WO2024099789A2 - Kupplungssystem für einen an einem roboter angebundenen greifer - Google Patents

Kupplungssystem für einen an einem roboter angebundenen greifer Download PDF

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WO2024099789A2
WO2024099789A2 PCT/EP2023/079956 EP2023079956W WO2024099789A2 WO 2024099789 A2 WO2024099789 A2 WO 2024099789A2 EP 2023079956 W EP2023079956 W EP 2023079956W WO 2024099789 A2 WO2024099789 A2 WO 2024099789A2
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side flange
robot
gripper
coupling system
diameter
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Maximilian FIKENTSCHER
Konrad Klein
Christoph Huber
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Gea Food Solutions Germany Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B25J19/0033—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements with axial connectors in end effector flange
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a coupling system for a gripper connected to a robot.
  • Robots or robot systems are often used to increase the level of automation when automatically loading packaging machines such as thermoforming packaging machines, tubular bag machines, tray sealing machines, etc.
  • packaging machines such as thermoforming packaging machines, tubular bag machines, tray sealing machines, etc.
  • the products provided by an upstream process step are picked up by the robot and placed in the packaging machine.
  • the grippers are designed differently depending on the product and, depending on the production conditions, may need to be able to be changed quickly, easily and inexpensively.
  • a coupling system for a gripper connected to a robot with a robot-side flange and a gripper-side flange wherein a line is formed in the robot-side flange and a further line is formed in the gripper-side flange for conveying a medium
  • the robot-side flange can be positively coupled to the gripper-side flange in such a rotationally secure manner that the line and the further line are aligned with one another to create a fluid connection.
  • a coupling system has the advantage that an automated and thus hygienic gripper change is carried out. In other words, there is no longer any need to replace and clean grippers manually, which reduces the germ load on the grippers. Furthermore, the design of robot systems in general and the media routing in particular are optimized by lines integrated into the coupling system. In addition, a positive and twist-proof connection between the flange on the robot side and the gripper side has the advantage that the gripper is connected to the robot in a good and play-free manner with a precise installation position. The invention therefore creates a good and simple mechanical and fluid connection between the gripper and the robot, which increases food safety and shelf life.
  • the coupling system has a flange on the robot side and a flange on the gripper side. Both flanges can be designed as one piece with the robot or the gripper or as separate components. In addition, both flanges can have a flat, i.e. level, front surface to ensure good, gap-free support. of the gripper-side flange on the robot-side flange. The two flanges can in particular have the same outer diameter and be arranged flush with each other.
  • the coupling system also has lines and other lines. All lines can have straight and curved sections in order to optimize the media flow. In addition, all (other) lines can have different cross-sections in sections, for example to reduce flow resistance along a flow path or to vary flow speeds.
  • the two flanges of the coupling system are coupled to each other in a form-fitting manner.
  • a form-fitting connection has the advantage that the two flanges can be aligned with each other without errors in the sense of a poka-yoke connection.
  • the lines and the other lines in particular in an interface of the coupling system, can be arranged in such a way that the transition of a medium from the lines to the other lines can take place with as little loss as possible.
  • a projection is formed on the gripper-side flange and a recess geometrically corresponding to the projection is formed on the robot-side flange.
  • the projection can extend in particular perpendicular to the flat front surface of the gripper-side flange.
  • the recess formed on the robot-side flange preferably extends perpendicular to the flat front surface of the robot-side flange, the number of recesses preferably being equal to the number of projections formed on the gripper-side flange.
  • the geometric correspondence between the projections and the recesses essentially means that a positive transition fit can be realized between the two flanges to ensure anti-twisting security.
  • the projection has a contour with at least one convex curvature, wherein the recess has a counter-contour with a concave curvature corresponding to the convex curvature.
  • At least partially star-shaped or polygonal contours and counter-contours are preferred, wherein corners, tips and transition points and areas in the contour and counter-contour can be rounded.
  • straight or curved bevels can be provided on the recess in order to simplify insertion of the projection into the corresponding recess during a gripper change and to prevent any damage such as abrasive wear on the coupling system.
  • the gripper-side flange has a through-hole that is open on one side, the through-hole having a through-hole diameter and an insertion opening with an opening width, the through-hole diameter being larger than the opening width.
  • the through-hole that is open on one side can be formed on the projection.
  • a bore axis of the through-hole can be arranged perpendicular to a gripper axis. It is also conceivable that an angle that is greater than 0° and smaller than 90° is formed between the gripper axis and the bore axis.
  • the insertion opening can advantageously be formed on a side facing the robot-side flange.
  • a locking between the robot-side flange and the gripper-side flange can be realized by means of a locking bolt that is movably arranged on or in the robot-side flange.
  • the locking bolt can comprise a head section and a shaft section.
  • the head section can protrude from the robot-side flange and be actuated manually or by means of an actuator, while the shaft section can be arranged at least largely in the robot-side flange. It is conceivable that the locking bolt is designed to be completely removable from the robot-side flange.
  • the locking bolt is preferably designed in such a way that it cannot be removed from the robot-side flange and can be moved forwards and backwards by a displacement path between two end points.
  • the locking pin can be mounted in at least two bearing points on the robot-side flange.
  • the bearing points can be arranged in particular in the projection formed on the gripper-side flange, preferably in the through-hole that is open on one side.
  • the use of a second locking pin is conceivable.
  • the locking pin has a first pin diameter and a second pin diameter, the first pin diameter being larger than the second pin diameter, the first pin diameter being larger than the opening width.
  • the second, i.e. smaller, pin diameter is smaller than or equal to the opening width of the through hole that is open on one side.
  • the first pin diameter is preferred and is essentially equal to the through hole diameter.
  • An end face of a locking pin section in which the first pin diameter is formed can function as a stop surface for an end point of the locking pin. It is conceivable that the stop surface rests on an inner surface of one of the two flanges, on the robot or gripper side, and thus an end point for the position of the locking pin is specified.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that a first section of the locking bolt with the first bolt diameter can be moved into the through hole that is open on one side and can be stored therein to lock the coupling system.
  • the locking bolt is preferably actuated during the coupling of the two flanges by means of the head section in such a way that a second section of the locking bolt with the second, i.e. smaller, bolt diameter is introduced into the through hole via the insertion opening.
  • a subsequent second actuation of the head section can displace the locking bolt and move the first section with the first, larger, diameter into the through hole.
  • the first section can be stored in the through hole and the coupling system can be locked, in particular since the first bolt diameter can be larger than the opening width of the through hole.
  • a spring is arranged which makes the second actuation unnecessary and/or at least reduces the drive energy for its actuation.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the gripper-side flange has a further through-hole open on one side, the further through-hole having a further through-hole diameter and a further insertion opening with a further opening width, the locking bolt having a further first bolt diameter and a further second bolt diameter, a further section of the locking bolt with the further first bolt diameter being movable into the further through-hole open on one side and being able to be stored therein for locking the coupling system.
  • the two through-holes, their diameters and opening widths are the same size.
  • the first bolt diameter and the further first bolt diameter are preferably the same size.
  • the further first bolt diameter can have a further end face that can function as a further stop surface for a further end point of the locking bolt. It is conceivable that the further stop surface rests on the inner surface or a further inner surface of one of the two flanges, on the robot or gripper side, and can thus determine a further end point for the position of the locking bolt.
  • the flange on the robot side has several lines and the flange on the gripper side has several further lines, wherein a number of lines and a number of further lines are the same.
  • a number of lines and a number of further lines are the same.
  • exactly one further line is assigned to each line.
  • the flange on the robot side and/or the flange on the gripper side have at least one sealing element that is arranged on the line and/or the further line.
  • several sealing elements are arranged on the coupling system. Sealing elements can advantageously be arranged on an end section of the lines or an initial section of the further lines. Particularly preferably, sealing elements are arranged in a transition area from one line to a corresponding further line. Line.
  • sealing elements can be arranged on one of the flat end faces of the robot-side or gripper-side flange or on both end faces.
  • each line is assigned a media connection formed on an outer surface of the robot-side flange.
  • a medium can be supplied to the gripper via a media connection.
  • Media connections can be formed as one piece with the robot-side flange. Separate media connections that can be connected to the robot-side flange are also conceivable.
  • media connections can have an external thread and can be fluidically connected to an associated line by screwing in via an internal thread formed in the robot-side flange.
  • Figure 1 shows an embodiment of a coupling system according to the invention in a first perspective view.
  • Figure 2 shows the coupling system from Figure 1 in a second perspective view.
  • Figure 3 shows the coupling system from Figure 1 in a third perspective view.
  • Figure 1 shows an embodiment of the coupling system 1 according to the invention for a gripper 5 (not shown) that is connected to a robot 3 (not shown).
  • the coupling system 1 comprises a flange 3' on the robot side and a flange 5' on the gripper side.
  • Three lines 3" for conveying a medium are formed in the robot-side flange 3', wherein the lines 3" are not visible in Figure 1 and are described in more detail in Figure 2 and Figure 3.
  • Three media connections 19 are also arranged on an outer surface of the robot-side flange 3', wherein each of the three lines 3" is assigned exactly one media connection 19.
  • a flexible line is connected to the media connections 19, via which a liquid or gaseous medium is provided, which is finally conveyed to the gripper-side flange 5' via the lines 3" formed in the robot-side flange 3'.
  • the conveyed media can be used, for example, for cooling, heating or controlling the gripper 5 and can therefore also be a medium for hydraulic or pneumatic purposes.
  • Three further lines 5" are formed in the gripper-side flange 5', one of which is not visible and another of which is only partially visible in Figure 1.
  • the media that are provided via the three lines 3" formed in the robot-side flange 3' are conveyed further into the three further lines 5".
  • a fluid connection is established between the robot-side flange 3' and the gripper-side flange 5'.
  • a sealing element 17 is arranged in each of the further lines 5".
  • a projection 7 protrudes from a flat front surface 21 of the gripper-side flange 5', which extends perpendicular to the front surface 21.
  • the projection 7 in interaction with a recess 9 formed in the robot-side flange 3', which is visible in Figure 2, a positive and torsion-proof coupling between the robot-side flange 3' and the gripper-side flange 5'.
  • the coupling system 1 enables not only a fluid but also a mechanical connection between the robot 3 and the gripper 5.
  • Figure 1 also shows that a locking pin 15 is formed in the robot-side flange 3'.
  • a head section 15' of the locking pin 15 protrudes from the robot-side flange 3'.
  • the head section 15' can be operated manually or mechanically, for example by means of an actuator, in order to realize a movement of the locking pin, which results in locking of the coupling system 1.
  • a shaft section 15" of the locking pin 15, which is particularly visible in Figure 3 is moved into a through hole 11 that is open on one side and is formed in the projection 7, and is supported therein. Geometric conditions that contribute to locking are explained in more detail in the description of Figure 3 in particular.
  • the coupling system 1 from Figure 1 is illustrated in a second perspective view, looking at an inner side of the robot-side flange 3'.
  • the recess 9 is formed in the robot-side flange 3', which has a counter contour that geometrically corresponds to a contour of the projection 7.
  • the projection 7 can be inserted/moved/guided into the recess 9 in such a way that a play-free and twist-proof fit is produced between the projection 7 and the recess 9.
  • a positive connection is produced between the robot-side flange 3' and the gripper-side flange 5' for moving the gripper 5 with a desired torque.
  • edges, borders, transition areas and the like are rounded or chamfered on both the projection 7 and the recess 9.
  • sealing sections 17' are formed on the robot-side flange 3', which protrude from a flat end face 23 of the robot-side flange 3'.
  • the sealing sections 17' are pressed against the sealing elements 17 arranged on the gripper-side flange 5' and improve the sealing effect.
  • FIG 3 shows the coupling system 1 from Figure 1 in a third perspective view.
  • Two through-holes 11 that are open on one side are formed in the projection 7.
  • the through-holes 11 each have a through-hole diameter Do and an insertion opening 13.
  • the shaft section 15" of the locking pin 15 can be inserted into the through-hole 11 via the insertion opening 13, which has an opening width Do.
  • the locking pin 15 is actuated on the head section 15' in such a way, here pulled out of the robot-side flange 3' in a first direction Ri, that shoulders of the locking pin 15 with the smaller second pin diameter D2 are arranged above the insertion openings 13.
  • the opening width Do is greater than or equal to the second pin diameter D2, so that the locking pin 15 can be inserted into the through-holes 11 by moving in a second direction R2.
  • the locking bolt 15 is then actuated in the opposite direction to the first direction Ri, whereby the two shoulders 15'" (see also Figure 2) with the larger bolt diameter Di are introduced into the through-hole.
  • the bolt diameters Di are essentially equal to the through-hole diameter DD, but larger than the opening width Do, so that the coupling system 1 is locked by mounting the shoulders 15'" in the through-holes 11.
  • Figure 3 also shows the three lines 3" which are located in the robot-side
  • Flange 3' are formed. Two arrows also schematically indicate a flow path of a medium that is fed to the gripper 5. List of reference symbols

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Abstract

Es wird ein Kupplungssystem (1) für einen an einem Roboter (3) angebundenen Greifer (5) mit einem robotorseitigen Flansch (3') und einem greiferseitigen Flansch (5'), wobei in dem roboterseitigen Flansch (3') eine Leitung (3'') und in dem greiferseitigen Flansch (5') eine weitere Leitung (5'') zur Beförderung eines Mediums ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der roboterseitige Flansch (3') formschlüssig mit dem greiferseitigen Flansch (5') derart verdrehsicher koppelbar ist, dass die Leitung (3'') und die weitere Leitung (5'') zur Erzeugung einer fluiden Verbindung miteinander fluchten, vorgeschlagen,.

Description

BESCHREIBUNG
Titel
Kupplungssystem für einen an einem Roboter angebundenen Greifer
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Kupplungssystem für einen an einem Roboter angebundenen Greifer.
Zur Erhöhung des Automatisierungsgrades beim automatischen Beladen von Verpackungsmaschinen wie beispielsweise Tiefziehverpackungsmaschinen, Schlauchbeutelmaschinen, Schalenverschließmaschinen etc. kommen häufig Roboter bzw. Robotersysteme (z.B. Delta-Pick-Roboter, Mehrachsroboter, Scara- Roboter etc.) zum Einsatz. Die durch einen vorgelagerten Prozessschritt bereitgestellten Produkte werden von dem Roboter gegriffen und in die Verpackungsmaschine gesetzt. Hierbei kommen an dem Roboter angeordnete Greifer zum Einsatz, die elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden können. Die Greifer sind produktabhängig unterschiedlich ausgebildet und müssen je nach Produktionsbedingungen unter Umständen schnell, einfach und kostengünstig gewechselt werden können.
In der Lebensmittelindustrie werden an derartige Roboter und Greifer hohe hygienische Ansprüche gerichtet. Insbesondere kann sich der Wechsel der Greifer aus hygienischer Sicht als herausfordernd gestalten. Zudem kann der Wechsel von Greifern Zeit beanspruchen, die eine kritische variable in einer Produktionsstätte sein kann. Des Weiteren ist im Stand der Technik nachteilig, dass eine Medienzuführung, insbesondere die Zuführung mehrerer Medien, beispielsweise zur Kühlung oder mechanischen Ansteuerung des Greifers, mittels mehrerer externer Leitungen vorgenommen wird. Mehrere externe Leitungen, beispielsweise Schläuche, gehen dabei mit mehreren Handgriffen zum Verbinden und Trennen und unter Umständen mit einer eingeschränkten Bewegungsfreiheit des Roboters im Betrieb einher. Es war deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, welches die im Stand der Technik existierenden Nachteile nicht aufweist und insbesondere einen hygienischen Greiferwechsel ermöglicht und zudem die Medienführung zum Greifer optimiert.
Offenbarung der Erfindung
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Kupplungssystem für einen an einem Roboter angebundenen Greifer mit einem robotorseitigen Flansch und einem greiferseitigen Flansch, wobei in dem roboterseitigen Flansch eine Leitung und in dem greiferseitigen Flansch eine weitere Leitung zur Beförderung eines Mediums ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der roboterseitige Flansch formschlüssig mit dem greiferseitigen Flansch derart verdrehsicher koppelbar ist, dass die Leitung und die weitere Leitung zur Erzeugung einer fluiden Verbindung miteinander fluchten.
Aus einem erfindungsgemäßen Kupplungssystem erwächst der Vorteil, dass ein automatisierter und damit einhergehend hygienischer Greiferwechsel durchgeführt wird. Mit anderen Worten entfällt die Notwendigkeit, Greifer manuell auszutauschen und zu reinigen, wodurch die Keimbelastung an den Greifern reduziert wird. Ferner werden durch in das Kupplungssystem integrierte Leitungen die Konstruktion von Robotersystemen im Allgemeinen und die Medienführung im Besonderen optimiert. Zudem weist eine formschlüssige und verdrehsichere Verbindung zwischen dem roboterseitigen und dem greiferseitigen Flansch den Vorteil auf, dass eine gute und spielfreie Anbindung des Greifers mit einer präzisen Einbaulage an den Roboter erfolgt. Mithin wird mit der Erfindung insgesamt eine gute und einfache mechanische sowie fluide Verbindung zwischen dem Greifer und dem Roboter realisiert, die die Lebensmittelsicherheit und -haltbarkeit erhöht.
Das Kupplungssystem weist einen robotorseitigen und einen greiferseitigen Flansch auf. Beide Flansche können jeweils einteilig mit dem Roboter oder dem Greifer oder als separate Bauteile ausgebildet sein. Zudem können beide Flansche jeweils eine plane, d.h. ebenflächige Stirnfläche aufweisen, um ein gutes, spaltfreies Aufliegen des greiferseitigen Flansches auf dem roboterseitigen Flansch zu realisieren. Die beiden Flansche können insbesondere gleiche Außendurchmesser aufweisen und bündig zueinander angeordnet sein. Ferner weist das Kupplungssystem Leitungen und weiteren Leitungen auf. Alle Leitungen können gerade und gekrümmte Abschnitte aufweisen, um die Medienführung zu optimieren. Zudem können alle (weiteren) Leitungen abschnittsweise unterschiedliche Querschnitte aufweisen, beispielsweise um Strömungswiderstände entlang eines Strömungspfades zu verringern oder Strömungsgeschwindigkeiten zu variieren. Überdies werden die beiden Flansche des Kupplungssystems formschlüssig miteinander gekoppelt. Ein Formschluss geht mit dem Vorteil einher, dass die beiden Flansche fehlerfrei zueinander im Sinne einer Poka-Yoke-Verbindung ausgerichtet werden können. Infolge einer derart optimierten Ausrichtung der beiden Flansche können die Leitungen und die weiteren Leitungen, insbesondere in einer Schnittstelle des Kupplungssystems, derart fluchtend zueinander angeordnet werden, dass der Übergang eines Mediums von den Leitungen auf die weiteren Leitungen möglichst verlustfrei erfolgen kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass am greiferseitigen Flansch ein Vorsprung und an dem robotorseitigen Flansch eine zum Vorsprung geometrisch korrespondierende Ausnehmung ausgebildet ist. Der Vorsprung kann sich insbesondere senkrecht zu der planen Stirnfläche des greiferseitigen Flansches erstrecken. Denkbar sind auch mehrere Vorsprünge. Die am roboterseitigen Flansch ausgebildete Ausnehmung erstreckt sich bevorzugt senkrecht zur ebenflächigen Stirnfläche des roboterseitigen Flansches, wobei die Zahl der Ausnehmungen bevorzugt gleich der Zahl der an dem greiferseitigen Flansch ausgebildeten Vorsprünge ist. Die geometrische Korrespondenz zwischen den Vorsprüngen und den Ausnehmungen bedeutet im Wesentlichen, dass eine formschlüssige Übergangspassung zwischen den beiden Flanschen zur Verwirklichung von Verdrehsicherheit realisiert werden kann. Gemäß einer bevorzugten weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Vorsprung eine Kontur mit mindestens einer konvexen Krümmung aufweist, wobei die Ausnehmung eine Gegenkontur mit einer zur konvexen Krümmung korrespondierenden konkaven Krümmung aufweist. Bevorzugt sind zumindest teilweise sternförmige oder polygonale Konturen und Gegenkonturen, wobei Ecken, Spitzen und Übergangspunkte und -bereiche in der Kontur und Gegenkontur abgerundet sein können. Insbesondere können gerade oder gebogene Fasen an der Ausnehmung vorgesehen werden, um ein Einführen des Vorsprungs in die korrespondierende Ausnehmung während eines Greiferwechsels zu vereinfachen und etwaige Beschädigungen wie abrasiven Verschleiß an dem Kupplungssystem zu verhindern.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der greiferseitige Flansch eine einseitig offene Durchgangsbohrung aufweist, wobei die Durchgangsbohrung einen Durchgangsbohrungs-Durchmesser und eine Einführöffnung mit einer Öffnungsweite aufweist, wobei der Durchgangsbohrungs- Durchmesser größer ist als die Öffnungsweite. Insbesondere kann die einseitig offene Durchgangsbohrung an dem Vorsprung ausgebildet sein. Eine Bohrungsachse der Durchgangsbohrung kann senkrecht zu einer Greiferachse angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass zwischen der Greiferachse und der Bohrungsachse ein Winkel ausgebildet ist, der größer als 0° und kleiner als 90° ist. Die Einführöffnung kann vorteilhaft auf einer dem roboterseitigen Flansch zugewandten Seite ausgebildet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Verriegelung zwischen dem roboterseitigen Flansch und dem greiferseitigen Flansch mittels eines bewegbar an oder in dem roboterseitigen Flansch angeordneten Sperrbolzens realisierbar ist. Der Sperrbolzen kann einen Kopfabschnitt und einen Schaftabschnitt umfassen. Der Kopfabschnitt kann aus dem roboterseitigen Flansch hervorstehen und manuell oder mittels eines Aktors betätigt werden, während der Schaftabschnitt zumindest weitgehend in dem roboterseitigen Flansch angeordnet sein kann. Denkbar ist, dass der Sperrbolzen vollends aus dem roboterseitigen Flansch entnehmbar ausgestaltet ist. Bevorzugt ist der Sperrbolzen derart ausgebildet, dass er aus dem roboterseitigen Flansch nicht entfernbar ist und zwischen zwei Endpunkten um einen Verschiebeweg vor- und zurückbewegt werden kann. Hierfür kann der Sperrbolzen in mindestens zwei Lagerstellen des roboterseitigen Flansches gelagert sein. Die Lagerungsstellen können insbesondere in dem am greiferseitigen Flansch ausgebildeten Vorsprung, bevorzugt in der einseitig offenen Durchgangsbohrung, angeordnet sein. Denkbar ist die Verwendung eines zweiten Sperrbolzens.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Sperrbolzen einen ersten Bolzendurchmesser und einen zweiten Bolzendurchmesser aufweist, wobei der erste Bolzendurchmesser größer ist als der zweite Bolzendurchmesser, wobei der erste Bolzendurchmesser größer ist als die Öffnungsweite. Bevorzugt ist der zweite, d.h. kleinere, Bolzendurchmesser kleiner gleich der Öffnungsweite der einseitig offenen Durchgangsbohrung. Ferner ist der erste Bolzendurchmesser bevorzugt und im Wesentlichen gleich dem Durchgangsbohrung-Durchmesser. Eine Stirnseite eines Sperrbolzen-Abschnitts, in dem der erste Bolzendurchmesser ausgebildet ist, kann als Anschlagfläche für einen Endpunkt des Sperrbolzens fungieren. Denkbar ist, dass die Anschlagfläche an einer Innenfläche eines der beiden Flansche, roboter- oder greiferseitig, anliegt und somit ein Endpunkt für die Position des Sperrbolzens vorgegeben wird.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein erster Abschnitt des Sperrbolzens mit dem ersten Bolzendurchmesser zur Verriegelung des Kupplungssystems in die einseitig offene Durchgangsbohrung bewegbar und darin lagerbar ist. Bevorzugt wird der Sperrbolzen während der Koppelung der beiden Flansche mittels des Kopfabschnitts derart betätigt, dass ein zweiter Abschnitt des Sperrbolzens mit dem zweiten, d.h. kleineren, Bolzendurchmesser über die Einführöffnung in die Durchgangsbohrung eingeführt wird. Eine anschließende zweite Betätigung des Kopfabschnitts kann den Sperrbolzen verschieben und den ersten Abschnitt mit dem ersten, größeren, Durchmesser in die Durchgangsbohrung bewegen. Derart kann der erste Abschnitt in der Durchgangsbohrung gelagert und das Kupplungssystem verriegelt werden, insbesondere, da der erste Bolzendurchmesser größer sein kann als die Öffnungsweite der Durchgangsbohrung. Denkbar ist, dass in dem roboter- oder greiferseitigen Flansch eine Feder angeordnet ist, welche die zweite Betätigung entbehrlich macht und/oder die Antriebsenergie zu ihrer Betätigung zumindest reduziert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der greiferseitige Flansch eine weitere einseitig offene Durchgangsbohrung aufweist, wobei die weitere Durchgangsbohrung einen weiteren Durchgangsbohrungs-Durchmesser und eine weitere Einführöffnung mit einer weiteren Öffnungsweite aufweist, wobei der Sperrbolzen einen weiteren ersten Bolzendurchmesser und einen weiteren zweiten Bolzendurchmesser aufweist, wobei ein weiterer Abschnitt des Sperrbolzens mit dem weiteren ersten Bolzendurchmesser zur Verriegelung des Kupplungssystems in die weitere einseitig offene Durchgangsbohrung bewegbar und darin lagerbar ist. Insbesondere sind die beiden Durchgangsbohrungen, ihre Durchmesser und Öffnungsweiten gleich groß. Zudem sind der erste Bolzendurchmesser und der weitere erste Bolzendurchmesser bevorzugt gleich groß. Der weitere erste Bolzendurchmesser kann eine weitere Stirnseite aufweisen, die als weitere Anschlagfläche für einen weiteren Endpunkt des Sperrbolzens fungieren kann. Denkbar ist, dass die weitere Anschlagfläche an der Innenfläche oder einer weiteren Innenfläche eines der beiden Flansche, roboter- oder greiferseitig, anliegt und somit einen weiteren Endpunkt für die Position des Sperrbolzens bestimmen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der roboterseitige Flansch mehrere Leitungen und der greiferseitige Flansch mehrere weitere Leitungen aufweist, wobei eine Anzahl der Leitungen und eine Anzahl der weiteren Leitungen gleich sind. Bevorzugt ist jeder Leitung genau eine weitere Leitung zugeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der roboterseitige Flansch und/oder der greiferseitige Flansch zumindest ein Dichtelement aufweisen, das an der Leitung und/oder der weiteren Leitung angeordnet ist. Bevorzugt sind mehrere Dichtelemente, insbesondere aus einem Kunststoff, am Kupplungssystem angeordnet. Dichtelemente können vorteilhaft an jeweils einem Endabschnitt der Leitungen oder einem Anfangsabschnitt der weiteren Leitungen angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind Dichtelemente jeweils in einem Übergangsbereich von einer Leitung zu einer korrespondierenden weiteren Leitung angeordnet. Beispielsweise können Dichtelemente auf einer der ebenflächigen Stirnflächen des jeweils roboterseitigen oder greiferseitigen Flansches oder auf beiden Stirnflächen angeordnet sein.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass jeder Leitung ein an einer Außenoberfläche des roboterseitigen Flansches ausgebildeter Mediananschluss zugeordnet ist. Über einen Medienanschluss kann dem Greifer ein Medium zugeführt werden. Medienanschlüsse können einteilig mit dem roboterseitigen Flansch ausgebildet sein. Denkbar sind auch separate Medienanschlüsse, die mit dem roboterseitigen Flansch verbunden werden können. Beispielsweise können Medienanschlüsse ein Außengewinde aufweisen und über ein im roboterseitigen Flansch ausgebildeten Innengewinde mit jeweils einer zugeordneten Leitung durch Einschrauben fluidisch verbunden werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kupplungssystems in einer ersten perspektivischen Ansicht.
Figur 2 zeigt das Kupplungssystem aus der Figur 1 in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
Figur 3 zeigt das Kupplungssystem aus der Figur 1 in einer dritten perspektivischen Ansicht. Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsmäßigen Kupplungssystems 1 für einen nicht dargestellten Greifer 5, der an einem nicht dargestellten Roboter 3 angebunden ist. Das Kupplungssystem 1 umfasst einen roboterseitigen Flansch 3‘ und einen greiferseitigen Flansch 5‘.
In dem roboterseitigen Flansch 3‘ sind drei Leitungen 3“ zur Förderung eines Mediums ausgebildet, wobei die Leitungen 3“ in der Figur 1 nicht sichtbar sind und in Figur 2 und Figur 3 näher beschrieben werden. An einer Außenoberfläche des roboterseitigen Flansches 3‘ sind ferner drei Medienanschlüsse 19 angeordnet, wobei jeder der drei Leitungen 3“ genau ein Medienanschluss 19 zugeordnet ist. An die Medienanschlüsse 19 wird eine flexible Leitung angeschlossen, über welche jeweils ein flüssiges oder gasförmiges Medium bereitgestellt wird, das über die im roboterseitigen Flansch 3‘ ausgebildeten Leitungen 3“ schließlich an den greiferseitigen Flansch 5‘ befördert wird. Die beförderten Medien können beispielsweise zur Kühlung, Erwärmung oder Ansteuerung des Greifers 5 dienen und mithin auch ein Medium für hydraulische oder pneumatische Zwecke sein.
In dem greiferseitigen Flansch 5‘ sind drei weitere Leitungen 5“ ausgebildet, von denen eine nicht und eine weitere nur teilweise in der Figur 1 sichtbar ist. Die Medien, die über die drei im roboterseitigen Flansch 3‘ ausgebildeten Leitungen 3“ bereitgestellt werden, werden in die drei weiteren Leitungen 5“ weiterbefördert. Mit anderen Worten wird eine fluide Verbindung zwischen dem roboterseitigen Flansch 3‘ und dem greiferseitigen Flansch 5‘ hergestellt. Um Leckage bzw. Undichtigkeiten zu vermeiden, sind in den weiteren Leitungen 5“ jeweils ein Dichtelement 17 angeordnet.
Aus einer ebenflächigen Stirnfläche 21 des greiferseitigen Flansches 5‘ steht ein Vorsprung 7 hervor, der sich senkrecht zur Stirnfläche 21 erstreckt. Mittels des Vorsprungs 7 kann in Wechselwirkung mit einer in dem roboterseitigen Flansch 3‘ ausgebildeten Ausnehmung 9, die in der Figur 2 sichtbar ist, eine formschlüssige und verdrehsichere Koppelung zwischen dem roboterseitigen Flansch 3‘ und dem greiferseitigen Flansch 5‘ hergestellt werden. Mit anderen Worten ermöglicht das Kupplungssystem 1 neben einer fluiden auch eine mechanische Verbindung zwischen dem Roboter 3 und dem Greifer 5.
In der Figur 1 ist ferner dargestellt, dass in dem roboterseitigen Flansch 3‘ ein Sperrbolzen 15 ausgebildet ist. Ein Kopfabschnitt 15' des Sperrbolzens 15 ragt aus dem roboterseitigen Flansch 3' heraus. Der Kopfabschnitt 15' kann manuell oder maschinell, beispielsweise mittels eines Aktors, betätigt werden, um eine Bewegung des Sperrbolzens zu realisieren, die ein Verriegeln des Kupplungssystems 1 nach sich zieht. Beim Verriegeln des Kupplungssystems 1 wird ein Schaftabschnitt 15“ des Sperrbolzens 15, der insbesondere in der Figur 3 sichtbar ist, in eine einseitig offene Durchgangsbohrung 11 , die in dem Vorsprung 7 ausgebildet ist, bewegt und darin gelagert. Geometrische Gegebenheiten, die zum Verriegeln beitragen, werden im Rahmen der Beschreibung von insbesondere Figur 3 weitergehend erläutert.
In der Figur 2 ist das Kupplungssystem 1 aus der Figur 1 in einer zweiten perspektivischen Ansicht, mit Blick auf eine Innenseite des roboterseitigen Flansches 3‘, illustriert. In dem roboterseitigen Flansch 3' ist die Ausnehmung 9 ausgebildet, die eine Gegenkontur aufweist, welche zu einer Kontur des Vorsprungs 7 geometrisch korrespondiert. Der Vorsprung 7 kann in die Ausnehmung 9 derart eingesteckt/-bewegt/-geführt werden, dass zwischen dem Vorsprung 7 und der Ausnehmung 9 eine spielfreie und verdrehsichere Passung hergestellt ist. Mit anderen Worten wird eine formschlüssige Verbindung zwischen dem roboterseitigen Flansch 3' und dem greiferseitigen Flansch 5' zur Bewegung des Greifers 5 mit einem gewünschten Drehmoment hergestellt. Zur vereinfachten Montage sind sowohl am Vorsprung 7 als auch an der Ausnehmung 9 Kanten, Ränder, Übergangsbereichs und der gleichen abgerundet bzw. angefast.
In der Figur 2 ist zudem der Schaftabschnitt 15“ des Sperrbolzens 15 sichtbar, der fast vollumfänglich in der Ausnehmung 9 angeordnet ist. An dem Schaftabschnitt 15“ sind zwei unterschiedliche Durchmesser ausgebildet. Zwei Absätze 15‘“ mit vergrößertem Querschnitt weisen einen ersten Bolzendurchmesser Di auf. Der Rest des Schaftabschnitts 15“ weist einen zweiten Bolzendurchmesser D2 auf, wobei der erste Bolzendurchmesser Di größer ist als der zweite Bolzendurchmesser D2.
Des Weiteren sind am roboterseitigen Flansch 3‘ drei Dichtungsabschnitte 17' ausgebildet, die aus einer ebenflächigen Stirnfläche 23 des roboterseitigen Flansches 3' hervorstehen. Die Dichtungsabschnitte 17' werden beim Einführen des Vorsprungs 7 in die Ausnehmung 9 gegen die am greiferseitigen Flansch 5' angeordneten Dichtelemente 17 gepresst und verbessern die Dichtwirkung.
Figur 3 zeigt das Kupplungssystem 1 aus der Figur 1 in einer dritten perspektivischen Ansicht. In dem Vorsprung 7 sind zwei einseitig offene Durchgangsbohrungen 11 ausgebildet. Die Durchgangsbohrungen 11 weisen jeweils einen Durchgangsbohrungs-Durchmesser Do und eine Einführöffnung 13 auf. Über die Einführöffnung 13, die eine Öffnungsweite Do aufweist, kann der Schaftabschnitt 15“ des Sperrbolzens 15 in die Durchgangsbohrung 11 eingeführt werden. Hierfür wird der Sperrbolzen 15 am Kopfabschnitt 15' derart betätigt, hier aus dem roboterseitigen Flansch 3' in eine erste Richtung Ri gezogen, dass Absätze des Sperrbolzens 15 mit dem kleineren zweiten Bolzendurchmesser D2 oberhalb der Einführöffnungen 13 angeordnet sind. Die Öffnungsweite Do ist größer gleich dem zweiten Bolzendurchmesser D2, sodass der Sperrbolzen 15 durch Bewegung in eine zweite Richtung R2 in die Durchgangsbohrungen 11 eingesetzt werden kann. Anschließend wird der Sperrbolzen 15 entgegen der ersten Richtung Ri betätigt, wodurch die beiden Absätze 15‘“ (vgl. auch Figur 2) mit dem jeweils größeren Bolzendurchmesser Di in die Durchgangsbohrung eingeführt werden. Die Bolzendurchmesser Di sind im Wesentlich gleich dem Durchgangsbohrungs- Durchmesser DD, aber größer als die Öffnungsweite Do, sodass durch Lagerung der Absätze 15‘“ in den Durchgangsbohrungen 11 ein Verriegeln des Kupplungssystems 1 herbeigeführt wird.
In der Figur 3 sind ferner die drei Leitungen 3“ illustriert, die in dem roboterseitigen
Flansch 3' ausgebildet sind. Durch zwei Pfeile ist schematisch zudem ein Strömungspfad eines Mediums gekennzeichnet, das dem Greifer 5 zugeführt wird. Bezugszeichenliste
I Kupplungssystem
3 Roboter
3‘ Roboterseitiger Flansch
3“ Leitung
5 Greifer
5‘ Greiferseitiger Flansch
5“ Weitere Leitung
7 Vorsprung
9 Ausnehmung
I I Durchgangsbohrung
13 Einführöffnung
15 Sperrbolzen
15‘ Kopfabschnitt
15“ Schaftabschnitt
15‘“ Absatz
17 Dichtelement
17' Dichtungsabschnitte
19 Medienanschluss
21 Stirnfläche des greiferseitigen Flansches
23 Stirnfläche des roboterseitigen Flansches
DD Durchgangsbohrungs-Durchmesser
Do Öffnungsweite
Di Erster Bolzendurchmesser
D2 Zweiter Bolzendurchmesser
Ri Erste Richtung
R2 Zweite Richtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1 . Kupplungssystem (1 ) für einen an einem Roboter (3) angebundenen Greifer (5) mit einem robotorseitigen Flansch (3‘) und einem greiferseitigen Flansch (5‘), wobei in dem roboterseitigen Flansch (3‘) eine Leitung (3“) und in dem greiferseitigen Flansch (5‘) eine weitere Leitung (5“) zur Beförderung eines Mediums ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der roboterseitige Flansch (3‘) formschlüssig mit dem greiferseitigen Flansch (5‘) derart verdrehsicher koppelbar ist, dass die Leitung (3“) und die weitere Leitung (5“) zur Erzeugung einer fluiden Verbindung miteinander fluchten.
2. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 1 , wobei am greiferseitigen Flansch (5‘) ein Vorsprung (7) und an dem robotorseitigen Flansch (3‘) eine zum Vorsprung (7) geometrisch korrespondierende Ausnehmung (9) ausgebildet ist.
3. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 2, wobei der Vorsprung (7) eine Kontur mit mindestens einer konvexen Krümmung aufweist, wobei die Ausnehmung (9) eine Gegenkontur mit einer zur konvexen Krümmung korrespondierenden konkaven Krümmung aufweist.
4. Kupplungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der greiferseitige Flansch (5‘) eine einseitig offene Durchgangsbohrung (11 ) aufweist, wobei die Durchgangsbohrung (11 ) einen Durchgangsbohrungs- Durchmesser (DD) und eine Einführöffnung (13) mit einer Öffnungsweite (Do) aufweist, wobei der Durchgangsbohrungs-Durchmesser (DD) größer ist als die Öffnungsweite (Do).
5. Kupplungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Verriegelung zwischen dem roboterseitigen Flansch (3‘) und dem greiferseitigen Flansch (5‘) mittels eines bewegbar an oder in dem roboterseitigen Flansch (3‘) angeordneten Sperrbolzens (15) realisierbar ist.
6. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 5, wobei der Sperrbolzen (15) einen ersten Bolzendurchmesser (Di) und einen zweiten Bolzendurchmesser (D2) aufweist, wobei der erste Bolzendurchmesser (Di) größer ist als der zweite Bolzendurchmesser (D2), wobei der erste Bolzendurchmesser (Di) größer ist als die Öffnungsweite (Do).
7. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 6, wobei ein erster Abschnitt des Sperrbolzens (15) mit dem ersten Bolzendurchmesser (Di) zur Verriegelung des Kupplungssystems (1 ) in die einseitig offene Durchgangsbohrung (11) bewegbar und darin lagerbar ist.
8. Kupplungssystem (1 ) nach Anspruch 6, wobei der greiferseitige Flansch (5‘) eine weitere einseitig offene Durchgangsbohrung (11‘) aufweist, wobei die weitere Durchgangsbohrung (11 ') einen weiteren Durchgangsbohrungs- Durchmesser (DD‘) und eine weitere Einführöffnung (13‘) mit einer weiteren Öffnungsweite (DÖ‘) aufweist, wobei der Sperrbolzen (15) einen weiteren ersten Bolzendurchmesser (Di‘) und einen weiteren zweiten Bolzendurchmesser (Ü2‘) aufweist, wobei ein weiterer Abschnitt des Sperrbolzens (15) mit dem weiteren ersten Bolzendurchmesser (Di‘) zur Verriegelung des Kupplungssystems (1 ) in die weitere einseitig offene Durchgangsbohrung (DD‘) bewegbar und darin lagerbar ist.
9. Kupplungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der roboterseitige Flansch (3‘) mehrere Leitungen (3“) und der greiferseitige Flansch (5‘) mehrere weitere Leitungen (5“) aufweist, wobei eine Anzahl der Leitungen (3“) und eine Anzahl der weiteren Leitungen (5“) gleich sind.
10. Kupplungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der roboterseitige Flansch (3‘) und/oder der greiferseitige Flansch (5‘) zumindest ein Dichtelement (17) aufweisen, das an der Leitung (3“) und/oder der weiteren Leitung (5“) angeordnet ist.
11 . Kupplungssystem (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Leitung (3“) ein an einer Außenoberfläche des roboterseitigen Flansches (3‘) ausgebildeter Mediananschluss (19) zugeordnet ist.
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