FR2581338A1

FR2581338A1 - Tool changing device for an automatic arm

Info

Publication number: FR2581338A1
Application number: FR8506729A
Authority: FR
Inventors: Michel Hubaut
Original assignee: Manitou BF SA
Current assignee: Manitou BF SA
Priority date: 1985-05-03
Filing date: 1985-05-03
Publication date: 1986-11-07
Anticipated expiration: 2005-05-03
Also published as: FR2581338B1

Abstract

Automatic tool handling device comprising a manipulator arm with multiple axes provided with a moving single-function head. The head is fitted with a component 10 for passive grasping, on which a component 14 carrying a tool 34 provided with active grasping means: rod 18, axial slit 19, is fastened, the said tool-carrying component 14 being fastened onto the fixing stud 10 and remaining fastened thereto for as long as it is not returned to its loading station.

Description

DisDositif de changement d'outils pour bras automatique. Tool change device for automatic arm.

La présente invention est relative à un dispositif de changement d'outils pour bras automatique. The present invention relates to a tool changing device for an automatic arm.

Il est connu de réaliser des dispositifs de changement d'outils pour machines-outils comportant un bras qui vient saisir l'outil sur la tête de travail de la machine-outil, le tient pendant que les moyens de blocage de la broche sont dessérer, puis se déplace pour déposer l'outil dans un magasin, saisir un autre outil et présenter ce dernier devant la broche. It is known to produce tool changing devices for machine tools comprising an arm which grasps the tool on the working head of the machine tool, holds it while the spindle locking means are released, then moves to place the tool in a magazine, grab another tool and present it in front of the spindle.

Il est également connu de munir la tête d'un bras mobile d'un robot d'un mécanisme de préhension qui permet au robot de déposer dans un magasin l'outil qu'il vient d'employer et d'aller en saisir un autre. Ces mécanismes fonctionnent de façon satisfaisante, mais sont assez lourds. It is also known to provide the head of a mobile arm of a robot with a gripping mechanism which allows the robot to deposit in a store the tool it has just used and to go and grab another . These mechanisms work satisfactorily, but are quite cumbersome.

Dans le cas d'un bras automatique de robot de soudure, la capacité de port en charge d'un tel bras est limitée en environ 5 kg ; un mécanisme de préhension permettant de changer d'outil pesant environ 3 kg , disposer un mécanisme de ce genre sur un tel bras reviendrait à réduire la capacité de charge du bras dans des proportions telles qu'une telle solution serait inviable et conduirait à prévoir un robot de capacité nettement supérieure.In the case of an automatic welding robot arm, the carrying capacity of such an arm is limited to approximately 5 kg; a gripping mechanism making it possible to change the tool weighing approximately 3 kg, to have a mechanism of this kind on such an arm would be to reduce the carrying capacity of the arm to such an extent that such a solution would be inviable and would lead to providing a much higher capacity robot.

La présente invention a pour but de tourner cette difficulté et consiste à disposer sur le bras du robot une pièce de préhension passive sur laquelle vient s'acrrocher une pièce porte-outil, munie de moyens de préhension actifs, qui s'accroche à la pièce de préhension du bras du robot et y demeure accrochée tant qu'elle n'est pas ramenée à un poste de chargement. The object of the present invention is to overcome this difficulty and consists in placing on the robot arm a passive gripping part on which a tool-holding part is hooked, provided with active gripping means, which hooks to the part. gripping the robot arm and remains attached to it until it is brought back to a loading station.

Le dispositif selon la présente invention est caractérisé par le fait qu'il comporte : un ergot de fixation porté par la tête mobile située à l'extrémité du bras automatique du robot; un sabot porte-outil comportant des moyens de fixation dudit sabot audit ergot de fixation ; un outil fixé de façon permanente audit sabot ; un poste de chargement pouvant recevoir au moins deux sabots et comportant des moyens pour mettre en action les moyens mécaniques par lequel chaque sabot s'accroche audit ergot. The device according to the present invention is characterized in that it comprises: a fixing lug carried by the movable head situated at the end of the automatic arm of the robot; a tool shoe comprising means for fixing said shoe to said fixing lug; a tool permanently attached to said shoe; a loading station which can receive at least two hooves and comprising means for putting into action the mechanical means by which each hoof clings to said lug.

A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté aux dessins annexés:
Figure 1, une vue schématique représentant un bras automatique de robot;
Figure 2, une vue en élévation latérale en coupe partielle illustrant un mode de réalisation de l'invention;
Figure 3, une vue de détail, de face, de l'ergot du dispositif de la figure 2;
Figure 4, une vue de détail en élévation latérale de la figure 3;
Figure 5, une vue en élévation latérale du sabot porte-outil sur son poste de chargement;
Figure 6, une vue en plan de la figure 4;
Figure 7, une vue à échelle réduite d'un poste de chargement pour quatre sabots porte-outil.By way of nonlimiting example and to facilitate understanding of the invention, the accompanying drawings show:
Figure 1, a schematic view showing an automatic robot arm;
Figure 2, a side elevational view in partial section illustrating an embodiment of the invention;
Figure 3, a detail view, front, of the lug of the device of Figure 2;
Figure 4, a detail view in side elevation of Figure 3;
Figure 5, a side elevational view of the tool shoe on its loading station;
Figure 6, a plan view of Figure 4;
Figure 7, a reduced-scale view of a loading station for four tool shoes.

La figure 1 représente, de façon schématique, un robot du type dit à cinq axes de rotation comportant un socle 1, un châssis 2, monté à rotation sur le socle autour d'un axe de rotation 3; un bras intermédiaire 4, monté à rotation sur le châssis 2 autour d'un axe de rotation 5 ; un bras manipulateur 6 monté à rotation sur le bras intermédiaire 4 autour d'un axe de rotation 7 ; une tête 8, montée à rotation à l'extrémité du bras manipulateur 6 autour d'un axe 9, ladite tête 8 comportant à sa base une bride 8a pouvant pivoter autour d'un axe 9a porté par ladite tête 8. FIG. 1 schematically represents a robot of the type known as having five axes of rotation comprising a base 1, a frame 2, mounted for rotation on the base around an axis of rotation 3; an intermediate arm 4, mounted for rotation on the chassis 2 about an axis of rotation 5; a manipulator arm 6 rotatably mounted on the intermediate arm 4 about an axis of rotation 7; a head 8, rotatably mounted at the end of the manipulator arm 6 about an axis 9, said head 8 comprising at its base a flange 8a which can pivot around an axis 9a carried by said head 8.

Un tel dispositif est connu et est couramment employé pour réaliser automatiquement des soudures, la torche de soudure étant portée par la bride 8a. Such a device is known and is commonly used to automatically perform welds, the welding torch being carried by the flange 8a.

Ce dispositif connu que l'on appelle un robot ne peut porter qu'un seul outil et ne peut donc réaliser qu'un seul type d'opération: des soudures par exemple:
Si l'on veut employer un tel robot pour effectuer des taches diverses, il faut qu'il puisse changer d'outil. On pourrait au lieu de la bride 8a, adapter à la tête 8 un mécanisme de préhension actif comportant des pinces articulées, commandées électriquement, pneumatiquement ou hydrauliquement. L'inconvénient est qu'un tel mécanisme est assez lourd et nécessite une source d'énergie.Dans le cas d'un robot soudeur la charge maximum que l'on peut fixer à la tête 8 est de l'ordre de 5 kg de sorte que la mise en place d'un mécanisme automatique de préhension risque de diminuer considérablement et de manière prohibitive la charge utile maximum que le bras 6 peut manipuler.This known device, which is called a robot, can only carry one tool and can therefore only carry out one type of operation: welding for example:
If you want to use such a robot to perform various tasks, it must be able to change tools. One could instead of the flange 8a, adapt to the head 8 an active gripping mechanism comprising articulated clamps, electrically, pneumatically or hydraulically controlled. The disadvantage is that such a mechanism is quite heavy and requires a source of energy. In the case of a welding robot the maximum load that can be fixed to the head 8 is of the order of 5 kg of so that the installation of an automatic gripping mechanism risks considerably and prohibitively reducing the maximum payload that the arm 6 can handle.

En se reportant aux figures 2 à 4, on voit que, selon l'invention, on fixe à la bride 8a un ergot cylindrique 10, dont l'axe coïncide avec l'axe 9a
Cet ergot cylindrique est coupé selon un plan axial par une fente 11 s'étendant sur pratiquement sa moitié inférieure (figure 3); cette fente 11 a une largeur "a" et se termine d'un côté par un demi-cercle 12 de diamètre égal à "a". Sur son autre côté, cette fente débouche dans un perçage conique 13, coaxial au demi-cercle 12 (figures 3 et 4).Referring to Figures 2 to 4, we see that, according to the invention, is fixed to the flange 8a a cylindrical lug 10, whose axis coincides with the axis 9a
This cylindrical lug is cut along an axial plane by a slot 11 extending over practically its lower half (FIG. 3); this slot 11 has a width "a" and ends on one side with a semicircle 12 of diameter equal to "a". On its other side, this slot opens into a conical bore 13, coaxial with the semicircle 12 (Figures 3 and 4).

Sur la figure 2, on voit que le sabot 14, comporte un alésage axial
15, fermé par deux bouchons 16 et 17. Le bouchon 17 porte une tige coaxiale de guidage 17a et le bouchon 16 est traversé par un alésage coaxial 16a. Dans l'alésage 16a coulisse une tige 18, qui, au moyen d'un cône 19 est reliée à une pièce cylindrique 20, contretenue par un ressort 21, enfilé sur la tige-guide 17a. Le diamètre de la tige 18 est pratiquement égale et en fait légèrement inférieur à la largeur "a" de la fente 11 ; le cône 19 a le même angle au sommet que le cône 13 ; le cylindre 20 coulisse dans l'alésage 15. Le bouchon 16 est situé à une certaine distance de l'extrémité de l'alésage 15, ce qui ménage une chambre 22 ; la tige 18 fait saillie au-delà du bouchon 16 dans la chambre 22.In FIG. 2, it can be seen that the shoe 14 has an axial bore
15, closed by two plugs 16 and 17. The plug 17 carries a coaxial guide rod 17a and the plug 16 is crossed by a coaxial bore 16a. In the bore 16a slides a rod 18, which, by means of a cone 19 is connected to a cylindrical part 20, constrained by a spring 21, threaded on the guide rod 17a. The diameter of the rod 18 is practically equal and in fact slightly less than the width "a" of the slot 11; the cone 19 has the same angle at the top as the cone 13; the cylinder 20 slides in the bore 15. The plug 16 is located at a certain distance from the end of the bore 15, which provides a chamber 22; the rod 18 protrudes beyond the plug 16 in the chamber 22.

En se reportant à la figure 5, on voit que le sabot 14 comporte un orifice central 23 ayant même diamètre (très légèrement supérieur) que l'ergot 10. Le sabot 14 comporte deux parois latérales planes et parallèles 24 et 25 et deux parois semi-circulaires 26 et 27, symétriques et centrées sur le centre de l'orifice 23. Referring to Figure 5, we see that the shoe 14 has a central hole 23 having the same diameter (very slightly larger) than the lug 10. The shoe 14 has two flat and parallel side walls 24 and 25 and two semi walls -circulars 26 and 27, symmetrical and centered on the center of the orifice 23.

Les figures 5 et 6 représentent le sabot 14 à son poste de chargement tandis que la figure 2 le représente accroché à l'ergot 10. Sur ces figures 5 et 6, on voit que le poste de chargement comporte un plateau 28 sur lequel est fixée une butée semi circulaire 29 dont le profil est en forme de bec. La courbure de la butée semi-circulaire 29 a même rayon que les parois 26 et 27 du sabot 14. Lorsque le sabot 14 est en appui contre la butée 29 l'extrémité de la tige 18 fait face à un poussoir 30, relié à un ressort de rappel 31 et solidaire d'un piston 32, coulissant dans un cylindre 33.Lorsque le cylindre 33 est mis sous pression (figure 6), le piston 32 se déplace à l'encontre du ressort de rappel 31 et le poussoir 30 vient pousser l'extrémité de la tige 18, ce qui fait coulisser le cylindre 20 dans l'alésage 15 en comprimant le ressort 21 jusqu'à ce que le cône soit entièrement hors de l'orifice central cylindrique 23 du sabot 14, cet orifice n'étant plus alors traversé que par la tige 18. Lorsque le cylindre 33 n'est plus en pression, le ressort 31 ramène le poussoir 30 dans la position représentée à la figure 5 et le ressort 21 repousse le cylindre 20 de sorte que le cône 19 revient dans l'orifice 23. Figures 5 and 6 show the shoe 14 at its loading station while Figure 2 shows it attached to the lug 10. In these Figures 5 and 6, we see that the loading station has a plate 28 on which is fixed a semi-circular stop 29 whose profile is in the shape of a beak. The curvature of the semi-circular stop 29 has the same radius as the walls 26 and 27 of the shoe 14. When the shoe 14 is in abutment against the stop 29 the end of the rod 18 faces a pusher 30, connected to a return spring 31 and integral with a piston 32, sliding in a cylinder 33. When the cylinder 33 is pressurized (FIG. 6), the piston 32 moves against the return spring 31 and the pusher 30 comes push the end of the rod 18, which causes the cylinder 20 to slide in the bore 15 by compressing the spring 21 until the cone is completely outside the central cylindrical orifice 23 of the shoe 14, this orifice n being more then traversed than by the rod 18. When the cylinder 33 is no longer under pressure, the spring 31 brings the pusher 30 to the position shown in FIG. 5 and the spring 21 pushes the cylinder 20 so that the cone 19 returns to orifice 23.

La tige 18 et le cône 19 constituent le moyen mécanique par lequel le sabot 14 s'accroche à l'ergot 10 et y est verrouillé. The rod 18 and the cone 19 constitute the mechanical means by which the shoe 14 clings to the lug 10 and is locked there.

Le sabot 14 porte fixé à sa paroi inférieure, un outil 34, qui peut être quelconque et n'est donc représenté que de façon schématique. The shoe 14 carries fixed to its lower wall, a tool 34, which can be arbitrary and is therefore only shown schematically.

Le fonctionnement du dispositif ainsi décrit est le suivant. Le bras 6 du robot présente l'ergot 10 de la tête mobile 8 de façon que l'axe 9a coïncide exactement avec l'axe de l'orifice cylindrique 23. Le bras 6 abaisse la tête 8 tout en la faisant pivoter autour de l'axe 9 de façon que l'axe 8a demeure en coïncidence avec l'axe de l'orifice 23 (les moyens par lesquels ce mouvement est obtenu ne sont pas décrits parce qu'ils sont propres au robot qui est de type connu). Juste avant que l'ergot pénètre dans l'orifice cylindrique 23, le piston 32 est actionné de sorte que le cône 2 s'efface; la fente 1 1 de l'ergot 10 vient alors chevaucher la tige 18 jusqu'à ce que la tige 18 vienne pratiquement contre l'extrémité 12 de ladite fente il. Le mouvement de descente de l'ergot 10 est arrêté.Le piston 32 est alors relâché et le cône 19 vient s'engager dans l'orifice conique correspondant 13 de l'ergot 10. Le sabot 14 est alors verrouillé sur l'ergot 10, la pénétration du cône 19 dans l'orifice 13 assurant un Indexage précis de la position du sabot 14. Un outil 34 est alors fixé à la tête 8 du bras 6 avec une position angulaire précise. Le verrouillage du sabot 14 sur l'ergot 10 est assuré par le ressort 21 sans nécessiter aucune action particulière du robot lui-même. The operation of the device thus described is as follows. The arm 6 of the robot has the lug 10 of the movable head 8 so that the axis 9a coincides exactly with the axis of the cylindrical orifice 23. The arm 6 lowers the head 8 while rotating it around the axis 9 so that the axis 8a remains in coincidence with the axis of the orifice 23 (the means by which this movement is obtained are not described because they are specific to the robot which is of known type). Just before the lug enters the cylindrical orifice 23, the piston 32 is actuated so that the cone 2 disappears; the slot 1 1 of the lug 10 then overlaps the rod 18 until the rod 18 comes practically against the end 12 of said slot il. The downward movement of the lug 10 is stopped. The piston 32 is then released and the cone 19 engages in the corresponding conical orifice 13 of the lug 10. The shoe 14 is then locked on the lug 10 , the penetration of the cone 19 into the orifice 13 ensuring precise indexing of the position of the shoe 14. A tool 34 is then fixed to the head 8 of the arm 6 with a precise angular position. The locking of the shoe 14 on the lug 10 is ensured by the spring 21 without requiring any particular action from the robot itself.

Pour changer d'outil, le bras 6 du robot ramène le sabot à son poste de chargement et une fois le sabot en place, un signal actionne le piston 32 et le poussoir 30 fait sortir le cône 19 de l'orifice conique 13; le bras 6 soulève alors la tête 8 et l'ergot 10 se dégage de l'orifice 23 ceci fait le piston 32 peut revenir en position de repos. To change the tool, the arm 6 of the robot brings the shoe back to its loading station and once the shoe in place, a signal actuates the piston 32 and the pusher 30 brings out the cone 19 from the conical orifice 13; the arm 6 then lifts the head 8 and the lug 10 emerges from the orifice 23 this makes the piston 32 can return to the rest position.

Le bras 6 peut alors présenter l'ergot 10 au-dessus d'un autre sabot 14, portant un autre outil 34, disposé à un autre poste de chargement. The arm 6 can then have the lug 10 above another shoe 14, carrying another tool 34, arranged at another loading station.

Il n'est pas nécessaire que les postes de chargement soient groupés en une même zone: ils peuvent être desséminés tout autour du robot, à la seule condition évidemment d'être à la portée du bras 6. The loading stations do not have to be grouped in the same area: they can be deseminated all around the robot, obviously on the only condition that they are within reach of arm 6.

Mais on peut également les grouper en une seule zone comme cela est représenté schématiquement à la figure 7. En se reportant à cette figure, on voit que le support 28 porte quatre postes de chargement et donc quatre cylindres 33 (33a, 33b, 33c, 33d). Pour des raisons d'encombrement, ces cylindres sont Inversés et dans ce cas, il faut programmer le robot pour qu'il fasse effectuer à l'ergot 10 une rotation de 180' autour de l'axe 9a pour aller d'un poste à l'autre, suivant le cas. But we can also group them into a single zone as shown schematically in Figure 7. Referring to this figure, we see that the support 28 carries four loading stations and therefore four cylinders 33 (33a, 33b, 33c, 33d). For reasons of space, these cylinders are inverted and in this case, the robot must be programmed so that it causes the lug 10 to rotate 180 'around the axis 9a to go from one station to the other, as the case may be.

Le dispositif ainsi décrit permet donc, sans ajouter aucun mécanisme à un bras automatique existant monofonction, de rendre ce bras multifonctionnel. Ce dispositif pourra avoir des fonctions pratiquement illimitées puisqu'il pourra avoir autant de fonction qu'il y aura de sabots 14 et d'outils 34, ce qui serait pratiquement impossible à réaliser en disposant des moyens actifs de préhension sur la tête 8. The device thus described therefore makes it possible, without adding any mechanism to an existing single-function automatic arm, to make this arm multifunctional. This device could have practically unlimited functions since it could have as many functions as there will be shoes 14 and tools 34, which would be practically impossible to achieve by having active gripping means on the head 8.

Dans l'exemple représenté, le moyen mécanique par lequel le sabot 14 s'accroche à l'ergot 10 est constitué par une tige 18 munie d'un verrou conique 19 venant s'encastrer dans une fente 11 munie d'une ouverture conique 13 mais il est évident que l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulière, qui peut être remplacé par tout moyen mécanique d'accrochage avec indexage équivalent. In the example shown, the mechanical means by which the shoe 14 clings to the lug 10 is constituted by a rod 18 provided with a conical lock 19 coming to be embedded in a slot 11 provided with a conical opening 13 but it is obvious that the invention is not limited to this particular embodiment, which can be replaced by any mechanical attachment means with equivalent indexing.

Dans l'exemple représenté, la pièce de préhension passive montée à l'extrémité de la tête 8 du robot est un ergot 10 comportant un évidement conique dans lequel vient s'emboîter un cône 19 porté par une tige mobile
18. Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée à ce mode particulier de réalisation du verrouillage et que toute autre forme de verrou peut être employé.In the example shown, the passive gripping part mounted at the end of the head 8 of the robot is a lug 10 comprising a conical recess in which a cone 19 is fitted, carried by a movable rod
18. It is obvious that the invention is not limited to this particular embodiment of the lock and that any other form of lock can be used.

D'autre part, il est également évident que le vérin 33 peut être
pneumatique, hydraulique ou électrique. On the other hand, it is also obvious that the jack 33 can be
pneumatic, hydraulic or electric.

Claims

1. Automatic tool handling device comprising a multi-axis manipulator arm provided with a movable single-function head, characterized in that said head is provided with a part (10) for passive gripping, on which is hooked a part (14) carrying a tool (34) provided with active gripping means (18, 19), said tool-holding part (14) clinging to the fixing lug (10) and remaining integral and passive therein that she is not returned to her loading station.

2. Handling device according to claim 1, characterized in that it can include as many different functions as there are tool holder parts (14), each part (14) carrying a different tool (34).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the movable head (8) of the manipulator arm (6) of a robot, comprises a cylindrical lug (10) which engages in a corresponding cylindrical orifice ( 23) of a shoe (14) carrying a tool (34) said shoe being provided with means for locking the lug in its cylindrical orifice (23) and these means being held in the locked position by a spring (21) and placed in the unlocked position by a mechanism (30, 32), located on the shoe loading station (14).

4. Device according to claim 3, wherein the cylindrical lug (10) is split along an axial plane by a slot (11) of a certain width (a), this slot communicating on one of its sides with a conical orifice (1 3); said slot (11) and its orifice (13) cooperating with a rod (18) of the same diameter (a) as the width (a) of the slot (11) I) and a cone (19), carried by said rod (18) having the same angle at the top as the conical orifice (13), the rod (18) and the cone (19) being carried by the shoe (14) and passing through the central orifice (23) thereof.

5. Device according to claim 4, wherein the loading station of each shoe (14) comprises hydraulic, electric or pneumatic means for actuating the shoe unlocking mechanism (14).

6. Device according to claim 5, wherein this mechanism is a pusher (30) pushing the rod (18) and its cone (19) against the spring (21).

7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a plurality of shoe loading stations (14) distributed around the robot, within the reach of the manipulator arm (6).

8. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises loading stations grouped in a single zone.

9. Device according to claim 8, in which the loading stations comprise unlocking means angularly offset with respect to each other, the robot then being programmed to rotate the lug (10) around its axis (8a) of the corresponding angle.