DD267947A1 - Werkzeugtraeger mit differenzierbarer rotationsachse fuer roboterhandgelenke - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugtraeger mit differenzierbarer Rotationsachse fuer Roboterhandgelenke. Aufgabe der Erfindung ist es, die Handflanschdrehachse (I-I) des Roboters differenziert als lagegeregelte Rotationsbewegung fuer die programmierbare Betaetigung verschiedener Roboterwerkzeuge zu nutzen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass der Werkzeugtraeger aus einem Basisflansch mit Abtriebszapfen besteht, der mit dem Handflansch des Roboters fest verbunden wird, und zu dem ein Anschlussflanschgehaeuse durchdrehbar gelagert ist, welches ueber einen schaltbaren Kupplungsmechanismus wahlweise zur Fixierung der Arbeitsposition des Werkzeuges und seiner programmierbaren Betaetigung ueber die Handflanschdrehachse (I-I) mit dem Gehaeuse des Roboterhandflansches oder zur Positionierung des Werkzeuges zum Werkstueck mit dem Basisflansch verbunden werden kann. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwundungtgeblet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugträger für Roboterhandgelenke zur programmierbaren Betätigung von Werkzeugen, Greifern, Montageeinrichtungen und Positioniereinheiten.

Charakteristik de« bekannten Standet der Technik

Die Forderung nach einer hohen Flexibilität eines Robotersystems in bezug auf seine technologischen Einsatzmöglichkeiten, werden in zunehmenden Maße auch auf das, durch den Roboter positionierte Werkzeug, übertragen. Durch die Entwicklung von programmierbaren Roboterwerkzeugen, z. B. Greiforn deren Groiforgane direkt auf der Grundlage von Eingabedaten über eine NC-Steuerung positioniert werden, sind diese Forderungen nach einer höheren Flexibilität der Roboterwerkzeuge erfüllt. Diese programmierbaren Roboterwerkzeuge müssen mit regelbaren Antrieben und Meß&ystemen ausgerüstet sein und binden für ihren Anwendungszweck eine NC-Achse der Robotersteuerung. Neben den erheblichen materiellen Aufwendungen wird durch die direkte Anordnung des regelbaren Antriebes und des Meßsystems im Roboterwerkzeug ein großer Anteil der zulässigen Handhabemasse des Roboters durch das Werkzeug in Anspruch genommen und sein Volumen vergrößert Bekannt ist eine Vorrichtung zum Antrieb eines Roboterdreh· und Schwenkkopfes, bei der für die Dreh- und die Schwenkachse eine gemeinsame Antriebsquelle in Form eines reversierbaren Antriebsmotors vorgesehen ist (DD 216891). Die Schwenkachse gemäß dieser bekannten Lösungen wird im Winkel von 90° zur im Kopf gelagerten Drehachse betätigt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die programmierbare Betätigung verschiedener Roboterwerkzeuge, insbesondere Greifer, ohne zusätzlichen Einsatz lagegeregelter Antriebe und Meßsysteme.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Werzeugträger mit differenzierbarer Rotationsachse für Roboterhandgelenke zu entwickeln, in dem durch differenzierte Nutzung einer Roboterachse zwei unabhängig voneinander lagegeregelte Drehbewegungen erzeugt werden sollen, deren Aschsen sich nicht schneiden.

Der Werkzeugmechanismus soll über die durch die Robotersteuerung lagegerelte Handflanschdrehachse l-l programmierbar betätigt werden können, wobei die von der gleichen Achse vorher bestimmte Position des Werkzeugträgers im Arbeitsraum des Roboters während dieser programmierbaren Betätigung fixiert werden soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Werkzeugträger aus einem Basisflansch mit Abtriebszapfen besteht, der mit dem Handflansch des Roboters fest verbunden ist, und zu dem ein Anschlußflanschgehäuse durchdrehbar gelagert ist, welches über einen schaltbaren Kupplungsmechanismus wahlweise zur Fixierung der Arbeitsposition des Werkzeuges und seiner programmierbaren Betätigung über die Handflanschdrehachse (l-l) mit dem Gehäuse des Roboterhandflansches oder zur Positionierung des Werkzeuges zum Werkstück mit dem Basisflansch verbunden werden kann. Der schaltbare Kupplungsmechanismus besteht aus mindestens drei im Anschlußflanschgehäuse axial beweglich gelagerten und mittels Druckfeder vorgespannten Sperrbolzen, die mit einer kegligen Ansatzfläche versehen sind und stirnseitig durch einen Ring verbunden sind. Die AnsatzflSchen stimmen in ihrer Kogelgeometrie mit radial offenen Kegelflächensegmenten überein, die auf der Unterseite des Basisflansches und der Innenseite des Anschlußflanschgehäuses auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind, cuf dem ebenfalls, jedoch auf der Außenseite des Anschlußflanschgehäuses angeordnete Kegelflächensegmente liegen, die zur Aufnahme der kegligen Ansatzflächen von vorzugsweise zwei, in einem fest mit dem Gehäuse des Roboterhandflansches verbundenen Haltering axial beweglich gelagerten Sperrbolzen vorgesehen sind. Erfindungsgemäß besitzen diese Sperrbolzen an ihren Stirnflächen Druckstifte, die bei Anlage der kegligen Ansatzflächen dieser Sperrbolzen an die Kegelflächensegmente auf der Außenseite des Anschlußflanschgehäuses die über den Ring verbundenen Sperrbolzen gegen die Federwirkung der Druckfedern axial verschieben und somit gleichzeitig bei der Fixierung des Anschlußflanschgehäuses zum Gehäuse des Roboterhandflansches, die Verbindung von Basisflansch und Anschlußflanschgehäuse lösen. Die radial offenen Kegelflächensegmente auf der Unterseite des Basisflansches und der Außenseite des Anschlußflanschgehäuses sind in der Anzahl auf ihrem Teilkreis angeordnet, mit der die kleinste Teilkreisteilung verwirklicht wird.

Für die Einleitung der Schaltbewegung des Kupplungsmechanismus werden als Betätigungselemente pneumatisch/hydraulisch beaufschlagte Arbeitszylinder oder elektrische Hubmagnete verwendet, die am Haltering angeordnet sind, und deren Hub- bzw. Kolbenstangen mit de-i ebenfalls im Haltering axial verschiebbaren Sperrbolzen verbunden sind.

AusiQhrungsbelsplel Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem bevorzugten Anwendungszweck näher

erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Fig. 1: ein Roboterhandgelenk mit einer Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugträgers, in der beide

Schaltstellungen des Kupplungsmechanismus dargestellt sind Fig.2: eine Schnittdarstellung nach Linie A-A gemäß Fig. 1 Fig. 3: Draufsicht auf einen programmierbaren Robotergreifer, positioniert und angetrieben durch einen erfindungsgemäßen

Werkzeugträger

Der in Fig. 1 dargestellte erfindungsgemäße Werkzeugträger besteht aus einem Basisflansch 1 mit Abtriebszapfen 2, einem durchdrehbar dazu gelederten Anschlußflanschgehäuse 3 und einem, am Gehäuse 4 des Roboterhandflansches 5 befestigten Haltering β mit Betätigungselementen 7 zur Einleitung der Schaltbewegung.

Im Anschlußflanschgehäuse 3 sind mindestens drei, durch einen Ring 10 verbundene, in axialer Richtung beweglich gelagerte und mittels Druckfeder 11 vorgespannte Sperrbolzen 12 gelagert, die mit einer kegligen Ansatzfläche 13 versehen sind. Diese Ansstzflächen 13 der Sperrbolzen 12 stimmen in ihrer Kegelgeometrie mit radial offenen Kegelflächensegmenten 14,1" überein, die auf der Unterseite des Basisflansches 1 und der Innenseite des Anschlußflanschgehäuses 3 auf einem gemeinsamen Tdilkreis angeordnet sind. Um eine feinstufige Lagefixierung der beiden durchdrehbar zueinander gelagerten Flanschbauteile verwirklichen zu können, ist, entsprechend der geometrischen Abmessungen der Kegelflächensegmente 14,15, die kleinste Teilkreisteilung anzustreben, um somit eine große Anzahl von Kegelflächensegmenten 14 auf dem Basisflansch 1 anordnen zu können. In der Anzahl und der Lage zueinander entsprechen die Kegelflächensegmente 15 auf der Innenseite des Anschlußflanschgehäuses 3 den im gleichen Bauteil angeordneten, federgespannten Sperrbolzen 12. Auf der Außenseite dei. Anschlußflanschgehäuses sind ebenfalls radial offene Kegelflächensegmente 16 (Fig. 2) angeordnet. Diese Kegelflächensegmente 1 Sdienen zur Aufnahme von vorzugsweise zwei, im Haltering 6 axial beweglich gelagerte Sperrbolzen 8, die auch mit kegligen Ansatzflächen 9 vorsehen sind, stirnseitig jedoch zusätzliche Druckstifte 17 besitzen. Die Schaltbewegung zur Fixierung des Anschlußflanschgehäuses 3 zum Gehäuse 4 des Roboterhandflansches 5 wird durch die Betätigungselemente 7 (elektrische Hubmagnete oder pneumatisch/hydraulische Arbeitszylinder) erzeugt, die am Haltering β befestigt sind, und deren Hub- bzw. Kolbenstangen 18 mit den Sperrbolzen 8 verbunden sind. Die Wirkungsweise des in den Zeichnungen dargestellten Werkzeugträgers mit differenzierbarer Rotationsachse für Roboterhandgelenke ist folgende:

Die Funktion des Werkzeugträgers wird in Verbindung mit dem in Fig. 3 dargestellten Robotergreifers beschrieben. Zur Positionierung des Werkzeugträgers liegon die kegligen Ansatzflächen 13 der tedergespannten Sperrbolzen 12 an den Kegeltlä chensegmenten 14,15 des BaslsOansches A und des Anschlußftanschgeha'uses 3 an und bewirken eine spielfreie, auch im energielosen Zustand des Roboters, sichere Verbindung beider FlanschbauVeiie IFig.A, UnVe SeUeV Das am Anschlußflanschgehäuse 3 unter einem bestimmten Winkel zum Synchronpunkt der Handflanschdrehachse (l-l) befestigte

Greifergrundgestell 19 !Fig. 3) folgt in dieser Schaltstellung der Ober die Robotersteuerung lagegeregelten Drehbewegung des Roboterhandflansches 5.

Ist das Groifergrundgesteil 19 im Arbeitsraum des Roboters zum Werkstück 20 positioniert, kann die Handflanschdrehachse (I-1) zur Betätigung des Greifers differenziert genutzt werden. Dazu ist es erforderlich, die Position des Anschlußflanschgehäuses 3 und somit auch die Position des Greifergrundgestells 19 zum Gehäuse Λ des Roboterhandflansches 5 mechanisch zu verriegeln und die Arbeitspunktkoordinaten im Steuerprogramm zu fixieren. Diese Arbeitspunktkoordinaten sind bei der Erstellung der Technologie und der Programmierung der Arbeitsgänge auf die Teilkreisteilung und somit die Lage der zu Verriegelung mit den Sperrbolzen 8 positionierten Kegelflächensegmente 16, abzustimmen. Zur Verriegelung werden die im Haltering 6 axial verschiebbar gelagerten Sperrbolzen 8 über die zu diesem Zweck energiebeaufschlagten Betätigungselemente 7 in Richtung Anschlußflanschgehäuse 3 bewegt, bis ihre kegligen Ansatzflächen 9 an den entsprechenden Kegelflächensegmenten 16 anliegen. Gleichzeitig werden über die stirnseitigen Druckstifte 17 der Sperrbolzen 8 die durch den Ring 10 verbundenen Sperrbolzen 12 gegen die Kraft der Druckfeder 11 aus den entsprechenden Kegelflächensegmenten 14,15 gedrückt und die Verbindung des Anschlußflanschgehäuses 3 zum Basisflansch 1 entriegelt (Fig. 1, rechte Seite).

In dieser Schaltstellung bleibt die Lageposition des Greifers zu den Roboterachsen fixiert und es kann der Greifer über die jetzt differenziert genutzte Handflanschdrehachse (l-l) betätigt werden.

In dem in Fig.3 dargestellten Parallelgreifer bekannter Bauart wird die lagegeregelte Drehbewegung des Roboterhandflanschos 5 über ein am Abtriebszapfen 2 des Basisflansches 1 befestigtes Ritzel 21 auf zwei im Greifergrundyostell 19 axial geführte Zahnstangen 22 übertragen, an deren einem Ende je eine Greiferbacke 23 angeordnet ist. Durch die Programmsteuerung des Roboters kann der Greifer, innerhalb seines mechanisch begrenzten Arbeitsbereiches, jede vorprogrammierte Greiferstellung in der vom Arbeitszyklus geforderten Reihenfolge realisieren. Zum Manipulieren eines vom Greifer erfaßten Werkstückes durch den Roboter muß die Greiferendstellung durch Verriegelung des Anschlußflanschgehäuses 3 zum Basisflansch 1 fixiert werden. Dabei sollten die zum Erfassen und Halten unterschiedlicher Werkstückmessungen erforderlichen Winkelstellungen beider Flanschbauteile zueinander, in denen eine Verriegelung erfolgen muß, auf die Teilkreisteilung der Kegelflächensegmente 14 im Basisflansch 1 abgestimmt sein. Notwendige Zwischenstellungen des Greifers können durch federgespannte Greifbacken oder elastische Greifbeläge 24, bekannter Art, kompensiert werden. Der Rückzug der mit den Sperrbolzen 8 verbundenen Kolbenstangen 18 der Betätigungselemente 7 löst die Fixierung des Anschlußflanschgehäuses 3 zum Gehäuse 4 des Roboterhandflansches 5; gleichzeitig wird über die federgespannten Sperrbolzen 12 das Anschlußflanschgehäuse 3 zum Basisflansch wieder verriegelt, so daß der Greifer über die Achsen des Roboters in eine neue Arbeitsposition gefahren werden kann.

Claims (4)

1. Werkzeugträger mit differenzierbarer Rotationsachse für Roboterhandgelenke zur Positionierung und programmierbaren Betätigung von Roboterwerkzeugen, insbesondere Greifern, durch differenzierte Nutzung einer Roboterachse zur Erzeugung von zwei unabhängig voneinander lagegeregelten Drehbewegungen, deren Achsen sich nicht schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Roboterhandflansch (5) fest verbundener Basisflansch (1) mit einem Abtriebszapfen (2) versehen ist, zu dem ein durchdrehbar gelagertes Abtriebsflanschgehäuse (3) angeordnet ist, das über einen schaltbaren Kupplungsmechanismus wahlweise zur Fixierung der Arbeitsposition eines angeflanschten Werkzeuges und seiner programmierbaren Betätigung über die Handflanschdrehachse l-l des Roboters mit einem Gehäuse (4) des Roboterhandflansches (5) oder zur Positionierung des Werkzeuges zum Werkstück mit dem Basisflansch (1) verbunden ist.

2. Werkzeugträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schaltbare Kupplungsmechanismus aus mindestens drei im Anschlußflanschgehäuse (3) axial beweglich gelagerten und mitteis Druckfeder (11) vorgespannten Sperrbolzen (12) besteht, die mit einer kegligen Ansatzfläche (13) versehen sind und stirnseitig durch einen Ring (10) verbunden sind, wobei die Ansatzflächen (13) in ihrer Kegelgeometrie mit radial offenen Kegelflächensegmenten (14,15) übereinstimmen, die auf der Unterseite des Basisflansches (1) und der Innenseite des Anschlußflanschgehäuses (3) auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind, auf dem ebenfalls, jedoch auf der Außenseite des Anschlußflanschg<*häuses (3) angeordnete Kegelflächensegmente (16) liegen, die zur Aufnahme der kegligen Ansatzflächen (9) von vorzugsweise zwei, in einem fest mit dem Gehäuse (4) des Roboterhandflansches (5) verbundenen Haltering (6) axial beweglich gelagerten Sperrbolzen (8) vorgesehen sind, die zusätzlich an ihren Stirnflächen Druckstifte aufweisen, und deren Schaltbewegung durch ebenfalls am Haltering befestigte Betätigungselement (7). die mit den Sperrbolzen (8) verbunden sind, eingeleitet wird.

3. Werkzeugträger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial offenen Kegelflächensegmente (14,16) auf der Unterseite des Basisflansches (1) und auf der Außenseite des Anschlußflanschgehäuses in der Anzahl auf ihrem Teilkreis angeordnet sind, mit der die kleinste Teilkreisteilung verwirklicht wird.

4. Werkzeugträger nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die am Haltering (6) angeordneten Betätigungselemente (7) pneumatisch/hydraulisch beaufschlagte Arbeitszylinder oder elektrische Hubmagnete sind.