Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeugwechselsystem für Roboter.

Stand der Technik

Roboter können bei der Fertigung verschiedenster Güter eingesetzt werden und menschliche Arbeitskraft unterstützen oder ersetzen. Beispielsweise werden in der Automobilindustrie Roboter eingesetzt, um Fahrzeugkarosserien zu verschweißen und/oder zu lackieren. Roboter zeichnen sich dabei durch eine hohe Flexibilität aus und können häufig Arbeiten ausführen, die vor der Entwicklung dieser Roboter, welche auch als Industrieroboter bezeichnet werden, Menschen vorbehalten waren. Ein anderer Anwendungsbereich von Robotern sind beispielsweise medizinische Eingriffe, bei welchen durch die Roboter hochpräzise gearbeitet werden kann.

Ein Roboter weist beispielsweise eine Basis auf, mittels welcher der Roboter an einem Boden befestigt ist, und einen daran beweglich befestigten Tragarm. Die Basis kann beispielsweise auch an einer Zelle oder auf einem Podest befestigt sein. An dem T ragarm ist ein Werkzeug befestigt, mit welchem der Roboter jeweilige Arbeiten durchführt. Üblicherweise muss das Werkzeug je nach durchzuführender Arbeit oder Arbeitsschritt gewechselt werden. Dabei ist eine genaue und reproduzierbare Positionierung an dem Tragarm erforderlich, um bei den Roboterarbeiten eine ausreichende Präzision zu erreichen. Zudem sind geringe Rüst- und Einrichtungszeiten gewünscht, damit eine Fertigung nicht aufgrund unnötig langer Werkzeugwechselzeiten verzögert wird oder sogar unterbrochen werden muss. Diese Anforderungen können mit hohen Kosten verbunden sein, welche für den Einsatz von Robotern in bestimmten Fertigungen prohibitiv sein können.

In der WO 2020/249465 A1 ist ein Werkzeugwechselsystem für Roboter beschrieben. Darstellung der Erfindung

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Werkzeugwechselsystem für Roboter. Das Werkzeugwechselsystem kann dazu ausgebildet sein, Werkzeuge an dem Roboter auszutauschen. Der Roboter kann beispielsweise einen beweglichen Tragarm aufweisen, an dessen freien Ende unterschiedliche Werkzeuge befestigbar sind, beispielsweise durch ein Anflanschen an einem Flansch des Tragarms. Der Roboter kann beispielsweise als Industrieroboter und/oder Medizinroboter ausgebildet sein. Der Roboter kann mobil oder stationär sein. Beispiele für ein Werkzeug sind ein Greifer, eine Klebevorrichtung, ein Lackiergerät und ein Schweißgerät sein. Der Roboter kann beispielsweise als kollaborativer Roboter ausgebildet sein. Ein kollaborativer Roboter kann in einem Raum zusammen mit Menschen in dessen Arbeitsbereich arbeiten. Dafür kann ein kollaborativer Roboter besondere Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise Kraftlimitierungen im Kollisionsfall. Bei kollaborativen Robotern sollen, beispielsweise mit einem speziellen äußeren Design, scharfe Kanten und Ecken vermieden werden, um ein Verletzungspotenzial weiter zu reduzieren.

Das Werkzeugwechselsystem weist eine roboterseitige Verbindungsvorrichtung und eine werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung auf, welche dazu ausgebildet sind, lösbar miteinander verbunden zu werden. Das Werkzeugwechselsystem kann also zwischen einem getrennten Zustand, in welchem die beiden Verbindungsvorrichtungen nicht miteinander verbunden sind, und einem verbundenen Zustand, in welchem die beiden Verbindungsvorrichtung miteinander verbunden sind, verstellt werden. Die roboterseitige Verbindungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, an einem freien Ende des Tragarms des Roboters befestigt zu werden. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, daran ein Werkzeug zu befestigen. Die beiden Verbindungsvorrichtungen können eine Art Kupplung bilden, welche einen Austausch von Werkzeugen an dem Roboter, beispielsweise auch im Betrieb, ermöglichen kann. Das Werkzeugwechselsystem kann eine Vielzahl von werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtungen aufweisen, welche beispielsweise dauerhaft jeweils mit einem zugeordneten Werkzeug verbunden sind. Das Werkzeugwechselsystem kann für die Verwendung bei kollaborativen Robotern ausgebildet sein, beispielsweise durch ein spezielles äußeres Design. Das Werkzeugwechselsystem kann dafür ausgebildet sein, eine wiederholbare Positionierung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung zu ermöglichen. Nach einem Austausch eines Werkzeugs oder Lösen und erneuten Verbinden eines Werkzeugs kann so eine Zentrierung zum genauen Ausrichten unnötig sein. Dadurch kann ein weitestgehend unterbrechungsfreies Arbeiten, insbesondere ohne menschlichen Eingriff, durch den Roboter möglich sein.

Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung weist eine Justiervorrichtung auf. Die Justiervorrichtung ist dazu ausgebildet, eine Toleranz einer Ausrichtung der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung zu justieren. Dadurch kann ein Toleranzausgleich bei der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung vorgenommen werden. Beispielsweise können Fertigungsabweichungen bei der Herstellung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung dazu führen, dass jede werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung nach der Verbindung mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung leicht anders ausgerichtet ist. Durch die Justiervorrichtung kann dies wenigstens teilweise ausgeglichen werden. Dadurch kann das Werkzeugwechselsystem sehr kostengünstig und mit hohen Toleranzen gefertigt werden. Beispielsweise können viele Teile des Werkzeugwechselsystems mit einem generativen Fertigungsverfahren, beispielsweise einem Kunststoff-3D-Druck-Verfahren wie Fused Deposition Modeling, gefertigt werden, und trotzdem eine Ausrichtung mit einer Präzision im Bereich einer Wiederholgenauigkeit der Roboterbewegung erzielt werden. Sofern jeweilige Teile mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden, können jeweilige Layer und/oder Filamentbahnen an einer Kraftrichtung zum Halten der beiden Verbindungsvorrichtungen aneinander ausgerichtet angeordnet sein. Die roboterseitige Verbindungsvorrichtung kann dagegen frei von einer Justiervorrichtung sein. Dadurch kann die roboterseitige Verbindungsvorrichtung besonders robust und kostengünstig sein. Zudem kann eine roboterseitige Justiervorrichtung nach jedem Werkzeugwechsel ein erneutes Justieren erfordern, während eine gleichbleibende Kombination von roboterseitiger Verbindungsvorrichtung, werkzeugseitiger Verbindungsvorrichtung und Werkzeug nur einmalig vor einer ersten Benutzung werkzeugseitig justiert werden muss. Es ergibt sich ein Werkzeugwechselsystem, bei welchem jede werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung und damit das daran befestigte Werkzeug ausgerichtet werden kann. Nach einem einmaligen Justieren kann dann beispielsweise keine weitere Justage während der Lebenszeit des Werkzeugs und/oder bis das Werkzeug an der jeweiligen werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung getauscht wird mehr notwendig sein. Bei Wechsel des Werkzeugs bzw. der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an dem Roboter ist keine roboterseitige Justierung notwendig und, sofern bereits eine Justierung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung erfolgt ist, auch keine weitere werkzeugseitige Justierung. Die Justierung erfolgt beispielsweise im verbundenen Zustand.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Spiel zwischen der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung und der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung entlang einer Längsachse zu justieren, beispielsweise im verbundenen Zustand. Die Längsachse kann beispielsweise einer Transversalbewegung zum Verbinden der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung entsprechen. Das Werkzeugwechselsystem kann dazu ausgebildet sein, die beiden Verbindungsvorrichtung entlang einer Längsachse miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann ein Zapfenabschnitt der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung in einen Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung eingeführt werden, um den verbundenen Zustand herzustellen. Die Längsachse kann einer Haupterstreckungsachse des Zapfens und/oder der Einführachse entsprechen. Durch das Justieren des Spiels kann beispielsweise ein Anliegen einer Stirnseite der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung bewirkt werden. Dadurch kann im verbundenen Zustand eine unerwünschte Relativbewegung des Werkzeugs relativ zum Roboter verhindert werden, insbesondere entlang der Längsachse.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die Justiervorrichtung dazu ausgebildet ist, ein Verkippung der werkzeugseitigen Verbin- dungsvorrichtung relativ zu der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung um eine Querachse orthogonal zu der Längsachse zu justieren. Beispielsweise kann so das Werkzeug bezüglich der Längsachse ausgerichtet werden. Eine Längsachse des Werkzeugs kann so beispielsweise parallel oder koaxial zu einer Längsachse des Tragarms des Roboters ausgerichtet werden. Für den Ausgleich der Verkippung kann die Justiervorrichtung beispielsweise zwei voneinander unabhängige Verstellmöglichkeiten aufweisen.

Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung kann eine Justiervorrichtung aufweisen. Die Justiervorrichtung kann dazu ausgebildet sein, weitere Justiermöglichkeiten, insbesondere bezüglich einer Verkippung oder eines transversalen Spiels, zu justieren.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung einen Körper und ein Paar von an dem Körper gelagerten, insbesondere translatorisch geführt gelagerten, Aufnahmeelementen aufweist. Die beiden Aufnahmeelemente können als Gleichteile ausgebildet sein. Der Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Der Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweisen. Der Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, einen Teilabschnitt der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung aufzunehmen. Die Aufnahmeelemente können beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Die Aufnahmeelemente können dazu ausgebildet sein, dass Teile der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung damit eingreifen, insbesondere formschlüssig. Die beiden Aufnahmeelemente können symmetrisch an dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung angeordnet sein. Die Aufnahmeelemente können beispielsweise gegenüberliegend neben einem Aufnahmeraum des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung angeordnet sein, wobei der Aufnahmeraum des Körpers zur Aufnahme eines Teilabschnitts der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung ausgebildet ist. Eine Position der Aufnahmeelemente an dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann jeweils verstellbar sein, um die Toleranz der Ausrichtung der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung zu justieren. Dadurch kann beispielsweise das Spiel entlang der Längsachse und/oder die Verkippung justiert werden. Beispielsweise können die Aufnahmeelemente beim Justieren unabhängig voneinander innerhalb des Körpers der translatorisch parallel zu der Längsachse verschoben werden. Die Aufnahmeelemente sind in deren eingestellter Position beispielsweise fixiert. Beispielweise können die Aufnahmeelemente mittels einer zugeordneten Schraube an dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung befestigt sein, wobei deren Position durch Drehen der Schraube translatorisch verstellbar ist. Die Justierbarkeit kann beispielsweise ermöglicht werden, indem eine Befestigungsposition der Aufnahmeelemente entlang der Längsachse verstellbar ist.

Die roboterseitige Verbindungsvorrichtung kann einen Körper und ein Paar von an dem Körper zwischen einer Eingriffsposition und einer Freigabeposition verschwenk- bar gehaltenen Eingriffselementen aufweisen. Die beiden Eingriffselemente können als Gleichteile ausgebildet sind. Der Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens. Der Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung kann beispielsweise eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweisen. Der Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, in einen Teilabschnitt der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung eingeführt zu werden, insbesondere in den Aufnahmeraum des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung. Die Eingriffselemente können beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.

Die Eingriffselemente können in deren Eingriffsposition im verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung jeweils mit einem zugeordneten der Aufnahmeelemente eingreifen, um die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung zu arretieren. Dadurch kann ein Lösen der beiden Verbindungsvorrichtungen voneinan- der blockiert werden, beispielsweise durch einen Formschluss. Die beiden Verbindungsvorrichtungen können so aneinander fixiert und positioniert werden, insbesondere wiederholbar mit einer durch die Justierung eingestellten Ausrichtung. Zum Trennen der beiden Verbindungsvorrichtung müssen die beiden Eingriffselemente beispielsweise in deren Freigabeposition verstellt werden. In der Freigabeposition greifen die Eingriffselemente jeweils nicht mit den Aufnahmeelementen ein, auch wenn die beiden Verbindungsvorrichtungen wie in dem verbundenen Zustand aneinander positioniert sind.

Der Eingriff von den Eingriffselementen mit den Aufnahmeelementen kann selbsthemmend sein. Durch die Selbsthemmung wird ein unerwünschtes Verstellen der Eingriffselemente vermieden, insbesondere in deren Freigabezustand, wenn die beiden Verbindungsvorrichtungen bereits miteinander verbunden sind. Der Eingriff von den Eingriffselementen mit den Aufnahmeelementen kann alternativ oder zusätzlich zentrierend sein. Dadurch wird eine gewünschte Ausrichtung durch den Eingriff bedingt oder zumindest gefördert. Der Eingriff von den Eingriffselementen mit den Aufnahmeelementen kann alternativ oder zusätzlich unter einer trennenden Last selbstverstärkend sein. Dadurch wird eine Trennung der beiden Verbindungsvorrichtung auch bei Arbeiten mit großen Kräften zuverlässig vermieden. Beispielsweise ist das Werkzeugwechselsystem so ausgebildet, dass eine in eine Trennrichtung der beiden Verbindungsvorrichtungen voneinander wirkende Kraft die in deren Eingriffsposition befindlichen Eingriffselemente stärker in Richtung des jeweils zugeordneten Aufnahmeelements drückt.

Die Eingriffselemente können zu deren Eingriffsposition vorgespannt sein. Beim Verbinden können die Eingriffselemente zunächst selbsttätig in deren Freigabeposition gedrückt werden, beispielsweise indem der Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung die Eingriffselemente in deren Freigabeposition drückt, insbesondere mit einer eine Aufnahmeöffnung des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung begrenzende Wandung. Bei einer relativen Positionierung der beiden Verbindungsvorrichtungen, welcher dem verbundenen Zustand entspricht, können sich die Eingriffselemente selbsttätig in deren Eingriffsposition verstellen oder bereits verstellt haben und so die beiden Verbindungsvorrichtungen aneinander arretieren. Dadurch wird das Verbinden vereinfacht. Zudem kann so eine verbundene Position ohne Arretierung vermieden werden, wodurch ein unerwünschtes Lösen das Werkzeugs zuverlässig vermieden werden kann. Beispielsweise sind die Eingriffselemente jeweils mittels einer an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung gehaltenen Feder zu deren Eingriffsposition vorgespannt. Die Feder kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet und mittels eines generativen Fertigungsverfahrens hergestellt sein. Jeweilige Federn können aber auch aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein. Die Feder kann integral zu dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung oder zu dem jeweiligen Eingriffselement sein. Eine solche Bauweise wird durch eine generative Fertigung einfach ermöglicht. Die Teilezahl kann so gering und eine Montage des Werkzeugwechselsystems besonders einfach sein. Alternativ kann jede Feder ein separates Bauteil sein. Dadurch wird eine Wartung vereinfacht. Beispielsweise kann jede Feder als in einem generativen Fertigungsprozess hergestellte Spiralfeder ausgebildet sein. Jede Feder kann als Gleichteil ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die Eingriffselemente transversal verschiebbar an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung verschwenkbar gelagert sind. Durch ein Verschwenken können die Eingriffselemente beispielsweise zwischen deren Eingriffsposition und deren Freigabeposition verstellt werden. Eine transversale Verschiebbarkeit kann beispielsweise dadurch bereitgestellt werden, dass die Eingriffselemente an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung jeweils mittels eines Stifts gehalten sind, welcher sich durch ein Langloch der Eingriffselemente erstreckt. Dadurch kann eine Doppelpassung durch Justieren der Aufnahmeelemente vermieden werden.

Die Eingriffselemente im Eingriff können sich zur Arretierung jeweils mit einem ersten Endbereich an dem zugeordneten Aufnahmeelement abstützen und jeweils mit einem gegenüberliegenden zweiten Endbereich an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung abstützen. Ein solches Abstützen kann durch die transversale Verschiebbarkeit erleichtert oder erst ermöglicht werden. Die transversale Verschiebbarkeit kann beispielsweise entlang einer Haupterstreckung der beiden Eingriffselemente gegeben sein. Dafür kann sich das Langloch bei jedem Eingriffselemente entlang der Haupterstreckung der Eingriffselemente erstrecken. Das Langloch kann benachbart zu dem zweiten Endbereich angeordnet sein. Die Verschiebbarkeit kann beispielsweise quer, insbesondere orthogonal, zu einer Schwenkachse sein. Eine Verschiebungsachse der Eingriffselemente kann zu deren derzeitigen Schwenkposition korrespondieren.

Durch das Abstützen werden die an der Arretierung beteiligten Teile im Wesentlichen nur auf Druck belastet. Eine solche Belastung ist besonders kunststoffgerecht. Dadurch kann das Werkzeugwechselsystem auch hohe Lasten aufnehmen und/oder viele oder alle Teile aus Kunststoff gebildet sein. Es erfolgt beispielsweise keine Abstützung einer Haltekraft an einer Schwenklagerung der Eingriffselemente an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung. Dadurch können diese Lagerungen klein und für geringe Lasten ausgebildet sein. Beispielsweise können die Eingriffselemente jeweils an einem zu dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung integralen Kunststoffstift gehalten sein.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass der erste Endbereich der beiden Eingriffselemente gerundet ausgebildet ist. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Endbereich der beiden Eingriffselemente gerundet ausgebildet sein. Durch die Rundungen kann sich eine gleichmäßige Abstützung weitestgehend unabhängig von einem Schwenkwinkel ergeben. Scharfkantige Bereiche, welche zu Verformungen anderer Teile führen können, werden vermieden. Auch ein unerwünschtes Klemmen beim Verschwenken der Eingriffselemente kann so verhindert werden. Die Rundung kann beispielsweise einen Radius aufweisen, der im Wesentlichen einem Abstand zu einem Mittelpunkt eines gegenüberliegenden gerundeten Endbereichs entspricht.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die beiden Eingriffselemente jeweils ein Langloch aufweisen, mit dem die Eingriffselemente an dem Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung gehalten sind. Das Langloch kann sich mit seiner Haupterstreckungsrichtung zwischen dem ersten Endbereich und dem zweiten Endbereich erstrecken. Entsprechend kann sich das Eingriffselement leicht so verschieben, dass sich beide Endbereich im Eingriff befinden. In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass der Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung einen Einführabschnitt aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, in einen korrespondierenden Aufnahmebereich des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung eingeführt zu werden. Der Einführabschnitt kann beispielsweise zapfenförmig ausgebildet sein, wie bereits beschrieben. Der Aufnahmebereich des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann als Ausnehmung ausgebildet sein, insbesondere als zapfenförmige Ausnehmung. Die Ausnehmung kann wenigstens an einer der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung zugewandten Seite nach außen offen sein. So können sich die beiden Verbindungsvorrichtungen im verbundenen Zustand gut aneinander abstützen. Der zweite Endbereich der beiden Eingriffselemente kann sich jeweils innenseitig an einem im verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung zugewandten Ende des Einführabschnitts abstützen, wodurch die Eingriffselemente an dem Einführabschnitt gelagert sein können. Der Einführabschnitt kann teilweise hohl ausgebildet sein. Der Einführabschnitt kann jeweilige Öffnungen aufweisen, an welchen die Eingriffselemente aus dem Einführabschnitt herausragen können. Die Eingriffselemente können wenigstens mit dem zweiten Endbereich in dem Einführabschnitt angeordnet sein. Im verbundenen Zustand bzw. in deren Eingriffsposition kann der erste Endbereich jeweils von dem Einführabschnitt vorstehen. In der Freigabeposition kann beispielsweise auch der erste Endbereich innerhalb des Einführabschnitts angeordnet sein und somit nicht mehr von dem Einführabschnitt vorstehen. Beispielsweise kann eine Innenwand, an welcher sich die beiden Eingriffselemente mit deren zweiten Endbereich abstützen, korrespondierend zu den beiden zweiten Endbereichen gerundet ausgebildet sein. Dadurch kann eine gleichmäßige Krafteinleitung erreicht und eine Verformung, insbesondere wenn der Einführabschnitt aus Kunststoff gebildet ist, vermieden werden.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung ein Paar von beweglich an der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung gelagerten Schieberelementen aufweist. Die beiden Schieberelemente können als Gleichteile ausgebildet sein. Durch die Betätigung der Schieberelemente kann im verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung beispielsweise jeweils ein zugeordnetes der beiden Eingriffselemente aus der Eingriffsposition in die Freigabeposition verschwenkt werden. Dadurch ist eine einfache Trennung der beiden Verbindungsvorrichtungen möglich.

Die Schieberelemente können beispielsweise transversal beweglich an dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung und/oder an einem zugeordneten Aufnahmeelement gelagert sein. Dazu können die Schieberelemente in einer Durchgangsöffnung des zugeordneten Aufnahmeelements angeordnet sein. Die Schieberelemente können von außenseitig der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung betätigbar sein. Die Schieberelemente können dabei so angeordnet sein, dass diese nur durch ein anderes Element, insbesondere die im Folgenden noch beschriebene Halterung, betätigbar sind. Dagegen kann ein versehentliches Betätigen mit der Hand unmöglich sein. Ein Betätigungsbereich steht beispielsweise nicht von dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung vor. Der Betätigungsbereich der Schieberelemente kann beispielsweise höchstens bündig mit einer Außenwand des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann der Betätigungsbereich so in einer Nut des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung angeordnet sein, dass diese nicht mit einer Hand eines Erwachsenen und/oder durch ein Anstoßen mit einer ebenen Fläche versehentlich betätigbar ist. Dadurch, dass die Schieberelemente von außen zugänglich sind, kann auch von außen deren Position erkennbar sein. Dadurch kann im verbundenen Zustand erkannt werden, ob sich die Eingriffselemente in deren Eingriffsposition befinden. So kann einfach überprüft werden, ob in dem verbundenen Zustand die beiden Verbindungsvorrichtungen korrekt aneinander arretiert sind. Dadurch kann eine Justierung der beiden Aufnahmeelemente vermieden werden, bei welcher die Eingriffselemente nicht mehr in Eingriff gelangen können.

Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, dass die Betätigung selbsttätig rein mechanisch beim Einlagern zum Trennen der beiden Verbindungsvorrichtungen erfolgt. Das Einlagern kann ein Anordnen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an einer Halterung und/oder in einem Magazin sein. Der Roboter kann also die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung an einen Aufbewahrungsort bringen, wodurch die beiden Verbindungsvorrichtungen automatisch getrennt werden. Die rein mechanische Trennung ist besonders robust und kostengünstig. Die selbsttätige Trennung erfordert beispielsweise keine zusätzlichen Aktuatoren, Sensoren und/oder Steuervorrichtungen neben solchen, welche der Roboter für seine Arbeiten bereits aufweist.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass das Werkzeugwechselsystem eine Haltevorrichtung für die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung aufweist. An der Haltevorrichtung kann die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung gehalten werden, wenn diese nicht mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung verbunden ist. Die Haltevorrichtung kann pro werkzeugseitiger Verbindungsvorrichtung ein Halteelement, insbesondere in Form eines Bügelelements aufweisen. Die Haltevorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung horizontal oder vertikal zu halten. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung vertikal montiert werden und somit die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung vertikal einzulagern. Durch eine vertikale Einlagerung kann verhindert werden, dass jeweilige Werkzeuge in einen angrenzenden Arbeitsraum des Roboters hineinragen. Beispielsweise kann die Haltevorrichtung horizontal montiert werden und somit die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung horizontal einlagern. Die Haltevorrichtung kann hierfür beispielsweise dazu ausgebildet sein, formschlüssig mit einer freigestellten werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung einzugreifen. Die Haltevorrichtung kann dazu ausgebildet sein, die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung gemeinsam mit einem daran befestigten Werkzeug zu halten.

Der Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung kann ein Paar von außenseitigen Nuten aufweisen, welche für einen Eingriff der Haltevorrichtung zum Halten der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung ausgebildet sind. Die Nuten können beispielsweise ein Verkippen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung während der Einlagerung verhindern. Dies hilft bei einer Einlagerung mit einem exzentrischen Schwerpunkt, beispielsweise aufgrund eines relativ zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung unsymmetrischen und/oder nicht zentral angeordneten Werkzeugs. Die Nuten können zudem, wie oben beschrieben, die Schieberelemente vor einer versehentlichen Betätigung schützen. Beispielsweise können die Schieberelemente im unbetätigten Zustand in der Nut angeordnet sein. Durch das Eingreifen der Haltevorrichtung in die Nuten, beispielsweise durch Einschieben in das Bügelelement, können die Schieberelemente betätigt und somit die Eingriffselemente in deren Freigabeposition verschwenkt werden. Die Nuten können korrespondierend zu dem Bügelelement ausgebildet sein. Das Paar von Nuten kann als eine einzige umlaufende Nut gebildet sein, wobei dann beispielsweise jeweils ein Teilbereich einer Bügelseite und/oder einem Schieberelement zugeordnet ist. Durch bezüglich deren Eingriffsposition vorgespannte Eingriffselemente kann beim Abziehen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung mit der daran wie im verbundenen Zustand positionierten roboterseitige Verbindungsvorrichtung automatisch der Eingriff zur Arretierung der beiden Verbindungsvorrichtungen hergestellt werden. Durch bezüglich deren Eingriffsposition vorgespannte Eingriffselemente können die Schieberelemente beispielsweise selbsttätig in eine unbetätigte Position zurückgedrückt werden.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass ein Anordnen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an der Haltevorrichtung, insbesondere ein translatorisches Einführen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung in die Haltevorrichtung durch den Roboter, ein Betätigen der Schieberelemente bewirkt. Dadurch kann die Arretierung der beiden Verbindungsvorrichtung aneinander beim Einlagern automatisch gelöst werden, sodass der Roboter die roboterseitige Verbindungsvorrichtung von der an der Haltevorrichtung gehaltenen werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung ohne weitere Schritte durch beispielsweise translatorisches Wegbewegen trennen kann. Umgekehrt können durch ein Abziehen der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung von der Haltevorrichtung selbsttätig die beiden Verbindungsvorrichtungen aneinander arretiert werden, sodass ein Werkzeug ohne zusätzliche Schritte zum Arretieren der beiden Verbindungsvorrichtungen aneinander entnommen und eingesetzt werden kann. Die Schieberelemente können im unbetätigten Zustand in jeweils eine der beiden Nuten vorstehen und die Haltevorrichtung beim Eingriff mit der Nut die Schieberelemente gegen das jeweils zugeordnete Eingriffselement drücken. In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die roboterseitige Verbindungsvorrichtung ein modular austauschbares Durchführungsmodul aufweist. Zudem kann die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung ein dazu korrespondierendes modular austauschbares Durchführungsmodul aufweisen. Das roboterseitige Durchführungsmodul kann dazu ausgebildet sein, in den Körper der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung eingesteckt zu werden, insbesondere lösbar und/oder ohne Arretierung. Das werkzeugseitige Durchführungsmodul kann dazu ausgebildet sein, in den Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung eingesteckt zu werden, insbesondere lösbar und/oder ohne Arretierung. Dadurch ist kein außenseitiges Anschrauben solcher Durchführungsmodule erforderlich. So stehen die Durchführungsmodule nicht oder nur kaum von den jeweiligen Körpern der Verbindungsvorrichtungen vor, was den Einsatz bei kollaborativen Robotern erleichtert und einen Platzbedarf verringert. Zudem kann ein Wechsel so besonders schnell und einfach sein. Das Werkzeugwechselsystem kann auch eine Mehrzahl an Paaren von austauschbaren Durchführungsmodulen aufweisen, welche je nach Werkzeug und/oder Anforderungen eingesetzt werden. Im verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung kann das Werkzeug über die Durchführungsmodule versorgbar sein, insbesondere mit Luftdruck, Energie, einem Signal und/oder Fluid. Die Durchführungsmodule können beispielsweise dazu ausgebildet sein, eine fluidische, pneumatische und/oder elektrische Verbindung zwischen dem Roboter und dem Werkzeug bereitstellen. Zudem können auch jeweilige Steuersignale an das Werkzeug über die Durchführungsmodule übertragbar sein. Die Durchführungsmodule der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung und die Durchführungsmodule der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung können als Gleichteile ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellkosten besonders gering sein. Die Durchführungsmodule können einen Befestigungsabschnitt aufweisen, welcher dazu ausgebildet ist, in den jeweiligen Körper eingesteckt zu werden. Die Durchführungsmodule können einen Verbindungsabschnitt aufweisen, an welchem eine Übertragung von dem roboterseitigen Durchführungsmodul zu dem werkzeugseitigen Durchführungsmodul erfolgen kann. Der Verbindungsabschnitt kann stirnseitig angeordnet sein. Die Verbindungsabschnitte können im verbundenen Zustand der beiden Verbindungsvorrichtungen miteinander kontaktiert sein, insbesondere luftdicht und/oder fluiddicht. Der Verbindungsabschnitt kann im verbundenen Zustand innerhalb zwischen den Körpern der beiden Verbindungsabschnitte angeordnet sein. Dadurch sind die Verbindungsabschnitte innenliegend angeordnet und/oder von außen nicht zugänglich. So kann eine Manipulation der Verbindung verhindert und jeweilige unerwünschte Kontakte mit Menschen im Arbeitsbereich des Roboters vermieden werden. Die Durchführungsmodule können einen Kopplungsabschnitt aufweisen, an welchem jeweilige Versorgungsleitungen anschließbar sind. Beispielsweise kann jeder Kopplungsabschnitt einen Anschluss für Druckluft, Flüssigkeiten und/oder eine elektrische Leitung aufweisen. Der Kopplungsabschnitt kann außenseitig von dem jeweiligen Körper bei daran eingestecktem Durchführungsmodul abstehen. Der Kopplungsabschnitt kann gerundet und/oder bezüglich der Längsachse um wenigstens 60°, insbesondere wenigstens 45° geneigt sein. Dies kann den Einsatz bei kollaborativen Robotern erleichtern. Die Durchführungsmodule können beispielsweise durch Verbinden der Verbindungsvorrichtung mit dem Roboter bzw. dem Werkzeug an dem Körper der jeweiligen Verbindungsvorrichtung arretiert sein. Das Wechseln der Durchführungsmodule ist dann blockiert. Durch Trennen der jeweiligen Verbindungsvorrichtung von dem Roboter bzw. dem Werkzeug kann diese Blockierung aufgehoben und ein Auswechseln ermöglicht werden.

In einer Ausführungsform des Werkzeugwechselsystems ist es vorgesehen, dass die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung ein Adaptermodul aufweist. Das Adaptermodul kann dazu ausgebildet sein, die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung an unterschiedlichen Werkzeugen zu befestigen. Das Adaptermodul kann beispielsweise als eine runde Platte ausgebildet sein. Das Adaptermodul kann in seinem Durchmesser und/oder seiner Grundform an den Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung angepasst sein. Beispielsweise steht das Adaptermodul nicht von dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung orthogonal zur Längsachse vor. Das Adaptermodul kann an einem im verbundenen Zustand der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung abgewandten Endbereich mit dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung verbunden sein. Das Adaptermodul kann beispielsweise an einer im verbundenen Zustand der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung abgewandten Stirnseite des Körpers der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung befestigt sein. Das Adaptermodul kann beispielsweise aus Kunststoff gebildet sein, insbesondere mittels eines generativen Fertigungsverfahrens.

Das Adaptermodul kann zwei sich kreuzende Langlöcher für die Befestigung an unterschiedlichen Werkzeugen aufweisen. So wird eine besonders universelle Anbindungsmöglichkeit für unterschiedliche Werkzeuge mit unterschiedlicher Befestigungsstruktur gebildet. Dadurch können beispielsweise Werkzeuge von unterschiedlichen Herstellern und/oder Werkzeuge mit ungenormten Anflanschmöglichkeiten angebracht werden. Beispielsweise können Anflanschmöglichkeiten mit einem beliebigen Lochkreis bis 55 mm durch das Adaptermodul verbunden werden, ohne dass das Adaptermodul modifiziert werden muss. Sofern eine Anpassung erforderlich ist, kann das Adaptermodul aber einfach ausgetauscht werden und es ist kein Ersetzen der gesamten werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung notwendig. Beispielsweise ist das Adaptermodul mit einer einfachen Verschraubung an dem Körper der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung lösbar befestigt. Das Adaptermodul kann aufgrund der besonderen Bauweise des Werkzeugwechselsystem mit einem generativen Fertigungsverfahren hergestellt werden, insbesondere da ein Toleranzausgleich bei der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung möglich ist. Somit kann innerhalb kürzester Zeit ein entsprechendes Adaptermodul kostengünstig zur Verfügung gestellt werden.

Ein weiterer Aspekt betrifft ein Robotersystem mit einem Roboter, einem Werkzeug und einem Werkzeugwechselsystem gemäß dem ersten Aspekt. Das Werkzeug ist lösbar mittels des Werkzeugwechselsystem an dem Roboter gehalten. Das Robotersystem kann auch mehrere werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung mit jeweils einem daran gehaltenen Werkzeug aufweisen. Entsprechende Merkmale und Vorteile des ersten Aspekts bilden auch Merkmale und Vorteile des weiteren Aspekts und umgekehrt.

Kurze Beschreibung der Figuren Fig. 1 veranschaulicht schematisch in einer Explosionsansicht ein Werkzeugwechselsystem für einen Roboter, welches eine roboterseitige Verbindungsvorrichtung, eine werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung und eine Haltevorrichtung aufweist.

Fig. 2 veranschaulicht schematisch in einer Perspektivansicht eine Anordnung der beiden Verbindungsvorrichtungen an der Haltevorrichtung, wobei diese horizontal ausgerichtet ist.

Fig. 3 veranschaulicht schematisch in einer Perspektivansicht eine Anordnung der beiden Verbindungsvorrichtungen an der Haltevorrichtung, wobei diese vertikal ausgerichtet ist.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch in einer Perspektivansicht einen verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung.

Fig. 5 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer ersten Seitenansicht.

Fig. 6 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer zweiten Seitenansicht.

Fig. 7 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer Draufsicht.

Fig. 8 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht von oben.

Fig. 9 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht von unten. Fig. 10 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer sche- matischen Schnittansicht.

Fig. 1 1 veranschaulicht die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung in einer ersten Seitenansicht.

Fig. 12 veranschaulicht die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung in einer zweiten Seitenansicht.

Fig. 13 veranschaulicht die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung in einer Draufsicht.

Fig. 14 veranschaulicht die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht von oben.

Fig. 15 veranschaulicht die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung in einer schematischen Perspektivansicht von unten.

Fig. 16 veranschaulicht die roboterseitige Verbindungsvorrichtung in einer sche- matischen Schnittansicht.

Fig. 17-20 veranschaulichen schematisch in Schnittansichten ein Verbinden der beiden Verbindungsvorrichtungen miteinander und deren Lösen voneinander.

Detaillierte Beschreibung von Ausführunqsformen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Explosionsansicht eines Werkzeugwechselsystems 10 für einen Roboter. Das Werkzeugwechselsystem 10 weist eine roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 und eine werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 auf, welche lösbar miteinander verbindbar sind. Außerdem weist das Werkzeugwechselsystem 10 eine Haltevorrichtung 16 auf, welche in der gezeigten Ausführungsform durch ein Bügelelement 18 gebildet ist. Die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 weist einen Körper 20 auf, welcher durch zwei Halbschalen 22 und ein Hülsenelement 32 gebildet ist. Die beiden Halbschalen 22 sind als Gleichteile ausgebildet. Die beiden Halbschalen 22 bilden einen Innenraum aus, in welchem ein Paar von Eingriffselementen 24 verschwenkbar an dem Körper 20 gehalten wenigstens teilweise aufgenommen werden. Zudem werden in dem Innenraum zwei Spiralfedern 26 aufgenommen, welche jeweils ein zugeordnetes der Eingriffselemente 24 nach außen und damit in dessen Eingriffsposition drücken. Die beiden Spiralfedern 26 sind als Gleichteile ausgebildet. Die beiden Halbschalen 22 werden durch drei Schrauben 28 und drei Muttern 30 miteinander verbunden. Die Schrauben 28 und die Muttern 30 sind dabei in einer Ausnehmung eingelassen, sodass diese nicht von dem Körper 20 vorstehen. Die beiden miteinander verbundenen Halbschalen 22 bilden einen zapfenförmigen Einführabschnitt 34 aus, welcher in eine korrespondierende Ausnehmung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 einsteckbar ist. Der Einführabschnitt 34 ist besonders gut in Fig. 9 zu erkennen. Der Einführabschnitt 34 zentriert die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12.

Das Hülsenelement 32 weist eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf. Mittig weist das Hülsenelement 32 eine Durchgangsöffnung 42 auf, durch welche im montierten Zustand die beiden Halbschalen 22 gesteckt sind. Die Halbschalen 22 liegen dabei an einem Anschlag des Hülsenelements 32 unterseitig auf, welcher in die Durchgangsöffnung 42 vorsteht. An einer im am Roboter befestigten Zustand dem Roboter zugewandten Oberseite des Hülsenelements 32 stehen die beiden Halbschalen 22 leicht vor, um die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 an dem Roboter zu zentrieren. Die Oberseite weist in Fig. 1 in der gezeigten Ansicht nach oben. Diese Zentrierung ist besonders gut in Fig. 2 zu erkennen.

Weiterhin weist das Hülsenelement 32 einen in Richtung des Roboters vorstehenden Rand 36 auf. Der Rand kann den Innenraum des Körpers 20 vor Verschmutzungen schützen und dazu beispielsweise einen Tragarm des Roboters bei daran befestigter roboterseitiger Verbindungsvorrichtung wenigstens teilweise umgreifen. Das Hülsenelement 32 ist dazu ausgebildet, an dem Roboter befestigt zu werden. Zu diesem Zweck weist das Hülsenelement 32 in der gezeigten Ausführungsform vier Bohrungen 38 auf, mittels welchen die roboterseitige Verbindungsvorrichtung an dem Roboter angeschraubt werden kann. Je nach Roboter kann das Hülsenelement 32 für die Befestigung auch anders ausgebildet werden. Aufgrund einer modularen Bauweise der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 kann das Hülsenelement 32 ausgetauscht werden, während weiter die anderen Teile in unveränderter Form genutzt werden können.

Zudem weist die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 ein Paar von modular austauschbaren Durchführungsmodulen 40 auf. Die Durchführungsmodule 40 der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 werden zu deren Befestigung von oben in das Hülsenelement 32 eingesteckt, wobei ein schwalbenschwanzförmiger Befestigungsbereich in eine korrespondierende Ausnehmung an dem Hülsenelement 32 eingefädelt wird. Die Durchführungsmodulen 40 liegen dabei an einem Anschlag des Hülsenelements 32 unterseitig auf, welcher in die korrespondierende Ausnehmung vorsteht.

Das Lösen der Durchführungsmodule 40 und der beiden Halbschalen 22 von dem Hülsenelement 32 wird im montierten Zustand blockiert, wenn die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 an dem Roboter befestigt ist. Der dann oberseitig angeordnete Tragarm des Roboters verhindert so ein Abziehen dieser Teile von dem Hülsenelement 32, sodass keine weitere Arretierung notwendig ist. Der Tragarm kann einen Flansch aufweisen. Nach Lösen der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 können so die beiden miteinander verbundenen Halbschalen 22, die Durchführungsmodule 40 und das Hülsenelement 32 bedarfsgerecht werkzeugfrei getauscht werden.

Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 weist einen Körper 60 auf, welcher durch ein im Wesentlichen zylindrisches Körperelement 62 und ein plattenförmiges Deckelelement 64 gebildet ist. Das Deckelelement 64 ist oberseitig an dem Körperelement 62 im montierten Zustand mittels vier Schrauben 66 und vier Muttern 100 befestigt. Die Schrauben 66 werden mit den in einem Adaptermodul 100 angeordneten Muttern 100 verschraubt und sind in dem Deckelelement 64 so versenkt, dass diese nicht von dem Körper 60 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 vorstehen. Das Deckelement 64 und das Körperelement 62 bilden zusammen einen Aufnahmebereich 68 in Form einer Ausnehmung für den Einführabschnitt 34. In der Ausnehmung sind zudem ein Paar von translatorisch geführt gelagerten Aufnahmeelementen 70 aufgenommen. Die Aufnahmeelemente 70 sind mittels jeweils einer zugeordneten Schraube 74 und einer dazu korrespondierenden Mutter 76 translatorisch beweglich gelagert. Die Muttern 76 sind dazu in einer Ausnehmung in einem dem Roboter abgewandten Endbereich der Aufnahmeelemente 70 angeordnet. Außerdem sind ein Paar von beweglich an der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 gelagerten Schieberelementen 72 vorgesehen, welche im montierten Zustand zwischen dem Deckelelement 64 und dem Körperelement 62 angeordnet sind. Ein Teilabschnitt der Schieberelemente 72 ragt dabei durch korrespondierende Durchgangsöffnungen der Aufnahmeelemente 70 hindurch in den Aufnahmebereich 68 hinein. Das Deckelement 64 verhindert, dass die Aufnahmeelemente 70 und die Schieberelemente 72 von dem Körperelement 62 abfallen können. Das Körperelement 62 verhindert ein seitliches Herausfallen nach außen und das Deckelelement 64 ein seitliches Herausfallen nach innen. Das Körperelement 62 gibt zudem Endlagen der Schieberelemente 72 vor.

Zudem weist die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 das plattenförmige Adaptermodul 78 auf. Das Adaptermodul 78 ist ebenfalls mittels den Schrauben 66 und den Muttern 100 an dem Körperelement 62 befestigt. Die Muttern 100 sind dabei so in einer Ausnehmung an dem Adaptermodul 78 angeordnet, dass diese nicht von der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 vorstehen. Das Deckelelement 64, das Körperelement 62 und das Adaptermodul werden durch wechselseitige Vorsprünge und Ausnehmungen aneinander beim Befestigen mit den Schrauben 66 und den Muttern 100 zentriert. Das Adaptermodul 78 ist unterseitig an einer dem Werkzeug zugewandten Seite und dem Roboter abgewandten Seite des Körpers 60 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 angeordnet. Das Adaptermodul 78 ist dazu ausgebildet, die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 an unterschiedlichen Werkzeugen zu befestigen. Zu diesem Zweck weist das Adaptermodul 78 zwei sich kreuzende Langlöcher 80 für die Befestigung von unterschiedlichen Werkzeugen an der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 auf. Diese sind besonders gut in Fig. 3 und Fig. 15 zu erkennen. Zudem weist die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 ebenfalls ein Paar von modular austauschbaren Durchführungsmodulen 82 auf, welche korrespondierend zu den Durchführungsmodulen 40 der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 ausgebildet sind. Im verbundenen Zustand der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 mit der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 ist das Werkzeug über die Durchführungsmodule 40, 82 versorgbar. Beispielsweise können die Durchführungsmodule 40, 82 das Werkzeug mit Luftdruck, Energie und/oder Fluid versorgen. Zudem können die Durchführungsmodule 40, 82 alternativ oder zusätzlich jeweilige Steuersignale und/oder Messsignale als Signale übertragen. Dafür können die Durchführungsmodule 40, 82 eine hydraulische, elektrische und/oder fluidische Verbindung herstellen. Die Durchführungsmodule 82 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 und die Durchführungsmodule 40 der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 können, wie gezeigt, als Gleichteile ausgebildet sein, wodurch das Werkzeugwechselsystem 10 besonders kostengünstig sein kann.

Die Durchführungsmodule 82 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 werden zu deren Befestigung von oben in das Körperelement 62 eingesteckt, wobei ein schwalbenschwanzförmiger Befestigungsbereich in eine korrespondierende Ausnehmung an dem Körperelement 62 eingefädelt wird. Die Durchführungsmodulen 82 liegen dabei an einem Anschlag des Körperelements 62 unterseitig auf, welcher in die korrespondierende Ausnehmung vorsteht. Das Lösen der Durchführungsmodule 82 von dem Körperelement 62 wird durch das befestigte Deckelement 64 blockiert.

Die Durchführungsmodule 40, die Halbschalen 22, die Eingriffselemente 24, die Spiralfedern 26, das Hülsenelement 32, das Körperelement 62, das Deckelelement 64, die Aufnahmeelemente 70, die Schieberelemente 72, das Adaptermodul 78 und die Durchführungsmodule 82 sind mittels einem generativen Fertigungsverfahren aus einem Kunststoff hergestellt worden. Ebenso ist das Bügelelement 16 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens aus Kunststoff hergestellt worden. Die Schrauben 28, 66, 74 und die Muttern 30, 70, 76 sind genormte metallische Standardteile. Die Durchführungsmodule 40, 82 können zusätzliche Teile aufweisen, wie beispielsweise Dichtungen. Die generativ hergestellten Kunststoffteile weisen keine Gewinde auf. Statt- dessen sind alle Schrauben mittels Muttern gehalten, wodurch das Werkzeugwechselsystem 10 besonders robust und verschleißresistent ist. Alle generativ hergestellten Kunststoffteile sind frei von Hinterschneidungen und deshalb leicht entformbar. In einer alternativen Ausführungsform sind die Kunststoffteile mittels einem Spritzgussverfahren hergestellt. Dadurch kann das Werkzeugwechselsystem 10 bei großen Stückzahlen besonders kostengünstig hergestellt werden.

Die Fig. 10 zeigt einen in Fig. 7 eingezeichneten Schnitt der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12. Gut zu erkennen ist, wie die Eingriffselemente 24 mittels der Spiralfedern 26 nach außen gedrückt werden. Jedes Eingriffselement 24 weist ein Langloch 84 auf, welches sich mit seiner Langseiten entlang einer Haupterstreckungsrichtung des Eingriffselements 24 erstreckt. Die Haupterstreckungsrichtung ist in Fig. 10 durch Pfeile 86 veranschaulicht. Der Stift, mittels welchem die Eingriffselemente 24 an der Halbschale 22 gehalten sind und welcher jeweils integral mit einer der Halbschalen 22 ausgebildet ist, weist dagegen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Entsprechend können sich die Eingriffselemente 24 entlang deren Haupterstreckungsrichtung transversal bewegen.

Die Fig. 16 zeigt einen in Fig. 13 eingezeichneten Schnitt der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14. Gut zu erkennen ist, dass die Aufnahmeelemente 70 entlang einer Längsachse translatorisch verschiebbar in dem Körper 60 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 aufgenommen sind. Durch Drehen an jeder Schraube 74 können die Aufnahmeelemente 70 unabhängig voneinander nach oben oder unten in der Bildebene von Fig. 16 geschoben werden. Die Längsachse ist in Fig. 16 durch Pfeil 88 veranschaulicht. Die Längsachse entspricht einer transversalen Einführbewegung und einer transversalen Trennbewegung beim Verbinden bzw. Trennen der beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 miteinander. Die Längsachse entspricht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zudem einer Längserstreckung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14, wozu diese symmetrisch ist. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 ist damit dazu ausgebildet, eine Toleranz einer Ausrichtung der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 zu justieren. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 12 ist dazu ausgebildet, ein Spiel zwischen der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 und der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 entlang der Längsachse zu justieren. Dafür werden beide Aufnahmeelemente 70 gleichmäßig verstellt, beispielsweise bis eine zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 im verbundenen Zustand weisende Stirnfläche der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 spielfrei gegen die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 gedrückt wird. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 ist zudem dazu ausgebildet, ein Verkippung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 relativ zu der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 um eine Querachse orthogonal zu der Längsachse zu justieren. In Fig. 16 erstreckt sich die Querachse in die Bildebene hinein und hinaus und schneidet die Längsachse. Entsprechend kann eine Verkippung durch Drehen nach links und nach rechts in der Bildebene ausgeglichen werden. Dafür wird beispielsweise nur eines der beiden Aufnahmeelemente 70 verstellt, beispielsweise bis die zu der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 im verbundenen Zustand weisende Stirnfläche der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 gleichmäßig an der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 anliegt.

Weiterhin ist beispielsweise in Fig. 4, Fig. 1 1 und in Fig. 16 zu erkennen, dass der Körper 60 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 ein Paar von außenseitigen Nuten 90 aufweist. In die Nuten 90 kann jeweils ein Schenkel des Bügelelements 18 der Haltevorrichtung formschlüssig eingreifen, um die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 daran zu halten. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 kann so an der Haltevorrichtung 16 nicht kippen. Bei einer vertikalen Halterung, wie in Fig. 3 gezeigt, liegt die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 in Richtung der Schwerkraft auf einem Endanschlagsbereich des Bügelelements 18 auf, wodurch die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 auch in einer solchen Orientierung sicher eingelagert werden kann. Fig. 2 zeigt eine alternative horizontale Halterung. In jeder Nut 90 ist jeweils eines der beiden Schieberelemente 72 für eine Betätigung durch das Bügelelement 18 beim Einlagern der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 zugänglich. Dadurch wird eine Arretierung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 automatisch beim Einlagern an der Haltevorrichtung 16 gelöst. Die Schieberelemente 72 enden in deren unbetätigter Stellung, wie in Fig. 16 gezeigt, bündig mit einer Außenseite des Körpers 60 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14. Dadurch ist eine visuelle Kontrolle möglich, dass eine Arretierung der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 erfolgreich war, ohne dass die Schieberelemente scharfkantige Außenkanten bilden und leicht versehentlich betätigt werden können.

In Fig. 17 ist in einer schematischen Schnittansicht das Werkzeugwechselsystem 10 im verbundenen Zustand gezeigt. Die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 ist mit deren Einführabschnitt 34 in den Aufnahmebereich 68 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 eingeführt. Beim Einführen werden die Eingriffselemente 24 durch die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 nach innen in deren Freigabeposition gedrückt. Bei Erreichen der eingeführten Stellung werden die Eingriffselemente 24 durch die Spiralfedern 26 nach außen in deren Eingriffsposition gedrückt. In der Eingriffsposition greifen die Eingriffselemente 24 im verbundenen Zustand jeweils mit einem zugeordneten der Aufnahmeelementen 70 ein, um die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 an der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 zu arretieren. Die Arretierung ist dabei selbsthemmend ausgebildet. Beim Auseinanderziehen der beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 werden die Eingriffselemente 24 stärker an den Aufnahmeelementen 70 geklemmt.

Im Eingriff stützen sich die Eingriffselemente 24 bei der Arretierung jeweils mit einem ersten Endbereich 92 an dem zugeordneten Aufnahmeelement 70 ab. Der erste Endbereich 92 jedes Eingriffselements 24 ist gerundet, um eine gleichmäßige Abstützung zu ermöglichen. Zudem wird dadurch ein Verkanten an dem Aufnahmeelement 70 zuverlässig verhindert. Ein gegenüberliegender zweiter Endbereich 94 jedes Eingriffselements 24 stützt sich an dem Körper 20 der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 ab. Diese Abstützung wird durch das jeweilige Langloch 84 ermöglicht, wodurch sich die Eingriffselemente 24 entlang deren Haupterstreckungsrichtung 86 in gleichzeitige Anlage mit beiden Endbereichen 92, 94 bewegen können. Der zweite Endbereich 94 ist jeweils gerundet ausgebildet, um eine gleichmäßige Druckverteilung zu ermöglichen und ein Verkanten zu verhindern. Die zweiten Endbereiche 94 stützen sich an einer korrespondierend gerundet geformten Innenwand der Halbschalen 22 ab, welche an einem dem werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 zugewandten Ende des Körpers 20 der roboterseitigen Verbindungsvorrichtung 12 angeordnet ist. In Fig. 17 ist zu erkennen, wie durch ein Verschieben der Aufnahmeelemente 70 mittels der Schrauben 74 der Eingriff zwischen den Aufnahmeelementen 70 und den Eingriffselementen 24 justierbar ist. Dadurch ist die Justierung einer relativen Ausrichtung der beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 im verbundenen Zustand möglich.

Fig. 18 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen Zustand, bei welchem der Eingriff zwischen den Eingriffselementen 24 und den Aufnahmeelementen 70 aufgehoben und damit die Arretierung gelöst ist. Dazu wurde die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 mit deren Nuten 90 auf das Bügelelemente 18 aufgeschoben. Ein vorderer Teilabschnitt jedes Schenkels des Bügelelements 18 bildet zunächst eine Führung für das Aufschieben der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14. Eine gerundete Mündung des Bügelelements 18 erleichtert dabei ein Aufschieben. Ein hinterer Teilabschnitt jedes Schenkels des Bügelelements 18 steht weiter nach innen in Richtung der aufgeschobenen werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 vor. Dadurch drückt das Bügelelement 18 auf die Schieberelemente 72 und bewegt diese damit nach innen. Damit werden auch die Eingriffselemente 24 aus dem Eingriff mit den Aufnahmeelementen 70 rein mechanisch in deren Freigabeposition gedrückt.

Fig. 19 zeigt in einer schematischen Schnittansicht, wie die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 nun mit deren Einführabschnitt 34 aus dem Aufnahmebereich 68 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 entlang der Längsachse gezogen werden kann. Fig. 20 zeigt in einer schematischen Schnittansicht wie die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 von der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 gelöst ist, wobei die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 hier noch nicht ganz mit deren Einführabschnitt 34 aus dem Aufnahmebereich 68 herausgezogen ist. Eine vollständige Trennung erfolgt, indem die roboterseitige Verbindungsvorrichtung 12 weiter entlang der Längsachse transversal von der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 weggezogen wird, bis deren Einführabschnitt 34 aus dem Aufnahmebereich 68 der werkzeugseitigen Verbindungsvorrichtung 14 vollständig herausgezogen ist. Die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 bleibt dabei an der Haltevorrichtung 16 gehalten. Eine Verbindung ist durch eine umgekehrte Bewegungsreihenfolge möglich. Der Einführabschnitt 34 wird in den Aufnahmebereich 68 eingeführt. Die Eingriffselemente 24 werden durch die den Aufnahmebereich 68 begrenzenden Wandungen aufgrund deren dazu schräger Ausrichtung gegen die Spiralfedern 26 in deren Freigabeposition gedrückt. Sobald der Einführabschnitt 34 vollständig in den Aufnahmebereich 68 eingeführt wurde, können die beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 gemeinsam von dem Roboter von der Haltevorrichtung 16 abgezogen werden. Das Abziehen erfolgt dabei quer zur Längsachse und damit auch zur Einführbewegung des Einführabschnitts 34 in den Aufnahmebereich 68. Sobald dabei die werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung 14 den vorderen Teilabschnitt jedes Schenkels des Bügelelements 18 erreicht, werden die Schieberelemente 72 nicht mehr durch das Bügelelement 18 betätigt. Entsprechend werden die Eingriffselemente 24 mittels der Spiralfedern selbsttätig in deren Eingriffsposition und damit in Eingriff mit den Aufnahmeelementen 70 gedrückt. Die beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 sind damit wieder aneinander arretiert und das so gehaltene Werkzeug kann durch den Roboter genutzt werden.

Die Durchführungsmodule 40, 82 weisen jeweils mehrere Kopplungsabschnitte 98 auf, an welchen jeweilige Versorgungsleitungen anschließbar sind. Die Kopplungsabschnitte 98 stehen von den Körpern 20, 60 der beiden Verbindungsvorrichtungen 12, 14 vor. Die Kopplungsabschnitte 98 sind zylindrisch ausgebildet, um scharfe Kanten und Ecken zu vermeiden. Mit deren Haupterstreckung sind die Kopplungsabschnitte 98 gegenüber der Längsachse um mindestens 35° und maximal 60° geneigt, beispielsweise wie gezeigt 45°, um zusätzlich eine weitestgehend glatte Oberfläche zu bilden, welche Verletzungen bei Zusammenstößen mit Menschen bei einem kollaborativen Einsatz vermeiden kann.

Bezuqszeichen

10 Werkzeugwechselsystem

12 roboterseitige Verbindungsvorrichtung

14 werkzeugseitige Verbindungsvorrichtung

16 Haltevorrichtung

18 Bügelelement

20 roboterseitiger Körper

22 Halbschalen

24 Eingriffselemente

26 Spiralfedern

28 Schrauben

30 Muttern

32 Hülsenelement

34 Einführabschnitt

36 nach oben vorstehender Rand

38 Bohrungen

40 Durchführungsmodule

42 Durchgangsöffnung

60 werkzeugseitiger Körper

62 Körperelement

64 Deckelelement

66 Schrauben

68 Aufnahmebereich

70 Aufnahmeelemente

72 Schieberelemente

74 Schrauben

76 Muttern

78 Adaptermodul

80 Langlöcher

82 Durchführungsmodule

84 Langloch

86 Haupterstreckungsrichtung / Pfeil Längsachse I Pfeil Nuten erster Endbereich zweiter Endbereich Kopplungsabschnitte Muttern