BR102013028345A2

BR102013028345A2 - Industrial robot having electronic drive devices distributed in the robot structure

Info

Publication number: BR102013028345A2
Application number: BR102013028345-2A
Authority: BR
Inventors: Alotto Giorgio
Original assignee: Comau S.P.A.
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2017-12-19
Also published as: JP6108167B2; BR102013028345B1; JP2014061586A; US20140081453A1; KR20140038329A; EP2711142B1; EP2711142A1; KR101858273B1; US9138894B2; CN103770108A

Abstract

robô industrial tendo dispositivos de acionamento eletrônicos distribuídos na estrutura do robô em um robô industrial, os dispositivos de acionamento eletrônico (d1-d6) para a alimentação elétrica e controle de motores elétricos (m1-m6) do robô são distribuídos sobre a estrutura do robô, sendo cada um adjacente ao respectivo motor elétrico (m1-m6). os dispositivos de acionamento eletrônico (d1-d6) estão ligados em série uns aos outros e a uma unidade central de processamento (5). nesta ligação em série, uma linha ethernet (e) é incluída para a comunicação dos dispositivos de acionamento eletrônicos (d1-d6), com a unidade central de processamento (5). graças a essa conexão em série, o feixe do robô é drasticamente simplificado e as operações para a sua substituição são, consequentemente, mais fáceis e rápidas. a estrutura das ligações entre o robô e a unidade de controle também é muito simplificada. a invenção é aplicável aos robôs equipados com motores elétricos convencionais, graças ao fato de que cada dispositivo de acionamento eletrônico (d1- d6) é montado sobre o corpo do respectivo motor elétrico (m1-m6) com a interposição de uma placa adaptadora (a) que também ajuda a dissipar o calor gerado pelo motor elétrico, a fim de reduzir o "estrangulamento" de torque do motor, devido a um superaquecimento.

Description

"ROBÔ INDUSTRIAL TENDO DISPOSITIVOS DE ACIONAMENTO ELETRÔNICOS DISTRIBUÍDOS NA ESTRUTURA DO ROBÔ" [0001] A presente invenção refere-se a um robô industrial do tipo que compreende: uma estrutura de robô, e meios eletrônicos para controlar a estrutura do robô, em que a estrutura do robô compreende: uma pluralidade de elementos de robôs móveis uns em relação aos outros, e uma pluralidade de meios de acionamento, cada um para acionar o movimento de um respectivo elemento de robô, em que cada um dos referidos meios de acionamento associados com um respectivo elemento de robô que compreende pelo menos um motor elétrico de acionamento, em que os referidos meios eletrônicos compreendem: uma unidade central de controle eletrônico, localizada numa posição afastada da estrutura do robô, e uma pluralidade de dispositivos eletrônicos de acionamento, cada um para o fornecimento de energia e de controle do motor elétrico associado a um respectivo elemento de robô, os referidos dispositivos eletrônicos de acionamento ligados à referida unidade central de controle eletrônico, e em que os referidos dispositivos eletrônicos de acionamento estão distribuídos sobre a estrutura do robô, cada um em adjacência ao respectivo motor elétrico.

[0002] Os robôs industriais que têm as características descritas acima são, por exemplo, ilustrados nos documentos: EP 0 728 559 Bl e US 6, 731,091 B2 .

[0003] Em um sistema de controle do robô do tipo convencional, o quadro de comando está localizado em uma posição distante da estrutura do robô e inclui tanto a unidade de controle central, que é projetada para receber instruções do programa do usuário e para gerar as trajetórias de movimento que devem ser implementadas pelos motores do robô, e os dispositivos de acionamento eletrônico dos vários motores de robôs que recebem instruções de movimento a partir da unidade central, e transformá-los em sinais de corrente elétrica a serem enviados para os motores de robôs para garantir a execução do programa do usuário.

[0004] Nos documentos acima identificados, de fato, já foi proposto distribuir os dispositivos de acionamento eletrônico acima referidos na estrutura do robô, cada um adjacente ao respectivo motor elétrico. No entanto, as soluções deste tipo que foram fornecidas até agora mostram que não ocorreu nenhum entendimento, nem mesmo uma vaga ideia de todas as possibilidades que são oferecidas por uma arquitetura de controle com dispositivos de acionamento eletrônico distribuídos na estrutura do robô.

[0005] Deve ainda ser considerado que um problema muito presente na área de robôs industriais é o do grau de complexidade do feixe de fios do robô, o que implica uma considerável perda de tempo, tanto no momento da instalação inicial do robô, bem como cada vez que o feixe de fios do robô tem que ser substituído. As deformações de flexão e torção a que os cabos estão sujeitos durante o movimento dos elementos do robô, de fato, impõe uma vida útil relativamente curta para o próprio feixe, com a consequente necessidade de substituição.

[0006] Uma simplificação do feixe de fios do robô resolvería simultaneamente o problema da baixa durabilidade (desde que um feixe simplificado pode ser mais facilmente posicionado dentro do robô de forma que minimize as deformações), bem como o problema da complexidade e do comprimento das operações de substituição do feixe.

[0007] A partir do estado da técnica indicado anteriormente, o problema subjacente à invenção é, portanto, o de obter vantagem sobre uma arquitetura de controle de dispositivos de acionamento eletrônico distribuídos sobre a estrutura do robô, a fim de simplificar drasticamente o feixe de fios do robô, de modo a aumentar a durabilidade do feixe e simplificar as operações de substituição.

[0008] Em vista de alcançar este objetivo, a invenção refere-se a um robô industrial com todas as características que foram indicadas no início da presente descrição e ainda caracterizado pelo fato de que: a referida unidade central de controle eletrônico é unicamente ligada ao primeiro dos dispositivos eletrônicos de acionamento acima referido distribuído sobre a estrutura do robô, os outros dispositivos de acionamento eletrônico a ser ligados em série com o referido primeiro dispositivo de transmissão eletrônico, cada dispositivo de acionamento eletrônico encontra-se rigidamente ligado ao corpo do respectivo motor elétrico, com a interposição de uma placa adaptadora, uma unidade de conector está montada na parte superior de cada dispositivo de acionamento eletrônico, a referida unidade que inclui um primeiro conector elétrico e um segundo conector elétrico, para proporcionar a dita conexão em série de cada dispositivo de acionamento eletrônico entre a unidade central de controle eletrônico e os outros dispositivos eletrônicos de acionamento, os referidos conectores elétricos, incluindo elementos de conexão com uma linha Ethernet que conecta os referidos dispositivos eletrônicos de acionamento em conjunto com a dita unidade de controle central.

Graças às características acima mencionadas, o fgeixe de fios do robô, o feixe de fios de conexão entre o quadro de comando e a estrutura do robô, e os conectores elétricos dispostos na base da estrutura do robô para a conexão com o quadro de comando são todos simplificados drasticamente. Em particular, em qualquer parte da estrutura do robô, a fiação inclui apenas as conexões necessárias entre dois dispositivos de acionamento eletrônico sucessivos, neste caso especifico, uma linha elétrica de fornecimento de energia, uma linha para sinais de controle e uma linha de comunicação Ethernet. Isto representa uma simplificação drástica em comparação com as soluções conhecidas, em que todos os dispositivos eletrônicos são ligados em paralelo com a unidade de controle central, de modo que os cabos de entrada na estrutura do robô compreendem um certo número de cabos que é um múltiplo daquele que no caso da presente invenção. A linha de Ethernet é, de preferência, uma linha EtherCat em tempo real ou Powerlink Ethernet, ou semelhantes.

[0009] Além disso, a disposição da placa adaptadora entre cada dispositivo de acionamento eletrônico e o corpo do motor elétrico ao qual está ligado, permite a utilização de motores elétricos convencionais. A placa adaptadora pode ser um elemento separado em relação ao corpo do dispositivo de acionamento, ou pode ser uma parte integrada dentro dele. A placa adaptadora é disposta com uma ou mais passagens para as conexões entre o dispositivo de acionamento eletrônico e o motor. Contribui também para a dissipação de parte do calor gerado pelo motor, reduzindo, assim, o "estrangulamento" de torque do próprio motor, devido a um sobreaquecimento.

[0010] A provisão de uma linha Ethernet garante a eficácia de comunicação de cada dispositivo de acionamento eletrônico e da unidade de controle central, apesar da ligação em série mencionada acima.

[0011] De acordo com uma outra característica preferida, uma camada de material de isolamento térmico pode ser interposta entre a placa adaptadora e o corpo do motor elétrico, a fim de reduzir ainda mais o "estrangulamento" de torque do motor, devido a um sobreaquecimento.

[0012] Características e vantagens adicionais da presente invenção serão evidentes a partir da descrição a seguir com referência aos desenhos anexos, fornecidos puramente a titulo de exemplo não limitativo, em que: [0013] A figura 1 é uma vista em perspectiva esquemática de um exemplo de uma concretização do robô de acordo com a invenção;

[0014] A figura 2 é um diagrama que ilustra a ligação entre os dispositivos eletrônicos de acionamento associados com os motores elétricos do robô;

[0015] A figura 3 é uma vista em perspectiva em escala ampliada de um dos motores elétricos do robô com a unidade acima que inclui a placa adaptadora, o dispositivo de transmissão eletrônica e a unidade de conector;

[0016] A figura 4 é uma vista em perspectiva, numa escala ampliada apenas da unidade de conector; e [0017] As figuras 5, 6 são duas vistas em perspectiva da placa adaptadora.

[0018] Com referência à figura 1, a referência 1 designa geralmente um robô industrial, incluindo uma estrutura de robô 2 de qualquer tipo conhecido, e um quadro de comando 3 localizado numa posição afastada da estrutura do robô 2 e ligado ao mesmo por meio de um ou mais cabos de ligação 4. A estrutura de robô 2 é tipicamente a de um robô manipulador com seis eixos, com uma base 201, uma torre 202 pode rodar em torno de um eixo vertical I sobre a base 201, um braço 203 articuladamente montado na torre 202 sobre um eixo horizontal II, outro braço 204 articuladamente montado no braço 203 em torno de um eixo III paralelo ao eixo II, e uma estrutura de punho de robô 205, que está montada de modo rotativo sobre o eixo IV do braço 204 e sobre mais dois eixos mutuamente ortogonais V e VI. 0 movimento dos elementos de robô acima referidos sobre os seis eixos I, II, III, IV, V e VI é controlado por respectivos motores elétricos de acionamento Ml, M2, M3, M4, M5 e M6 associados com a estrutura de robô.

[0019] O robô de acordo com a invenção é do tipo em que os dispositivos eletrônicos de acionamento associados com os diversos motores elétricos M1-M6 são distribuídos sobre a estrutura do robô e são, cada um montado diretamente sobre o corpo do respectivo motor elétrico. Todos os dispositivos eletrônicos de acionamento são, então, ligados a uma unidade central de processamento eletrônica (CPU) 5, disposta no gabinete 3.

[0020] Como pode ser visto na figura 2, os dispositivos eletrônicos de acionamento associados aos motores Ml, M2, ..., M6 são respectivamente designados por Dl, D2, ... D6. Os vários dispositivos eletrônicos de acionamento D1-D6 estão conectados entre si e com a unidade de processamento central 5 em série. Portanto, cada um dos dispositivos eletrônicos de acionamento D1-D6 é fornecido com uma unidade de conector incluindo um primeiro conector XI e um segundo conector X2. A unidade de processamento central 5 está ligada, através de um único cabo 6, com um primeiro dispositivo de acionamento Dl que é, em seguida, por sua vez, ligado em série a outros dispositivos eletrônicos de acionamento. 0 cabo de ligação 6, entre a unidade central 5 e o primeiro dispositivo de acionamento Dl, bem como cada um dos cabos que ligam dois dispositivos de acionamento sucessivos inclui, no caso do exemplo ilustrado, uma linha de alimentação P, uma linha de sinal S e um linha de comunicação Ethernet E. Como já foi indicado, a linha de Ethernet é, de preferência, uma EtherCat, Powerlink linha Ethernet em tempo real, ou similar.

[0021] A figura 3 mostra, em detalhes, numa escala aumentada, o motor elétrico Ml com um corpo no qual o dispositivo eletrônico Dl é diretamente fixado. Na figura 3, só o invólucro exterior do dispositivo Dl é visível, sob a forma de uma caixa achatada. As partes internas deste invólucro não são ilustradas nem descritas em detalhes aqui, uma vez que cada dispositivo de acionamento eletrônico pode ser fornecido de acordo com o estado da técnica, e uma vez que a configuração interna do dispositivo, tomada isoladamente, não fazem parte desta invenção.

[0022] Como mostrado, o dispositivo de acionamento eletrônico Dl está montado sobre o corpo do motor elétrico Ml com a interposição de uma placa adaptadora A de um material metálico, a qual está ligado ao motor, por meio de parafusos VI. A estrutura da placa adaptadora A é visível nas figuras 5, 6, e tem furos Al para a passagem de parafusos de fixação ao corpo do motor, e as aberturas de A2 para a passagem das ligações entre o dispositivo de acionamento eletrônico e o motor elétrico. Como já foi indicado acima, a placa adaptadora também pode ser constituída por uma parte do corpo do dispositivo de acionamento, formada em conjunto como uma peça única.

[0023] A figura 4 mostra o detalhe da unidade de conector numa vista em perspectiva, a unidade de conector sendo geralmente designada pela referência Cl, e incluindo os dois conectores XI e X2 montados sobre uma base B fornecida com parafusos V3 para fixação no invólucro do dispositivo de acionamento.

[0024] Novamente com referência à figura 3, tal como referido anteriormente, a camada SI de material isolante térmico, por exemplo, de PTFE, é preferencialmente interposta entre a placa adaptadora A e o corpo do motor elétrico.

[0025] Como já foi discutido anteriormente, devido à disposição da ligação em série dos dispositivos eletrônicos de acionamento distribuídos sobre a estrutura do robô, e a linha de comunicação de Ethernet, por um lado, um controle eficiente dos motores de robô é ativado e, por outro lado, o feixe de fios do robô, o feixe de ligação entre a estrutura do robô e o quadro de comando, e os conectores associados dispostos na base do robô são todos drasticamente simplificados. O arranjo de um feixe mais simples e menos volumoso no interior do robô permite um arranjo muito simplificado do feixe de uma forma que reduz as deformações de flexão e torção às quais o próprio equipamento está sujeito durante a utilização do robô, o que proporciona um aumento na vida útil do feixe. Além disso, a simplificação do feixe garante a possibilidade de substituir o feixe com operações simples e rápidas. Os conectores dispostos na base do robô para a conexão com o quadro de comando também são drasticamente simplificados.

[0026] Naturalmente, sem prejuízo ao princípio da invenção, os detalhes de construção e as concretizações podem variar amplamente no que diz respeito ao descrito e ilustrado puramente a titulo de exemplo, sem nos afastarmos do escopo da presente invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Robô industrial que compreende: uma estrutura de robô (2), e meios eletrônicos (5, D1-D6) para a alimentação elétrica e controle da estrutura de robô (2), em que a estrutura do robô (2) compreende: uma pluralidade de elementos de robôs (201-205), móveis um em relação ao outro, uma pluralidade de meios de acionamento, cada um para acionar o movimento de um respectivo elemento do robô (201-205) , em que cada um dos referidos meios de acionamento associados a um respectivo elemento do robô (201-205) compreende pelo menos um motor de acionamento elétrico (Ml-M6) em que os referidos meios eletrônicos compreendem: uma unidade central de processamento (5) eletrônica, localizada numa posição afastada da estrutura do robô, e uma pluralidade de dispositivos eletrônicos de acionamento (D1-D6), cada um para o fornecimento de energia e controle do motor elétrico (Ml- M6) , associado com cada respectivo elemento de robô (201-205), os ditos dispositivos eletrônicos (D1-D6) sendo ligados à referida unidade central de processamento (5) eletrônica, em que a referida unidade de dispositivos eletrônicos (D1-D6) são distribuídos sobre a estrutura do robô, cada um adjacente ao respectivo motor elétrico (Ml- M6), o referido robô sendo caracterizado pelo fato de que: a referida unidade central de processamento eletrônica (5) é ligada somente ao primeiro dos referidos dispositivos eletrônicos de acionamento (D1-D6) distribuídos sobre a estrutura de robô (2), os outros dispositivos eletrônicos de acionamento sendo ligados em série com o referido primeiro dispositivo de acionamento eletrônico (Dl), cada dispositivo eletrônico de acionamento (Dl -D6) é rigidamente ligado ao corpo do respectivo motor elétrico, com a interposição de uma placa adaptadora (A), uma unidade de conector (C1-C6) é montada na parte superior de cada dispositivo de acionamento eletrônico (Dl-D6) , incluindo um primeiro conector elétrico (XI) e um segundo conector elétrico (X2), para a ligação em série do referido dispositivo de acionamento eletrônico (D1-D6) entre a unidade central de processamento (5) eletrônica e os outros dispositivos eletrônicos de acionamento (D1-D6), e - o referido primeiro e segundo conector elétrico (XI, X2) incluem elementos de ligação em uma linha Ethernet (E), que liga em conjunto os ditos dispositivos eletrônicos de acionamento (Dl -D6) e a referida unidade de processamento central (5).

2. Robô, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ligação em série dos referidos dispositivos eletrônicos de acionamento (Dl -D6), com a unidade de processamento central (5) eletrônica compreende uma linha de alimentação (P), uma linha de sinal (S) e a referida linha de Ethernet (E).

3. Robô, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os referidos primeiro e segundo conectores elétricos (XI, X2) fazem parte de uma unidade de conector (C1-C6), que compreende uma base (B) , provida de parafusos (V3) para a fixação no invólucro do respectivo dispositivo de acionamento eletrônico (Dl -D6), os referidos primeiro e segundo conectores (XI, X2) , tendo os seus corpos montados acima da referida base (B).

4. Robô, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita placa adaptadora (A) é de material metálico, dotada de orifícios (Al) para o engate de parafusos para a fixação sobre o corpo do respectivo motor elétrico (Ml- M6), e tem passagens (A2) para as conexões entre o dispositivo de acionamento eletrônico (Dl- D6) e o respectivo motor elétrico (Ml- M6).

5. Robô, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma camada (Sl) de material termicamente isolante é interposta entre a referida placa adaptadora (A) e o corpo do respectivo motor elétrico (Ml-M6) .