DE3713056A1 - Vorrichtung fuer einen auswechselbaren werkzeugtraeger, insbesondere fuer roboter - Google Patents
Vorrichtung fuer einen auswechselbaren werkzeugtraeger, insbesondere fuer roboterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für einen auswech
selbaren Werkzeugträger, insbesondere für Roboter nach
dem Oberbegriff des Anspruches 1, 12, 17, 25 und 28.
ln den letzten Jahren sind beschleunigte technologische
Fortschritte bei der automatischen Herstellung festzustellen.
Darunter fallen Verbesserungen bezüglich schneller Wechsel-
Werkzeug-Systeme für Roboter, welche Robotern eine größere
Kosteneffizienz verleihen, weil ihre Flexibilität und Viel
seitigkeit verbessert wird, und weil die "Standzeiten" ver
ringert werden, in denen die Roboter während eines Wechsels
oder einer Inspektion ihrer Werkzeuge nicht in Betrieb ge
setzt werden können.
Zum Beispiel zeigt die US-PS 45 51 903 (von Bisiach), er
teilt am 12.11.1985 eine Kopplungsvorrichtung mit einem
Hohlzylinder 16, einen Zentralkörper 19 und einer Zahn
scheibe 40, die auf einen Werkzeughalterkopf 10 am Ende
des Roboterarmes montiert sind. Der Arm wird bewegt, um
die Kopplungsvorrichtung zu einer Werkzeugverbindungs
platte zu führen, die durch ein Magazin 90 gehalten wird.
Ein Gestell 50 ist auf dem Magazin aufgebaut, welches sich
vertikal bewegt, um das Zahnrad 40 in eine Verschlußlage
zu drehen. Hierdurch wird das Werkzeug am Kopf 10 ge
sichert und gibt die Verbindungsplatte des Magazines frei.
Der in derUS-PS 45 25 918 (Puritz), erteilt am 02.07.1985, ge
zeigte Werkzeughalter zeigt eine Hülse 3 und eine Kompo
nente 25 mit einem konischen Schaft 26, der in eine koni
sche Bohrung 2 in der Hülse paßt. Der Schaft weist eine
Verschlußnut 29 auf, und zwar mit einem in die Hülse einge
bauten Verschlußbolzen 12, der sich in die Verschlußnut
erstreckt, um den Schaft zu sichern. Zentrierstifte 4 sind
mit der Hülse und der Komponente ausgerichtet.
Eine weitere Werkzeugwechselvorrichtung ist aus der US-PS
40 46 263 (Cwycychyn et al), erteilt am 06.09.1977, bekannt
geworden. Eine Trägeranordnung 28, die auf einem Manipu
latorarm 20 montiert ist, weist einen pyramidenförmigen Vor
sprung 38 auf, der sich in eine Öffnung 42 in einer Platte
44 erstreckt, die mit dem Werkzeug verbunden ist.
Ein Backen- oder Klemmglied 36 auf der Trägeranordnung
gleitet in eine Öffnung im Vorsprung 38 nach unten, um
die Platte am Arm zu sichern.
Obwohl diese und andere Werkzeugwechselsysteme häufig
befriedigend arbeiten, so erfüllen sie doch nicht entspre
chende Voraussetzungen dann, wenn bei einem System ein
schneller Wechsel von Werkzeugen ermöglicht, hohen Bela
stungen widerstanden und Werkzeuge vor dem Herunterfallen
vom Roboter im Falle eines Leistungsausfalles geschützt
werden sollen. Das Herabfallen eines Werkzeuges von einem
Roboterarm kann als trivial betrachtet werden, sofern nicht
die Kosten für die Reparatur und die Wiederanbringung
eines derartigen Werkzeuges betrachtet werden. Eine weitere
Beeinträchtigung besteht in dem Schaden, der an dem Robo
terarm, den Werkzeugen oder den durch die Werkzeuge zu
bearbeitenden Werkstücken auftreten kann, wenn der Robo
terarm oder das Werkzeug ein Werkstück an einem ande
ren als den gewünschten Punkt berührt, beispielsweise wäh
rend einer Abschlußarbeit ("finishing") an einem Werkstück
oder während des Eindrehens eines Loches in ein Werkstück.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung zum Auswechseln von Werkzeugträgern bzw.
Tragwerkzeugen, insbesondere bezüglich eines Roboterarmes
zu schaffen, die den schnellen Wechsel von Werkzeugen er
laubt.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
zum Tragen und Anbringen eines Werkzeuges an einem Ro
boterarm zu schaffen, mittels derer schwere Nutzlasten ge
handhabt und das Werkzeug fest auch in dem Augenblick
gehalten werden kann, wenn eine Unterbrechung der Lei
stungsversorgung des Roboterarmes auftritt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt zudem eine leichte
Abweichung des Roboterarmes von der Ideallage, verhindert
allerdings den Betrieb des Werkzeuges, wenn die Abweichung
von einer idealen Armlage zu groß wird.
Um diese und andere Vorteile zu erzielen, ist die erfindungs
gemäße Vorrichtung zum Auswechseln von Trägerwerkzeugen
vor allem an einem Roboterarm vorgesehen. Die Vorrichtung
umfaßt ein Zentralstück und eine Einrichtung zur Montage
einer Zentralstückbasis an einem Arm, wobei sich das Zen
tralstück vom Arm in longitudinaler Richtung nach außen
erstreckt. Die Vorrichtung weist erste und zweite Klemmbau
teile und eine Montageeinrichtung für die Klemmbauteile
an gegenüberliegenden Seiten des Zentralstückes für eine
Querbewegung auf dem Zentralstück zwischen einer geschlos
senen Lage, bei der die Klemmbauteile relativ nah zuein
ander sind,und eine offene Lage auf, bei der die Klemm
bauteile relativ entfernt zueinander liegen. Zumindest ein
erstes Führungsbauteil ist an dem ersten Klemmbauteil ange
bracht und erstreckt sich in Querrichtung auf das zweite
Klemmbauteil. Die Vorrichtung weist ein Werkzeugträgerbau
teil mit einer Aufnahmeeinrichtung für ein Führungsglied
auf, welches dem ersten Führungsglied zugeordnet ist. Das
Werkzeugträgerbauteil ist wahlweise zwischen dem ersten
und zweiten Klemmbauteil positionierbar,wobei jede Aufnahme
einrichtung mit ihrem zugeordneten Führungsbauteil ausge
richtet wird.
Dann kann jedes Führungsbauteil mit einer zugeordneten
Aufnahmeeinrichtung in Verschlußrichtung zusammenwirken,
wenn die Klemmbacken in geschlossene Position bewegt wer
den, wodurch das Werkzeugträgerbauteil zwischen den Klemm
bauteilen als ganzes gesichert ist.
Vorzugsweise haben sowohl die Klemm-, als auch die Werk
zeugträgerbauteile hierin ausgebildete Leitungsabschnitte.
Zwischen dem Klemmbauteil mit dem Werkzeugträgerbauteil
integriert gesichert, werden die verschiedenen Leitungsab
schnitte kombiniert, um Fluid-Kanäle und elektrische Lei
tungswege durch die Klemm- und Werkzeugträgerbauteile zu
bilden.
Das Zentralstück und die quer bewegenden Klemmbauteile
verriegeln sich in Querrichtung mit dem Werkzeugträgerbau
teil. Zudem muß das Werkzeug, wenn es zwischen den Klemm
backen gehalten wird, longitudinal bewegt werden, um von
den Klemmbacken zurückgezogen zu werden. Sollte eine Un
terbrechung der Leistungsversorgung bezüglich des Zentral
stückes oder der Klemmbacken auftreten, so wird folglich
das Werkzeug gegen Längsbewegung formschlüssig bzw. fest
gehalten, selbst wenn die Klemmbacken sich quer auf ihre
geöffnete Position verschieben würden. Unter allen Bedin
gungen können die Querklemmbauteile wesentlich größeren
Belastungen standhalten. Ferner können mehrere Werkzeug
trägerbauteile vorgesehen sein, wobei jedes mit Werkzeugen
einer gewünschten Anzahl verbunden sein kann, um einen
schnellen Wechsel von Werkzeugen an einem gegebenen Robo
terarm durchzuführen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung liegt in dem Futtergehäuse
für die auswechsel- und einbaubaren Rotationswerkzeuge begründet.
Das Klemmbackengehäuse weist einen näherliegenden inneren
Gehäuseabschnitt, einen näheren an dem inneren Abschnitt
befestigten äußeren Gehäuseabschnitt und einen mit dem
inneren und äußeren Gehäuseabschnitt gleitbar zusammen
wirkenden entfernt liegenden Gehäuseabschnitt auf. Die inne
ren und äußeren Abschnitte bilden zusammen eine longitu
dinale zentrale Futteröffnung. Der innere Abschnitt, der äu
ßere Abschnitt und der entfernte Abschnitt bilden zusammen
eine Gehäusebetätigungskammer, die die Futteröffnung umgibt
und konzentrisch dazu liegt. Ein im wesentlichen zylindri
sches Futter ist in der Klemmbackenöffnung angeordnet und
weist mehrere Werkzeuggreifbauteile auf, die an einem nach
außen erweiterten entfernt liegenden Ende angeordnet sind.
Die Werkzeuggreifbauteile sind zwischen einer offenen oder
Werkzeugaufnahmeposition und einer geschlossenen oder
Werkzeughalteposition bewegbar. Lagereinrichtungen sind zwi
schen dem Futter und dem Innenabschnitt und ebenso zwi
schem dem Futter und dem entfernten Abschnitt angeordnet,
um eine Drehung des Futters in dem Gehäuse zu erlauben.
Ein Kolben überbrückt am naheliegenden Ende des entfernte
ren Gehäuseabschnittes einen Querabstand über die Gehäuse
betätigungskammer zwischen dem inneren und äußeren Ge
häuseabschnitt. Erste und zweite Fluidleitungen sind durch
das Gehäuse zu der Kammer an gegenüberliegenden Seiten des
Kolbens verlaufend gebildet, wobei durch das Einleiten von
Fluid über die erste Leitung die Betätigungskammer den
entfernten Gehäuseabschnitt in Longitudinalrichtung von
dem inneren und äußeren Gehäuseabschnitt nach vorne aus
zufahren sucht, wodurch der entfernte Abschnitt des ent
fernten Bereiches mit den Greifbauteilen in Eingriff gebracht
wird und sie in die geschlossene Lage bewegt. Folglich wird
durch die Einleitung von Fluid über die zweite Leitung in
die Betätigungskammer der entfernte Gehäuseabschnitt von
dem entfernten Endabschnitt in entgegengesetzter Richtung
zurückgezogen, wodurch somit die Greifbauteile in ihre
offene Lage zurückgeführt werden.
Mehrere longitudinale Fluidkanäle können in dem äußeren
und entfernten Abschnitt ausgebildet sein, um Fluid, wie
beispielsweise unter Druck stehende Luft oder Schmiermittel
öl durch das Gehäuse zu einem in dem Futter eingelegten
und gehaltenen Werkzeug zuzuführen. Ferner kann ein oder
können mehrere Sensoren in dem entfernten Ende des entfern
teren Gehäuseabschnittes eingebettet sein.
Rotationswerkzeuge, beispielsweise Bohrer, können schnell
gewechselt werden, indem die geschilderte Klemmbackenträger
vorrichtung verwandt wird. Die einzige Ringkammer zum
Öffnen und Schließen der Klemmbacken ist einfacher und
betriebssicherer als mehrere Zylinder, wodurch zudem das
Problem eines Fluidungleichgewichtes zwischen den mehre
ren Betätigungszylindern vermieden wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein
Überlastschutzgelenk für die Roboteranwendung. Das Gelenk
weist ergänzende erste und zweite Gelenksegmente auf. Eine
Verbindungseinrichtung verbindet die Segmente miteinander,
wobei eine Vorspanneinrichtung die Segmente voneinander weg
drückt, wenn diese miteinander verbunden sind, um eine
aufeinander abgestimmte Stellung einzunehmen.
Die Verbindungseinrichtungen erlauben eine begrenzte Ver
schiebung der Segmente zueinander, und zwar entgegen der
ausgewählten Stellung gegen die Kraft einer Vorspannein
richtung. Eine Sensoreinrichtung ist vorgesehen, um eine
Verstellung der Segmente über einen vorbestimmten Wert
hinaus zu begrenzen.
Die Sensoreinrichtungen bestehen vorzugsweise aus einem
optischen Sensor und einer damit ausgerichteten und mit
einer der Segmente verbundenen Lichtquelle. Ein mit dem
anderen der beiden Segmente verbundenes Lageanzeigeglied
hat eine hierin gebildete Öffnung, die mit dem Sensor und
der Lichtquelle ausgerichtet ist. Die Öffnung ist von einer
bestimmten Größe, damit das Licht von der Quelle zu dem
optischen Sensor fallen kann, wenn die Segmente mit einem
Wert unterhalb eines vorbestimmten Betrages verstellt sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
ein elastisches Robotergelenk. Das Gelenk weist erste und
zweite Gelenkplatten auf, die üblicherweise parallel zuein
ander ausgerichtet und im Abstand voneinander angeordnet
und im allgemeinen auf einer Längsachse zentriert sind.
Die Gelenkvorspannungeinrichtung ist zwischen den Platten
vorgesehen, um diese in Längsrichtung voneinander weg
zudrücken. Erste und zweite, im wesentlichen sphärische
Vertiefungen sind in den Außenflächen der ersten bzw. zwei
ten Platte gebildet, die zudem im wesentlichen auf der Längs
achse zentriert sind. Eine erste Befestigungseinrichtung
hält die Platten auf einem bestimmten üblichen Abstand
voneinander, und zwar entgegen der Kraft der Vorspannein
richtung.
Die Befestigungseinrichtung umfaßt einen Schaft, der sich
durch die erste und zweite in der ersten bzw. zweiten Platte
befindlichen überdimensionierten Zentralöffnung erstreckt.
Die Befestigungseinrichtung weist ferner ein erstes Platten
haltebauteil auf, welches an einem Ende des Schaftes be
festigt und mit einer konvexen Fläche versehen ist, die so
angeordnet ist, daß ein gleitender Oberflächeneingriff mit
einer der Vertiefungen ermöglicht wird. Ein zweites Platte
haltebauteil ist am anderen Ende des Schaftes befestigt
und weist eine konvexe Oberfläche auf, die so angeordnet
ist, daß ein gleitender Flächeneingriff mit der anderen
Vertiefung stattfindet.
Die Vorspanneinrichtung weist vorzugsweise eine elastisch
deformierbare Röhre auf, die im wesentlichen auf der Längs
achse zentriert ist. Ferner ist eine Schraubenfeder vorge
sehen, die den Abstand zwischen den Platten überbrückt
und die konzentrisch zu der Röhre ausgerichtet und in ihr
eingebetet ist.
Ferner liegt ein weiterer Aspekt der Erfindung in der
fluidgesteuerten Expansionsvorrichtung. Die Vorrichtung be
steht aus einem Verlängerungsgehäuse, welches eine zylin
drische Verlängerungskammer bildet und umschließt. Eine
erste Platte ist in der Verlängerungskammer so angeordnet,
daß eine wechselweise longitudinale Verstellung zwischen
einer vorderen und einer eingefahrenen Position möglich
ist. Eine zweite Platte ist im wesentlichen mit der ersten
Platte ausgerichtet und an der Außenseite des Verlängerungs
gehäuses angeordnet.
Mehrere Stangen, von denen jede mit einem Ende an der
ersten Platte in der Nähe deren Peripherie montiert und ge
halten ist und deren anderes Ende an der zweiten Platte in
der Nähe deren Peripherie montiert ist, erstreckt sind in
Longitudinalrichtung zwischen den Platten. Jede Stange er
streckt sich bis zu einer zugeordneten in der Querwand
des Verlängerungsgehäuses gebildeten Stangenöffnung. Erste
und zweite Verlängerungs-Fluidleitungen sind durch das
Verlängerungsgehäuse und in die Verlängerungskammer ver
laufend und an gegenüberliegenden Seiten der ersten Platte
gebildet.
Das elastische Gelenk und das Überlastschutzgelenk können
in Kombination mit einem System zum Einbau eines besonde
ren Werkzeuges verwandt werden, wodurch eine gewünschte
Winkel- und Lagetoleranz zur Durchführung wiederholender
Aufgaben, wie beispielsweise das Eindrehen von Bohrungen
oder die Endoberflächenbehandlung, eingenommen werden
kann. Sollte zur gleichen Zeite eine erforderliche Abweichung
von der normalen Ausrichtung oder Lage zu groß werden,
dann wird das Überlastschutzgelenk verhindert, daß das
Werkzeug zu der beabsichtigten Funktion verwandt und ein
gesetzt wird, wodurch die Bedienungsperson gewarnt wird,
daß die Abweichung von der Toleranz zu groß geworden ist.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung wer
den nachfolgend anhand einer detailierten Beschreibung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Darin zei
gen im einzelnen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorrich
tung zur Befestigung eines Werkzeuges an
einem Roboterarm entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 2 eine Seitendarstellung der Vorrichtung gemäß
Fig. 1;
Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf die Vorrichtung;
Fig. 4 eine Schnittdarstellung in Vertikalrichtung längs
der Linie 4-4 in Fig. 3;
Fig. 5 eine vertikale Darstellung der im Eingriff
stehenden Verbindungsteile, wie sie in der
Vorrichtung benutzt werden;
Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Futter
gehäuses der Vorrichtung mit einem teilweise
weggelassenen Abschnitt des Gehäuses zur Ver
deutlichung der Konstruktionsdetails;
Fig. 7 eine Frontdarstellung eines in dem Futterge
häuse gehaltenen Futters;
Fig. 8 eine Querschnittdarstellung längs der Linie
8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 eine Seitenvertikaldarstellung eines Überlast
schutzgelenkes der Vorrichtung;
Fig. 10 eine Schnittdarstellung längs der Linie 10-10
in Figur 9;
Fig. 11 eine Schnittdarstellung längs der Linie 11-11
in Fig. 10;
Fig. 12 eine Schnittdarstellung längs der Linie 12-12
in Fig. 11;
Fig. 13 eine Seitenvertikalschnittdarstellung einer
Verlängerungsvorrichtung der vorliegenden
Vorrichtung;
Fig. 14 eine Schnittdarstellung längs der Linie 14
14 in Fig. 13; und
Fig. 15 eine Seitenvertikalschnittdarstellung eines
nachgiebigen Gelenkes der Vorrichtung.
In den Fig. 1 und 2 ist ein System zur Befestigung
eines Werkzeuges an einem Roboterarm gezeigt. Die Haupt
komponenten dieses Systems bestehen aus einer Klemman
ordnung 10, einem Werkzeugträgerbauteil 18, der mit der
Klemmanordnung in Eingriff steht, einem Verlängerungsge
häuse 20, welches mit dem Werkzeugträgerbauteil verbunden
ist, einem mit dem Verlängerungsgehäuse verbundenen Motor
gehäuse 22, und einem mit dem Motorgehäuse verbundenen
Futter- bzw. Klemmbackengehäuse 24. Das Werkzeugträgerbau
teil, das Verlängerungsgehäuse, das Motorgehäuse und das
Futtergehäuse sind vorzugsweise auf einer Längsachse zen
triert, welche der Rotationsachse eines Werkzeuges, wie
beispielsweise eines Bohrers entspricht, die sich von dem
Futtergehäuse 24 aus erstreckt.
Das Verlängerungsgehäuse 20 gewährt jedoch bezüglich des
Motorgehäuses 22 und des Futtergehäuses 24 in einem begrenz
ten Winkel eine lineare Abweichung von der Längsachse,
wie dies später erläutert wird. Ein flexibler Balg 28 um
schließt das Verlängerungsgehäuse. Der Bohrer 26 kann
leicht durch jedes andere Drehwerkzeug ersetzt werden.
Darüber hinaus kann ein Greifwerkzeug oder dergleichen
direkt an dem Verlängerungsgehäuse 20 anstelle des Futter
gehäuses und des Motorgehäuses angebaut werden, um dem
Werkzeugbefestigungssystem eine maximale Flexibilität zu
verleihen.
Die Klemmanordnung 16 weist ein Zentralstück 30 mit einer
körpernahen oder Rückplatte 32 auf, die an einer Endplatte
des Roboterarmes befestigt ist, wie dies strichliert mit dem
Bezugszeichen 34 gekennzeichnet ist. Mehrere in der Rück
platte 32 gebildete Öffnungen 36 erlauben deren Befestigung
an der Endplatte 34 mittels Bolzen. Das Zentralstück weist
ferner einen ersten und zweiten Seitenflansch 38 und 40 auf.
Eine Zentralführungs-Stiftöffnung 42 ist in jedem Flansch vor
gesehen. Ein erster und zweiter Klemmfluidkanal ist nur in
dem ersten Seitenflansch 38 vorgesehen, wie dies mit den
Bezugsziffern 44 und 46 gezeigt ist.
An dem Zentralstück 30 sind gegenüberliegend obere und
untere Klemmbauteile 48 und 50 montiert, die beide in Bezug
auf das Zentralstück 30 quer oder auf und ab gleiten, wie
in Fig. 1 dargestellt. In dem oberen Klemmbauteil 48 sind
mehrere erste Fließleitungsabschnitte 52 und ein oberer
Sensor 54 vorgesehen. Ein Paar obere Führungsstifte, einer
von diesen ist mit 56 gezeigt, erstreckt sich von dem Klemm
bauteil 48 nach unten.
Ein entsprechendes Paar von unteren Führungsstiften, von
denen einer mit 58 bezeichnet ist, erstreckt sich von dem
unteren Klemmbauteil 50 nach oben. Führungsstifte 56 und
58 sind in Axialrichtung zueinander und zu der Zentralöff
nung 42 ausgerichtet.
Die Zentralöffnung ist wenig größer als die Durchmesser
der Führungsstifte, so daß, wenn die Klemmvorrichtung 16
geschlossen wird, die Öffnung 42 die freien Ende der Füh
rungsstifte 56 und 58 aufnimmt. Der gegenüberliegende Satz
von Führungsstiften und deren zugeordnete Zentralöffnung
ist nicht gezeigt, die jedoch im wesentlichen identisch auf
gebaut sind.
Ein unterer Sensor 60 ist in dem unteren Klemmbauteil vor
gesehen und arbeitet mit dem oberen Sensor 54 zusammen,
um eine geeignete Anzeige dann zu erzielen, wenn die Klemm
anordnung 16 geschlossen ist. Ferner sind in dem unteren
Klemmbauteile mehrere elektrische Kupplungskontakte 62 und
eine Sensorbank 64 mit fünf separaten Sensoren vorgesehen.
Die getrennten Sensoren in der Sensorbank 64 können das
Werkzeugträgerbauteil 18 indizieren, um so jedes
der vielen Werkzeugträgerbauteile einzeln zu identifizieren.
Das Werkzeugträgerbauteil 18 eignet sich für ein vollstän
diges, ein Ganzes bildendes und ineinandergreifendes Zusam
menwirken mit der Klemmanordnung 16, wenn diese geschlos
sen ist. Zu diesem Zweck ist das Trägerbauteil 18 mit vier
nach rückwärts sich erstreckenden Beinen versehen, von denen
zwei zu sehen sind, die mit den Bezugszeichen 66 und 68
versehen sind. Erste und zweite Führungsstiftöffnungen 70
und 72 sind in den Beinen 66 und 68 jeweils gebildet, wo
bei zwei zusätzliche Führungsöffnungen in den beiden zu
sätzlichen Beinen eingebracht sind. Auf der oberen Fläche
des Werkzeugträgerbauteiles erstrecken sich mehrere stecker
förmige Fluid-Anschlußteile 74 nach oben, von denen jedes
in ein entsprechendes büchsenförmiges Fluid-Anschlußteil
in einem der Fließleitungsabschnitte 52 einsteckbar ist.
Mehrere steckerförmige Kontakte 76 (Fig. 2) erstrecken sich
von der Unterfläche des Trägerbauteiles nach unten, um mit
den büchsenförmigen elektrischen Kontakten im unteren Klemm
bauteil 50 zusammenzuwirken.
Die unterbrochenen strichlierten Linien in Fig. 3 geben die
Lage des ersten und zweiten vertikalen oder quer ausfahrbaren
Klemmbetätigungszylinder 78 und 80 an, die in dem Zentral
stück 30 gebildet sind. Die Funktion dieser Zylinder ergibt
sich verständlicher in Verbindung mit Fig. 4, die den er
sten Zylinder 78 zeigt, wobei der zweite Zylinder 80 im we
sentlichen identisch ist. In dem Zylinder 70 sind gegenüber
liegend und gegensinnig wirkend ein oberer und unterer
Klemmkolben 82 und 84 eingebaut. Am oberen Kolben 82 ist
eine obere Klemmkolbenstange 80 montiert, die in einer obe
ren Stangenhalterung 80 gleitend gehalten und die an dem
oberen Klemmbauteil 48 mittels einer oberen Stangenbefesti
gung 90 angebracht ist. Ähnlich ist eine untere Klemmkolben
stange 92 am unteren Kolben 84 befestigt und gleitet bezüg
lich einer unteren Stangenhalterung 94 und ist an dem
unteren Klemmbauteil mittels einer unteren Stangenbefestigung
96 angebracht.Folglich wird die Klemmanordnung 16 dann ge
schlossen und geöffnet, wenn die Kolben 82 und 84 aufeinan
der zu bzw. voneinander weg bewegt werden.
Die Klemmkolbenbewegung wird durch Einlaufenlassen eines
Fluids (beispielsweise eines gasförmigen oder flüssigen Fluids)
gesteuert, beispielsweise durch hydraulische Flüssigkeit, ent
weder durch den ersten Fließkanal 44 oder den zweiten Fließ
kanal 46. Der erste Fließkanal 44 ist direkt zum Mittelab
schnitt des ersten Zylinders 78, zwischen den Kolben 82 und
84 geöffnet.
Das in den ersten Zylinder durch den ersten Kanal 44 ein
strömende Fluid kann auch in den zweiten Zylinder 80 über
einen Flüssigkeitsweg 98 durch die Wand zwischen den be
nachbarten Zylindern strömen.
Dadurch wird durch die Einleitung von Fluid in die Klemm
betätigungszylinder durch den ersten Fließkanal 44 die oberen
und unteren Klemmkolben 82 und 84 das entsprechende Paar
Kolben im Zylinder 80 voneinander weggedrückt, um die
Klemmvorrichtung zu öffnen. Versuche haben gezeigt, daß das
Einlaufenlassen von Fluid in den zweiten Zylinder 80 über
den ersten Zylinder 78 eher zu einer Simultanbewegung
aller vier Klemmkolben führt, als wenn jeweils einzeln ein
Zuflußkanal vorgesehen wäre. Dies folgt aus deren Tendenz,
einer Bewegung so lange zu widerstehen, bis ein entsprechen
des Niveau eines Flüssigkeitsdruckes erreicht wird. Das Fluid
strömt in den zweiten Zylinder und füllt den Raum zwischen
seinem zugeordneten Kolben, lange bevor solch ein Druck
niveau erreicht wird.
Das Fluid zum Schließen der Klemmeinrichtung 16 wird den
Kammern über den zweiten Fließkanal 46 zugeführt, der sich
horizontal in dem Zentralstück 30 bis zu einem Punkt er
streckt, der sich ungefähr in der Mitte zwischen den Zylin
dern 78 und 80 befindet. Von diesem Punkt fließt das Fluid
über einen oberen Durchfluß 180 und einen unteren Durchfluß
102, von denen das Fluid in beide Zylinder an ihren oberen
und unteren Endabschnitten jeweils fließen kann. Sperrfe
dern 101 und 103 halten die Klemmanordnung in Abwesenheit
des Flüssigkeitsdruckes geschlossen.
Fig. 4 verdeutlicht auch das integrale, ein Ganzes bildende
Ineinandergreifen und Verriegeln zwischen dem Werkzeugträ
gerbauteil 18 und der Klemmanordnung 16, wenn diese ge
schlossen ist. Die flache obere Fläche des Werkzeugträgerbau
teiles liegt bündig an der unteren, nach innen gerichteten
Fläche des oberen Klemmbauteiles 48, während die untere Flä
che des Bauteilträgers ähnlich mit der nach oben weisenden
Fläche des unteren Klemmgliedes 58 zusammenwirkt. Ebenso
ist die Kopplung des einen der ersten Fließleitungsabschnitte
52 in dem unteren Klemmbauteil mit einem der mehreren
zweiten Fließleitungsabschnitte 104, die in dem Werkzeugträ
gerbauteil 18 gebildet sind,gezeigt,um eine einzige Fließleitung zu
bilden. Wahlweise bilden ein erster elektrischer Leitungsab
schnitt 106, der in dem unteren Klemmbauteil gebildet ist,
und ein zweiter elektrischer Leitungsabschnitt 108 in dem
Werkzeughalter einen einzigen elektrischen Kanal mit mehreren
Leitungswegen.
Drei elektrische Leitungen sind gezeigt, von denen jede
einen Steckkontakt 76 aufweist, der von dem Werkzeugträger
bauteil vorsteht und mit einem büchsenförmigen Kontakt 62
zusammenwirkt, der in dem unteren Klemmbauteil eingebaut
ist. Vorzugsweise befinden sich die Kontakte 62 in einer Kon
taktbank oder Reihe, welche im Hinblick auf das Klemmbau
teil 50 leicht schwimmend ausgebildet ist, um den Kontakten
62 und 76 eine Selbstausrichtung zu ermöglichen, wenn die
Klemmanordnung geschlossen wird. Es ist ersichtlich, daß
jedes geeignete Bauteil und jede Anordnung der elektrischen
Kontakte an der Schnittstelle zwischen dem Trägerbauteil
des unteren Klemmbauteiles ausgewählt werden kann. Nicht
gezeigte Flüssigkeitsverbindungen und elektrische Kontakte
werden an dem entfernten Ende des Werkzeugträgerbauteiles 18
entsprechend eines bestimmten Werkzeuges hinzugefügt.
Jede der Flüssigkeitsverbindungen bzw. -kontakte weist einen
(männlichen) steckbaren Kontakt 74 und einen entsprechenden
(weiblichen) büchsenförmigen Flüssigkeitskontakt 110 auf,
der aus einer Ausnehmung in dem oberen Klemmbauteil 48
besteht. Flüssigkeitsverbindungen 74 und 110 sind mit Ven
tilen versehen, um einen Flüssigkeitsfluß nur zu ermöglichen,
wenn die Klemmanordnung 16 geschlossen ist.
Fig. 5 zeigt einen Kontakt 74 und 110, die im Abstand von
einander angeordnet sind, so daß die Ventile geschlossen sind.
Der büchsenförmige Kontakt 110 weist einen hierdurch ver
laufenden zylindrischen Durchfluß 112 auf, wobei ein quer zum
Durchfluß vorstehender Rand bzw. eine Schulter 114 quer in den
Durchfluß ragt. In einer Öffnung in der Schulter 114 ist ein
geriffelter bzw. eingekehlter Stössel 116 mit einem Ventilkopf
118 gleitbar gelagert. Eine zwischen der Schulter 114 und
einer Platte 122 am unteren Ende des Stössels unter Druck
stehende Schraubenfeder 120 sucht den Kopf 118 gegen den Rand
bzw. die Schulter 114 zu halten, wobei der Durchfluß von
Fluid durch den Kontakt 110 unterbunden wird.
Der Steckkontakt 74 weist einen hierdurch verlaufenden inne
ren Durchfluß 124 auf, und zwar mit einem vergrößerten Ab
schnitt zwischen den oberen und unteren Wänden 126 und
128. Ein geriffelter bzw. eingekehlter Stössel 130 erstreckt
sich durch eine Öffnung in der oberen Wand 126 nach oben.
An dem Stössel 130 ist ein Ventilkopf 132 angebracht, der
gegen die obere Wand über eine unter Druck stehende Schrauben
feder 134 zwischen dem Kopf und der unteren Wand 128 ge
preßt wird.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, stehen, wenn die Klemmein
richtung 16 geschlossen wird, die Flüssigkeitskontakte 74
und 110 im Eingriff, wobei die Stössel 116 und 130 unter
einem gegenseitigen Kontakt gehalten werden. Die Stössel be
wegen dann die Ventilköpfe 118 und 132 außer Eingriff mit
der Schulter 114 bzw. der Wand 128, und zwar entgegen der
Kraft ihrer zugeordneten Schraubenfedern, um dem Fluid ein
Durchströmen durch die Leitungsabschnitte 52 und 104 gebil
dete Leitung zu erlauben. Wenn die Klemmeinrichtung geöff
net wird, kehrt jeder Ventilkopf in seine geschlossene Posi
tion entsprechend seiner zugeordneten Feder zurück, so daß
dadurch der Flüssigkeitsstrom schnell unterbrochen wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, weist das Futter- bzw.
Klemmbackengehäuse 24 einen körpernahen bzw. benachbarten
äußeren Gehäuseabschnitt 136, einen benachbarten und mit dem
äußeren Abschnitt 136 integralen,inneren Gehäuseabschnitt 138, und
einen weiter außen entfernt liegenden Gehäuseabschnitt 140
auf, der in Längsrichtung gleitend auf den Gehäuseabschnit
ten 136 und 138 angeordnet ist. Die inneren Wandflächen
des inneren Gehäuseabschnittes 138 und des entfernter liegen
den Gehäuseabschnittes 140 ergeben zusammen eine Futter
öffnung, in welcher eine Klemmbackenanordnung mit Klemm
backen bzw. einem Futter 142 und mit einem Futterschaft
144 angeordnet ist. Das Gehäuse weist ferner eine entferntere
Platte 145 auf, die an dem Gehäuseabschnitt 140 befestigt
ist. Ein erstes Lager 146 zwischen dem Futter bzw. den
Klemmbacken und dem Gehäuseabschnitt 140 und ein zweites
Lager 148 zwischen dem Gehäuseabschnitt 138 und dem Futter
schaft 144 ermöglichen, daß die Klemmbackenanordnung
gegenüber dem Gehäuse rotieren kann.
Die Gehäuseabschnitte 136, 138 und 140 wirken ferner da
hingehend zusammen, um eine (aus- und einfahrbare) Betät
gungskammer 150 für das Ringfuttergehäuse zu bilden, die
die Futteröffnung umgibt und konzentrisch dazu ausgerichtet ist.
Ein zentrales Segment 152 des entfernteren Gehäuseabschnittes
erstreckt sich rückwärts in die Betätigungskammer 150.
Ein vergrößterter Abschnitt des zentralen Segmentes erstreckt
sich radial nach außen, um den Abstand über die Betäti
gungskammer zu überspannen, wodurch ein Ringkolben 154
in der Kammer gebildet wird.
Eine erste Futter-Fluidleitung 156 ist an einem entfernten
Punkt zum Ringkolben 154 offen ausgebildet. Eine zweite Fut
ter-Fluidleitung 158 ist ebenfalls zur Betätigungskammer in
der Nähe des Ringkolbens offen ausgebildet. Folglich ver
sucht die Einleitung eines Fluids, beispielsweise Luft, in
die erste Fluidleitung den Kolben 154 in der Kammer 150
in Rückwärtsrichtung zu bewegen, um den entfernteren Ge
häuseabschnitt 140 zurückzuziehen, wohingegen Fluid, wel
ches der Kammer über die zweite Fluidleitung zugeführt
wird, zu einem Ausfahren des entfernteren Gehäuseabschnit
tes führt.
Wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, weist das
Futter 142 einen nach außen erweiterten, kelchförmigen
entfernteren Endabschnitt auf, in welchem ein erstes, zwei
tes und drittes Werkzeuggreifglied bzw. -klemmbacke 160,
162 und 164 gebildet sind. Üblicherweise ist jede dieser
Klemmbacken über in Längsrichtung verlaufende Schlitze
- wie in Fig. 8 anhand des Bezugszeichens 166 gezeigt -
voneinander getrennt, während sich die Klemmbacken zum
Einsetzen und Entfernen eines Werkzeuges in der geöffneten
Stellung befinden. Die Klemmbacken sind ausreichend flexibel
gestaltet, um in eine geschlossene, ein Werkzeug festhaltende
Position bewegt zu werden, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist.
Um die Greifglieder oder -backen geschlossen zu halten,
ist ein Rand bzw. eine Randzone 168 in der entfernteren
Platte 145 vorgesehen. Der Rand, der geneigt ist, um das
nach außen erweiterte Ende der Klemmbacken aufzunehmen,
steht mit dem erweiterten Ende immer dann im Eingriff,
wenn der entferntere Gehäuseabschnitt 140 in die volle in
Fig. 6 gezeigte vordere Position ausgefahren ist, wobei
eine weitere Vorwärtsbewegung über den Punkt einer ersten
Berührung mit dem Rand die Klemmbacken zusammenzupressen
sucht und somit die Klemmbacken schließt. Eine solche Aus
wärtsbewegung des entfernteren Gehäuseabschnittes 140 läßt
zwischen dem Abschnitt und dem äußeren Gehäuseabschnitt
136 Lücken entstehen, wie sie mit 178 und 172 bezeichnet
sind, sowie eine innere Lücke 174 zwischen dem Gehäuse
abschnitt 140 und dem inneren Gehäuseabschnitt 138. Folglich
ist ein wirklicher Berührungsflächenbereich zwischen den
Gehäuseabschnitten 186 und 140 vorgesehen, um das Innere
des Klemmbackengehäuses vor Außeneinflüssen zu schützen.
Mehrere Fluidanschlüsse 176 und 178, einer für Luft und
der andere für ein Schmiermittel, sind durch die entfernte
Platte 145 im Gehäuseabschnitt 186 und 140 vorgesehen, um
dadurch einen geeigneten Zufluß von Schmiermitteln und
unter Druck stehender Luft in die Nähe eines in dem Futter
eingesetzten Werkzeuges zuzuführen. In der entfernten Platte
und dem entfernten Gehäuseabschnitt ist ferner ein Sensor
180 eingebaut, welcher beispielsweise aus einem Näherungs
oder Abstandssensor bestehen kann. Vorzugsweise ist zumin
dest einer von jeden Sensortypen vorgesehen, um die Lage.
eines in dem Futter 142 eingesetzten Werkzeuges im Verhält
nis zu einem Werkstück zu bestimmen.
Fig. 9 zeigt ein Überlastschutzgelenk 182, welches in dem
Verlängerungsgehäuse 20 untergebracht ist. Dabei ist der
Balg 28 zur besseren Darstellung weggelassen. Das Gelenk
182 umfaßt ein zentrales Gelenksegment 184, welches an
dem Werkzeugträgerbauteil 18 befestigt ist und ein ergän
zendes entferntes Gelenksegment 186. Die Gelenksegmente
184 und 186 weisen jeweils verbindende, überlappende erste
und zweite Hülsen 188 bzw. 180 auf, die über vier symme
trisch angeordnete und in der ersten Hülse 188 montierte
Halteelemente 182 miteinander befestigt sind. Jedes Halteele
ment 182 besitzt einen Schaft 184 und einen vergrößerten
Kopf 186. Jeder Schaft erstreckt sich durch jeweils eine
von vier im allgemeinen dreieckförmigen jeweils zugeordne
ten Öffnungen 188, die in der zweiten Hülse 188 gebildet
sind.
Wie vielleicht am besten aus Fig. 10 zu ersehen ist, sind
die Hülsen 188 und 190 in Querrichtung in Abstand von
einander angeordnet, wobei die Köpfe 186 zu der zweiten
Hülse 190 im Abstand angeordnet sind, um eine begrenzte
Quer- und Winkelbewegung der Gelenksegmente 184 und
186 relativ zueinander zu ermöglichen. Ein Teil des die
Fig. 10 bildenden Schnittes ist um 45° gedreht, um zwi
schen den Gelenksegmenten eine von vier zusammengepreßten
Schraubenfedern 200 zu zeigen. Koaxial zu jeder Feder ist
ein im zentralen Gelenksegment 184 eingedrehtes Einstell
und Justierglied 202 vorgesehen. Die Justierglieder können
in dem Gelenksegment 184 vor- oder zurückgestellt werden,
um die Druckkraft der Federn 200 einzustellen.
Entsprechend der Kraft der Federn 200 werden die Halteele
mente 182 gegen die zentralen Ränder ihrer zugeordneten
dreieckförmigen Öffnung 198 gepreßt, d.h. an den Zusammen
schluß der beiden zentralen konvergierenden Seiten einer
jeden Öffnung. Die Gelenksegmente 184 und 186 befinden
sich dann in ihrer gewünschten Relativlage zueinander, in
der die erste und zweite Hülse 188 und 190 im Abstand
voneinander und auf der longitudinalen Achse zentriert
angeordnet sind.
Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, bilden die Gelenksegmente
184 und 186 eine Gelenkkammer 204, die im wesentlichen
bis auf den Raum zwischen den Hülsen geschlossen ist.
Im Inneren der Kammer ist ein Lageanzeiger mit einem Be
zugssystem bzw. mit einem Maßstab 206, der in das entfern
tere Gelenksegment 186 eingedreht ist, und der mit einem
vergrößerten rohrförmigen Kopf 208 versehen ist. Das Bezugs
system 206 ist ferner durch eine Verschlußmutter 210 gesi
chert. Eine Öffnung 212 im rohrförmigen Kopf 208 wirkt als
Lageanzeiger, wie dies später erläutert wird.
Die koaxiale Anordnung der Hülsen 188 und 190 und der
Abstand zwischen ihnen ist in Fig. 11 gezeigt, woraus
auch die Symmetrie der Halteelemente 192 um die erste Hülse
188 herum ersichtlich ist. Die in die Hülse eingedrehten
Justierglieder 202 sind wahlweise symmetrisch, aber zu den
Halteelementen 192 um 45° versetzt angeordnet.
Winkelig versetzt zu den Haltelementen und der Justierglie
der ist eine Lichtquelle 214 und ein optischer Sensor 216
quer zu der Lichtquelle gegenüberliegend angeordnet. Wie
Aus Fig. 12 ersichtlich ist, kann, wenn die Gelenksegmente
184 und 186 in der ausgewählten Stellung zueinander liegen,
Licht von der Lichtquelle 214 durch die Öffnung 212 zu
dem Sensor 216 gelangen. Aus Fig. 12 wird auch deut
lich, daß eine Abweichung von der gewünschten Lage,
entweder durch eine Längs-, eine Quer- oder eine winke
lige Bewegung von einem der beiden Gelenksegmente in
Bezug auf das andere eventuell die Öffnung 212 aus dem
optischen Weg herausbewegt, so daß kein Licht mehr den
Sensor 216 erreicht. Die Öffnung 212 ist überdimensioniert,
um leichte winkelige oder lineare Abweichungen zu ermögli
chen. Wenn jedoch die akkumulierten Abweichungen einen
zu großen Wert erreichen, dann kann das aus der Quelle
214 stammende Licht nicht mehr den optischen Sensor errei
chen. Eine nicht gezeigte auf eine Anzeige durch den Sen
sor, daß kein Licht mehr empfangen wird, ansprechende
Steuerung schaltet entsprechend die Leistungsversorgung des
Roboters ab, um beispielsweise die Bewegung des Armes oder
eines Klemmwerkzeuges oder die Rotation eines Bohrers 26
zu stoppen.
Durch die Justierglieder 202 kann die Kraftstärke, die er
forderlich ist, um die Gelenksegmente 184 und 186 über
einen erlaubten Betrag hinaus zu verstellen, variiert werden.
Dies ermöglicht eine Anpassung an entsprechende Bedingun
gen. Wenn Justierglieder 202 auf das entfernte Gelenkseg
ment 186 vorverstellt werden, dann steigt die Druckkraft
der Federn 200 an, wodurch insbesondere verstärkte Kräfte
notwendig sind, um eine erlaubte Verstellung zu überschrei
ten.
Jedes der Halteelemente 192 ist winkelig um 90° von seinem
nächsten benachbarten Halteelement versetzt, und zwar ko
axial zu seinem gegenüberliegenden Halteelement.
Dies erlaubt eine relative Verdrehung der Gelenksegmente
um wechselseitig rechtwinkelige Querachsen, um eine maxi
male Freiheit der Bewegung der Segmente relativ zueinander
zu ermöglichen. Aufgrund des Abstandes zwischen den Hül
sen und zwischen der Hülse 190 und den Köpfen der Halte
elemente kann zusätzlich eine lineare Querverstellung und
Torsionsverstellung um eine longitudinale Achse sowie eine
longitudinale Linearbewegung ermöglicht werden.
An dem entfernten Gelenksegment 186 ist eine lineare Ver
längerungsvorrichtung 218 mit einem Gehäuse 220
mit einer entfernten Wand 222 und einer gegenüberliegenden
nahen Wand 224 an das entfernte Gelenksegment montiert.
In dem Gehäuse ist eine Verlängerungskammer 226 und
eine naheliegende Platte 228 gebildet, die in der Kammer
226 eingebaut ist, und die als in Längsrichtung wechsel
seitig zwischen einer gezeigten eingefahrenen Position und
einer ausgefahrenen Position in der Nähe der entfernten
Wand 222 verstellbarer Kolben wirkt.
Außerhalb des Gehäuses 220 ist eine entfernte Platte 230
koaxial zu der naheliegenden Platte vorgesehen und über
eine erste, zweite und dritte parallele Stange 232, 234
und 236 damit verbunden, die über die Plattenperipherie
verteilt sind. Ein Ende einer jeden Stange ist mittels einer
Befestigungseinrichtung an jeder der Platten befestigt.
Jede Stange erstreckt sich durch ein Stangenträgerbauteil
240, in welchem jede der Stangen gleitbar gelagert ist,
welches in einer Öffnung in der entfernten Wand 222 montiert
ist.
Nahe und entfernte Fluidleitungen 242 und 244 erstrecken
sich durch das Gehäuse 220 in die Kammer 226, und zwar
an gegenüberliegenden Seiten der nahen Platte 228, wodurch
ein Ausfahren oder Zusammenziehen der entfernten Platte
230 durch wahlweise Zuführung des Fluids durch die eine
oder andere Leitung in die Kammer ermöglicht werden kann.
Der außerhalb des Verlängerungsgehäuses vorgesehene Balg 28
ist in akkordionähnlicher Art gefaltet, um ein Aus- und
Einfahren der entfernten Platte zu ermöglichen.
Entfernt vom Gehäuse 220 ist ein nachgiebiges Gelenk 246
montiert. Das nachgiebige Gelenk weist eine innere oder
näherliegende Gelenkplatte 248 auf, die an der entfernten
Platte 230 gesichert ist, und eine gegenüberliegend entfernt
liegende Platte 250, die im Abstand und üblicherweise paral
lel zur Platte 248 angeordnet ist, wobei beide Platte übli
cherweise zentriert zur Längsachse ausgerichtet sind.
Eine Vorspanneinrichtung zum Auseinanderdrücken der Platten
248 und 250 weist eine relativ dickwandige Röhre 252 aus
Gummi oder flexiblem Plastik auf, wobei sich eine Schrauben
feder 254 zwischen den Gelenkplatten erstreckt. Wie die Röhre
252 ist die Schraubenfeder 254 auf der Längsachse zentriert.
Ferner ist die Feder vorzugsweise in der Röhre eingebettet.
Dies kann dadurch erzielt werden, daß die Röhre mit schon
richtig gehaltener Feder 254 im Spritzgußverfahren hergestellt
wird.
Eine Gelenkbefestigungsanordnung hält die Gelenkplatten 248
und 250 gegen die Röhre und die Schraubenfeder. Die Be
festigungsanordnung umfaßt einen zentralen Schaft 256, der
sich durch vergrößtere Öffnungen 258 und 260 in den Platten
248 bzw. 250 erstreckt.
Ein erstes Halteglied 262 in der ersten Platte ist an einem
Ende des Schaftes 256 befestigt und weist eine konvexe nach
innen auf das nachgiebige Gelenk 246 gerichtete Oberfläche
auf, um in einem flächigen Eingriff in einer ersten sphäri
schen Vertiefung 264 zu gleiten, die in der Gelenkplatte
248 ausgebildet ist. Das Halteglied 262 wird gegen einen
erweiterten Kopfabschnitt des Schaftes gehalten.
Am gegenüberliegenden Ende des Schaftes 256 ist ein zweites
Plattenhalteglied 266 mit innerem Gewinde vorgesehen, um
ein an dem Ende des Schaftes vorgesehenes Außengewinde
einzudrehen. Das zweite Halteglied 266 hat eine konvexe
Oberfläche, die auf das nachgiebige Gelenk nach innen gerich
tet ist, um mit einer zweiten sphärischen Vertiefung 268
im Flächen-Eingriff zu stehen, die in der entfernten Ge
lenkplatte 250 ausgebildet ist.
Aufgrund der in allen Richtungen bestehenden Elastizität
der Röhre 252 und der Feder 254 ermöglicht das nachgiebige
Gelenk 246 eine Verstellung der Gelenkplatte 248 und 250
relativ zueinander, d.h. in Querrichtung, winkelig in Ro
tationsrichtung um die Längsachse, winkelig in Rotation um
die Querachse und in Längsrichtung aufeinander zu. Der
Grad der Nachgiebigkeit, d.h. die notwendige Kraftstärke, um
eine bestimmte Verschiebung zu bewirken, kann durch Vor
oder Rückstellen des zweiten Haltegliedes 266 über 256 ein
gestellt werden. Wenn beispielsweise das Halteglied vorge
stellt oder, wie in Fig. 15 gezeigt, nach rechts verstellt
wird, ist eine größere Kraft notwendig, um eine gegebene
Verstellung zwischen den Gelenkplatten zu erzeugen.
Das Überlastschutzgelenk 182, die lineare Verstellvorrichtung
218 und das nachgiebige Gelenk 246 bilden zusammen einen
nachgiebigen Aufbau eines Bohrers 26 bzw. eines Roboter
armes, wobei die Bohreraxis nicht koaxial mit oder sogar
parallel zu der Roboterachse oder der Werkzeugträgerbauteil
achse ausgerichtet sein muß. Diese Nachgiebigkeit ermöglicht
den Gebrauch eines Führungsaufbaues, der mit dem Bear
beitungsstück eine Einheit bilden kann, um den Bohrer 26
aufzunehmen und einzubringen, wenn immer er zumindest in
der Nähe der gewünschten Lochbohrposition ist, wobei dann
der Bohrer zentriert wird, wenn er durch den Roboterarm auf
das Werkstück zu bewegt wird. Die Nachgiebigkeit vermindert
die Kosten des Robotersystems, indem breitere Toleranzen
während der Anfangspositionierung eines Bohrers oder ande
re Werkzeuge erlaubt werden. In dem Fall, daß die Anfangs
positionierung aufgrund der weitere gefaßten Toleranz nicht
erreicht wird, dann übersteigt der zum Zentrieren des Boh
rers notwendige Korrekturwert die durch das Überlastschutz
gelenk erlaubten Wert, wobei das System außer Funktion gesetzt
wird, um so einen Schaden bezüglich des Werkstückes, der
Führung oder des Roboters zu vermeiden.
Anordnung zum Auswechseln von Werkzeugen an einem Robo
terarm umfaßt eine Klemmanordnung 16 mit einem Zentral
stück 30, welches an dem Arm befestigt ist und sich in
Längsrichtung erstreckt, wobei zwei gegenüberliegende
Klemmbauteile 48, 50 für ein Quergleiten auf dem Zentral
stück 30 montiert sind. Ein Werkzeugträgerbauteil 18
ist in der Klemmeinrichtung 16 gehalten, wenn diese geschlos
sen ist, wobei sich in Querrichtung zu den Klemmbauteilen
48, 50 Stifte erstrecken, die mit Beinen des Werkzeugträger
bauteiles 18 im Eingriff stehen. Das Trägerbauteil 18 und
die Klemmbauteile 48, 50 weisen Leitungsabschnitte auf,
die kontinuierliche Fluidleitungen und einen elektrischen
Leitungsweg bilden und darstellen, wenn das Trägerbauteil
18 in der Klemmanordnung 16 gesichert ist. Ein Klemm
backengehäuse 24 ist relativ zu dem Werkzeugbauträger
18 über eine lineare Verlängerungsvorrichtung 20, ein
federndes Gelenk 246 und ein Überlastschutzgelenk 182
montiert, welche zusammen eine begrenzte longitudinale,
transversale und winklige Verstellung des Futtergehäuses
24 in bezug auf den Arm erlauben.
Claims (29)
1. Vorrichtung für einen auswechselbaren Werkzeugträger,
insbesondere für einen Roboterarm, gekennzeichnet durch
- - ein Zentralstück und eine Montageeinrichtung zur Anbrin gung des Zentralstück an einem Arm, wobei das Zentralstück an dem Arm sich in longitudinaler Richtung nach außen er streckt,
- -erste und zweite Klemmbauteile, und eine Montageeinrich tung zum Einbau der Klemmbauteile an gegenüberliegenden Seiten des Zentralstückes für eine querverlaufende Bewegung zwischen einer geschlossenen Lage, in der die Klemmbauteile relativ nah zueinander liegen, und einer geöffneten Lage, bei der Klemmbauteile relativ entfernt voneinander liegen,
- - zumindest ein erstes Führungsglied, das auf dem ersten Klemmbauteil montiert ist und sich in Querrichtung zu dem zweiten Klemmbauteil erstreckt, und
- - ein Werkzeugträgerbauteil mit einer ein Führungsglied aufnehmenden Aufnahmeeinrichtung, welche jedem Führungs glied zugeordnet ist, wobei das Trägerbauteil wahlweise zwischen dem ersten und zweiten Klemmbauteil positionierbar ist, um im wesentlichen jede Aufnahmeeinrichtung mit ihrem zu geordneten Führungsglied auszurichten, wobei jedes Füh rungsglied mit seiner zugeordneten Aufnahmeeinrichtung ver riegelnd zusammenwirkt, wenn die Klemmteile zu der ge schlossenen Position bewegt werden, um gemeinschaftlich das Werkzeugträgerbauteil zwischen den Klemmbauteilen zu sichern.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
erste Leitungseinrichtung in dem ersten Klemmbauteil, welche
zu einer nach innen gerichteten Fläche offen ist, und eine
zweite Leitungseinrichtung in dem Werkzeugträgerbauteil,
welche zu einer ersten nach außen gerichteten Oberfläche
offen ist, wobei die ersten und zweiten Leitungseinrichtungen
zusammenwirken, wenn das Werkzeugträgerbauteil gesamt
heitlich zwischen den Klemmbauteilen gesichert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
eine dritte Leitungseinrichtung in dem zweiten Klemmbauteil,
welche zu einer nach innen gerichteten Fläche offen ist,
und einer vierten Leitungseinrichtung in dem Trägerbauteil,
welche zu einer zweiten nach außen gerichteten Fläche offen
ist, wobei die dritten und vierten Leitungseinrichtungen
zusammenwirken, wenn das Trägerbauteil gesamtheitlich
zwischen den beiden Klemmbauteilen gesichert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste und zweite Leitungseinrichtung
zumindest eine Fluidleitung aufweist, und daß die dritte
und vierte Leitungseinrichtung zumindest einen elektrischen
Leitungsweg aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekenn
zeichnet durch ein zweites,mit jedem der ersten Führungs
glieder ausgerichtetes Führungsglied, welches auf dem zwei
ten Klemmbauteil montiert ist und sich in Querrichtung auf
das erste Klemmbauteil erstreckt, und durch ein zweites
Führungsglied, welches zusammen mit seinem zugeordneten
ersten Führungsglied mit seiner zugeordneten Aufnahmeein
richtung verriegelnd zusammenwirkt, wenn die Klemmbauteile
in eine geschlossene Position bewegt werden.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das erste Führungsglied einen ersten sich
von dem ersten Klemmbauteil aus erstreckenden Stift umfaßt,
daß das zweite Führungsglied einen zweiten, sich von dem zwei
ten Klemmbauteil aus erstreckenden Stift umfaßt, daß die
Aufnahmeeinrichtungen eine erste Öffnung in dem
Werkzeugträgerbauteil, deren Durchmesser geringfügig größer
ist als der erste Stift und die in Ausrichtung mit dem ersten
Stift positionierbar ist, und eine zweite Öffnung in dem Träger
bauteil aufweist, deren Durchmesser geringfügig größer
ist als der zweite Stift und die in Ausrichtung hiermit po
sitonierbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Führungsstifte
im wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen und so an
geordnet sind, daß ihre freien Ende anschließend an den Klemm
bauteilen in geschlossener Position liegen, und daß das
Zentralstück eine hierin gebildete Öffnung aufweist, deren
Durchmesser geringfügig größer als der erste und zweite Stift
ist, und die die freien Enden umfaßt, wenn die Klemmbau
teile in ihrer geschlossenen Lage sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die nach innen gerichtete Oberfläche
des ersten Klemmbauteiles und die erste nach außen gerich
tete Fläche des Werkzeugträgerbauteiles angrenzend liegen,
wobei die nach innen gerichtete Oberfläche des zweiten
Klemmbauteiles und die zweite äußere Oberfläche des Werk
zeugträgerbauteiles benachbart zueinander liegen, wenn das
Werkzeugträgerbauteil insgesamt zwischen den Klemmbau
teilen gesichert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gekenn
zeichnet durch eine Fluidfluß-Widerstandseinrichtung zur
Unterbindung eines Fluidstroms zwischen der ersten und zwei
ten Leitungseinrichtung, außer wenn die ersten und zweiten
Klemmbauteile sich in geschlossener Position mit dem darin
gesicherten Werkzeugträgerbauteil befinden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 gekenn
zeichnet durch die Montageeinrichtung für die Klemmbau
teile mit zumindest einem in dem Zentralstück gebildeten
Zylinder, zwei gegenüberliegende in jedem der Zylinder
montierte Kolben für eine gegenüberliegend wechselweise
Bewegung zwischen einem Zentralabschnitt und gegenüberlie
gend äußeren Abschnitten, eine erste Kolbenstange zur
Verbindung des ersten Kolbens mit dem ersten Klemmbauteil,
eine zweite Kolbenstange zur Verbindung des zweiten Kol
bens mit dem zweiten Klemmbauteil, eine erste Fluidlei
tung zur Einführung von Fluid in jeden der Zylinder an
einem Zentralbereich, und eine zweite Fluidleitung zum
Einführen von Fluid an gegenüberliegenden Außenbereichen
an jedem der Zylinder.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gekenn
zeichnet durch die Montageeinrichtung mit zwei benachbart
liegenden und parallel ausgerichteten Zylindern, ersten und
zweiten gegenüberliegenden und gegenüberliegend wechsel
weise bewegbaren Kolben in einem ersten und zweiten Zylin
der, und dritten und vierten gegenüberliegenden und ge
genüberliegend wechselweise bewegbaren Kolben in dem zwei
ten Zylinder, wobei jedes gegenüberliegende Paar von Kol
ben zwischen einem Zentralbereich seines zugeordneten Zylin
ders und einem gegenüberliegenden äußeren Bereich davon hin
und herbewegbar ist, wobei über die erste Fluidleitung Fluid
in den ersten Zylinder und von dem ersten Zylinder zu
dem Zentralbereich des zweiten Zylinders über einen Durch
fluß zwischen dem ersten und zweiten Zylinder strömbar ist.
12. Vorrichtung für ein Klemmbackengehäuse für eine lösbare
Montage eines Werkzeuges gekennzeichnet durch
- - einen näheren inneren Gehäuseabschnitt, einen an dem inneren Abschnitt befestigten näheren äußeren Gehäuseab schnitt und einen entfernter liegenden,mit dem inneren und äußeren Gehäuseabschnitt gleitbar zusammenwirkenden wei teren Gehäuseabschnitt,
- -wobei der innere Abschnitt und der entferntere Abschnitt zusammen eine sich längs erstreckende Zentralklemmbacken- Öffnung festlegen und der innere Abschnitt, der äußere Abschnitt und der entferntere Abschnitt zusammen eine Ge häusebetätigungskammer bilden, die die Klemmbacken-Öffnung umgibt und konzentrisch dazu ausgerichtet ist,
- - und durch eine im wesentlichen zylindrische Klemmbacken anordnung, die in der Klemmbacken-Öffnung angeordnet ist und mit mehreren Werkzeuggreifbauteilen an einem erweiter ten entfernten Endabschnitt davon versehen ist, wobei die Werkzeuggreifbauteile zwischen einer offenen, das Werkzeug aufnehmenden Lage und einer geschlossenen, das Werkzeug festhaltenden Lage bewegbar sind,
- - Lagereinrichtung zwischen der Klemmbackenanordnung und dem inneren Abschnitt und zwischen der Klemmbacken anordnung und dem entfernteren Abschnitt, um die Klemm backen in dem Gehäuse drehbar zu lagern,
- - eine Kolbeneinrichtung an dem nahen Ende des entfernte ren Gehäuseabschnittes, die den Querabstand über die Ge häusebetätigungskammer überbrückt, und
- - Einrichtung zur Bildung einer ersten und zweiten Fluid leitung durch das Gehäuse zu der Kammer an gegenüberlie genden Seiten der Kolbeneinrichtung,
- - wobei die Einleitung von Fluid zu der Kammer über die erste Leitung zu einem Ausfahren des entfernteren Gehäuse abschnittes in Längsrichtung weg von dem inneren und äuße ren Abschnitt führt, wobei der entferntere Bereich des ent fernteren Abschnittes mit den Greifbauteilen zusammenwirkt und diese in die geschlossene Position bewegt,
- - und wobei die Einleitung von Fluid in die Betätigungs kammern durch die zweite Leitungseinrichtung zu einem Wie dereinziehen des entfernteren Gehäuseabschnittes von dem entfernteren Endabschnitt der Klemmbacken führt, wodurch die Greifbauteile in ihre geöffnete Lage zurückgeführt wer den.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 gekennzeichnet durch
einen entfernteren Endbereich des entfernteren Gehäuseab
schnittes, der für einen Oberflächeneingriff mit dem erwei
terten Abschnitt des entfernteren Endes der Klemmbacken
geneigt ausgebildet ist, wenn der entferntere Gehäuseab
schnitt ausgefahren ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 gekennzeichnet
durch eine Einrichtung zur Bildung von mehreren in Längs
richtung verlaufenden Fluidanschlüssen durch den äußeren
Endabschnitt und den entfernteren Abschnitt zur Weiterlei
tung von Fluid zu einem in den Klemmbacken montierten
Werkzeug.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da
durch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Fluidan
schlüsse zum Übertragen von unter Druck stehender Luft
bestimmt ist, und daß zumindest ein anderer der Fluidan
schlüsse zur Weiterleitung von flüssigem Schmiermittel be
stimmt ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da
durch gekennzeichnet, daß zumindest ein Sensor in dem ent
fernteren Ende des entfernteren Gehäuseabschnittes einge
bettet ist.
17. Vorrichtung für ein Überlastschutzgelenk insbesondere
für Roboteranwendung, gekennzeichnet durch
- - sich ergänzende erste und zweite Gelenksegmente,
- - eine Verbindungseinrichtung zum gegenseitigen Verbinden der Segmente, und eine Vorspanneinrichtung, um die ver bundenen Segmente in eine ausgewählte longitudinale, trans versale und in Verdrehrichtung verlaufende Stellung im Ver hältnis zueinander zu drücken, wobei die Verbindungsein richtungen eine begrenzte Verstellung der Segmente zueinan der weg von der ausgewählten Stellung entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung erlauben,
- - eine Sensoreinrichtung zur Bestimmung eines Versatzes der Segmente relativ zu einander um mehr als einen vorbestimm ten Wert.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die
Sensoreinrichtung mit einem optischen Sensor und einer mit
dem einen Segment verbundenen und miteinander ausgerich
teten Lichtquelle, ein mit dem anderen der beiden Segmen
te verbundenen Lageanzeigeglied, einer Öffnung in dem Lage
anzeigeglied, welche mit dem Sensor und der Lichtquelle
ausgerichtet ist, wobei die Öffnung eine ausgewählte Größe
derart aufweist, daß das Licht von der Quelle in den opti
schen Sensor fällt, wenn die Segmente unterhalb eines vor
bestimmten Betrages versetzt zueinander liegen.
19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, gekennzeichnet
durch das erste und zweite Segment mit ersten bzw. zwei
ten Segmentabschnitten, die sich überlappen, wenn sich
die Segmente im Eingriff befinden, wobei die Verbindungs
elemente mehrere auf dem einen der beiden Segmentabschnit
te montierte Halteelemente umfassen, wobei sich jedes Halte
element durch eine zugeordnete überdimensionierte Öffnung
in dem anderen der beiden Segmentabschnitte erstreckt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, da
durch gekennzeichnet, daß jede der überdimensionierten Öff
nungen mit Seiten versehen ist, die auf den am nächsten
zu dem Segabschnitt liegenden Rand zu konvergieren, wobei
jedes der Halteelemente einen Schaft umfaßt, welcher in
seiner zugeordneten überdimensionierten Öffnung angeordnet
ist und einen vergrößerten Kopfabschnitt an der gegenüber
liegenden Seite des anderen Segmentabschnittes bezüglich
des einen Segmentabschnittes aufweist und im Abstand zu
dem anderen Segmentabschnitt angeordnet ist, und wobei die
Vorspanneinrichtungen mehrere Schraubenfedern unter Druck
zwischen den Segmenten umfassen, und die die Segmente von
einander wegdrücken, wodurch jeder Schaft in Richtung des
nächsten Randes seiner zugeordneten überdimensionierten
Öffnung positioniert wird.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, gekenn
zeichnet durch eine Einstelleinrichtung zur Veränderung des
Druckes der Schraubenfedern.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da
durch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung mehrere
Einstellglieder aufweist, die in einem der Segmente drehbar
montiert sind, wobei jedes der Einstellglieder koaxial zu und
im Kontakt mit einem Ende einer zugeordneten Feder ange
ordnet ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, da
durch gekennzeichnet, daß die Segmentabschnitte erste und
zweite Hülsen umfassen, die im wesentlichen eine geschlossene
Gelenkkammer bilden, wenn sich diese gegenseitig überlap
pen, wobei das Positionsanzeigeglied in der Gelenkkammer
angeordnet sind.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung vier über den
einen Segmentabschnitt symmetrisch angeordnete Halteglieder
aufweist, wobei jedes Halteglied um im wesentlichen 80° rela
tiv zu seinem benachbarten Halteglied versetzt und koaxial
zu seinem gegenüberliegenden Halteglied ausgerichtet ist.
25. Vorrichtung für ein fluidgesteuertes Verlängerungsgerät,
gekennzeichnet durch
- - ein Verlängerungsgehäuse, welches eine Verlängerungskam mer bildet und zylindrisch umschließt,
- - eine erste in der Verlängerungskammer angeordnete Platte für eine in Längsrichtung zwischen einer vorderen und einer eingefahrenen Position wechselweise Hin- und Herbewegung,
- - eine im wesentlichen axial mit der ersten Platte ausgerichteten und außerhalb des Verlängerungsgehäuses angeordneten zwei ten Platte,
- - mehrere Stangen, von denen jede mit einem Ende an der ersten Platte in der Nähe deren Peripherie und mit ihrem anderen Ende an der zweiten Platte in der Nähe deren Peri pherie montiert ist, wobei jede Stange sich zwischen den Platten durch eine zugeordnete Stangenöffnung, die in einer Querwand des Verlängerungsgehäuses gebildet ist, in Längs richtung erstreckt, und
- - durch erste und zweite Verlängerungs-Fluidleitungen durch das Verlängerungsgehäuse zu der Verlängerungskammer und an gegenüberliegenden Seiten der ersten Platte.
26. Vorrichtung für ein federndes Robotergelenk, gekennzeich
net durch
- - erste und zweite Gelenkplatten, die üblicherweise parallel zueinander ausgerichtet und im Abstand voneinander ange ordnet und im wesentlichen zur Längsachse zentriert sind,
- - eine Gelenkvorspanneinrichtung zwischen den Platten, um diese in Längsrichtung voneinander wegzudrücken,
- - erste und zweite in den äußeren Flächen der ersten bzw. zweiten Platten gebildete,im wesentlichen sphärische Vertie fungen, die im wesentlichen auf der Längsachse zentriert sind, und
- - Gelenkbefestigungseinrichtungen zum Festhalten der Platten in einem vorbestimmten normalen Abstand voneinander ent gegen der Kraft der Vorspanneinrichtung,
- - wobei die Vorspanneinrichtung einen sich durch die erste und zweite überdimensionierte Zentralöffnung in der ersten bzw. zweiten Platte erstreckenden Schaft, ein erstes an dem einen Ende des Schaftes befestigtes Plattenhalteglied mit einer konvexen Fläche, die für einen gleitenden Oberflächen eingriff in einer der beiden Vertiefungen angeordnet ist, und ein zweites an dem anderen Ende des Schaftes befestigtes Plat tenhalteglied mit einer konvexen Oberfläche umfaßt, welches für einen gleitenden Oberflächeneingriff in der anderen Vertiefung angeordnet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch die
Vorspanneinrichtung mit einer elastisch deformierbaren Röh
re, die im wesentlichen auf der Längsachse zentriert ist,
und eine Schraubenfeder,die den Abstand zwischen den Plat
ten überspannt, und konzentrisch mit der Röhre ausgerich
tet und hierin eingebettet ist.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch den
Schaft, der mit einem erweiterten Kopfabschnitt an einem
Ende versehen ist, und der ein Außengewinde am anderen
Ende aufweist, wobei das erste Plattenhalteglied eine Nut
mit einer hierdurchgehenden Öffnung aufweist, die zum Zu
rückhalten entgegen dem Kopfabschnitt geneigt ist, und wobei
das zweite Plattenhalteglied mit einer Nut mit Innengewin
de für einen Schraubeingriff mit einem an dem Schaft vor
gesehenen Außengewinde versehen ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, da
durch gekennzeichnet, daß das zweite Plattenhalteglied form
schlüssig auf den Schaft einstellbar ist, um eine Einstellung
im Anpassungsgrad des Gelenkes zu ermöglichen.
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