit mit den Aufnahmen Zusammenwirken und in einer Entriegelungslage die Aufnahmen freigeben, und mit einem an der Basiseinheit vorgesehenen, um seine Längsachse verdrehbar gelagerten Drehglied, wobei die
Verriegelungselemente mit dem Drehglied so bewegungsgekoppelt sind, dass beim Verdrehen des Drehglieds die Verriegelungselemente verlagert werden.
Die Basiseinheit ist dabei insbesondere so eingerichtet, dass sie an das freie Ende eines Roboterarms anordenbar ist. Die Wechseleinheit ist dabei insbesondere so
eingerichtet, dass sie zur Anordnung an ein Werkzeug oder eine Greifeinheit ausgebildet ist.
Roboter werden bei industriellen Montagestraßenanwendungen und anderen Produktionsanwendungen eingesetzt, um sich wiederholende Aufgaben hochgenau durchführen.
Beispielsweise werden Roboter allgemein in der
Automobilindustrie verwendet, um eine Anzahl von Aufgaben durchzuführen, wie beispielsweise Materialtransport,
Schneiden, Schweißen, Fügen und dergleichen.
Ein eingangs genannter Werkzeugwechsler ist beispielsweise aus der DE 112009002163 T5 bekannt. Dort sind die
Verriegelungselemente als Wälzkörper ausgebildet. Zur
Betätigung der Verriegelungselemente ist dort als Drehglied ein Kolben mit Nockenflächen mit mehreren Facetten bekannt, welche gegen die Wälzkörper wirken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werkzeugwechsler der eingangs genannten Art
bereitzustellen, bei dem die Verriegelungselemente in der Verriegelungslage mit vergleichsweise hohen Kräften gegen die Aufnahmen wirken. Dabei soll gleichzeitig ein möglichst schnelles Verlagern der Verriegelungselemente erfolgen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Werkzeugwechsler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Ein solcher
Werkzeugwechsler sieht insbesondere vor, dass das Drehglied mit einem drehfesten und axial verlagerbaren Stellglied bewegungsgekoppelt ist, so dass bei einer Verdrehung des Drehglieds das Stellglied seine Position in Axialrichtung ändert. Das Drehglied als solches kann dabei ebenfalls seine axiale Position ändern; allerdings ist auch denkbar, dass das Drehglied und das Stellglied so miteinander bewegungsgekoppelt sind, dass das Drehglied beim Verdrehen seine axiale Position nicht ändert. Ferner ist vorgesehen, dass das Stellglied mit einem Drehbolzen, der sich quer zur Längsachse des Stellglieds erstreckt, bewegungsgekoppelt ist oder diesen bildet, dass an den Verriegelungselementen jeweils ein Gelenkbolzen vorgesehen ist und dass zwischen den Drehbolzen und dem jeweiligen Gelenkbolzen jeweils wenigstens ein Hebelarm vorgesehen ist. Die jeweiligen Hebelarme sind so eingerichtet, dass beim Verlagern des Drehbolzens in Axialrichtung die Gelenkbolzen, und damit die Verriegelungselemente, in quer zur Axialrichtung verlaufender Querrichtung bewegt werden. Zwischen den
Drehbolzen und dem jeweiligen Gelenkbolzen können auch jeweils mehrere Hebelarme vorgesehen sein. Das
Bereitstellen einer derartigen Betätigungsmechanik der Verriegelungselemente hat den Vorteil, dass durch
Verwendung der Hebelarme die Verriegelungselemente, solange sie sich nicht in der Verriegelungslage befinden,
vergleichsweise große Wege unter vergleichsweise geringer Kraft zurücklegen können. Dann, wenn die
Verriegelungselemente in den Bereich der Verriegelungslage kommen, legen sie vergleichsweise kleine Wege unter
Bereitstellung vergleichsweise großer Kräfte zurück. Durch Vorsehen der Hebelarme kann zudem die Bewegung des
Stellglieds in Axialrichtung vorteilhaft umgelenkt werden in eine Bewegung der Verriegelungselemente in Querrichtung. Insgesamt kann die Bewegung des Drehbolzens und der
Gelenkbolzen zudem vergleichsweise verschleißfrei erfolgen.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Gelenkbolzen und die Drehbolzen kreiszylindrisch ausgebildet und parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.
Anders als beim bekannten Stand der Technik in Form der DE 11 2009 002 163 T5 finden also keine Wälzkörper Verwendung, welche aufgrund der Relativbewegungen der damit
bewegungsgekoppelten Bauteile hohen Belastungen und einem hohen Verschleiß ausgesetzt sind.
Ferner ist ferner vorteilhaft, wenn das Drehglied einen Kopf und eine Gewindestange umfasst, wobei der Kopf mittels eines Drehwerkzeugs drehbar ist und wobei die Gewindestange in einer an der Basiseinheit drehfest angeordneten
Gewindehülse drehbar gelagert ist. Die Gewindestange und die Gewindehülse können dabei unmittelbar Zusammenwirken; das Gewinde der Gewindestange greift dann in ein Gewinde der Gewindehülse ein. Allerdings ist auch denkbar, dass zwischen der Gewindestange und der Gewindehülse Wälzkörper vorgesehen sind, um die Reibung zwischen Gewindestange und Gewindehülse zu minimieren. Bei dem Drehwerkzeug kann es sich um ein handbetätigtes Drehwerkzeug oder um ein
maschinell betätigtes Drehwerkzeug handeln. Das Vorsehen eines maschinell betätigten Drehwerkzeugs hat den Vorteil, dass ein Betätigen des Drehglieds automatisiert erfolgen kann . Das Stellglied ist dabei vorteilhafterweise auf der dem Kopf abgewandten Seite des Drehglieds in Axialrichtung drehentkoppelt am Drehglied vorgesehen. Die Drehentkopplung kann beispielsweise derart realisiert sein, dass das
Stellglied einen Koppelabschnitt des Drehglieds durchgreift und hinterschneidet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der Kopf eine Angriffsfläche für das Drehwerkzeug aufweist und dass an der Basiseinheit ein Sicherungselement
vorgesehen ist, das zur Drehsicherung des Drehglieds mit der Angriffsfläche zusammenwirkt. Das Sicherungselement ist dabei so eingerichtet, dass es bei Aufsetzen des
Drehwerkzeugs auf den Kopf oder bei Drehen des
Drehwerkzeugs aus einer Sicherungslage in eine Freigabelage rückt. Das Sicherungselement kann beispielsweise ein in Axialrichtung federbeaufschlagter Sicherungskeil sein, der an einer Abflachung des Kopfes anliegt und dadurch ein Verdrehen des Drehglieds verhindert. Beim Aufsetzen des Drehwerkzeugs kann dieser Sicherungskeil in Axialrichtung nach hinten aus der Sicherungslage in die Freigabelage verlagert werden, wodurch ein Verdrehen des Drehglieds möglich wird.
Die beiden Hebelarme sind ferner vorzugsweise wenigstens abschnittsweise übereinander und/oder aneinander liegend angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich eine platzsparende Anordnung .
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Verriegelungselemente als Schieberelemente in der Basiseinheit geführt gelagert ausgebildet sind. Die Schieberelemente sind dabei insbesondere so geführt gelagert, dass sie sich lediglich in Drehrichtung bewegen können. Damit kann eine eindeutige Bewegungsrichtung der Schieberelemente vorgegeben werden.
Die Schieberelemente können insbesondere auf der der jeweiligen Aufnahme zugewandten Seite Keilabschnitte vorsehen. Die Aufnahmen können insbesondere als
komplementär dazu ausgebildete Keilaufnahmen ausgeführt sein .
Ferner ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmen wenigstens bedingt elastisch nachgiebig ausgebildet sind und/oder wenigstens bedingt elastisch an der Wechseleinheit
angeordnet sind. Damit kann erreicht werden, dass die Aufnahmen bei Erreichen der Verriegelungslage elastisch nachgiebig ausgelenkt werden, wodurch die
Verriegelungselemente in der Verriegelungslage unter einer Vorspannung gegen die Aufnahmen wirken. Das Vorsehen einer derartigen Vorspannung hat den Vorteil, dass sich
insbesondere aus Fertigungstoleranzen ergebendes Spiel ausgeglichen werden kann. Dabei ist vorteilhaft, wenn Federelemente vorgesehen sind, die die Aufnahmen
federvorgespannt gegen die Wechseleinheit beaufschlagen. Als Federelemente können insbesondere Spiral- oder
Tellerfedern Verwendung finden.
Ferner hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in der Entriegelungslage die Verbindungsachsen zwischen dem jeweiligen Gelenkbolzen und dem Drehbolzen mit der
Axialrichtung einen Winkel im Bereich von 30° bis 60°, und vorzugsweise im Bereich von 40° bis 50° einschließen und/oder wenn in der Verriegelungslage die Verbindungsachsen zwischen dem jeweiligen Gelenkbolzen und dem Drehbolzen mit der Axialrichtung einen Winkel ß im Bereich von über 86° und unter 90 ° einschließen . Dadurch kann gewährleistet werden, dass insbesondere in der
Verriegelungslage eine hohe Kraftübertragung durch die Hebelarme bereitgestellt werden kann; insgesamt findet folglich eine Verriegelung mit vergleichsweise hohen
Kräften statt.
Ferner ist vorteilhaft, wenn ein verstellbarer
Axialanschlag zur Einstellung der Endlage des Stellglieds in Axialrichtung vorgesehen ist. Mit Einstellung der
Endlage kann letztlich auch der Winkel ß eingestellt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das
Stellglied einen Totpunkt bei Winkel ß = 90° nicht
überschreitet .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist denkbar, dass an der Wechseleinheit Positionierausnehmungen oder Positionierstifte vorgesehen sind, mit welchen die Wechseleinheit an einer Wechselstation ortsgenau
positionierbar ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Wechseleinheit, insbesondere dann, wenn sie von der Basiseinheit gelöst ist, an einer Wechselstation gelagert werden kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Wechselsystem mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugwechsler und mit einer Wechselstation, wobei die Wechselstation ein Drehwerkzeug zum Verdrehen des Drehglieds aufweist und wobei die Wechselstation Positionierstifte oder
Positionierausnehmungen aufweist, mit welchen die Wechseleinheit an der Wechselstation positionierbar ist. Durch ein solches Wechselsystem kann also ein
vollautomatisiertes Betätigen des Werkzeugwechslers
erreicht werden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen, anhand derer ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben und erläutert ist.
Es zeigen:
Figur 1 ein Wechselsystem mit einem Werkzeugwechsler und mit einer Wechselstation;
Figur 2 den Werkzeugwechsler gemäß Figur 1;
Figur 3 das Wechselsystem gemäß Figur 2, mit entriegelter
Wechseleinheit ;
Figur 4 einen Ausschnitt aus dem Wechselsystem gemäß Figur 1 beim Anfahren des Werkzeugwechslers an die
Wechselstation;
Figur 5 die Ansicht gemäß Figur 4 mit an der
Wechselstation angeordnetem Werkzeugwechsler;
Figur 6 einen Längsschnitt durch das Wechselsystem gemäß Figur 3;
Figur 7 einen Querschnitt durch das Wechselsystem gemäß Figur 8; Figur 8 einen der Figur 7 entsprechenden Querschnitt in der Verriegelungslage;
Figur 9 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf das
Basisteil ohne Gehäuse;
Figur 10 die Verriegelungselemente der Basiseinheit mit dem zugehörigen Bewegungsmechanismus in der
Entriegelungslage; und
Figur 11 eine der Figur 10 entsprechende Ansicht in der Verriegelungslage .
In den Figuren ist ein Werkzeugwechsler 10 gezeigt, der eine Basiseinheit 12 und eine Wechseleinheit 14 umfasst. Ferner ist insbesondere in den Figuren 1 bis 5 eine
Wechselstation 16 gezeigt, an welche der Werkzeugwechsler 10 zum Lösen der Wechseleinheit 14 von der Basiseinheit 12 angedockt werden kann. Der Werkzeugwechsler 10 und die Wechselstation bilden zusammen ein Wechselsystem 18.
Die Basiseinheit 12 ist dabei an dem freien Ende eines Roboterarms anordenbar. Über den Roboterarm, der in den Figuren nicht gezeigt ist, kann die Basiseinheit 12 frei im Raum bewegt werden und u.a. auch zur Wechselstation 16 verfahren werden. Im Betrieb ist an der Wechseleinheit 14 insbesondere ein Werkzeug oder ein Handhabungssystem, wie eine Greifvorrichtung, angeordnet, um Bauteile zu
bearbeiten oder handzuhaben. Zum Austausch des Werkzeugs oder der Handhabungseinheit kann die Wechseleinheit 14 von der Basiseinheit 12 gelöst werden. Dazu wird der Werkzeugwechsler 10, also die Basiseinheit 12 zusammen mit der Wechseleinheit 14, hin zur Wechselstation 16 verfahren, wie es in Figur 2 gezeigt ist. Um ein positionsgenaues Andocken des Werkzeugwechslers 10 an der Wechselstation 16 zu erreichen, sind an der Wechselstation 16 drei
Positionierstifte 20 vorgesehen, die in an der
Wechseleinheit 14 vorgesehene Positionierausnehmungen 22, wie sie in Figur 6 angedeutet sind, eintauchen können.
Wie in den Figuren 1 bis 5 deutlich wird, ist an der
Basiseinheit 12 ein Drehglied 24 vorgesehen, welches um seine Längsachse 25 verdrehbar gelagert ist. Figuren 4 und 5 ist das Gehäuse der Basiseinheit 12 lediglich gestrichelt gezeigt, um die Bauteile innerhalb der Basiseinheit 12 sichtbar zu machen.
Wie insbesondere aus dem Schnitt gemäß Figur 6 deutlich wird, umfasst das Drehglied 24 einen Kopf 26 und eine
Gewindestange 28. Der Kopf 26 weist an zwei einander gegenüberliegenden Seiten Angriffsflächen in Form von
Abflachungen 30 für ein drehbar antreibbares Drehwerkzeug 32 auf. Das Drehwerkzeug 32 ist, wie aus insbesondere den Figuren 1 bis 5 deutlich wird, gabelartig ausgebildet und an der Wechselstation 16 drehbar antreibbar angeordnet. Das Drehwerkzeug 32 weist dabei Angriffsflächen 34 auf, welche parallel zu den Abflachungen 30 ausgebildet sind. In der an der Wechselstation 16 angedockten Position des
Werkzeugwechslers 10 liegen folglich die Angriffsflächen 34 des Drehwerkzeugs 32 an den Abflachungen 30 des Kopfes 26 an, wie aus Figur 2 und 5 deutlich wird. Wie insbesondere aus den Figuren 4 und 5 deutlich wird, ist an der Basiseinheit 12 zudem ein Sicherungselement 36 vorgesehen, das zur Drehsicherung des Drehglieds 24 mit einer der Abflachungen 30 zusammenwirkt. Das
Sicherungselement 36 ist mit Federelementen 38 in
Axialrichtung, also in Richtung der Längsachse 25 hin zur Wechselstation 16 vorgespannt. Dadurch wird erreicht, dass ein Verdrehen des Drehglieds 24 bei nicht an der
Wechselstation 16 angedocktem Werkzeugwechsler 10 nicht möglich ist. Befindet sich der Werkzeugwechsler 10, wie in Figur 5 gezeigt, an der Wechselstation 16, so wirkt das Drehwerkzeug 32 mit dem Sicherungselement 36 so zusammen, dass es beim Drehen des Drehwerkzeugs 32 aus der in Figur 4 gezeigten Sicherungslage des Sicherungselements 36 in eine in Figur 5 gezeigte Freigabelage rückt. Um ein sicheres Ausrücken entgegen der Vorspannkraft der Federelemente 38 zu erreichen, sind die einander zugewandten Seiten des Sicherungselements 36 und des Drehwerkzeugs 32 jeweils keilartig ausgebildet.
Wie ebenfalls insbesondere aus dem Schnitt gemäß Figur 6 deutlich wird, ist die Gewindestange 28 des Drehglieds 24 in einer Gewindehülse 40 drehbar gelagert. Um ein möglichst leichtgängiges Verdrehen des Drehglieds 24 in der
Gewindehülse 40 zu erreichen, sind zwischen der
Gewindestange 28 und der Gewindehülse 40 Wälzkörper
vorgesehen. Allerdings ist auch denkbar, dass die
Gewindestange 28 unmittelbar gegen die Gewindehülse 40 wirkt. Aufgrund des Vorsehens der Gewindehülse 40 wird erreicht, dass beim Verdrehen des Drehglieds 24 um seine Längsachse 25 das Drehglied 24 seine Position in
Axialrichtung, also in Richtung entlang der Längsachse 25, verändert. Die Axialrichtung ist dabei durch den Doppelpfeil 41 angedeutet.
Wie weiter aus den Figuren 4 bis 8 deutlich wird, ist das Drehglied 24 mit einem drehfest und axial verlagerbaren Stellglied 42 in Axialrichtung 41 bewegungsgekoppelt. Das Stellglied 42 schließt sich dabei auf der dem Kopf 26 abgewandten Seite des Drehglieds in Axialrichtung 41 drehentkoppelt an das Drehglied 24 an. Zur Drehentkopplung und gleichzeitigen axialen Bewegungskopplung weist das Drehglied 24, wie aus Figur 6 deutlich wird, eine
Hinterschneidung 44 auf, die einen dem Drehglied 24 zugewandten Durchbruch 46 des Stellglieds 42 hintergreift. Dadurch wird gewährleistet, dass ein Verdrehen des
Drehglieds 24 zu einer Verlagerung des Stellglieds in
Axialrichtung 41 führt, ohne dass das Stellglied 42 um die Längsachse 25 verdreht wird.
Wie weiter insbesondere aus Figur 6 deutlich wird, weist das Stellglied 42 eine sich quer zur Längsachse 25
erstreckende Bohrung 48 auf, in welcher ein Drehbolzen 50 vorgesehen ist. Der Drehbolzen 50 erstreckt sich folglich quer zur Längsachse 25 bzw. quer zur Axialrichtung 41.
Wie ferner aus Figur 6 deutlich wird, erstreckt sich der Drehbolzen 50 nicht nur durch die Bohrung 48 des
Stellglieds 42, sondern durch zwei weitere Bohrungen 52, welche jeweils an einem Hebelarm 54, 56 vorgesehen sind.
Die beiden Hebelarme 54 und 56, die insbesondere in den Figuren 9 bis 11 deutlich zu erkennen sind, wirken jeweils mit einem Gelenkbolzen 58 zusammen, der wiederum jeweils an einem Verriegelungselement 60, 62 vorgesehen ist. Zur Verriegelung der Wechseleinheit 14 an der Basiseinheit 12 sind an der Wechseleinheit in Figur 3, 6 und 7 deutlich zu erkennende Aufnahmen 80 gezeigt, welche als in
Stegabschnitten 82 vorgesehene Keilnuten 84 ausgebildet sind. An der Basiseinheit 12 sind die mit den Aufnahmen 80 zusammenwirkenden Verriegelungselemente 60, 62 vorgesehen, die an ihren freien Enden jeweils einen Keilabschnitt 86 aufweisen, der komplementär zu den Keilnuten 84 ausgebildet ist. Die Verriegelungselemente 60, 62 mit den
Keilabschnitten 86 sind insbesondere in den Figuren 9 und 10 deutlich zu erkennen.
Durch Verlagern des Stellglieds 42 in axialer Richtung können, wie in Figur 10 veranschaulicht, die beiden
Verriegelungselemente 60, 62 aus einer in Figur 10
gezeigten Entriegelungslage in eine in Figur 11 gezeigte Verriegelungslage verlagert werden. Dazu bewegen sich die Verriegelungselemente 60, 62 entlang einer quer zur
Längsachse 25 verlaufenden Querachse 64 in eine mit den Pfeilen 68 angedeutete Querrichtung. Wird also gemäß Figur 10 das Stellglied 42 in Richtung des Pfeiles 66 entlang der Längsachse 25 in Axialrichtung 41 verlagert, dann werden aufgrund der Mechanik der Hebelarme 54, 56 die
Verriegelungselemente 60, 62 entlang der Querachse 64 in Querrichtung 68 verlagert.
In der in Figur 10 gezeigten Entriegelungslage der
Verriegelungselemente 60, 62 schließen die
Verbindungsachsen 70, die zwischen den Mittelpunkten der Gelenkbolzen 58 und dem Mittelpunkt des Drehbolzens 50 verlaufen, mit der Längsachse 25 jeweils einen Winkel von 45° ein. In der in Figur 11 gezeigten Verriegelungslage schließen die Achsen 70 mit der Längsachse 25 einen Winkel ß von ca. 88° ein. Dadurch wird erreicht, dass ausgehend von der Figur 10 zunächst die Verriegelungselemente 60, 62 mit vergleichsweise wenig Kraft vergleichsweise schnell in Richtung der Pfeile 68 verlagert werden. Bei Erreichen der Verriegelungslage, wie sie in Figur 11 gezeigt ist, wird aufgrund der bereitgestellten Kinematik die Bewegung der Verriegelungselemente 60, 62 verlangsamt, wobei allerdings die Verriegelungskraft entsprechend erhöht wird. Der Winkel ß ist dabei so gewählt, dass er weniger als 90° beträgt; würde der Winkel ß 90° betragen, würde ein Totpunkt
erreicht werden, bei dem keine Kraft mehr in Richtung der Pfeile 68 aufgebracht werden kann.
Um zu gewährleisten, dass der Winkel ß weniger als 90° beträgt, ist in Figur 11 ein in Axialrichtung 41
verstellbarer Axialanschlag 72 gezeigt. Der Axialanschlag 72 ist hier als Gewindebolzen ausgebildet, der in das
Gehäuse der Basiseinheit 12, wie es in Figur 9 gezeigt ist, einschraubbar ist.
Um zu gewährleisten, dass sich die Verriegelungselemente 60, 62 beim Verlagern des Stellglieds 42 entlang der
Querachse 64 bewegen, sind im Gehäuse der Wechseleinheit 14 in Figur 9 gezeigte Führungstaschen 74 vorgesehen, in welchen die Verriegelungselemente 60, 62 gleitend
angeordnet sind.
Wird das Stellglied 42 durch Drehung des Drehglieds 24 in die andere Richtung ausgehend von der Figur 11 zurück, also nach rechts bewegt, so bewegen sich die Verriegelungselemente 60, 62 entlang der Querachse 64 entgegen den Richtungen der Pfeile 68 in Figur 10, aus der in Figur 11 gezeigten Verriegelungslage zurück in die in Figur 10 gezeigte Entriegelungslage.
Um eine ausreichende Vorspannkraft in der Verriegelungslage zu gewährleisten, sind die Stegabschnitte 82 mit den
Aufnahmen 80 bedingt elastisch nachgiebig an der
Wechseleinheit 14 angeordnet. Insbesondere können die
Stegabschnitte 82 mittels Federelementen auslenkbar an der Wechseleinheit 14 vorgesehen sein. Werden also, wie in Figur 8 gezeigt ist, die Verriegelungselemente 60, 62 in der Verriegelungslage entlang den Pfeilen 68 gegen die Aufnahmen 80 beaufschlagt, so lenken diese in die in der Figur 8 gestrichelte Auslenklage 82' aus. Dies hat den
Vorteil, dass Spiel, welches beispielsweise aufgrund von auftretenden Toleranzen vorhanden ist, sicher ausgeglichen werden kann. Die Auslenkung der Stegabschnitte 82, bzw. der Aufnahmen 80, ist dabei größer als die auftretende
Gesamttoleranz.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeugwechsler (10) für einen Roboter, mit einer
Basiseinheit (12) und mit einer an der Basiseinheit (12) verriegelbaren Wechseleinheit (14), mit an der Basiseinheit (12) vorgesehenen verlagerbaren
Verriegelungselementen (60, 62) und mit an der
Wechseleinheit (14) vorgesehenen Aufnahmen (80), wobei die Verriegelungselemente (60, 62) in einer
Verriegelungslage zur Verriegelung der Wechseleinheit (14) an der Basiseinheit (12) mit den Aufnahmen (80) Zusammenwirken und in einer Entriegelungslage die Aufnahmen (80) freigeben, und mit einem an der
Basiseinheit (12) vorgesehenen, um seine Längsachse (25) verdrehbar gelagerten Drehglied (24), wobei die Verriegelungselemente (60, 62) mit dem Drehglied (24) so bewegungsgekoppelt sind, dass beim Verdrehen des Drehglieds (24) die Verriegelungselemente (60, 62) verlagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehglied (24) mit einem drehfesten und axial
verlagerbaren Stellglied (42) bewegungsgekoppelt ist, so dass bei einer Verdrehung des Drehlieds (24) das Stellglied (42) seine Position in Axialrichtung (41) ändert, dass das Stellglied (42) mit einem Drehbolzen (50), der sich quer zur Längsachse (25) des
Stellglieds (42) erstreckt, bewegungsgekoppelt ist oder diesen bildet, dass an den Verriegelungselementen (60, 62) jeweils ein Gelenkbolzen (58) vorgesehen ist und
dass zwischen dem Drehbolzen (50) und dem jeweiligen Gelenkbolzen (58) jeweils ein Hebelarm (54, 56) vorgesehen ist, so dass beim Verlagern des Drehbolzens (50) in Axialrichtung (41) die Gelenkbolzen (58), und damit die Verriegelungselemente (60, 62), in quer zur Axialrichtung (41) verlaufender Querrichtung (68) bewegt werden.
2. Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass Drehglied (24) einen Kopf (26) und eine Gewindestange (28) umfasst, wobei der Kopf (26) mittels eines Drehwerkzeugs (32) drehbar ist und wobei die Gewindestange (28) in einer an der
Basiseinheit (12) drehfest angeordneten Gewindehülse (40) drehbar gelagert ist.
3. Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stellglied (42) sich auf der dem Kopf (26) abgewandten Seite des Drehglieds (24) in Axialrichtung (41) drehentkoppelt an das Drehglied
(24) anschließt.
4. Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (26) eine Angriffsfläche (30) für das Drehwerkzeug (32) aufweist und dass an der Basiseinheit (12) ein Sicherungselement (36) vorgesehen ist, das zur Drehsicherung des Drehglieds (24) mit der Angriffsfläche (30) zusammenwirkt, wobei das Sicherungselement (36) derart eingerichtet ist, dass es bei Aufsetzen des Drehwerkzeugs (32) auf den Kopf oder bei Drehen des Drehwerkzeugs (32) aus einer Sicherungslage in eine Freigabelage ausrückt.
5. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Hebelarme (54, 56) wenigstens abschnittsweise übereinander und/oder aneinander anliegend angeordnet sind .
6. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verriegelungselemente (60, 62) als Schieberelemente in Taschen (74) der Basiseinheit (12) geführt gelagert ausgebildet sind.
7. Werkzeugwechsler (10) nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schieberelemente auf der der jeweiligen Aufnahme (80) zugewandten Seite
Keilabschnitte (86) aufweisen und dass die Aufnahmen als Keilaufnahmen (84) ausgebildet sind.
8. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen
(80) wenigstens bedingt elastisch nachgiebig
ausgebildet sind und/oder wenigstens bedingt elastisch nachgiebig an der Wechseleinheit (14) angeordnet sind.
9. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Entriegelungslage die Verbindungsachse (70) zwischen dem jeweiligen Gelenkbolzen (58) und dem Drehbolzen (50) mit der Axialrichtung (41) einen Winkel im Bereich von 30° bis 60° und vorzugsweise im Bereich von 40° bis 50° einschließen und/oder dass in der Verriegelungslage die Verbindungsachsen (70) zwischen dem jeweiligen Gelenkbolzen (58) und dem Drehbolzen (50) mit der Axialrichtung (41) einen Winkel ß im Bereich von über 89° bis unter 90° und vorzugsweise im Bereich von 88° oder 89° einschließen.
10. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein
verstellbarer Axialanschlag (72) zur Einstellung der Endlage des Stellglieds (42) in Axialrichtung (41) vorgesehen ist.
11. Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der
Wechseleinheit Positionierausnehmungen (22) oder Positionierstifte (20) vorgesehen sind, mit welchen die Wechseleinheit (14) an einer Wechselstation (16) positionierbar ist.
12. Wechselsystem (18) mit einem Werkzeugwechsler (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einer Wechselstation (16), wobei die Wechselstation (16) ein Drehwerkzeug (32) zum Verdrehen des Drehglieds (24) aufweist und wobei die Wechselstation (16)
Positionierstifte (28) oder Positionierausnehmungen (22) aufweist, mit welchen die Wechseleinheit (14) an der Wechselstation (16) positionierbar ist.
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