NO842520L - Verktoeyskifteanlegg ved bruk av robot - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt verktøyskifteanlegg, hvor en maskinmekanisme kan anvende et ombyttelig antall verktøy. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen robotsystemer, slik som industrielle robotarmer, som har et antall av elementer bevegbare i forhold til en robotbasis. I slike robotarmer har det siste elementet i systemet, dvs. "håndleddet", vanligvis en bevegbar endeeffektuerer, til hvilken det er festet en gripeanordning eller et eller annet verktøy.

Mens roboter har den iboende fleksibilitet av å bli repro-grammert for forskjellige arbeider, bærer de vanligvis et spesialverktøy som angår det nærmeste arbeidet som skal utfø-res. Ved tidspunktet for reprogrammering eller omstilling av arbeider, kan robotverktøyet skiftes ut ved en vedlikeholds-operatør, siden det skal påta seg en ny oppgave.

Med det formål å forbedre produktiviteten av en robotmaskin, har søkere bestemt at det er et ønskelig trekk å være i stand til å ombytte flere verktøyslag med en gitt robotendeeffektu-erer under arbeidssyklusen på et gitt arbeidsstykke, og det er til denne oppgave at de har rettet sine fremstøt. Søkere har også bestemt at det er et ønskelig trekk i et utskiftbart verktøysystem å ha evnen til å muliggjøre roboten for auto-matisk ombytting av et flertall av verktøy, uten behov for menneskelig inntreden.

Søkere har betraktet ulike kraftinnretninger for å fastholde et verktøy og har bestemt at verktøyholdersystemet bør være bistabilt, dvs. at mekanismen bør forbli i enten låst eller opplåst ..stilling i tilfelle av en krafttilførselsfeil.

Oppfinnelsen er vist utført i en robot som har en bevegbar endeeffektuerer, hvori et verktøyskifteanlegg innbefatter delvis en adapterenhet fastsatt til endeeffektuereren. Adapterenheten har et hus med innretninger for å lokalisere og sikre huset på endeeffektuereren, og en innretning for å lokalisere og på en frigjørbar måte holde en verktøybasis på huset som er innlemmet deri. En felles verktøybasis fast-settes til et flertall av verktøy, som holdes på en frigjør-bar måte av adapterenheten, og et fastholdende element fastsatt til verktøybasisen samvirker med adapterenheten for å holde verktøybasisen og verktøyet i stilling med adapterenheten .

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en robot-verktøyskifter som vil på frigjørende måte holde et flertall av verktøy som kan ombyttes med en lagringsmodul for verktøy.

Det er et annet formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en robotverktøyskifter som vil tendere til å holde verktøyet i tilfelle av en kraftsvikt. Fig. 1 er en perspektivskisse av en robot som har en verk-tøyskif ter og et stativ med et lagret flertall verktøy. Fig. 2 er en perspektivskisse i delsnitt av en verktøyskifter-adapterenhet, som viser låsesleiden i åpen stilling, og verk-tøyelementet separert fra adapterenheten. Fig. 3 er en perspektivskisse av adapterenheten i fig. 2, som viser låsesleiden i lukket posisjon, og verktøyholderelemen-tet sikret ved låsesleiden. Fig. 4 er en alternativ utførelse av adapterenheten i fig. 2, som viser at en separerbar elektrisk forbindelsesenhet kan innsettes til både adapterenheten og det frigjørbare verk-tøy.

Fig. 5 er en sideprojeksjon av adapterenheten i fig. 2.

Fig. 6 er et plansnitt av verktøyskifterenheten, tatt langs linjen 6 - 6 i fig. 5. Fig. 7 er en frontprojeksjon, tatt i retningen av pilen 7 i fig. 6, og avbilder verktøyholderelementet i delsnitt. Fig. 8 er et snitt gjennom adapterlokaliseringspinnen, tatt langs linjen 8 - 8 i fig. 7. Fig. 9 er en frontprojeksjon av verktøybasisen med verktøyet fjernet for klarhet.

Fig. 10 er et plansnitt av verktøybasisen i fig. 9.

Fig.l i tegningene avbilder en industrirobot 10, som har en basis 11, en bevegbar øvre arm 12, en bevegbar forarm 13 og et artikulerbart "håndledd" 14. Roboten 10 kan være enhver av et utvalg av roboter som produseres, innbefattende roboter med koordinatbevegelse og roboter med leddelte armer, slik som den som er vist, som er beskrevet i US mønster 269681. Håndleddet 14 kunne også være en variasjon av mekanismer, men håndleddet 14 som.1.er vist er det i US patent 4068536. Ende-ef f ektuereren 15 av håndleddenheten 14 er i stand til bevegelse langs tre akser, slik at en sfærisk bane kan dekkes ved effektuereren 15.

Endeeffektuereren 15 bærer en robotverktøyskifter 16 innbefattende i hovedsak en adapterenhet 17 som er fastsatt til endeeffektuereren 15, og en separerbar eller en frigjørbar holdt verktøybasis 18 som er integrert festet til et ønsket verktøy 19. En verktøyfamilie 19 er vist plassert på et res-pektivt verktøystativ 20, og hvert enkelt verktøy har en felles verktøybasis 18 for å muliggjøre verktøyet 19 å kunne lokaliseres og holdes på verktøyskifteradapterenheten 17. Fluidtrykklinjer 21, 22 bringes fra en fluidkilde til en kob-lingsblokk (ikke vist) på siden av robotens forarm. Flek-sible fluidlinjer 23, 24 bringes fra koblingsblokken til adapterenheten 17 for å gi kraft til en lineær aktuator for å gripe og løsne grepet på verktøybasisen 18. En tillegs-fluidlinje 25 bringes til frontplaten 26 av adapterenheten for å tilveiebringe en trykklinje for de verktøy som må fluiddrives.

Fig. 2 viser en perspektivskisse av adapterenheten 17, som innbefatter et par i avstand anbragte sirkulære plater 26, 27, som på en fast måte er forbundet til hverandre gjennom i avstand anbragte rektangulære blokker 28, 29 som danner vegger for enheten 17. En væskedrevet lineær aktuator 60

(se fig. 3) er lokalisert på den bakre basisplaten 27 av enheten. Den fremre platen 26 av adapterenheten 17 er forsynt med en sentral åpning 30, og parallelle utsparinger 31, 32

er tilveiebragt tvers over platen 26 for å føre en låsesleide 33 som beveges radielt i platen 26 av aktuatoren 28. Låsesleiden 33 har et firkantet sentralt hull 34 på linje med plateåpningen 30 i stillingen vist, for å motta et T-formet holderelement 3 5 sikret til verktøybasisen 18. T-elementet 35 har sin bunnoverflate 36, dvs. bunnen av T-stammen 37, sikret til verktøybasisen 18 ved skruer (se fig. 6), som mottas i lengderetningen gjennom stammen 37. Tverrbaren 38 av T-elementet 35 strekker seg mot adapterenheten 17, og tverrbaren 38 er avfaset ved sin underside for å tilveiebringe rampeoverflater 39 som samvirker med låsesleiden 33. Låsesleiden 33 har en sentral utsparing 4 0 for å kunne oppta stammen 37 av T-elementet 35, og samvirkende rampeoverflater 41 er tilveiebragt på den sentrale delen av låsesleiden 33 f or å gå i.inn<g>re<p>med rampeoverflaten 39 av tverrbaren 38 på en gaffelforbindende måte med en kilevirkning. I tilfelle av kraftsvikt på den lineære aktuatoren 60, vil verktøyet 19 være tilbøyelig til å forbli i den låste eller inngrepne stilling på grunn av den vesentlige irreversible beskaffen-heten av det låsende inngrep mellom sleiden 33 og T-elementet 35. Verktøybasisen 18 er forsynt med et par bøssinger 42 av herdet stål, som er nøyaktig posisjonert i verktøybasisen 18, og bøssingene 42 mottas på et par styrepinner 43, 44 sikret til og ragende fra frontplaten 26 av adapterenheten 17. Mot-tagelsen av bøssingene 42 på pinnene 43, 44 sikrer nøyaktig registrering av verktøyet 19 før låsesleiden 35 beveges inn

i den klemmende stillingen.

Fig. 3 viser at låsesleiden 33 er forsynt med en krysshode-blokk 45, som rager på tvers fra sin bakre overflate mot den bakre flaten 27, og krysshodeblokken 45 er festet til stempelstangen 4 6 av den lineære aktuator 6 0 (se fig. 5 og 6). Sy-linderen 4 7 av aktuatoren 6 0 er festet til den bakre platen 27 av adapterenheten 17. Når verktøybasisen 18 er registrert på den fremre platen 26 av adapterenheten 11, og tverrbaren 38 av T-elementet 35 er mottatt gjennom det sentrale hullet 34 av låsesleiden 33, beveges sleiden 33 i en radiell retning relativt frontplaten 26, og verktøyet 19 holdes i posisjon på adapterenheten 17. Et par rør 48 strekker seg fra sy-linderen 47 av den lineære aktuatoren 60 for å forbinde fluidlinjene 23, 24 (se fig. 1). En fluidfitting 49 mottas på frontplaten 26, og mellomboringer forbinder fittingen 49 til et fronthull 50, som er på linje med en tilpasset fluidport (ikke vist) i verktøybasisen 18 for å tilveiebringe fluidkrefter til et verktøy når det ønskes.

Fig. 4 avbilder elementene i fig. 2, med det unntak at fluidfittingen 4 9 er skiftet ut med en elektrisk kontakt 51 på frontplaten 26 av adapterenheten 17, og en tilpasset elektrisk kontakt 52 er forsynt på verktøybasisen 18 for å lede elektriske signaler, hvis ønsket, til verktøyet 19 når verktøy-basisen 18 går i inngrepsstilling på adapterenheten 17.

Sideprojeksjonen i fig. 5 avbilder adapterenheten 17 og verk-tøybasisen 18 i en sammenstilling. Den bakre platen 27 av adapterenheten 17 bringes på plass ved en styrediameter 53

og sikret ved skruer 54 til endeeffektuereren 15. Den fremre og bakre platen 26, 27 av enheten bindes sammen ved skruer 55, som strekker seg gjennom de parallelle, og bragt i avstand fra hverandre, blokkene 28, 29 for å danne en stiv struktur. Den lineære aktuatoren 60 er sentralt plassert mellom blokkene 28, 29 og er festet til en pute 55 på den bakre platen 27. Låsesleiden 33 er vanligvis rektangulær i tverrsnitt og har nøyaktige kanter, maskinert med snevre pasninger til førings-utsparinger 31, 32 tilveiebragt i den fremre platen 26. Krysshodeblokken 45 er sikret til låsesleiden 33 ved et par skruer 56, slik at bevegelse av den lineære aktuatoren 60

vil forårsake krysshodeblokken 45 og sleiden 33 å bevege seg i unison, i radiell retning, relativt til den sirkulære frontplaten 26. De stive fluidrørene 48 rager fra den lineære aktuatoren 60, med ett rør 4 8 ragende gjennom et klaringshull 57 i toppblokken 28. Verktøybasisen 18 er vist i inngrep med frontplaten 26 av adapterenheten 17, og verktøybasisen 18 bærer hvilket som helst av et utvalg verktøy 19. En nærhets-

bryter 58 er på gjenget måte mottatt gjennom den bakre flaten 59 av frontplaten 26 og sikret av en låsemutter 61. Spissen 62 av nærhetsbryteren 58 er forsenket inn i frontplaten 26 ved en liten størrelse og er i stand til å avføle nærværet eller fraværet av en verktøybasis 18. Plansnittet i fig. 6 viser adapterenheten 17, hvor dens låsesleide 33 er beveget til låst stilling. Ved en slik stilling er T-elementet 35 holdt på sikker måte inne i den sentrale åpningen 3 0 av frontplaten 26 ved en kilevirkning på tverrbaren 38. Verktøybasisen 18 er mottatt på frontplaten .26 av adapterenheten 17. T-elementet 35 strekker seg gjennom den sentrale åpningen 30 av platen 26, og hullet 34 av låsesleiden 33 er vekslet ut av oppretthet med åpningen 30. Låsesleiden 33 bringes i oppretthet med krysshodeblokken 45 ved en rulle-pinne 63, som strekker seg inn i begge 33, 45. Den lineære aktuatoren 60 har en sylinder 47 fastsatt til den bakre platen 27 ved settskruer 64, og stempelstangen 46, som rager fra sy-linderen 47, har et gjenget endehull 65 som på en gjenget måte mottar et stavadapter 66. Adapteret 66 har en gjenget del 67 og en sylindrisk elementdel 68 som har maskinerte skru-nøkkelflater 69. En integrert føringsdiameter 7 0 strekker seg gjennom en boring 71 i krysshodeblokken 45, og en settskrue 72 og skive 73 fastsetter adapteret 66 til krysshodeblokken 45. Føringsdiameteteren 53 av den bakre platen 27 er en sylindrisk ring presset inn i en blindboring 74 i platen 27. T-elementet 35 er lokalisert med sin stamme 37 i en maskinert forsenkning 75 i verktøybasisen 18, og et par settskruer 76 holder T-elementet 35 til basisen 18. I stillingen vist er rampeoverflaten 41 av låsesleiden 33 i inngrep med rampeoverflaten 39 av T-elementet 35, slik at verktøybasisen 18 ikke kan trekkes tilbake og adskilles fra adapterenheten 17.

Idet det vises til fig. 7, må sleiden 33 skiftes til den viste stiplede posisjon for å bringe på., linje sleidehullet 34 med T-elementet 35 for at verktøyseparasjon skal oppstå. Nærhetsbryteren 58 (fig. 5) vises idet den strekker seg inn i en hjelpedel 77 i den fremre platen 26 og holdt i stilling av låsertmtteren 61. Fluidfittingen 49 mottas i et rørgjenget hull 78 i omkretsen av den fremre platen 26, og hullet 78 ledes inn i et fremre hull 50 og tverrboring 79, som mottar en O-ring 80 i tetningsøyemed (se fig. 10). Paret av styrepinner 43, 4 4 er tilveiebragt på den fremre platen 26, hvor den ene pinnen 43 er sylindrisk, og den andre pinnen 44 er diamantformet i tverrsnitt. Snittet i fig. 8 er typisk for begge pinnene 43, 44, da begge mottar en bøssing 42 av herdet stål av verktøybasisen 18. Fig. 8 viser at styrepinnen 43 har en flens 81 innsatt mot en bearbeidet tverrboring 82, og en føringsdiameter 83 av pinnen 43 strekker seg inn i et før-ingshull 84 i den fremre platen 26. Styrepinnen 43 er for-hindret fra aksiell bevegelse med en tettende skrue 85, som har en skulderdiameter 86 tilstøtende pinneflensen 81, og det større hodet 87 av skruen 85 mottas i et innsnitt 88 i flensen 81. Skruen 85 mottas på gjenget måte i den fremre platen 26 for å sikre styrepinnen 43.

Fig. 9 og 10 avbilder verktøybasisen 18 med verktøyet 19 fjernet for klarhet av skissen. Verktøybasisen 18 er en sylindrisk plate, som har T-elementer 35 sikret til seg ved låse-skruer 76, og en fluidport 89 er boret gjennom i linje med O-ringen 80 og fronthullet 50 av adapterenhetens fremre plate 26. Verktøybasisen 18 har et par herdede, skuldrede bøssinger 42, som mottas i tilpassede boringer 90 og tverrboringer 91, slik at basisen 18 kan lokaliseres på styrepinnene 43, 44 av adapterenheten 17 (se fig. 7 og 8). Gjengede hull 92 er forsynt på verktøybasisen 18 i et forhåndsbestemt mønster, slik at et utvalgt verktøy 19 kan festes til dette.

Som tidligere anført er fluidportene 50 av adapterenheten 17 og verktøybasisen 18 tilveiebragt kun for de verktøy 19 som behøver trykkfluidum som drivkilde. Fig. 4 viser som et ek-sempel elektriske kontakter 51, 52, som kan anvendes når en elektrisk drevet kraftkilde behøves. Det må forstås at visse verktøy ikke trenger krafttilførsel til seg, og i slike tilfeller vil de elektriske forbindelsene og fluidforbindel-sene vist utelates.

Mens oppfinnelsen er blitt vist i forbindelse med en fore-trukket utførelse, er oppfinnelsen ikke begrenset til en slik utførelse, men strekker seg til alle slike utførelsesformer og modifikasjoner som kommer innenfor rammen av kravene.

Claims (7)

1. Robotverktøyskifter for bruk i en industriell robot som har en bevegbar endeeffektuerer for å manipulere verk-tøy ,' karakterisert ved a) en adapterenhet båret på nevnte endeeffektuerer, bl en verktøybasis felles for en verktøyfamilie, som på fri- gjørbar måte holdes av adapterenheten, c) innretninger for å lokalisere nevnte verktøybasis på adapterenheten, og d) innretninger for på frigjørbar måte å holde verktøybasisen på adapterenheten.

2. Robotverktøyskifter ifølge krav 1, karakterisert ved e) innretninger for å sammenbinde drivkraft mellom adapterenheten og verktøybasisen.

3. Robotverktøyskifter ifølge krav 1, karakterisert .vedat a) adapterenheten har 1) et hus, 2) innretninger for å lokalisere og sikre huset til ende-ef f ektuereren, 3) innretninger for å lokalisere en verktøybasis på huset, og 4) . innretninger for på frigjørende måte å holde verktøy-basisen på huset, og b) at verktøybasisen har et holderelement som samvirker med adapterenheten.

4. Robotverktøyskifter for bruk i en industriell robot som har en bevegbar endeeffektuerer for å manipulere verktøy, karakterisert ved a) et hus som har, bragt i avstand fra hverandre, fremre og bakre plater fast forbundet til hverandre, b) en sentral åpning gjennom den fremre platen, c) en lineær aktuator montert på den bakre platen og som har en stav bevegbar mellom utstrakte og. inntrukkede ende-, stillinger, d) et låseelement festet til staven og bevegbar i retning på tvers av den sentrale åpningen ved respons til stavbeveg-elsen, idet låseelementet har innretninger for å gå i inngrep med et verktøyholderelement, e) en verktøybasis som har et verktøyholderelement festet derpå, og innsettbar gjennom den sentrale åpningen, f) . innretninger for å posisjonere verktøybasisen på huset før fastholdelse, og g) innretninger for å posisjonere huset på den bevegbare endeeffektuereren.

5. Robotverktøyskifter ifølge krav 4, karakterisert ved h) et lineært sleidespor på den fremre platen på tvers av den sentrale åpningen, og i) en låseelementsleide båret i sleidesporet, og som har et hull opprettbart med den sentrale åpningen.

6. Robotverktøyskifter ifølge krav 5, karakterisert ved at verktøyholderelementet har en hodedel og tilstøtende stammedel, hvor stammedelen er mindre i tverrsnitt enn hodedelen og lokalisert mot verktøybasisen, og ved at sleideinnretningen for å engasjere verktøyholderelementet innbefatter en sleideoverflate inntil nevnte hull for å bære mot nevnte hodedel.

7. Robotverktøyskifter ifølge krav 5, karakterisert ved at verktøyholderelementet innbefatter et T-formet element, som har sin stamme fastsatt til verktøy-basisen og som har sin tverrbar formet med en rampeoverflate som samvirker med en tilpasset sleiderampeoverflate, og vide-re ved at sleiderampeoverflaten todeles for å danne et klar-ingsspor for nevnte stamme.