DE3731884A1

DE3731884A1 - Gripper-changing device

Info

Publication number: DE3731884A1
Application number: DE19873731884
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Mertens
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-06
Filing date: 1987-09-23
Publication date: 1988-05-19

Abstract

The subject of the application is a gripper-changing device for the gripping arms of an industrial robot, said device being particularly compact and efficient and the closure mechanism being constructed such that the upper, arm-side adaptor and the lower, gripper-side adaptor are clamped against one another via a conical piston rod. The conical piston rod of the closure mechanism is arranged to be displaceable perpendicularly to the main Z-axis of the robot and on actuation of the closure mechanism moves into a correspondingly conical bore in the coupling bolt of the lower part.

Description

Die Neuerung bezieht sich auf ein Greiferwechselsystem mit einem oberen Adapter, der am Roboter befestigt wird und mehreren unteren Adaptern für die zu wechselnden Greifer und Werkzeuge.The innovation relates to a gripper change system with one upper adapter, which is attached to the robot and several lower ones Adapters for the grippers and tools to be changed.

Die Fähigkeit, eine Vielzahl von Werkzeugen benutzen zu können, ist auch heute noch eine Domaine menschlicher Handhabungsfähig keit. Um den Einsatz von Industrierobotern auch für häufig wechselnde Aufgaben zu ermöglichen, ist es oftmals notwendig, die Arbeit auf mehrere Handhabungsgeräte zu verteilen. So ergibt sich die Situation, daß in einer Fertigungszelle sehr viel Kapital gebunden ist und zusätzlich noch ein Koordinations- und Platz problem auftritt. Wechselt man Greifer manuell entsprechend einem Zeitplan, so ergeben sich daraus nicht nur sicherheitstechnische Probleme sondern auch hohe Stillstandszeiten.The ability to use a variety of tools is still a domain of human handling today speed. To the use of industrial robots also for frequent To enable changing tasks, it is often necessary to Distribute work across multiple handling devices. So it turns out the situation that a lot of capital in a manufacturing cell is bound and additionally a coordination and place problem occurs. If you change the gripper manually according to one Timetable, it does not only result from security-related Problems but also long downtimes.

Obwohl Werkzeugwechselvorrichtungen, wie beispielsweise aus der GB-PS 1 42 049 bekannt, an computergesteuerten Werkzeugmaschinen schon seit geraumer Zeit Stand der Technik sind, ergeben sich bei den Greiferwechselvorrichtungen einige nicht zu unterschätzende Probleme und Unterschiede. Aus Schnittstellengründen kann eine rotatorische Kopplung nahezu ausgeschlossen werden, so daß die Greiferaufnahme nur unter Zuhilfenahme von linearen Schließ mechanismen erfolgt.Although tool changing devices, such as from the GB-PS 1 42 049 known, on computer-controlled machine tools have been state of the art for quite some time the gripper changing devices some not to be underestimated Problems and differences. For interface reasons, a rotary coupling are almost excluded, so that the Gripper holder only with the help of linear locking mechanisms take place.

Bereits entwickelte Greiferwechselvorrichtungen unterliegen der Restriktion, auf bestimmte Einsatzgebiete beschränkt zu sein, so daß Greiferwechselvorrichtungen für den Schwerlastbereich aufgrund ihrer physikalischen Dimensionen nicht in der Elektromontage eingesetzt werden können. Des weiteren basieren diese Systeme auf komplizierten Schließmechanismen, die mechanisch, wie z B. P 30 11 002.2, oder elektromagnetisch ausgebildet sind. Besonders Systeme mit elektromagnetischem Schließmechanismus sind in ihren Einsatzbereichen stark eingeschränkt, weil sie bei der Handhabung ferromagnetischer Stoffe und magnetfeldempfindlicher Teile nicht einsetzbar sind.Gripper changing devices already developed are subject to the Restriction to be limited to certain areas of application, see above that gripper changing devices for the heavy duty area due their physical dimensions not in electrical assembly can be used. Furthermore, these systems are based on complicated locking mechanisms that are mechanical, such as P 30 11 002.2, or are electromagnetic. Especially Systems with an electromagnetic locking mechanism are in their Areas of use severely restricted because of their handling ferromagnetic substances and parts sensitive to magnetic fields are not can be used.

Ein erfindungsgemäßes Greiferwechselsystem zeichnet sich dadurch aus, daß sein geringes Gewicht, die kompakte Bauweise und die hohe Leistungsfähigkeit im Bezug auf die maximale Belastbarkeit in axialer Richtung den Einsatz für fast alle Roboterkategorien er möglicht.A gripper changing system according to the invention is characterized by this from that its light weight, compact design and high Performance in terms of maximum resilience in axial direction use for almost all robot categories possible.

Ein solches System wird nachfolgend beschrieben und an hand der Zeichnungen 1-3 dargestelltSuch a system is described and referred to below represented by the drawings 1-3

Zeichnung 1 stellt schematisch das komplette Greiferwechselsystem mit Fixierplatte und Vakuumgreifer dar. Drawing 1 shows schematically the complete gripper changing system with fixing plate and vacuum gripper.

Zeichnung 2 stellt den oberen Adapter im Detail dar. Drawing 2 shows the upper adapter in detail.

Zeichnung 3 stellt den unteren Adapter im Detail dar. Drawing 3 shows the lower adapter in detail.

Durch den Koppelvorgang der beiden Adapter (1, 3) werden elektrische Verbindungskanäle (5), pneumatische und Vakuumanschlüsse (7) bereitgestellt, so daß größtmögliche Flexibilität auch für den Einsatz intelligenter Sensorik gewähr leistet ist.The coupling process of the two adapters ( 1, 3 ) provides electrical connecting channels ( 5 ), pneumatic and vacuum connections ( 7 ), so that the greatest possible flexibility is also guaranteed for the use of intelligent sensors.

Der Verschließmechanismus (2) erzeugt eine Vorspannung in axialer Richtung, so daß ein spielfreier Sitz beider Adapter zueinander gewährleistet ist. Der Vorteil einer solchen Vorspannung liegt darin, daß selbst außergewöhnlichen Präzisionsanforderungen Genüge getragen wird.The locking mechanism ( 2 ) generates a preload in the axial direction, so that a play-free fit of the two adapters to one another is ensured. The advantage of such a preload is that even extraordinary precision requirements are met.

Functional description

Der Roboterarm mit dem oberen Adapter (1) bewegt sich im Eilgang in negative Z-Richtung, bis sich die Indexstifte (12) des oberen Adapters (1) wenige Millimeter über dem unteren Adapter (3) be finden. Im Lastgang (langsamste Bewegung) wird nun die Bewegung in Z-Richtung weitergeführt, bis der Verschlußmechanismus (2) akti viert werden kann. Nach erfolgreicher Greiferaufnahme fährt der Roboter seinen Arm in linearer Bewegung aus einem Magazin heraus und beginnt mit seiner eigentlichen Tätigkeit.The robot arm with the upper adapter ( 1 ) moves in rapid traverse in the negative Z direction until the index pins ( 12 ) of the upper adapter ( 1 ) are a few millimeters above the lower adapter ( 3 ). In the load gear (slowest movement), the movement in the Z direction is now continued until the locking mechanism ( 2 ) can be activated. After the gripper has been successfully picked up, the robot moves its arm out of a magazine in a linear movement and begins its actual work.

Die im Adapteroberteil (1) angebrachten stark konischen Index stifte (12) gewährleisten nicht nur, daß selbst bei signifikanter Positionsabweichung Über- und Unterteil zueinander zentriert werden, sondern nehmen auch alle tangentialen Kräfte und Momente auf, um sicherzustellen, daß der Schließmechanismus (2) nur mit axialen Kräften beaufschlagt wird. Die fluidischen Kupplungen (7), wie auch die elektrischen Schnittstellen (5) sind so konzipiert, daß deren Kopplung erst dann erfolgt, wenn über die Indexstifte (12) eine zentrische und positionsgenaue Ausrichtung der beiden Adapter (1, 3) zueinander erzielt wurde. Die Fixierplatte (8) stellt die Verbindung zwischen Greifer (6) und unterem Adapter (3) her. Sie ist so gefertigt, daß sie aufgrund ihrer besonderen geometrischen Form, selbst zentrierend im Greifermagazin "geparkt" werden kann.The strongly conical index pins ( 12 ) in the adapter upper part ( 1 ) not only ensure that the upper and lower part are centered with each other, even when there is a significant positional deviation, but also absorb all tangential forces and moments to ensure that the locking mechanism ( 2 ) only axial forces are applied. The fluidic couplings ( 7 ), as well as the electrical interfaces ( 5 ), are designed so that they are only coupled when a central and precise alignment of the two adapters ( 1, 3 ) to one another has been achieved via the index pins ( 12 ). The fixing plate ( 8 ) establishes the connection between the gripper ( 6 ) and the lower adapter ( 3 ). It is manufactured in such a way that it can be "parked" in the gripper magazine itself due to its special geometric shape.

Der Kolben (9) mit seiner konisch ausgebildeten Kolbenstange ist druckbetrieben und fährt bei Aktivierung des Druckluftanschlusses (14) in Richtung der Adaptermitte und stößt bei erfolgreichem Kopplungsvorgang durch die konische Bohrung (10) im Kopplungs bolzen (11) des unteren Adapters (3). Da sowohl die Bohrung (10) im Kopplungsbolzen (11) wie auch die Kolbenstange (9) konisch ausgebildet sind, erfolgt auch bei nicht vollständig zusammen geführten Adaptern ein Ausgleich der durch die Ungenauigkeit des Handhabungsgerätes bedingten Fügetoleranz bezogen auf die Anlage fläche der Adapter. Die Fertigungstoleranz des Bohrungsmitten abstandes zur Bezugsfläche des unteren Adapters (3) ist so gewählt, daß ein Mittenversatz in axialer Richtung bezogen auf die Kolbenlaufmittellinie gewährleistet ist, so daß der Kopplungs bolzen (11) des unteren Adapters (3) nach abgeschlossenem Kopplungsvorgang in axialer Richtung verspannt wird, dadurch wird ein spielfreier Sitz der beiden Adapter zueinander erreicht.The piston ( 9 ) with its conical piston rod is pressure-operated and moves when the compressed air connection ( 14 ) is activated towards the center of the adapter and, if the coupling process is successful, it pushes through the conical bore ( 10 ) in the coupling bolt ( 11 ) of the lower adapter ( 3 ). Since both the bore ( 10 ) in the coupling bolt ( 11 ) and the piston rod ( 9 ) are conical, even if the adapters are not fully merged, the joint tolerance due to the inaccuracy of the handling device is compensated for the system area of the adapter. The manufacturing tolerance of the hole center distance to the reference surface of the lower adapter ( 3 ) is chosen so that a center offset in the axial direction is guaranteed based on the piston center line, so that the coupling bolt ( 11 ) of the lower adapter ( 3 ) after the coupling process in the axial direction is tensioned, this ensures that the two adapters fit together without play.

Der Konuswinkel der Kolbenstange (9) und der Bohrung (10) im Kopplungsbolzen (11) sorgt für einen reibungsbedingten Selbstschluß auch bei plötzlichem oder schleichendem Energiever lust, so daß in einer solchen Situation weder Werkzeug noch Werk stück beschädigt werden.The cone angle of the piston rod ( 9 ) and the bore ( 10 ) in the coupling bolt ( 11 ) ensures friction-related self-closing even with sudden or creeping energy loss, so that neither tool nor workpiece are damaged in such a situation.

Des weiteren entspricht das hier beschriebene Greiferwechselsystem folgenden Ansprüchen:Furthermore, the gripper changing system described here corresponds following claims:

1. The locking mechanism ( 2 ) is stiff and almost free of play.
2. The changing device is able to radial and tang tial forces that z. B. when using a compressed air blow screwdriver revealed.
3. The gripper changing device includes fluidic connection options ( 7 ) to operate both pressure-operated and vacuum-operated grippers.
4. Despite the fluidic connections ( 7 ) and their hoses, the full rotation and mobility of the robot arm is retained.
5. When using intelligent grippers, the gripper changing device described here offers an electronic interface ( 5 ).
6. Shape and dimensions of the gripper changing device are so kept compact that functional restrictions, especially when reaching into containers or wire boxes, avoided will.
7. The coupling process is absolutely reliable, so always it is guaranteed that the robot remains fully functional.

Aufgrund der oben beschriebenen Fähigkeiten bietet dieses Greifer wechselsystem sehr universelle und flexible Einsatzmöglichkeiten, die es dem Anwender ermöglichen, sich auf den Einsatz eines Systems zu beschränken.Due to the abilities described above, this gripper offers change system very universal and flexible application possibilities, which enable the user to rely on the use of a Restrict system.

Claims

1. Gripper changing device for the gripper arms of an industrial robot with an upper, arm-side adapter ( 1 ) and with lower, gripper-side adapters ( 3 ) for automatically changing grippers or tools ( 6 ), with corresponding couplings on the upper and lower adapters for transmitting signals and / or power energies are arranged, characterized in that for bracing the two adapters ( 1, 3 ) to one another a conical piston rod ( 9 ) of the locking mechanism ( 2 ) is arranged at right angles to the main Z-axis of the handling device, and the lower, gripper-side adapter ( 3 ) has a coupling bolt ( 11 ) which has an accordingly conical bore ( 10 ) for receiving the piston rod ( 9 ).

2. Gripper changing device according to claim 1, characterized in that the cone of the piston rod ( 9 ) of the locking mechanism ( 2 ) and the cone of the bore ( 10 ) in the coupling bolt ( 11 ) have a cone angle, which also with sudden or gradual energy loss on the pressure side the locking mechanism ( 2 ) is self-locking via friction locking.

3. Gripper changing device according to one of claims 1 or 2, characterized in that on the upper, arm-side adapter ( 1 ) two index pins ( 12 ) are arranged axially parallel and in the lower, gripper-side adapter corresponding to two receiving bores ( 13 ).

4. gripper changing device according to claim 3, characterized in that the two index pins ( 12 ) on the lower, gripper-side adapter ( 3 ) facing side are conical, and the bores ( 13 ) in the lower, gripper-side adapter ( 3 ) for receiving the Index pins ( 12 ) are chamfered.