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Werkzeugwechseleinrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugwechseleinrichtung für
Industrieroboter, die einen beweglichen Arm zur Handhabung des jeweils an ihn angeschlossenen
Werkzeuges aufweisen, mit einer am beweglichen Arm vorgesehenen Anschlußvorrichtung
für den wahlweisen Anschluß jeweils eines Werkzeugs aus einer Serie von Werkzeugen
mit Anschlußvorsprüngen, die auf ein im Gehäuse der Anschlußvorrichtung verschiebbar
gelagertes Ausnehmungselement abgestimmt und untereinander gleich ausgebildet sind,
und mit der Stirnseite des Gehäuses einerseits sowie der Stirnseite des Werkzeugs
andererseits zugeordneten Kupplungsgliedern, die in angeschlossenem Zustand des
Werkzeugs in Bezug auf die Anschlußvorrichtung die Übertragung elektrischer Steuer-
oder Antriebsenergie bzw. die Verbindung von Hydraulik-und/oder Pneumatikleitungen
vom Roboterarm zum angeschlossenen Werkzeug sicherstellen.
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Bei einer bekannten Einrichtung der gattungsgemäßen Art (DE-OS 34
26 892) ist das Ausnehmungselement im Gehäuse der Anschlußvorrichtung als quer zur
Achse des Gehäuses verschiebbarer Schlitten ausgebildet, der nach Einfu#hrung des
Anschlußvorsprungs des Werkzeugs unter gleichzeitiger Uberführung der Kupplungsglieder
in die Kupplungsstellung in diejenige Position quer verschiebbar ist, in der er
den Anschlußvorsprung erfaßt und ein unerwünschtes Lösen des Werkzeugs verhindert.
Der Aufbau dieser Einrichtung ist nicht nur verwickelt; von Nachteil ist insbesondere
die Tatsache, daß der eigentliche Kupplungsvorgang der verschiedensten Kuppelglieder
gleichzeitig mit dem Einführen des Anschlußvorsprungs in das Ausnehmungselement
des Gehäuses, d.h. vor der ausgerichteten Fixierung des Werkzeugs in Bezug auf die
Anschlußvorrichtung erfolgen muß. Die Kuppelglieder sind während des Zusammenfahrens
bei nicht genau aufeinander abgestimmter Lage zueinander der Gefahr einer Beschädigung
ausgesetzt, sofern sie nicht durch baulich aufwendige Maßnahmen dagegen geschützt
sind.
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j)er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einrichtung der eingangs
genannten Art so weiter auszubilden, daß auf relativ einfache Weise eine sichere
und schonende Uberführung der Kupplungsglieder, über die die Versorgung des jeweils
angeschlossenen Werkzeugs mit elektrischer Energie, Druckluft, Hydraulikmedium oder
dergleichen vom Roboter aus erfolgt, in die Kupplungsstellung möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung, bei der diese Aufgabe gelöst ist,
zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß das Ausnehmungselement im Gehäuse
der Anscnlu#vorrichtung zwischen zwei Endstellungen axial verschiebbar gelagert
und in der ersten End-
stellung, in der es über die vordere Stirnseite
des Gehäuses vorsteht, in Bezug auf den eingeführten Anschluß vorsprung verriegelbar
und aus dieser ersten Endstellung, in der sich die Kuppelglieder in in Bezug zueinander
ausgerichteter Entkupplungsstellung befinden, in die zweite Endstellung überführbar
ist, in der sich die vorderen Stirnseiten des Gehäuses bzw. des Werkzeugs in einander
benachbarter Lage und die Kupplungsglieder in mlteinander verbundener Kupplungsstellung
befinden. Bei dieser Einrichtung entfällt der aufwendige quer verschiebbare Verriegelungsschlitten
und es ist überdies gewährleistet, daß das ausgewählte Werkzeug zunächst in einer
räumlich klar definierten Lage in Bezug auf die Anschlußvorrichtung verriegelt und
erst anschließend die einander zugeordneten Kupplungsglieder in genau aufeinander
abgestimmter Lage in die Kupplungsstellung übergeführt werden. Selbstverständlich
kann jede Anschlußvorrichtung und jedes Werkzeug auch zwei oder mehr Ausnehmungselemente
sowie mit diesen zusammenwirkende Anschlußvorsprünge aufweisen, wenn die Größe der
Werkzeuge bzw. die Zahl der miteinander zu verbindenden Kuppelglieder dies zweckmäßig
erscheinen läßt, ohne daß es in aufwendiger Weise der Anordnung von Führungsbolzen
bzw. von mit diesen zusammenwirkenden Hülsen bedarf, um das Werkzeug auf die Anschlußvorrichtung
exakt auszurichten.
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Als in fEriigungstechnischer sowie baulicher Hinsicht besonders vorteilhaft
hat es sich erwiesen, wenn der Anschlußvorsprung des Werkzeugs in Form eines zylindrischen
Anschlußzapfens und das Ausnehmungselement in Form einer Kupplungshülse ausgebildet
sind, daß in der Kupplungshülse eine steuerbare Spannvorrichtung zur Verriegelung
des Anschlußzapfens nach Einführung in die Kupplungshülse vorgesehen ist und daß
die Kupplungshülse in einer Bohrung des Gehäuses zwischen den beiden Endstellungen
verschiebbar gelagert ist. Da es sich bei den wesentlichen Einrichtungsbe-
standteilen
vorwiegend um Drehteile handelt, die leicht auch automatisch herstellbar sind, lassen
sich die .Gestehungskosten erheblich senken, ohne funktionelle EinbuSen'ln Kauf
nehmen zu müssen. Als besonderer Vorteil ist die Tatsache hervorzuheben, daß sämtliche
Steuerfunktionen von den im Anschlußvorrichtungsgehäuse untergebrachten Vorrichtungselementen
erfüllt werden, ohne auf Seiten des Werkzeugs zusätzlich noch die eine oder andere
Steuermaßnahme treffen zu müssen.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Spannvorrichtung eine in der Kupplungshülse
axial verschiebbare Buchse, der eine sie in Richtung auf die vordere Stirnfläche
des Gehäuses und mindestens eine radial bewegliche Stahlkugel beaufschlagende Rastfeder
zugeordnet ist, daß der zylindrische Anschlußzapfen mit einer ringförmigen Rastnut
versehen ist, in die die Stahlkugel einrastet, sobald sich der Anschlußzapfen in
der Endposition in der Kupplungshülse befindet, und daX der Buchse ein sie entgegen
der Kraft der Rastfeder relativ zur Kupplungshülse steuernder Entriegelungsmechanismus
zugeordnet ist. Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Entriegelungsmechanismus
einen in der Buchse axial verschiebbar gelagerten, mit der Stirnfläche des Anschlußzapfens
zusammenwirkenden Stößel umfaßt. Eine besonders einfache und dennoch effektive Einrichtung
wird erzielt, wenn der Stößel mit einem Entriegelungskolben eine Baueinheit bildet,
der in einer Bohrung der Buchse bei Druckmittelbeaufschlagung aus einer unwirksamen
Lage in eine Entriegelungslage überführbar ist.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller im
Text nicht näher beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig.
1 eine schematische Ansicht der Werkzeugwechseleinrichtung in zwei charakteristischen
Arbeitspositionen, Fig. 2 eine schematische Darstellung der für die einzelnen Arbeitspositionen
erforderlichen Druckluftzufuhrsteuerung, Fig. 3 eine mehr ins Einzelne gehende Schnittda,rstellung
der Anschlußvorrichtung nebst Werkzeug unmittelbar vor dem Einfahren und Verriegeln,
Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3 zur Veranschaulichung des Zustands nach
dem Einführen und Verriegeln des Werkzeugs in Bezug auf die Anschluß vorrichtung
(bzw. nach dem Entkuppeln, jedoc#h vor dem Entriegeln), Fig. 5 eine Ansicht entsprechend
Fig. 3 bzw. 4 zur Veranschaulichung des Zustands nach dem Andocken, d.h. Überführen
der Kuppelglieder in ihre Kupplungsstellung, und Fig. 6 eine Ansicht gemäß den Fig.
3 bis 5 zur Veranschaulichung des Zustandes nach dem Entkuppeln und dem Entriegeln.
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Aus Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 geht hervor, welche beiden räumlichen
Positionen ein Werkzeug 1, von dem im wesentlichen nur die Grundplatte 2 mit sich
von dieser vorerstreckendem Anschlußvorsprung in Form eines zylindrischen Anschlußzapfens
3 gezeigt ist, in Bezug auf eine Anschlußvorrichtung 4 einnimmt, wenn es sich auf
die in Fig. 2 veranschaulichte Weise fluidgesteuert in gekuppelter Lage befindet
- links dargestellt - bzw. wenn es lose auf die in Aufnahmebereitschaft befindliche
An-
schlußvorrichtung 4 ausgerichtet ist - rechts dargestellt -Letztere
weist eine Anschlußplatte 5 auf, die in den Fig. 3 bis 6 der Übersichtlichkeit halber
nicht eingezeichnet ist. Ebenso sind in der Zeichnung die üblicherweise zwischen
Werkzeug und Anschlußvorrichtung vorhandenen Kupplungsglieder nicht veranschaulicht,
die der Übertragung elektrischer Steuer- oder Antriebsenergie bzw. der Verbindung
von Hydraulik- und/oder Pneumatikleitungen vom Roboterarm zum angeschlossenen Werkzeug
dienen. Lediglich in Fig. 1 ist sehr schematisch die Anordnung von Kupplungsgliedern
6 angedeutet.
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Wie die Fig. 3 bis 6 mehr ins Ein#elne gehend zeigen, ist im Gehäuse
7 der Anschlußvorrichtung 4 ein Ausnehmungselement in Form einer zylindrischen Kupplungshülse
8 axial verschiebbar gelagert, und zwar in einer Bohrung 9 des Gehäuses 7. Die Kupplungshülse
8 ist mit einer Spannvorrichtung 10 zur Verriegelung des Anschlußzapfens 3 nach
dem Einführen in die Kupplungshülse 8 ausgerüstet. Diese Spannvorrichtung umfaßt
eine in der Kupplungshülse 8 verschiebbar gelagerte Buchse 11. Letzterer ist eine
schraubenwendelförmige Rastfeder 17 zugeordnet, die in einem Ringraum 13 zwischen
Kupplungshülse 9 und Buchse 11 liegt und sich einerseits an einer radialen Schulter
14 der Buchse 11 und andererseits an einem Absatz 15 der Kupplungshülse 8 abstützt.
Auf der der Rastfeder 12 abgewandten Seite der radialen Schulter 14 weist die Buchse
11 radiale Öffnungen 16 auf, denen jeweils eine so bemessene Stahlkugel 17 zugeordnet
ist, daß sich letztere unter der Beaufschlagungswirkung der Rastfeder 12 über die
Stirnfläche 18 der Buchse 11 in Verbindung mit einer schräg nach innen geneigten
Gegenfläche 19 der Kupplungshülse 8 radial nach innen mit einem Teil ihrer Oberfläche
durch die Öffnung 16 hindurch erstreckt.
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Der zylindrische Anschluß zapfen 3 ist mit einer ringförmigen Rastnut
20 versehen, in die die Stahlkugeln 17 einrasten, sobald der Anschlußzapfen 3 aus
der in Fig. 3 gezeigten Stellung in die in Fig. 4 gezeigte Endposition in der Kupplungshülse
8 gelangt ist. Auf diesem Weg rückt der Ansählußzapfen 3 mit dem abgeschrägten Rand
seiner Stirnfläche 21 vorübergehend die Stahlkugeln 17 und die Buchse 11 entgegen
der Kraft der Rastfeder 12 ein wenig zurück.
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In der Verriegelungsstellung von Anschlußzapfen 3 und Kupplungshülse
8 der Anschlußvorrichtung 4 befinden sich die nicht gezeigten und nur in Fig. 1
angedeuteten Kupplungs-glieder 6 in aufeinander ausgerichteter Lage, jedoch noch
in geringem Abstand voneinander. Um diese Kupplungsglieder 6 in ihre Kupplungsstellung
überzuführen, ist das Gehäuse 7 der Anschlußvorrichtung 4 mit einer Ringkammer 22
versehen, in der ein an der Außenseite der Kupplungshülse 8 vorgesehener koaxialer
Ringkolben 23 geführt ist. Dieser Ringkolben 23 ist wahlweise auf jeder seiner beiden
Stirnseiten druckmittelbeaufschlagbar. Zu diesem Zweck sind an den beiden stirnseitigen
Enden der Ringkammer 22 Anschlüsse 24 bzw. 25 für ein Druckmittel, vorzugsweise
Druckluft angeordnet.
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Wird, wie in Fig. 5 gezeigt, über den Anschluß 24 die linke Seite
der Ringkammer 22 an eine Druckluftquelle angeschlossen, dann wird die Kupplungshülse
8 mitsamt dem Anschluß zapfen 3 in das Gehäuse 7 hineingezogen, und die Kupplungsglieder
6 gelangen in ihre Kupplungsstellung, vgl. Fig. 1.
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Bei Druckluftbeaufschlagung der rechten Seite der Ringkammer 22 gelangt
das Gehäuse 7 wieder in die in Fig. 4 veranschaulichte Abstandsstellung in Bezug
auf die Werkzeuggrundplatte 2, und die Kupplungsglieder 6 sind entkuppelt.
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Um das Werkzeug 1 von der Anschlußvorrichtung 4 zu lösen, bedarf
es einer Entriegelung durch vorübergehende Relativverschiebung der Buchse 11 in
Bezug auf die Kupplungshülse 8, damit die Stahlkugeln 17 radial ausweichen, d.h.
aus der Rastnut 20 austreten können.
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Zu diesem Zweck ist in der Buchse 11 ein Entriegelungskolben 26 axial
verschiebbar gelagert. Dieser bildet mit einem Stößel 27 eine Baueinheit, und zwar
beaufschlagt der Stößel 27 die Stirnfläche 21 des Anschlußzapfens 3, sobald dem
Entriegelungskolben 26 über eine Bohrung 28 für den Anschluß 29 an eine Druckmittelquelle,
vorzugsweise Druckluftquelle am dem Anschluß zapfen 3 abgelegenen geschlossen ausgebildeten
Ende der Buchse 11 Druckluft zugeführt wird.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, verlagert sich infolge dieser Drunkmittelbeaufschlagung
die Buchse 11 entgegen der Kraft der Rastfeder 12, während der Stößel 27 in Anlage
an der Stirnfläche 21 des Anschlußzapfens 3 verbleibt. Die Stahlkugeln 17 können
folglich radial ausweichen, d.h. aus der Rastnut 20 des Anschlußzapfens 3 austreten,
so daß letzterer von der Kupplungshülse 8 freigegeben wird.
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In Fig. 2 sind die Funktionen und Stellungen, die die beiden Steuerventile
30 und 31 jeweils einnehmen müssen, schematisch dargestellt. Beim Einführen und
Verriegeln gemäß Fig. 1, rechte Darstellung, bzw. Fig. 3 und 4 muß das Ventil 30
die in Fig. 2 gezeigte b-Stellung einnehmen, in der die Druckluft aus der schematisch
angedeuteten
Druckluftquelle 32 dem Anschluß 25 zugeleitet, durch den Anschluß 24 jedoch eine
Entlüftung sichergestellt wird. Gleichzeitig ist über das Ventil 31 auch der Anschluß
29 entlüftet. Beim Andocken bzw. Kuppeln ist, wie Fig. 2 in Verbindung mit Fig.
5 zeigt, das Steuerventil 30 in die Lage umgesteuert, in der der Anschluß 24 mit
der Druckluftquelle 32 verbunden, dagegen der Anschluß 25 entlüftet ist, während
das Ventil 31 in der bisherigen Lage verbleibt. Beim Entkuppeln ist wiederum die
auch für das Einfahren und Verriegeln erforderliche Stellung b der Ventile 30 und
31 maßgebend, während beim Entriegeln zum Ausfahren, wie bereits erwähnt, über das
in a-Stellung übergeführte Ventil 31 eine Druckmittelbeaufschlagung des Anschlusses
29 erforderlich ist, vgl. Fig. 6.
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Nach dem Entkuppeln läßt sich ein anderes Werkzeug in die für das
Anschließen an den Arm des Roboters geeignete Position überführen und auf die geschilderte
Weise in die Kupplungsstellung bringen.