DE102018103805A1

DE102018103805A1 - Robotersystem mit rekonfigurierbarer endeffektor-baugruppe

Info

Publication number: DE102018103805A1
Application number: DE102018103805.4A
Authority: DE
Inventors: Yhu-Tin Lin; Dooil HWANG; Maurice Perlman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2018-02-20
Publication date: 2018-08-23
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: CN108500964B; CN108500964A; US10011022B1; DE102018103805B4

Abstract

Eine Endeffektor-Baugruppe beinhaltet einen Hauptträger, eine mit dem Hauptträger gekoppelte Rahmenschiene, mindestens eine Zweigschiene, die beweglich mit der Rahmenschiene durch eine Zweigverriegelung gekoppelt ist, und einen Schwenkarm, der durch eine Schwenkarretierung beweglich mit mindestens einer Zweigschiene gekoppelt ist. Die Schwenkarretierung beinhaltet eine Klemme, die dafür konfiguriert ist, den Schwenkarm beweglich auf der Zweigschiene zu befestigen. Eine Schwenkachse verläuft durch die Klemme, und der Schwenkarm ist dafür konfiguriert, den Schwenkarm drehbar an der Klemme zu befestigen. Eine Schwenkplatte ist an der Schwenkachse befestigt und ist für den Eingriff mit einem Konfigurierwerkzeug konfiguriert. Des Weiteren verläuft eine Sperrsicherung durch die Schwenkplatte und in die Schwenkachse. Die Sperrsicherung ist dafür konfiguriert, die Schwenkarretierung in Position entlang der Zweigschiene zu verriegeln und zu entriegeln.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Robotersystem mit einer rekonfigurierbaren Endeffektor-Baugruppe.
EINLEITUNG
Die Erklärungen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bereit, welche die vorliegende Offenbarung betreffen und dem bisherigen Stand der Technik entsprechen können.
Mehrachsige Industrieroboter beinhalten Gelenkarme, die über Gelenke verbunden sind. Jedes Armsegment wird über einen oder mehrere Gelenkmotoren angetrieben. Typische Industrieroboter werden über sechs verschiedene Steuerachsen gesteuert. Gemeinschaftlich ermöglichen die Steuerachsen die Rotation des Roboters bezüglich einer festen oder beweglichen Basis, das Ausfahren/Einziehen eines Arms und das Anheben/Absenken eines zweiten Arms sowie Gelenkrotation und Rotation/Translation eines Endgelenks an einem distalen Ende des zweiten Arms. Zusätzliche Arme können je nach Konstruktion in einer reihenförmigen Anordnung zur Anwendung kommen, und ein mit dem Endgelenk verbundener Endeffektor kann so konfiguriert sein, dass er eine gewünschte Arbeitsaufgabe erfüllt.
Der Begriff „Endeffektor“ bezieht sich auf die speziellen Endglieder oder Segmente, die je nach Roboterdesign ein Werkstück sicher greifen, befördern, ausrichten und loslassen können. Bestimmte Endeffektor-Baugruppen werden aus einer gitterartigen Anordnung von verlängerten Trägern und/oder Schienen gebildet, an denen ein Satz von Werkzeugarmen mit Werkzeugmodulen angehängt ist, beispielsweise Saugnäpfe oder Greifer, wie sie zur Beförderung von Blechplatten oder Glasscheiben in Fertigungseinrichtungen verwendet werden. Die einzelnen Werkzeugarme und -module werden herkömmlicherweise von einem Bediener von Hand auf eine festgelegte Konfiguration eingestellt, bevor sie eine bestimmte Arbeitsaufgabe durchführen.
KURZDARSTELLUNG
Eine Endeffektor-Baugruppe beinhaltet einen Hauptträger, eine mit dem Hauptträger gekoppelte Rahmenschiene, mindestens eine Zweigschiene, die beweglich mit der Rahmenschiene durch eine Zweigverriegelung gekoppelt ist, und einen Schwenkarm, der durch eine Schwenkarretierung beweglich mit mindestens einer Zweigschiene gekoppelt ist. Die Schwenkarretierung beinhaltet eine Klemme, die dafür konfiguriert ist, den Schwenkarm beweglich auf der Zweigschiene zu befestigen. Eine Schwenkachse verläuft durch die Klemme, und der Schwenkarm ist dafür konfiguriert, den Schwenkarm drehbar an der Klemme zu befestigen. Eine Schwenkplatte ist an der Schwenkachse befestigt und ist für den Eingriff mit einem Konfigurierwerkzeug konfiguriert. Des Weiteren verläuft eine Sperrsicherung durch die Schwenkplatte und in die Schwenkachse. Die Sperrsicherung ist dafür konfiguriert, die Schwenkarretierung in Position entlang der Zweigschiene zu verriegeln und zu entriegeln.
In einigen Ausführungsformen der Endeffektor-Baugruppe ist die Zweigverriegelung relativ zur Rahmenschiene zwischen einem nicht verriegelten und einem verriegelten Zustand beweglich, um die Zweigschiene in Position relativ zur Rahmenschiene zu fixieren. Weiterhin ist die Schwenkarretierung rotierend und linear entlang der Zweigschiene zwischen einer nicht verriegelten und einer verriegelten Stellung beweglich, um den Schwenkarm in Position relativ zur Zweigschiene zu fixieren. Zusätzlich umfasst die Endeffektor-Baugruppe ferner ein Endwerkzeug, das an einem distalen Ende des Schwenkarms angeordnet ist, wobei das Endwerkzeug eine erste Seite der Endeffektor-Baugruppe zum Eingriff mit einem Werkstück definiert. Die Zweigverriegelung und die Schwenkarretierung sind zum Eingriff durch das Konfigurierwerkzeug an einer zweiten Seite der Endeffektor-Baugruppe gegenüber der ersten Seite konfiguriert. Weiterhin definiert die Klemme ferner einen Vorsprung an einer Stirnfläche, und der Schwenkarm definiert eine entsprechend geformte Vertiefung, und worin der Vorsprung und die Vertiefung passend verbunden sind, wenn die Sperrsicherung arretiert ist. Zusätzlich kann ein Haltering innerhalb der Schwenkplatte befestigt und dafür konfiguriert werden, die Sperrsicherung darin festzuhalten. Der Haltering hält die Sperrsicherung zur Unterstützung beim Lösen des Vorsprungs aus der Vertiefung fest. Die Schwenkarretierung kann auch mindestens eine Überdehnungs-Begrenzungsvorrichtung mit mindestens einer Überdehnungsbefestigung innerhalb der Klemme beinhalten, um die Klemme während des Entriegelns der Schwenksperre zurückzuhalten.
Eine Schwenkarretierungsbaugruppe für einen Endeffektor beinhaltet eine Klemme, die dafür konfiguriert ist, den Schwenkarm beweglich auf der Zweigschiene zu befestigen. Die Klemme beinhaltet einen Armabschnitt und einen Basisabschnitt mit einem Vorsprung an einer Stirnfläche davon. Der Schwenkarm hat eine Vertiefung, die in Übereinstimmung mit dem Vorsprung ausgebildet ist. Eine Schwenkachse verläuft durch den Arm- und Basisabschnitt der Klemme und ist dafür konfiguriert, den Schwenkarm drehbar an der Klemme zu befestigen. Eine Schwenkplatte ist am Armabschnitt der Klemme angeordnet und an der Schwenkachse festgekeilt. Die Schwenkplatte beinhaltet mindestens einen Zapfen, der für das Eingreifen mit dem Konfigurationswerkzeug konfiguriert ist. Eine Sperrsicherung verläuft durch die Schwenkplatte und in die Schwenkachse. Die Sperrsicherung ist dafür konfiguriert, die Schwenkarretierungsbaugruppe in der Position entlang der Zweigschiene zu verriegeln und zu entriegeln, und der Vorsprung und die Vertiefung sind passend verbunden, wenn die Sperrsicherung verriegelt ist.
Bei einigen Ausführungsformen beinhaltet die Schwenkarretierungsbaugruppe auch einen Rückhaltering, der innerhalb der Schwenkplatte befestigt und dafür konfiguriert ist, die Sperrsicherung darin zurückzuhalten. Der Haltering hält die Sperrsicherung zur Unterstützung beim Lösen des Vorsprungs aus der Vertiefung fest. Weiterhin ist die Schwenkarretierung rotierend und linear entlang der Zweigschiene zwischen einer nicht verriegelten und einer verriegelten Stellung beweglich, um den Schwenkarm in Position relativ zur Zweigschiene zu fixieren. Zusätzlich kann die Schwenkarretierungsbaugruppe auch ein Endwerkzeug beinhalten, das an einem distalen Ende des Schwenkarms angeordnet ist. Das Endwerkzeug definiert eine erste Seite des Endeffektors. Die Schwenkarretierungsbaugruppe ist für den Eingriff vom Konfigurierwerkzeug auf einer zweiten Seite des Endeffektors gegenüber der ersten Seite konfiguriert. Die Schwenkarretierungsbaugruppe kann auch mindestens eine Überdehnungs-Begrenzungsvorrichtung mit mindestens einer Überdehnungsbefestigung zwischen dem Armabschnitt und dem Basisabschnitt der Klemme beinhalten, um die Klemme während des Entriegelns der Sperrsicherung zurückzuhalten.
Das Konfigurierwerkzeug, das mit der Schwenkarretierungsbaugruppe verwendet werden kann, kann einen Werkzeugkörper, einen mit dem Werkzeugkörper gekoppelten Greifer und einen Schraubendreheraufsatz, der sich aus dem Werkzeugkörper erstreckt, beinhalten. Der Greifer beinhaltet eine Vielzahl von Greiferfingern, die voneinander weg- und aufeinander zu bewegt werden können. Das Konfigurierwerkzeug ist mit der Schwenkarretierungsbaugruppe gekoppelt, wenn die Greiferfinger in mindestens einen Zapfen eingreifen. Des Weiteren ist der Schraubendreheraufsatz mit der Sperrsicherung aligniert, wenn die Greiferfinger in den mindestens einen Zapfen eingreifen, sodass das Drehen des Schraubendreheraufsatzes die Schwenkarretierungsbaugruppe veranlasst, sich zwischen der verriegelten und der entriegelten Stellung zu bewegen.
Eine Schwenkarretierungsbaugruppe für einen Endeffektor beinhaltet eine Klemme, die dafür konfiguriert ist, einen Schwenkarm an einer Zweigschiene zu befestigen. Die Klemme hat eine erste Oberfläche und eine gegenüberliegende zweite Oberfläche. Eine Schwenkachse verläuft durch die Klemme und den Schwenkarm, um den Schwenkarm drehbar an der Klemme zu befestigen. Die Schwenkachse hat einen Flansch, der an der zweiten Oberfläche der Klemme angeordnet ist. Eine Schwenkplatte ist an der ersten Oberfläche der Klemme angeordnet und an der Schwenkachse festgekeilt. Die Schwenkplatte beinhaltet mindestens einen Zapfen, der für das Eingreifen mit dem Konfigurationswerkzeug konfiguriert ist. Eine Sperrsicherung verläuft durch die Schwenkplatte und in die Schwenkachse. Die Sperrsicherung ist dafür konfiguriert, die Schwenkplatte und den Flansch zueinander zu bewegen, um die Schwenkarretierungsbaugruppe in Position entlang der Zweigschiene zu verriegeln, und voneinander weg, um die Schwenkarretierungsbaugruppe von der Position entlang der Zweigschiene zu entriegeln.
In einigen Ausführungsformen ist die Schwenkarretierungsbaugruppe rotierend und linear entlang der Zweigschiene zwischen einem nicht verriegelten und einem verriegelten Zustand beweglich, um den Schwenkarm in Position relativ zur Zweigschiene zu fixieren. Zusätzlich kann die Schwenkarretierungsbaugruppe auch ein Endwerkzeug beinhalten, das an einem distalen Ende des Schwenkarms angeordnet ist. Das Endwerkzeug definiert eine erste Seite des Endeffektors. Die Schwenkarretierungsbaugruppe ist für den Eingriff vom Konfigurierwerkzeug auf einer zweiten Seite des Endeffektors gegenüber der ersten Seite konfiguriert. Des Weiteren kann die Schwenkachse für Drehbewegungen mit dem Schwenkarm festgekeilt sein.
Das Konfigurierwerkzeug, das mit der Schwenkarretierungsbaugruppe verwendet werden kann, kann einen Werkzeugkörper, einen mit dem Werkzeugkörper gekoppelten Greifer und einen Schraubendreheraufsatz, der sich aus dem Werkzeugkörper erstreckt, beinhalten. Der Greifer beinhaltet eine Vielzahl von Greiferfingern, die voneinander weg- und aufeinander zu bewegt werden können. Das Konfigurierwerkzeug ist mit der Schwenkarretierungsbaugruppe gekoppelt, wenn die Greiferfinger in mindestens einen Zapfen eingreifen. Des Weiteren ist der Schraubendreheraufsatz mit der Sperrsicherung aligniert, wenn die Greiferfinger in den mindestens einen Zapfen eingreifen, sodass das Drehen des Schraubendreheraufsatzes die Schwenkarretierungsbaugruppe veranlasst, sich zwischen der verriegelten und der entriegelten Stellung zu bewegen.
In weiteren Ausführungsformen hat ein Roboter einen Endeffektor, der die Schwenkarretierungsbaugruppe, wie oben beschrieben, beinhaltet.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu begrenzen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Veranschaulichung und sind nicht dazu beabsichtigt, den Umfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise zu begrenzen.

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Robotersystems, das eine Endeffektor-Baugruppe gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Endeffektor-Baugruppe von 1;
3 ist eine perspektivische Ansicht eine Rahmenschiene und eines Werkzeugarms der Endeffektor-Baugruppe von 2;
4 ist eine Querschnittansicht der Endeffektor-Baugruppe entlang der Sektionslinie 4-4 von 2;
5 ist eine Querschnittansicht der Endeffektor-Baugruppe entlang der Sektionslinie 5-5 von 3;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Konfigurierwerkzeugs, verwendbar als Bestandteil des Robotersystems von 1, mit einem Greiferfinger, der in einem ausgekuppelten Zustand gezeigt ist;
7 ist eine perspektivische Ansicht des Konfigurierwerkzeugs, verwendbar als Bestandteil des Robotersystems von 1, mit einem Greiferfinger, der in einem Eingriffszustand gezeigt ist;
8 ist eine perspektivische Ansicht des Konfigurierwerkzeugs, das sich auf eine Zweigverriegelung der Endeffektor-Baugruppe zubewegt;
9 ist eine perspektivische Ansicht des Konfigurierwerkzeugs, gekoppelt mit der Zweigverriegelung der Endeffektor-Baugruppe;
10 ist eine perspektivische Ansicht des Konfigurierwerkzeugs, das sich auf die Schwenkarretierung der Endeffektor-Baugruppe zubewegt;
11 ist eine perspektivische Ansicht des Konfigurierwerkzeugs, gekoppelt mit der Schwenkarretierung der Endeffektor-Baugruppe; und
12 ist eine Explosionsansicht einer alternativen Schwenkarretierung der Endeffektor-Baugruppe.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendungen in irgendeiner Weise einzuschränken. Es wird darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen oder entsprechenden Teile und Merkmale verweisen. Weitere Richtungen, wie z. B. „oben“, „seitlich“, „rückwärts“, „untere“ und „obere“, werden zu Veranschaulichungszwecken verwendet und sollen, sofern nicht anders angegeben, nicht zur Erfordernis spezifischer Ausrichtungen führen. Diese Richtungen sind lediglich als Referenzsystem in Bezug auf die bereitgestellten Beispiele vorgesehen, könnten jedoch in alternativen Anwendungen verändert werden.
Mit Bezug auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Referenznummern in den verschiedenen Figuren auf gleiche Komponenten beziehen, ist ein Robotersystem 10 schematisch in 1 gezeigt. Das Robotersystem 10 beinhaltet einen mehrachsigen Industrieroboter 12, ein Konfigurierwerkzeug 14 und eine nachfolgend im Detail beschriebene rekonfigurierbare Endeffektor-Baugruppe 16. Die gesamte Betriebssteuerung des Robotersystems 10 wird von einer Steuerung 18 ausgeführt. Das Robotersystem 10 beinhaltet auch eine Konfigurationseinheit 20, wie weiter unten näher erörtert.
Die Steuerung 18 kann als Hostcomputer konfiguriert sein (beispielsweise ein digitaler Computer), der speziell zur Ausführung von Arbeitsschritten oder Anweisungen programmiert ist. Zu diesem Zweck beinhaltet die Steuerung 18 ausreichend Hardware, um die benötigten Verfahrensschritte auszuführen, d. h. mit ausreichend Speicher 22, einem Prozessor 24 und anderer zugehöriger Hardware, wie etwa einer Hochgeschwindigkeitstaktung, Analog-zu-Digital- und/oder Digital-zu-Analog-Schaltungen, einem Timer, Eingangs-/Ausgangsschaltkreisen und zugehörigen Geräten, Signalprogrammier- und/oder Signalpufferspeicher-Schaltungen. Der Speicher 22 beinhaltet ausreichenden konkreten permanenten Speicherplatz, wie etwa magnetischen oder optischen ROM-Festspeicher, Flash-Speicher usw. und auch RAM-Arbeitsspeicher, EEPROM-Festwertspeicher u. ä. Die Steuerung 18 empfängt die gemessenen Gelenkstellungen (Pfeil 26) von mindestens einem Stellungssensor (28) und zeichnet sie auf, und überwacht auch die Kräfte, die von der Endeffektor-Baugruppe 16 im Verlauf der Konfigurierung der Endeffektor-Baugruppe 16 sowie im Betrieb mit einem gegebenen Werkstück ausgeübt werden oder auf diese einwirken. Die Steuerung 18 generiert oder empfängt Eingangssignale (Pfeil 30), welche die Steuerung 18 über die zu verrichtende(n) Aufgabe(n) und das (die) entsprechende(n) Werkstück(e) informieren, und gibt Steuersignale (Pfeil 32) an den Roboter 12 aus, um die erforderlichen Aktionen des Roboters 12 zu steuern.
Der Roboter 12 kann als 6-achsiger Industrieroboter konfiguriert sein und einen festen oder beweglichen Sockel 34 und eine Vielzahl von Robotergelenken 36 beinhalten, von denen einige in 1 gezeigt sind. Die verschiedenen Gelenke 36 verbinden Segmente oder serielle Verbindungen des Roboters 12, einschließlich eines ersten oder unteren Roboterarms 38, eines zweiten oder oberen Roboterarms 40 und eines Endgelenks 42, die zusammen die zur Ausführung erforderlicher Aufgaben gewünschte Bewegungsfreiheit und Steuerbarkeit erzielen. Es wird in Erwägung gezogen, dass der Roboter 12 mehrere oder weniger Roboterarme und Endgelenke beinhalten kann. Beispiele für vom Roboter 12 ausgeführte Arbeitsaufgaben beinhalten das Greifen, Heben, Positionieren und Platzieren von Blechplatten oder Glasscheiben zusammen mit vielen weiteren möglichen Aufgaben, wie etwa Lackieren oder Schweißen. Gelenkstellungssensoren 28 können für jedes Gelenk 36 angebracht und so konfiguriert sein, dass sie die Stellungen der Gelenke messen und die gemessenen Stellungen (Pfeil 26) an die Steuerung 18, wie vorher erörtert, übertragen. Außerdem können ein oder mehrere Kraftsensoren (nicht dargestellt) für die Gelenke 36 positioniert sein und dafür verwendet werden, die Kraft- oder Drehmomentwerte an die Steuerung 18 zu melden, um das Einwirken übermäßiger Kräfte auf das Werkstück oder die Endeffektor-Baugruppe 16 zu vermeiden.
In Bezug auf die Endeffektor-Baugruppe 16 kann diese Struktur einen Hauptträger 44 und eine gitterartige Endeffektor-Anordnung 46 beinhalten. Die Endeffektor-Anordnung 46 beinhaltet in den dargestellten Ausführungsformen eine Rahmenschiene 48, die zur Längsachse 50 des Hauptträgers 44 rechtwinklig angeordnet ist. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Endeffektor-Anordnung 46 mehr als eine Rahmenschiene 48 beinhalten kann. In der dargestellten Ausführungsform hat die Rahmenschiene 48 eine im Wesentlichen zylindrische Form. Die Endeffektor-Anordnung 46 kann auch eine Vielzahl von Werkzeugarmen 52 beinhalten, die beweglich mit der Rahmenschiene 48 gekoppelt sind. Die Endeffektor-Anordnung 46 kann jedoch auch alternativ nur mit einem einzelnen Werkzeugarm 52 bestückt sein. Jeder Werkzeugarm 52 beinhaltet eine Zweigschiene 54 und ein Werkzeugmodul 56, das freitragend von der Rahmenschiene 48 aufsteigt und sich von der Rahmenschiene 48 radial nach außen erstreckt. Die verschiedenen Zweigschienen 54 sind gleitend und drehbar an der Rahmenschiene 48 befestigt. Das heißt, die zwei Schienen 54 sind beweglich an die Rahmenschiene 48 gekoppelt, wie unten näher beschrieben. Einzelne Werkzeugmodule 56 sind an den Zweigschienen 54 aufgehängt oder beweglich an die Zweigschienen gekoppelt. Die Rahmenstange 48 wiederum ist mit dem Hauptträger 44 über eine mechanische Kupplung 58 verbunden.
Mit Bezug auf 2 kann der Hauptträger 44 eine zweiseitige Werkzeugwechsel-Baugruppe 60 mit gegenüberliegenden Werkzeugwechslern 62, 64 beinhalten. Der Begriff „Werkzeugwechsler“ bezieht sich auf manuelle oder automatische Baugruppen, die einen raschen Werkzeugwechsel aus den Roboter-Endeffektoren heraus ermöglichen. Derartige Vorrichtungen beinhalten normalerweise integrierte Energieversorgungs- und Kommunikationsports, Konnektoren u. ä. für die Funktionen eines Endwerkzeugs, wie etwa Greifer oder Vakuum-Saugnäpfe 66. In der dargestellten Ausführungsform ist die Werkzeugwechsel-Baugruppe 60 speziell dafür konfiguriert, simultanes Eingreifen des Hauptträgers 44 mit dem Roboter 12 und der Konfigurationseinheit 20 zu ermöglichen, von denen letztere schematisch in 1. gezeigt ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung kann die Konfigurationseinheit 20 bezüglich eines Bodens befestigt sein oder an einer vertikalen Oberfläche, wie etwa einer Maschinensäule oder Wand, aufgehängt sein. Die Konfigurationseinheit 20 hat eine festgelegte Position in einem kartesischen Koordinatensystem (z. B. XYZ) oder Referenzsystem und liefert somit einen kalibrierten Referenzpunkt zum Ausrichten des Roboters 12 während des Rekonfigurierens der Endeffektor-Baugruppe 16. Beispielsweise verbindet der Roboter 12 beim Wechsel von einer ersten Konfiguration auf eine zweite Konfiguration den Werkzeugwechsler 64 mit der Konfigurationseinheit 20 und gibt den zweiten Werkzeugwechsler 62 frei. Während der Roboter 12 die Endeffektor-Baugruppe 16 rekonfiguriert, sind die Positionen im freien Raum von jedem der Verriegelungsmechanismen (beispielsweise Sperrverriegelungsmechanismus 74 und Schwenkarretierungsmechanismus 70), die unten beschrieben sind, der Steuerung 18 durch die bekannte Position im Referenzrahmen, die von der Konfigurationseinheit 20 geliefert wird, bekannt. Wenn die Konfiguration der Endeffektor-Baugruppe 16 während eines Betriebsvorgangs verloren geht (beispielsweise aufgrund eines Schlags oder eines Ausfalls der Energieversorgung), kann die Endeffektor-Baugruppe 16, während sie an der Konfigurationseinheit 20 hängt, manuell auf eine kalibrierte Einstellung gesetzt werden, in der die Positionen der verschiedenen Endwerkzeuge und Verriegelungsmechanismen bekannt sind, wobei die nachfolgende Konfiguration am Nullpunkt beginnt.
Wie nachfolgend beschrieben können mit besonderem Bezug auf 2 und 3 die Zweigschienen 54 mit befestigten Werkzeugmodulen 56 automatisch vom Roboter 12 mittels des Konfigurierwerkzeugs 14 und Anweisungen, die durch die Steuerung 18 ausgeführt werden, neu positionierbar sein. Demzufolge können die Werkzeugarme 52 nach Wunsch angeordnet sein, um den Werkzeugmodulen 56, oder genauer gesagt den einzelnen Endwerkzeugen 66 der Werkzeugmodule 56 zu ermöglichen, ein Werkstück zu greifen oder anderweitig zu bearbeiten. In einem nicht einschränkenden Karosserieblechbeispiel sind die entsprechenden Endwerkzeuge 66, wie in den verschiedenen Figuren dargestellt, so konfiguriert, dass allgemein gebräuchliche pneumatische Saugnäpfe oder Greifer benutzt werden, um Automobil- oder andere Karosseriebleche zu ergreifen und zu bewegen, ohne empfindliche Schauflächen zu beschädigen. Andere Endwerkzeuge 66, wie etwa Klammern, Klemmen, Sprühdüsen, können verwendet werden. Daher kann der spezielle Aufbau der Endwerkzeuge 66 variieren. In jedem Werkzeugarm 52 ist ein Schwenkarm 68 zwischen dem Endwerkzeug 66 und der Zweigschiene 54 durch einen Schwenkarretierungsmechanismus 70 gekoppelt, wie nachfolgend näher beschrieben. Der Schwenkarm 68 ist schräg zur Zweigschiene 54 angeordnet, um das Endwerkzeug 66 bei der Interaktion mit dem Werkstück zu unterstützen.
Die Endeffektor-Baugruppe 16 kann zur Interaktion von Werkstücken unterschiedlicher Größen, Formen und/oder Oberflächenkonturen im Verhältnis zueinander oder zu anderen Werkstücken (nicht dargestellt) und aus unterschiedlichen Werkstoffen rekonfiguriert werden. Beispielsweise kann ein Werkstück erheblich größer und einförmiger sein als ein anderes Werkstück und daher unterschiedliche Konfigurationen derselben Endeffektor-Baugruppen 16 erfordern. Bei einem gegebenen Fertigungsvorgang kann jede Anzahl möglicher Werkstücke angetroffen werden, daher ist die Endeffektor-Baugruppe 16 vom Roboter 12 rekonfigurierbar, um jedes davon individuell nach Bedarf zu bearbeiten.
Die Steuerung 18 wird auf das jeweilige zu bearbeitende Werkstück über die Eingabesignale (Pfeil 30 von 1) aufmerksam gemacht, wie etwa manuelle Auswahl durch einen Mitarbeiter, Erfassung eines RFID-Chips oder einen anderen passenden Identifizierungsprozess. Die Steuerung 18 wählt dann automatisch eine passende Konfiguration aus ihrem Speicher 22 aus. Nachdem die Endeffektor-Baugruppe 16 auf der Konfigurationseinheit 20 über dem Werkzeugwechsler 64 abgestellt wurde, gibt der Roboter 12 die Endeffektor-Baugruppe 16 über den Werkzeugwechsler 62 frei und bewegt sich zur Befestigung des Konfigurierwerkzeugs 14 an einer geeigneten Workstation (nicht dargestellt) zu seinem Endgelenk 42 oder einem anderen passenden Endglied über einen weiteren Werkzeugwechsler 142, der am Konfigurierwerkzeug 14 (siehe 6) zur Konfigurierung der Endeffektor-Baugruppe 16 befestigt ist. Eine derartige Workstation kann als Vorrichtung ausgeführt sein, die das Konfigurierwerkzeug 14 in einer kalibrierten Stellung hält, d. h. einer Position, die leicht vom Endgelenk 42 erreicht werden kann. All das geschieht, während die Endeffektor-Baugruppe 16 in der Konfigurationseinheit 20 festgehalten wird. Des Weiteren ermöglicht die vorliegende Ausführungsform der Endeffektor-Baugruppe 16, durch den Roboter 12 ohne die Notwendigkeit für „Umlegen“ an der Konfigurationseinheit 20 konfiguriert zu werden, da die Verriegelungs-/Entriegelungs-Eigenschaften der Schwenkarretierung 70 und der Halteverriegelung 74 aus der entgegengesetzten Richtung der Endwerkzeuge 66 zugänglich sind.
Nachdem der Endeffektor 16 mithilfe des Konfigurierwerkzeugs 14 vollständig für die anstehende Aufgabe konfiguriert ist, legt der Roboter 12 das Konfigurierwerkzeug 14 automatisch auf seiner Workstation ab, trennt das Konfigurierwerkzeug 14 vom Endgelenk 42, indem er den Werkzeugwechsler 142 am Konfigurierwerkzeug 14 freigibt, bewegt sich, um die neu konfigurierte Endeffektor-Baugruppe 16 durch Einrasten des Werkzeugwechslers 62 und gleichzeitiges Freigeben des Werkzeugwechslers 64 auf, nimmt die Endeffektor-Baugruppe 16 von der Konfigurationseinheit 20 ab und beginnt die Bearbeitung des Werkstücks. Die Fähigkeit des Roboters 12 zur Rekonfiguration der Endeffektor-Baugruppe 16 ohne Umlegen der Endeffektor-Baugruppe 16 ermöglicht ihre Nutzung für ein breites Spektrum möglicher Werkstücke und in einer Vielzahl unterschiedlicher Umgebungen ohne Platzbeschränkung. Auf diese Weise können Herstellungsflexibilität und Wirkungsgrad erhöht werden, während Werkzeugkosten und Systemstillstand reduziert werden.
Mit Bezug auf 2 beinhaltet die Endeffektor-Baugruppe 16 mindestens eine rechtwinklig zur Trägerachse 50 des Hauptträgers 44 angeordnete Rahmenschiene 48, an der die verschiedenen Werkzeugmodule 56 mit Bezug zu den sich radial erstreckenden Zweigschienen 54 verbunden sind. In einem Ausführungsbeispiel, in dem die Endwerkzeuge 66 pneumatische Greifer sind, können die Pneumatikleitungen längs des Hauptträgers 44 verlegt und zu den verschiedenen Endwerkzeugen 66 geführt werden.
Mit Bezug auf 2 und 3 beinhaltet jeder Werkzeugarm 52 eine Zweigverriegelung 74, welche die Zweigschiene 54 an der Rahmenschiene 48 ankoppelt. In der dargestellten Ausführungsform kann die Zweigverriegelung 74 zwischen der verriegelten und entriegelten Stellung bewegt werden. In der verriegelten Stellung fixiert die Zweigverriegelung 74 die Position der Zweigschiene 54 im Verhältnis zur Rahmenschiene 48, und daher bleibt die Zweigschiene 54 im Verhältnis zur Rahmenschiene 48 stationär. Wenn sich die Zweigverriegelung 74 in der entriegelten Stellung befindet, kann die Zweigschiene 54 entlang der Rahmenschiene 48 in die vom Pfeil 76 angezeigten Richtungen verschoben werden und kann um die Rahmenschiene 48 in die von Pfeil 78 angezeigten Richtungen rotieren. Auf diese Weise kann jede beliebige Anzahl verschiedener Konfigurationen des Werkzeugmoduls 56 vom Roboter 12 in Reaktion auf die Anweisungen (Pfeil 32) von der Steuerung 18, wie erforderlich, eingestellt werden. Aufgrund ihres abgerundeten Querschnitts (beispielsweise kreisförmiger Querschnitt) ermöglicht die Rahmenschiene 48 der Zweigverriegelung 74 um die Rahmenschienenachse 80 zu rotieren, wenn die Zweigverriegelung 74 sich in der entriegelten Stellung befindet. Außerdem kann die Zweigverriegelung 74 entlang der Rahmenschienenachse 80 gleiten, wenn sie in der entriegelten Stellung angeordnet ist. Wie weiter unten im Detail erörtert, kann das Konfigurierwerkzeug 14 benutzt werden, um die Zweigverriegelung 74 zwischen der verriegelten und der entriegelten Stellung zu bewegen.
In der dargestellten Ausführungsform in 3 und 4 beinhaltet die Zweigverriegelung 74 eine Klemme 82 zum Festklemmen der Rahmenschiene 48. Die Klemme 82 ist als Umgriffklemme ausgeführt und beinhaltet eine zweite Klemmenbasis 84 und einen Klemmenarm 86, der beweglich an die Klemmenbasis 84 gekoppelt ist. Die Klemmenbasis 84 und der Klemmenarm 86 definieren eine Klemmenaussparung 88, die dafür konfiguriert, ausgeformt und bemessen ist, um einen Abschnitt der Rahmenschiene 48 aufzunehmen. Die Klemmenaussparung 88 kann konkav geformt sein, damit die Rahmenschiene 48 auf die Klemmenbasis 84 passt.
Ein Befestigungselement 96 kann verwendet werden, um den Abstand zwischen der Klemmenbasis 84 und dem Klemmenarm 86 anzupassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann das Befestigungselement 96 eine Schraube, ein Bolzen oder eine andere geeignete Befestigung zum Bewegen des Klemmenarms 86 hin oder weg von der Klemmenbasis 84 sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Befestigung 96 beispielsweise eine Schraube mit einem Kopfabschnitt außerhalb des Klemmenarms 86 und eine Mutter außerhalb der Klemmenbasis 84. Es wird vorausgesetzt, dass das Drehen der Befestigung 96 bewirkt, dass die Mutter den Klemmenarm 86 hin zur oder weg von der Klemmenbasis 84 bewegt, wobei die Klemme 82 in Bezug auf die Rahmenschiene 48 festgezogen oder gelöst wird. Insbesondere verriegelt das Drehen der Befestigung 96 in eine erste Drehrichtung (beispielsweise im Uhrzeigersinn) die Klemme 82, und das Drehen der Befestigung 96 in eine entgegengesetzte Richtung (beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn) entriegelt die Klemme 82. Wenn die Klemme 82 verriegelt ist, wird die Zweigschiene 54 mit Bezug auf die Rahmenschiene 48 fixiert, und bleibt daher relativ zur Rahmenschiene 48 stationär. Wenn die erste Klemme 82 entriegelt ist, kann Zweigschiene 54 bezüglich der Rahmenschiene 48 verschoben und gedreht werden. Die Klemme 82 kann auch als eine zweiteilige Klemme mit einem Gelenk, eine dreiteilige Klemme mit zwei Gelenken oder jedem anderen geeigneten Klemmendesign ausgeführt sein.
Die Zweigverriegelung 74 kann ferner eine Vielzahl an Zapfen oder Laschen 97 definieren, die eine Funktion für das konfigurierte Werkzeug 14 bereitstellen, um in die Zweigverriegelung 74 einzugreifen und sie einzustellen, wie nachfolgend näher beschrieben. Mindestens einer der Zapfen 97 kann eine Zentrierungsfunktion zur Verwendung in der Ausrichtungssteuerung durch den Roboter 12 übernehmen. Die Zweigverriegelung 74 beinhaltet zusätzlich eine permanente Klemme 98, welche die Zweigschiene 54 im rechten Winkel relativ zur Rahmenschiene 48 hält.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 und 3 kann jeder Werkzeugarm 52 auch einen Schwenkarretierungsmechanismus 70 beinhalten, der die Zweigschiene 54 an den Schwenkarm 68 koppelt. In der dargestellten Ausführungsform kann die Schwenkarretierung 70 zwischen der verriegelten und entriegelten Stellung bewegt werden. In der verriegelten Stellung fixiert die Schwenkarretierung 70 die Position des Schwenkarms 68 relativ zur Zweigschiene 54, und deshalb bleibt der Schwenkarm 68 relativ zur Zweigschiene 54 stationär. Wenn sich die Schwenkarretierung 70 in der entriegelten Stellung befindet, kann der Schwenkarm 68 der Zweigschiene 54 in die durch den Pfeil 100 angezeigten Richtungen verschoben werden, kann um die Zweigschiene 54 in den von Pfeil 102 angezeigten Richtungen rotieren und kann um eine Schwenkachse 104 (siehe 5) in den von Pfeil 103 angezeigten Richtungen rotieren. Auf diese Weise kann jede beliebige Anzahl verschiedener Konfigurationen des Werkzeugmoduls 56 vom Roboter 12 in Reaktion auf die Anweisungen (Pfeil 32) von der Steuerung 18, wie erforderlich, eingestellt werden. Aufgrund ihres abgerundeten Querschnitts (beispielsweise kreisförmiger Querschnitt) ermöglicht die Zweigschiene 54 der Schwenkarretierung 70, um die Zweigschienenachse 105 zu rotieren, wenn die Schwenkarretierung 70 sich in der entriegelten Stellung befindet. Außerdem kann die Schwenkarretierung 70 entlang der Zweigschienenachse 105 gleiten, wenn sie in der entriegelten Stellung angeordnet ist. Wie weiter unten im Detail erörtert, kann das Konfigurierwerkzeug 14 benutzt werden, um die Schwenkarretierung 70 zwischen der verriegelten und entriegelten Stellung zu bewegen.
Unter Bezugnahme auf 5 beinhaltet die Schwenkarretierung 70 eine Umgriffklemme 106 zum Klemmen des Schwenkarms 68 an die Zweigschiene 54, die Schwenkachse 104 für das drehbare Befestigen des Schwenkarms 68 an der Umgriffklemme 106, eine Schwenkplatte 108 zum Eingriff mit dem Konfigurierwerkzeug 14, einen Verbindungsmechanismus 110 zum Befestigen der Schwenkachse 104 am Schwenkarm 68 und eine Sperrsicherung 112 zum Festziehen und Lösen der Schwenkarretierung 70. Insbesondere kann die Umgriffklemme 106 durch Zusammendrücken und /oder Lösen eines Paars von Flanschhälften (d. h. Flanschhälftensockel 114, Flanschhälftenarm 116) an die Zweigschiene 54 geklemmt und/oder davon gelöst werden. Die Umgriffklemme 106 beinhaltet weiterhin einen kegelstumpfförmigen Keil 118, der aus dem Flanschhälftensockel 114 zum Schwenkarm 68 hin herausragt. Der Schwenkarm 68 definiert eine entsprechende kegelstumpfförmige Aussparung 120, die dafür konfiguriert, ausgeformt und bemessen ist, um den kegelstumpfförmigen Keil 118 zur Erhöhung der Klemmkraft zwischen der Umgriffklemme 106 und dem Schwenkarm 68 zu erhöhen.
Der Schwenkarm 68 kann an der Umgriffklemme 106 festgezogen werden, wenn er sich in der verriegelten Stellung befindet, ist jedoch frei, sich mit der Schwenkachse 104, die über den Verbindungsmechanismus 110 (beispielsweise einen Bolzen, eine Schraube, einen Passstift, eine Schweißnaht) befestigt ist, zu drehen, wenn er sich in der entriegelten Stellung befindet. Dazu kann die Schwenkachse 104 durch die Öffnungen im Flanschhälftensockel 114 und Flanschhälftenarm 116 verlaufen und an der Schwenkplatte 108 enden. Die Schwenkachse 104 kann über mindestens einen Keil 122 an die Schwenkplatte 108 gespannt sein, was die Schwenkachse 104 an der Schwenkplatte 108 drehbar, jedoch nicht axial, sichert.
Die Sperrsicherung 112 kann den Flanschhälftensockel 114 beweglich an den Flanschhälftenarm 116 koppeln. Als nicht einschränkende Beispiele kann die Sperrsicherung 112 eine Schraube, ein Bolzen oder eine andere geeignete Befestigung mit Außengewinde sein. In der dargestellten Ausführungsform ist die Sperrsicherung 112 beispielsweise eine eingefasste Befestigung, die innerhalb der Schwenkplatte 108 über einen Rückhaltering 124 gesichert ist. Auf diese Weise dreht sich die Sperrsicherung 112 beim Lösen der Klemme frei, aber die Schwenkachse 104 kann axial weggedrückt werden, um die Sperrsicherung 112 abzutrennen und das Konfigurierwerkzeug 14 anstelle des kegelstumpfförmigen Keils und der Aussparung 118, 120 zurückzudrücken, welche andernfalls reibschlüssig zusammen verkeilt bleiben.
Die Sperrsicherung 112 beinhaltet des Weiteren eine Welle 126 und einen Kopf 128, der mit der Welle 126 gekoppelt ist. Der Kopf 128 ist so angeordnet, dass er aus der Schwenkplatte 108 herausragt, während sich die Welle 126 teilweise in einem Sackloch 130 befindet, das durch die Schwenkachse 104 verläuft. Das Sackloch 130 der Schwenkachse 104 verfügt über ein Innengewinde und ist dafür konfiguriert, ausgeformt und bemessen, dass es mit einem externen Gewinde der Welle 126 zusammenpasst. Dadurch verursacht das Drehen der Sperrsicherung 112 den Flanschhälftensockel 114 und den Flanschhälftenarm 116, sich zusammen oder voneinander getrennt zu bewegen, wodurch die Umgriffklemme 106 gleichlaufend in Bezug auf die Zweigschiene 54 und den Schwenkarm 68 festgezogen oder gelöst wird. Insbesondere schraubt das Drehen der Sperrsicherung 112 in eine erste Drehrichtung (beispielsweise im Uhrzeigersinn) die Sperrsicherung 112 in die Schwenkachse 104 und verriegelt die Umgriffklemme 106, während das Drehen der Sperrsicherung 112 in eine entgegengesetzte Richtung (beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn) die Sperrsicherung 112 aus der Schwenkachse 104 herausschraubt und die Umgriffklemme 106 entriegelt.
Während des Lösens der Klemme können Reibungskräfte zwischen dem kegelstumpfförmigen Keil und der Aussparung 118, 120 den Schwenkarm 68 an den kegelstumpfförmigen Keil 118 binden, während der Flanschhälftensockel 114 und der Flanschhälftenarm 116 sich weiterhin auseinander bewegen. Der Überdehnungsbegrenzer 131 verhindert dies jedoch, beispielsweise über ein Gewindeende, das im Flanschhälftenarm 116 an einem passenden Gewindeloch befestigt ist und einen Kopf, der in axialer Richtung lose innerhalb einer Senkbohrung im Flanschhälftensockel 114 gehalten wird. Die axiale Bewegung zwischen dem Flanschhälftensockel und -arm 114, 116 führt dazu, dass der Kopf des Überdehnungsbegrenzers 131 mit dem Boden der Senkbohrung in Kontakt kommt und die Trennung zwischen dem Flanschhälftensockel und -arm 114, 116 stoppt, was wiederum die Energie des Lösens der Klemme zur Trennung des kegelstumpfförmigen Keils und der Vertiefung 118, 120 umlenkt. Auf diese Weise kann sich der Schwenkarm 68 um die Achse der Schwenkwelle 104 drehen, während er sich auch um die Achse der Zweigstange 54 verschiebt und dreht, wenn sich die Schwenkarretierung 70 in der entriegelten Stellung befindet.
Zusätzlich kann ein Pneumatikanschluss 132 mit der Schwenkachse 104 gekoppelt sein, um die Pneumatikleitungen fluidisch an die Endwerkzeuge 66, die am Schwenkarm 68 angeordnet sind, zu koppeln. Der Pneumatikanschluss 132 kann in Fluidverbindung mit einem Fluidkanal 134 stehen, der durch die Schwenkachse 104 ausgebildet ist. Die Schwenkplatte 108 kann ferner eine Vielzahl von Zapfen oder Laschen 136 definieren, die eine Funktion für das Konfigurierwerkzeug 14 zur Verfügung stellen, in die Umgriffklemme 106 einzugreifen und diese einzustellen, wie unten näher beschrieben. Mindestens einer der Zapfen 136 kann eine Zentrierungsfunktion zur Verwendung in der Ausrichtungssteuerung durch den Roboter 12 übernehmen.
Unter besonderem Bezug auf 6 und 7 beinhaltet das Konfigurierwerkzeug 14 eine axial verlaufende Werkzeugbaugruppe 140 und einen Werkzeugwechsler 142, der über axial ausgerichtete Stützschienen 144 mit der Werkzeugbaugruppe 140 verbunden ist. Die Werkzeugbaugruppe 140 beinhaltet einen Werkzeugkörper 146, der parallele Platten 148 von rechteckiger oder polygonaler Form beinhalten kann. Jede dieser parallelen Platten 148 ist montiert auf (und erstreckt sich aus) einer ersten Endplatte 150 hin zu einer zweiten Endplatte 152. Die erste und zweite Endplatte 150, 152 sind Teil des Werkzeugkörpers 146 und können von rechteckiger Form sein. Die erste Endplatte 150 kann eine größere Oberfläche als die zweite Endplatte 152 aufweisen, um die Nutzung für die Konfiguration der Endeffektor-Baugruppe 16 zu erleichtern.
Ein Motorschraubendreher 154 kann sich um die Motorschraubendreherachse 156 (d. h. Aufsatzachse) drehen und verläuft durch die zweite Endplatte 152 und wird zum Einstellen der Zweigverriegelung 74 und der Schwenkarretierung 70 verwendet. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „Motorschraubendreher“ einen angetriebenen Drehmomentschlüssel, der sich mittels pneumatischem, elektrischem oder hydraulischem Antrieb drehen und Drehmoment übertragen kann. Der Motorschraubendreher 154 kann von einem drehzahlgesteuerten Servomotor und einer Steuerung zur präzisen und gleichbleibenden Rotation angetrieben werden.
Außerdem beinhaltet die Werkzeugbaugruppe 140 einen Greifer 158, der mit dem Werkzeugkörper 146 an einer Stelle näher an der zweiten Endplatte 152 als an der ersten Endplatte 150 gekoppelt ist. Der Greifer 158 sitzt parallel zum Motorschraubendreher 154 und beinhaltet einen Greiferaktuator 160 und mehrere beweglich an den Greiferaktuator 160 gekoppelte Greiferfinger 162. Der Greiferaktuator 160 kann elektrisch oder pneumatisch angetrieben werden, und der Werkzeugwechsler 142 kann elektrische oder pneumatische Energie zur Steuerung des Greifers 158 weiterleiten, wenn das Konfigurierwerkzeug 14 am Endgelenk 42 montiert ist. In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet der Greifer 158 zwei Finger 162. Der Greifer 158 kann jedoch auch mehr als zwei Finger 162 beinhalten. Ungeachtet der Quantität können sich die Greiferfinger 162 untereinander zwischen einer ersten oder offenen Stellung (6) und einer zweiten oder geschlossenen Stellung (7) bewegen. In der ersten Stellung (6) sind die Greiferfinger 162 näher aneinander als in der zweiten Position (7). Die Greiferfinger 162 können über ein Gleitstück 164 an den Greiferaktuator 160 gekoppelt sein. Das Gleitstück 164 ist an die Greiferfinger 162 gekoppelt und kann vom Greiferaktuator 160 aktiviert werden, um die Greiferfinger 162 zwischen der ersten und der zweiten Stellung zu bewegen.
Die Greiferfinger 162 des Greifers 158 sind so konfiguriert, dass sie die Zapfen 97 der Zweigverriegelung 74 greifen, um die Zweigverriegelung 74 festzuhalten, wodurch sie dem Konfigurierwerkzeug 14 ermöglichen, den Werkzeugarm 52 relativ zur Rahmenschiene 48 zu bewegen (verschieben oder drehen). Desgleichen können die Greiferfinger 162 des Greifers 158 die Zapfen 136 der Schwenkarretierung 68 greifen, um die Schwenkplatte 108 zu halten und dem Konfigurierwerkzeug 14 zu ermöglichen, das Werkzeugmodul 56 in Relation zur Zweigschiene 54 zu bewegen (beispielsweise zu drehen oder verschieben). Insbesondere wird das Konfigurierwerkzeug 14, um die Schwenkarretierung 68 zu lösen, robotisch gesteuert, um die Schwenkplatte 108 an den Zapften 136 zu greifen, danach dreht der Motorschraubendreher 154 die Sperrsicherung 112 gegen den Uhrzeigersinn, um die Schwenkachse 104 und dadurch den Schwenkarm 68 weg vom kegelstumpfförmigen Keil 118 zu drücken. Dies wiederum lässt zu, dass der Roboter 12 die Werkzeugarme 52 um die Rahmenschiene 48 herum gleiten und rotieren lässt, und auch, dass er den Schwenkarm 68 in Kombination gleiten und rotieren lässt, um die Endwerkzeuge 66 in die gewünschte Position zu bewegen. Desgleichen dreht der Motorschraubendreher 154, um die Schwenkarretierung 68 nach dem Erreichen einer gewünschten Position zu verriegeln, und während das Konfigurierwerkzeug 14 noch in Eingriff steht, die Sperrverriegelung 112 im Uhrzeigersinn, um die Schwenkachse 104 und den Schwenkarm 68 zusammenzuziehen, um dadurch den kegelstumpfförmigen Keil 118 und die kegelstumpfförmige Aussparung 120 einzurasten. Dies wiederum drückt die Flanschhälften 114, 116 der Umgriffklemme 106 über der Zweigschiene 54 zusammen, wodurch die Endeffektor-Baugruppe 16 sicher in Position verriegelt wird.
Der Werkzeugwechsler 142 des Konfigurierwerkzeugs 14 kann jede passende mechanische Kopplung sein, ähnlich dem Werkzeugwechsler 62 auf der Hauptstütze 44, die dem Roboter 12 ermöglicht, das Konfigurierwerkzeug 14 aufzunehmen, und beinhaltet Führungsstifte 166 oder andere passende Komponenten, die dem Roboter 12 ermöglichen, das Konfigurierwerkzeug 14 in das Endgelenk 42 einzuklinken. Der Werkzeugwechsler 142 kann auch elektrische und pneumatische Anschlüsse beinhalten, durch die elektrische Antriebsenergie und Steuersignale zu einem Motor im Motorschraubendreher 154 geleitet werden können, der diesen Motorschraubendreher 154 antreibt. Nach der Kopplung an das Endgelenk 42 rastet das Konfigurierwerkzeug 14 an seiner Position ein, und der Motorschraubendreher 154 wird mit elektrischer und/oder pneumatischer Energie versorgt, um den Schraubendreheraufsatz 168 mit beispielsweise einem Sechskantaufsatz zu drehen. Die Aktion des Kraftschraubers 154 versetzt den Schraubendreheraufsatz 168 in Drehung. Zumindest ein Teil des Motorschraubendrehers 154 reicht durch die zweite Endplatte 152 in einer Richtung weg von der ersten Endplatte 150 durch, so dass der Schraubendreheraufsatz 168 außerhalb des Werkzeugkörpers 146 sitzt und über die zweite Endplatte 152 hinausragt.
Mit Bezug auf 8 und 9 wird das Konfigurierwerkzeug 14, um den Werkzeugarm 52 zu rekonfigurieren, zuerst manipuliert, um den Motorschraubendreher 154 und seinen Schraubendreheraufsatz 168 mit der Befestigung 96 auf der Armverriegelung 74 einzurasten, welche die Rahmenschiene 48 umgreift, während die Greiferfinger 162 auf dem Konfigurierwerkzeug 14 in der ersten Stellung (d. h. in der entriegelten Stellung) verbleiben, jedoch sin einer Stellung, die mit mindestens einem der Zapfen 97 einrasten kann. Der Roboter 12 bewegt das Konfigurierwerkzeug 14 gegen die zweite Armverriegelung 74, so dass der Schraubendreheraufsatz 168 an der Befestigung 96 ausgerichtet ist, und dass die Greiferfinger 162 des Greifers 158 an mindestens einem der Zapfen 97 ausgerichtet sind, während die Greiferfinger 162 in der ersten Stellung (d. h. in der offenen Stellung) sind. Das Konfigurierwerkzeug 14 kann zur Halteverriegelung 74 bewegt werden, bis der Schraubendreheraufsatz 168 an der Befestigung 96 ausgerichtet ist, und die Greiferfinger 162 an mindestens einem der Zapfen 97 ausgerichtet sind. Anschließend werden, wie am besten in 9 gezeigt, die Greiferfinger 162 in die zweite Stellung (d. h. geschlossene Stellung) bewegt, um mindestens einen der Tabs 97 zu greifen. Wie oben erörtert, können die Greiferfinger 162 pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden.
Anschließend gibt die Steuerung 18 dem Motorschraubendreher 154 auf elektrische Weise den Befehl, dass der Schraubendreheraufsatz 168 in die Befestigung 96 eingreift. Der Schraubendreheraufsatz 168 kann sich drehen (beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn), um die Befestigung 96 zu lösen und die Armverriegelung 74 vom sicheren Eingriff auf der Rahmenschiene 48 zu befreien. Wenn die Greiferfinger 162 des Konfigurierwerkzeugs 14 mindestens einen der Zapfen 97 eng umgreift, kann der Roboter 12 die Zweigschiene 54 auf der Rahmenschiene 48 in die gewünschte Stellung verschieben oder die Zweigschiene 54 um die Rahmenschiene 48 herum auf die gewünschte Position oder in die gewünschte Richtung drehen. Anschließend erhält der Motorschraubendreher 154 des Konfigurierwerkzeugs 14 den Befehl (von der Steuerung 18), sich zu drehen (beispielsweise im Uhrzeigersinn), um die Befestigung 96 festzuziehen, um die Zweigverriegelung 74 auf der gewünschten Position auf der Rahmenschiene 48 zu befestigen. Die Steuerung 18 kann den Greiferfingern 162 auch befehlen, sich zu öffnen (d. h., sich in die erste Stellung zu bewegen), um mindestens einen der Zapfen 97 freizugeben und das konfigurierte Werkzeug 14 von der Zweigverriegelung 74 zu lösen, um die Rekonfiguration abzuschließen.
Mit Bezug auf 10 und 11, um den Schwenkarm 68 zu konfigurieren oder die Position und Ausrichtung des Endwerkzeugs 66 (beispielsweise Vakuumgreifer) einzustellen, kann das Konfigurierwerkzeug 14 manipuliert werden, um den Motorschraubendreher 154 und seinen Schraubendreheraufsatz 168 an der Befestigung 112 der Schwenkarretierung 70 anzusetzen, während die Greiferfinger 162 auf dem Konfigurierwerkzeug 14 geöffnet bleiben (d. h. in der ersten Stellung), jedoch in einer Stellung, in welcher die Sperrsicherung 112 einrasten kann. Insbesondere bewegt der Roboter 12 das Konfigurierwerkzeug 14 gegen die Schwenkarretierung 70, so dass der Schraubendreheraufsatz 168 an der Sperrsicherung 112 ausgerichtet ist, und dass die Greiferfinger 162 des Greifers 158 an mindestens einem der Zapfen 136 ausgerichtet sind, während die Greiferfinger 162 in der ersten Stellung (d. h. in der offenen Stellung) sind. Das Konfigurierwerkzeug 14 kann zur Schwenkarretierung 70 bewegt werden, bis der Schraubendreheraufsatz 168 mit dem Kopf der Sperrsicherung 112 aligniert ist, und die Greiferfinger 162 an mindestens einem der Zapfen 136 ausgerichtet sind. Anschließend werden, wie am besten in 11 gezeigt, die Greiferfinger 162 geschlossen (d. h. in die zweite Stellung bewegt), um mindestens einen den Zapfen 136 zu greifen. Wie oben erörtert, können die Greiferfinger 162 pneumatisch oder elektrisch angetrieben werden.
Anschließend gibt die Steuerung 18 dem Motorschraubendreher 154 auf elektrische Weise den Befehl, dass der Schraubendreheraufsatz 168 in die Sperrsicherung 112 eingreift. Der Schraubendreheraufsatz 168 kann sich drehen (beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn), um die Sperrsicherung 112 zu lösen oder von der Schwenkachse 104 wegzudrücken. Diese Aktion wiederum ermöglicht dem kegelstumpfförmigen Keil 118, sich von der kegelstumpfförmigen Aussparung 120 wegzubewegen, wobei die Schwenkarretierung 70 vom sicheren Eingriff auf die Zweigschiene 54 freigegeben wird, während sich gleichzeitig der Schwenkarm 68 relativ zur Schwenkarretierung 70 bewegen kann. Wenn die Greiferfinger 162 des Konfigurierwerkzeugs 14 mindestens einen der Zapfen 136 eng umgreift, kann der Roboter 12 den Schwenkarm 68 auf der Zweigschiene 54 in die gewünschte Stellung verschieben als auch das Werkzeugmodul 56 um die Zweigschiene 54 herum auf die gewünschte Position oder in die gewünschte Richtung drehen. Zusätzlich kann der Roboter 12 auch den Schwenkarm 68 und das Endwerkzeug 66 (beispielsweise Vakuumgreifer) um die Achse der Schwenkachse 104 drehen. Anschließend wird der Motorschraubendreher 154 des Konfigurierwerkzeugs 14 angewiesen (über die Steuerung 18), die Sperrsicherung 112 zu drehen (beispielsweise im Uhrzeigersinn), um sie zu arretieren, um die Schwenkarretierung 70 in der gewünschten Stellung auf der Zweigschiene 54 zu befestigen sowie, um den kegelstumpfförmigen Keil 118 in der kegelstumpfförmigen Aussparung 120 zu befestigen, um den Schwenkarm 68 in der richtigen Orientierung bezüglich der Schwenkarretierung 70 zu befestigen. Dann kann die Steuerung 18 auch den Greiferfingern 162 befehlen, sich zu öffnen (d. h. sich in die erste Stellung zu bewegen), um die Zapfen 136 freizugeben und das Konfigurierwerkzeug 14 von der Schwenkarretierung 70 zu lösen, um die Rekonfiguration abzuschließen.
Unter Bezugnahme auf 12 enthält eine weitere exemplarische Schwenkarretierung 270 für die rekonfigurierbare Endeffektor-Baugruppe 16 eine Umgriffklemme 306 zum Klemmen eines Schwenkarms 268 an die Zweigschiene 54, eine Schwenkachse 308 zum drehbaren Befestigen des Schwenkarms 268 an der Umgriffklemme 306, eine Schwenkplatte 310 zum Eingriff mit dem Konfigurierwerkzeug 14 und eine Sperrsicherung 312 zum Festziehen oder Lösen der Schwenkarretierung 270. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten beziehen, kann die Umgriffklemme 306 auf die Zweigschiene 54 geklemmt und/oder davon gelöst werden, indem ein Paar von Flanschhälften der Umgriffklemme 306 zusammengedrückt und/oder geöffnet wird (d. h. Flanschhälftensockel 314, Flanschhälftenarm 316), wie zuvor mit Bezug auf die Schwenkarretierung 70 beschrieben. Jedoch wird anstelle der Verwendung des kegelstumpfförmigen Keils und Vertiefung 118, 120 zur Erhöhung der Klemmkraft zwischen der Umgriffklemme 306 und dem Schwenkarm 268 die Baugruppe zwischen der Umgriffklemme 306 und einem Flansch 370 der Schwenkachse 308 fixiert. Der Schwenkarm 268 kann drehbar an der Schwenkachse 308 durch die Verwendung eines Keils 372 und der Klemmenbaugruppe 374 an einem distalen Ende 376 des Schwenkarms 268 gesichert werden. In einer alternativen Anordnung kann der Schwenkarm 268 auch innerhalb angeordnet sein, um zwischen der Umgriffklemme 306 und dem Flansch 370 der Schwenkachse 308 fixiert zu werden.
Wie bereits erläutert kann der Schwenkarm 268 das Endwerkzeug 266 tragen. Des Weiteren kann der Schwenkarm 268 eine ähnliche verriegelte und entriegelte Stellung einnehmen wie der Schwenkarm 68, vorgegeben durch das Festziehen oder Freigeben der Sperrsicherung 312 bezüglich der Schwenkplatte 310.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Diese Beschreibung ist nur als Beispiel zu verstehen und Variationen, die sich nicht vom Kern der Offenbarung entfernen, werden somit als im Umfang der Offenbarung befindlich verstanden. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Folglich sollten hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend betrachtet werden, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einem Fachmann das verschiedenartige Einsetzen der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie Durchschnittsfachmänner verstehen werden, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu ergeben, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für verschiedene Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifizierungen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.

Claims

Endeffektor-Baugruppe, umfassend: einen Hauptträger; eine mit dem Hauptträger gekoppelte Rahmenschiene; mindestens eine Zweigstange, die durch eine Zweigverriegelung beweglich mit der Rahmenschiene gekoppelt ist; und ein Schwenkarm, der über eine Schwenkarretierung beweglich mit mindestens einer Zweigschiene beweglich gekoppelt ist, worin die Drehverrieglung des Weiteren beinhaltet: eine Klemme, die dafür konfiguriert ist, den Schwenkarm beweglich an der Zweigschiene zu befestigen; eine Schwenkachse, die durch die Klemme und den Schwenkarm verläuft, wobei die Schwenkachse dafür konfiguriert ist, den Schwenkarm an der Klemme zu befestigen; eine Schwenkplatte, die an der Schwenkachse befestigt und für das Eingreifen mit einem Konfigurierwerkzeug konfiguriert ist; und eine Sperrsicherung, die durch die Schwenkplatte und in die Schwenkachse verläuft, worin die Sperrsicherung dafür konfiguriert ist, die Schwenkarretierung in Position entlang der Zweigschiene zu verriegeln und zu entriegeln.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, worin die Zweigverriegelung relativ zur Rahmenschiene zwischen einer entriegelten und einer verriegelten Stellung beweglich ist, um die Zweigschiene in Position relativ zur Rahmenschiene zu fixieren.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, worin die Schwenkarretierung rotierend und linear entlang der Zweigschiene zwischen einer nicht verriegelten und einer verriegelten Stellung beweglich ist, um den Schwenkarm in Position relativ zur Zweigstange zu fixieren.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Endwerkzeug, angeordnet an einem distalen Ende des Schwenkarms, wobei das Endwerkzeug eine erste Seite der Endeffektor-Baugruppe zum Eingriff mit einem Werkstück definiert, worin die Zweigverriegelung und die Schwenkarretierung zum Eingriff durch das Konfigurierwerkzeug an einer zweiten Seite der Endeffektor-Baugruppe gegenüber der ersten Seite konfiguriert sind.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, worin die Klemme fernen einen Vorsprung an einer Stirnfläche definiert, und der Schwingarm eine hierzu nachgeformten Vertiefung definiert, und worin der Vorsprung/die Vertiefung passend verbunden sind, wenn die Sperrsicherung arretiert ist.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Sicherungsring, der innerhalb der Schwenkplatte befestigt ist und dafür konfiguriert ist, die Sperrsicherung darin zu halten, worin der Haltering die Sperrsicherung zur Unterstützung beim Lösen des Vorsprungs aus der Vertiefung festhält.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, worin die Schwenkarretierung ferner mindestens eine Überdehnungsbegrenzungsvorrichtung umfasst.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 7, worin die Überdehnungsbegrenzungsvorrichtung mindestens eine Überdehnungsbegrenzungsbefestigung beinhaltet, die innerhalb der Klemme zum Zurückhalten der Klemme während der Entriegelung der Schwenkarretierung befestigt ist.
Endeffektor-Baugruppe nach Anspruch 1, worin das Konfigurierwerkzeug beinhaltet: einen Werkzeugkörper, einen mit dem Werkzeugkörper gekoppelten Greifer, wobei der Greifer eine Vielzahl von sich aufeinander zu und voneinander weg beweglichen Greiferfingern beinhaltet, worin das Konfigurierwerkzeug mit der Schwenkarretierungs-Baugruppe gekoppelt ist, wenn die Greiferfinger den mindestens einen Vorsprung erfassen; und einen aus dem Werkzeugkörper herausragenden Schraubendreheraufsatz, worin der Schraubendreheraufsatz an der Sperrsicherung ausgerichtet ist, wenn die Greiferfinger den mindestens einen Vorsprung erfassen, sodass die Drehung des Schraubendreheraufsatzes die Schwenkarretierungs-Baugruppe zwischen der verriegelten und der entriegelten Stellung bewegt.
Roboter mit einem Endeffektor, beinhaltend eine Schwenkarretierung nach Anspruch 1.