BR112014005281B1 - Manipulador pneumático balanceado - Google Patents

Abstract

manipulador pneumático balanceado. o manipulador compreende um dispositivo de suporte (11) que possui um conjunto (13) giratório em volta de um eixo vertical e um paralelogramo articulado (21) com um braco oscilante (24). um acionador pneumático linear (22) age entre o conjunto giratório (13) e o paralelogramo articulado (21), para girar o braco (24) em volta de um eixo horizontal de oscilação. uma corrediça (23) e conectada ao acionador (22) e montada de forma deslizante sobre o conjunto giratório (13) por meio de uma guia vertical primaria (30). a corrediça possui uma segunda guia horizontal (31) na qual e encaixado um elemento (32, 33) montado sobre o braco oscilante (24).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um manipulador pneumático balanceado.

[002] Manipuladores desse tipo são amplamente utilizados na indústria de fabricação para sustentar e movimentar, em condição balanceada, uma variedade de ferramentas e dispositivos, que normalmente incluem dispositivos de trava, máquinas de solda, parafusadeiras e outros, o que necessita de um esforço manual mínimo por parte do usuário.

[003] Ao longo dos anos, o progresso tecnológico resultou em uma melhoria contínua da sensibilidade desses tipos de manipuladores, os quais foram sujeitos a problemas de balanceamento inconstante quando se depararam com demandas crescentes em termos de cargas a serem manipuladas.

[004] Para auxiliar na compreensão do estado da técnica e seus problemas inerentes, será descrito num primeiro momento um manipulador pneumático balanceado do tipo convencional, com referência às Figuras 1 a 3. Um manipulador pneumático balanceado 10 compreende um dispositivo de suporte que inclui um conjunto 13 giratório em volta de um eixo vertical z e um mecanismo de paralelogramo articulado 21, que inclui um braço oscilante 24 articulado sobre o conjunto giratório 13 em volta de um eixo horizontal de oscilação. A ação de balanceamento é fornecida por um acionador pneumático linear 22, o qual inclui um cilindro 22a articulado sobre o conjunto giratório 13 e uma haste 22b articulada sobre o braço oscilante 24. Um braço horizontal giratório 36, que suporta uma ferramenta como uma parafusadeira, máquina de solda, dispositivo de trava ou outra ferramenta, é montado sobre o mecanismo de paralelogramo articulado.

[005] As configurações supracitadas sofrem de uma desvantagem na qual as disposições diferentes presumidas pelo acionador em suas diferentes posições de operação causam a transmissão de forças que têm um componente horizontal que aumenta com o desvio α da linha de ação do acionador com relação a um eixo vertical. Desvios angulares muito pequenos, da ordem de alguns graus sexagesimais, apresentam repercussões negativas sobre o balanceamento e necessitam de esforço manual que aumenta com a extensão dos desvios angulares do acionador a partir da vertical. O esforço manual exigido aumenta, portanto, a partir de um valor ideal da ordem de 20-30 N até 100-150 N ou mais, quando o desvio angular a partir da vertical for máximo. Nessas condições, a carga suportada se torna instável e cansativa de manusear, com efeitos adversos sobre a segurança e a eficácia de movimento.

[006] Um exemplo de manipulador pneumático balanceado de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 é descrito no documento de patente CN101234486.

[007] O objeto da presente invenção é fornecer um manipulador pneumático balanceado que possa superar os problemas supracitados. Particularmente, é desejável fornecer um manipulador que necessite de esforço manual mínimo constante, independentemente da extensão do acionador pneumático.

[008] Este e outros objetos e vantagens, que serão expostos abaixo com mais clareza, são atingidos de acordo com a presente invenção por meio de um manipulador pneumático equilibrado que possui as características definidas na reivindicação 1. Realizações preferidas são definidas nas reivindicações dependentes.

[009] Características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão claras a partir da descrição detalhada a seguir, que é fornecida puramente como exemplo não limitador com referência aos desenhos em anexo, nos quais:- a Figura 1 é uma vista em perspectiva de um manipulador equilibrado de tipo conhecido;- as Figuras 2 e 3 são vistas esquemáticas parciais que ilustram as diferentes posições angulares assumidas por um acionador pneumático em um balanceador de tipo conhecido exibido na Figura 1;- a Figura 4 é uma vista em perspectiva parcial de um manipulador pneumático balanceado de acordo com uma realização da presente invenção;- a Figura 5 é uma vista ampliada de um detalhe do manipulador da Figura 4;- as Figuras 6 e 7 são vistas esquemáticas parciais que ilustram duas posições diferentes assumidas por um acionador pneumático no balanceador da Figura 4; e- as Figuras 8 e 9 são vistas esquemáticas parciais que ilustram duas posições diferentes assumidas por um acionador pneumático montado de acordo com uma realização adicional da presente invenção.

[0010]Com referência à Figura 4, um manipulador indicado como um todo pelo algarismo 10 compreende um dispositivo de suporte 11 sobre o qual um dispositivo balanceador 20 é montado. O dispositivo de suporte 11 define um eixo geométrico vertical z e, neste exemplo, compreende uma coluna vertical inferior fixa 12 e um conjunto superior 13 que é giratório em volta do eixo vertical z. A coluna inferior 12 pode ser integrada com uma base (não exibida), a qual pode ser fixada a uma base ou a uma superfície de suporte móvel (não exibida). Em outras aplicações, o dispositivo de suporte pode fazer parte de uma estrutura suspensa, tal como uma estrutura suspensa de um carro que pode correr sobre trilhos. Nessas outras aplicações, o conjunto giratório 13 é colocado debaixo de uma peça superior não giratória. No texto a seguir, termos e expressões que indicam posições e orientações tais como "superior" e "inferior" devem ser considerados com referência, mas sem limitações, ao exemplo ilustrado.

[0011] Na realização exibida na Figura 4, o conjunto giratório 13 possui um par de montantes verticais 15 (somente um dos quais é visível), que são paralelos e espaçados igualmente em volta do eixo vertical z.

[0012] O dispositivo balanceador 20 é montado sobre o conjunto giratório 13 e compreende um mecanismo de paralelogramo articulado 21, um acionador linear pneumático 22 e uma corrediça 23 montada de forma deslizante sobre o conjunto giratório 13 do dispositivo de suporte.

[0013] Na parte superior dos montantes 15, um braço oscilante superior 24 que faz parte do mecanismo de paralelogramo articulado 21 é articulado em volta de um eixo horizontal de oscilação x (indicado também nas Figuras 6 e 7). O acionador pneumático age entre um eixo de conexão inferior a, integral com o conjunto giratório 13, e um eixo de conexão superior b definido pela corrediça 23. Preferencialmente, o acionador 22 é um acionador pneumático individual com um cilindro 22a, em posição inferior neste exemplo, e uma haste extensível superior 22b. Mais especificamente, na realização ilustrada, o cilindro do acionador é conectado ao eixo de conexão inferior, enquanto a haste 22b é conectada ao eixo de conexão superior b. A letra c indica (Figuras 6 e 7) a linha de ação do acionador, que, neste exemplo, é substancialmente vertical e paralela ao eixo z. Nas Figuras 4 e 5, o algarismo 29 indica um fuso fixo à cabeça da haste 22b e articulado sobre a corrediça 23 em volta do eixo horizontal b.

[0014] Na extremidade oposta do braço oscilante 24 e do paralelogramo articulado 21, é montado, de forma conhecida, um fuso vertical 25 sobre o qual o braço horizontal 36 pode girar.

[0015] Este braço pode servir para sustentar diversos dispositivos, tais como ferramentas de trava, parafusadeiras, máquinas de solda e outros.

[0016] O mecanismo de paralelogramo articulado 21 compreende, além do braço oscilante superior 21, uma segunda alavanca ou braço oscilante inferior 26, a qual é paralela ao braço superior 24 e possui suas extremidades (não exibidas) articuladas sobre os montantes 15. Duas placas de conexão verticais 27a e 27b, que são paralelas entre si, são articuladas sobre a extremidade de reação do mecanismo no qual o fuso vertical é montado. Dois links de conexão intermediários adicionais 28a e 28b são articulados sobre os braços oscilantes superior e inferior de forma conhecida. O mecanismo de paralelogramo não difere sensivelmente do tipo conhecido e, portanto, não será descrito com mais detalhes no presente.

[0017] Como explicado acima, o acionador linear 22 age entre o conjunto giratório 13 e o mecanismo de paralelogramo 21 para fazer com que o braço 24 gire em volta do eixo horizontal de oscilação x, de modo a levantar e abaixar, em movimentos de translação giratórios, o fuso vertical 25 sustentado na extremidade do mecanismo de paralelogramo oposto à extremidade próxima da qual o acionador 22 é montado. O acionador 22 não age diretamente sobre o braço 24, mas age por meio da corrediça 23.

[0018] A corrediça 23 é deslizável ao longo de uma primeira guia linear que é indicada esquematicamente por 30 nas Figuras 6 e 7 e que é integral com o conjunto giratório 13 e paralela à linha de ação c do acionador 22. Para melhorar o balanceamento e a distribuição da carga, a guia primária 30 inclui preferencialmente um par de guias lineares paralelas (ou guias “de suporte”) que se estendem paralelamente à linha de ação c do acionador.

[0019] A corrediça 23 possui uma segunda guia linear 31, composta preferencialmente de um segundo par de guias retilíneas paralelas 31a e 31b que são orientadas perpendicularmente à primeira guia de suporte ou par de guias de suporte 30. Um elemento móvel 32, montado sobre a extremidade do braço oscilante superior 24 mais próxima do acionador 22, é encaixado ao longo do segundo par de guias 31a, 31b. Preferencialmente, as segundas guias 31a e 31b da corrediça assumem a forma de um par de aberturas paralelas e o elemento móvel 32 compreende um rolamento cilíndrico 33 que é montado de maneira a mover-se livremente em volta de um eixo horizontal (exibido em linhas pontilhadas e indicado por 35 na Figura 7) fixo na posição 34 na extremidade do braço oscilante superior 24. Nesta realização, o rolamento cilíndrico 33 é montado por meio de um par de suportes de rolamento (não exibidos em detalhes) espaçados entre si ao longo do eixo horizontal 37, cada qual composto de um anel fixo externo correspondente fixado ao braço 24 e um anel giratório interno correspondente travado em uma das duas extremidades opostas do rolamento 33.

[0020] O rolamento cilíndrico 33 é preferencialmente abrigado com um espaço vertical mínimo previamente determinado na segunda guia 31 (ou nas segundas guias paralelas 31a e 31b). Um espaço da ordem de alguns décimos de milímetro permite ao rolamento cilíndrico rolar ao longo das segundas guias 31a e 31b quando o acionador 22 é estendido ou retraído no seu movimento entre as posições alternadas exibidas esquematicamente nas Figuras 6 e 7. O contato de rolamento entre o elemento móvel 32 e as segundas guias 31a e 31b minimiza o atrito entre a corrediça e o acionador.

[0021] Em uma realização alternativa (não exibida), o elemento de encaixe móvel 32 pode compreender um bloco, o qual é encaixado de forma deslizante, em vez de forma giratória, na(s) segunda(s) guia(s) 31 fornecida(s) na corrediça 23. Com este propósito, a(s) guia(s) 31 pode(m) ter forma diferente daquela de uma ou duas aberturas, dependendo da forma do(s) bloco(s). A escolha da forma da abertura é vantajosa porque fornece uma troca ideal de forças entre a corrediça 23 e o braço 24 e produz um acoplamento confiável entre esses dois membros, utilizando-se da resistência estrutural fornecida pelas duas aberturas formadas no braço 24.

[0022] Conforme exibido esquematicamente na Figura 7, a extremidade do braço oscilante 24 pode ser dupla, fornecendo duas formações de placa 24a e 24b paralelas e verticais, de forma a possibilitar a obtenção de montagem efetiva do elemento de encaixe móvel 32. A corrediça 23, na realização ilustrada na Figura 7, inclui também um par de placas metálicas paralelas 23a e 23b, espaçadas entre si horizontalmente, em cada uma das quais uma das duas segundas guias para o rolamento cilíndrico 33 (ou para um bloco que deslize) é formada. Conforme uma realização que otimiza o espaço disponível e as conexões entre o acionador e o conjunto superior, cada uma das placas da corrediça encontra-se substancialmente em forma de L, em que uma seção retilínea ou a mais longa dessa forma de L é acoplada à primeira guia linear 30, enquanto uma parte mais curta da forma de L possui a abertura ou a segunda guia 31. Para a produção da primeira guia linear 30, o uso de uma corrediça de esferas recirculantes é particularmente preferível.

[0023] As Figuras 6 e 7 exibem esquematicamente duas posições alternativas opostas assumidas pelo manipulador. A extensão do acionador resulta em um movimento a partir da posição da Figura 6 para a da Figura 7, causando a movimentação da corrediça 23 ao longo da primeira guia 30 e o movimento simultâneo do elemento de encaixe móvel 32 ao longo da segunda guia 31 da corrediça.

[0024] Devido à corrediça, interposta entre o acionador e o braço oscilante, e à perpendicularidade mútua das guias 30 e 31, o acionador transmite uma força exclusivamente vertical, em outras palavras uma força sem componentes horizontais, ao mecanismo de paralelogramo. Isto assegura o balanceamento constante do manipulador em todos os alcances de movimento do acionador, o que requer que o operador utilize esforço manual mínimo constante durante a operação, de modo a favorecer o uso preciso da ferramenta combinada com o manipulador. Além disso, o manipulador demonstra comportamento particularmente estável, permitindo ao operador remover temporariamente ambas as mãos do manipulador, o qual permanecerá estacionário na posição que tenha alcançado, o que é vantajoso em termos de segurança e facilidade de uso.

[0025] Deve-se compreender que a presente invenção não é limitada às realizações aqui descritas e ilustradas, que devem ser consideradas exemplos de realizações do manipulador; na verdade, a presente invenção pode ser modificada com relação à forma e às disposições das partes e detalhes de sua construção e operação. Por exemplo, como demonstrado nas Figuras 8 e 9, em uma outra realização do manipulador, a linha de ação c do acionador 22 pode ser inclinada com relação à vertical, por exemplo, em um ângulo de 45°. Consequentemente, a primeira guia 30 é inclinada paralelamente a linha c e a segunda guia 31 é perpendicular à última. Além disso, o manipulador pode ser equipado com dois acionadores pneumáticos em vez de um único acionador. Por exemplo, dois acionadores pneumáticos lineares podem ser montados paralelamente, um ao lado do outro, com os cilindros correspondentes montados sobre o conjunto giratório 13 ao longo do eixo a e as hastes correspondentes integradas ao fuso 29 ou com extensões deste último sobre os dois lados opostos do braço oscilante 24.

Claims (7)

1. Manipulador pneumático de balanceamento, que inclui:- um dispositivo de suporte (11) que inclui um conjunto (13) giratório em volta de um eixo vertical (z);- um mecanismo de paralelogramo articulado (21) que inclui um braço oscilante (24) articulado ao conjunto (13) para girar em volta do eixo horizontal de oscilação (x);- pelo menos um acionador pneumático linear (22), que age entre o conjunto giratório (13) e o mecanismo de paralelogramo articulado (21), para fazer com que o braço (24) gire em volta do eixo de oscilação (x);caracterizado por o manipulador compreender ainda:- uma corrediça (23) conectada ao acionador (22) e montada de forma deslizante sobre o conjunto giratório (13) por meio das primeiras guias retilíneas (30) estendidas em uma primeira direção fornecida (c);- segundos meios de guia retilínea (31), integrais com a corrediça (23) e que se estendem em uma segunda direção perpendicular à primeira direção;- um elemento de encaixe (32, 33), montado sobre o braço oscilante (24), o elemento (32, 33) encaixado nos segundos meios de guia (31).

2. Manipulador de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o elemento de encaixe (32, 33) compreender um meio de rolamento (33) que é montado de forma giratória em volta de um eixo (35) integral com o braço oscilante (24) e que gira ao longo do segundo meio de guia retilínea (31) da corrediça (23).

3. Manipulador de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por o segundo meio de guia (31) compreender pelo menos uma abertura (31a, 31b)

4. Manipulador de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o segundo meio de guia compreender um par de aberturas paralelas (31a, 31b) espaçadas entre si em uma direção perpendicular à segunda direção.

5. Manipulador de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 4, caracterizado por o meio do rolamento compreender um rolamento cilíndrico (33) que gira em ambas as aberturas (31a, 31b).

6. Manipulador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o primeiro meio de guia estender-se em uma direção vertical e o segundo meio de guia estender-se em uma direção horizontal.

7. Manipulador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a corrediça (23) compreender pelo menos um elemento rígido em forma de L, com uma seção mais longa acoplada ao primeiro meio de guia (30) e uma seção mais curta que é perpendicular à seção mais longa e fornece o segundo meio de guia (31).

Images