BR112021011584B1 - Instalação de fundição metalúrgica - Google Patents

Abstract

INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA. Instalação de fundição metalúrgica compreendendo um robô (20), em que o referido robô (20) compreende uma ferramenta de manuseio acoplada a um braço de robô por um elemento de acoplamento, o referido elemento de acoplamento compreendendo, * Uma interface de ferramenta (2) rigidamente acoplada à ferramenta de manuseio e * Uma interface de robô (1) rigidamente acoplada ao braço de robô, em que i. A conformidade do elemento de acoplamento pode ser controlada de modo que mediante a aplicação de uma carga na interface de ferramenta (2), a interface de ferramenta (2) pode ser movida em relação à interface de robô (1), por translação ao longo e / ou rotação em torno de um ou mais de um primeiro, segundo e terceiro eixos espaciais ortogonais X1, X2, X3, e ii. O elemento de acoplamento é resiliente em que mediante liberação da carga, a interface de ferramenta (2) retorna a uma posição de rearme em relação à interface de robô (1) correspondendo a uma distância de rearme Dr separando a interface de ferramenta (2) e a interface de robô (1).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma instalação de fundição metalúrgica. A instalação de fundição metalúrgica compreende um robô e uma ferramenta de manuseio acoplada a um braço de robô por um elemento de acoplamento.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Um número crescente de tarefas na indústria metalúrgica é realizado por robôs. Algumas tarefas, no entanto, ainda são realizadas por operadores humanos porque exigem uma precisão e uma destreza além das capacidades dos robôs metalúrgicos atuais. No entanto, este é um trabalho árduo. Manusear pesos pesados sob a pressão do tempo, em altas temperaturas e exigindo força pode ser prejudicial à saúde dos trabalhadores humanos. Além disso, erros humanos podem ser cometidos sob tais condições estressantes. Em outras indústrias além da indústria metalúrgica, elementos de acoplamento compatíveis que acoplam o braço de um robô a uma ferramenta de manuseio têm sido usados. Quando a posição da extremidade da ferramenta do braço deve ser ajustada além da precisão do braço de robô, tal elemento de acoplamento compatível pode compensar o posicionamento incorreto relativo menor ou desalinhamento entre a ferramenta de manuseio e o elemento a ser manuseado pelo robô.

[003] O documento US 2017/0045106 divulga um elemento de acoplamento compatível para acoplar uma ferramenta a um robô, para aplicações como a aplicação de uma etiqueta a uma peça de trabalho. No entanto, esse elemento de acoplamento compatível não é adaptado para ser usado em aplicações em uma instalação de fundição de metal. A indústria metalúrgica é de fato caracterizada pelo grande peso e tamanho relativamente grande dos elementos a serem manipulados pelo robô e, também pela alta deformação de tais elementos devido ao alto estresse mecânico e às altas temperaturas normalmente exigidas pelos processos de conformação do metal. O elemento de acoplamento compatível deste documento do estado da técnica não está adaptado para suportar as altas cargas e corresponder ao grande tamanho dos elementos de uma instalação de fundição metalúrgica.

[004] No documento US 2017/0045106, o elemento de acoplamento compreende um componente de base, ou interface de acoplamento de robô, a ser acoplado ao braço de robô, e um componente de conformidade, ou interface de acoplamento de ferramenta, acoplado ao componente de base. O componente de conformidade pode se mover, em relação ao componente de base, axialmente, transversalmente, rotativamente e inclinado, pelo menos em algum grau, em resposta à força mecânica de uma carga engatada. Quando a carga é desengatada, o componente de conformidade retorna a uma posição de rearme em que o componente de conformidade está espaçado, mas paralelo ao componente de base.

[005] A conformidade do elemento de acoplamento é fornecida por um pistão empurrando contra o componente de base e disposto em uma câmara tendo uma porta pneumática e o nível de conformidade pode ser alterado variando a pressão pneumática na câmara atrás do pistão. O pistão retorna o componente de conformidade para sua posição espaçada na posição de rearme. Parafusos de ressalto, ou hastes de ancoramento, afixados ao assento do componente de base em superfícies cônicas correspondentes do componente de conformidade, definindo os componentes transversal e rotacional da posição de rearme. Na posição de rearme, os parafusos de ressalto são inclinados para assentarem nas superfícies cônicas pelo pistão, se presentes, graças a uma pressão suficiente na câmara pneumática e, também sob a polarização da mola. As molas são, de fato, inseridas entre o componente de base e o componente de elasticidade, de modo a empurrar as superfícies cônicas do componente de elasticidade contra a porção de ressalto dos parafusos fixados ao componente de base.

[006] Nesta configuração, sob uma carga de compressão uniforme aplicada ao elemento de elasticidade, as molas e a câmara pneumática são consequentemente dispostas em paralelo porque a flexibilidade axial do elemento de acoplamento requer simultaneamente uma compressão das molas e uma posição retraída do pistão na câmara pneumática. Sob uma carga de compressão não uniforme aplicada ao elemento de elasticidade, as diferentes molas podem sofrer um nível diferente de compressão de modo a permitir um posicionamento não paralelo do componente de conformidade em relação ao componente de base. Nesta disposição, as molas são, portanto, elementos essenciais para garantir o retorno do componente de elasticidade à sua posição de reposição sob uma carga de compressão não uniforme. No entanto, essas molas estão sujeitas a desgaste, especialmente nas condições adversas de uma instalação metalúrgica. Além disso, a presença de tais molas impelindo as superfícies cônicas do componente de conformidade contra a porção de ressalto do parafuso resulta na ausência de conformidade do elemento de acoplamento sob a aplicação de uma tensão de tração. As porções de ressalto dos parafusos, de fato, impedem que o componente de conformidade seja movido para longe do componente base.

[007] O documento EP 2 500 150 divulga uma ferramenta de extremidade de braço compatível para um robô, que pode ser usada pelo robô para aplicações como a coleta de peças de uma caixa. A extremidade maleável do braço compreende um dispositivo de conformidade imprensado entre uma interface de acoplamento de robô e uma interface de acoplamento de ferramenta. Em uma modalidade, o dispositivo de conformidade pode ser um tubo de borracha ou bexiga com ar pressurizado. Uma corda, como um tecido industrial ou cabos, pode ser usada para conter o dispositivo de conformidade entre as duas interfaces de acoplamento. A corda também pode ser usada para controlar o nível de conformidade na extremidade maleável da ferramenta de braço. Em outra modalidade de acordo com este documento do estado da técnica, o dispositivo de conformidade pode ser uma mola ou um material compressível. Isso aparentemente simplifica a construção da extremidade da ferramenta de braço, mas, por outro lado, elimina a possibilidade de alterar dinamicamente o nível de conformidade. Nenhum dos elementos de acoplamento maleáveis divulgados neste documento do estado da técnica são, no entanto, equipados para resistir a alta tensão de cisalhamento. Esses elementos de acoplamento, consequentemente, não são adaptados para aplicações metalúrgicas em que extremidade da ferramenta do braço precisa ser capaz de lidar com vários elementos com um peso pesado.

[008] O documento EP 0 621 087 divulga uma instalação de fundição que compreende um robô, em que o robô está adaptado para segurar uma gaveta deslizante de um vaso metalúrgico e realizar a sua substituição. O robô compreende uma ferramenta de manuseio e uma placa de acoplamento correspondendo a uma interface entre a ferramenta de manuseio e o corpo do robô. A interface entre o robô e a ferramenta de manuseio é um acoplamento rígido. Portanto, o robô precisa de uma precisão muito alta ao operar a ferramenta de manuseio, pois não haverá tolerância no caso de mau posicionamento ou desalinhamento relativo entre a ferramenta de manuseio e a gaveta deslizante a ser manuseada.

[009] O documento DE 10 2009 050216 também divulga uma instalação de fundição que compreende um robô, em que o robô está adaptado para segurar uma gaveta deslizante de um vaso metalúrgico. Como a interface entre o robô e a ferramenta de manuseio é um acoplamento rígido, mais uma vez o robô precisa de uma precisão muito alta ao operar a ferramenta de manuseio porque não haverá tolerância em caso de mau posicionamento ou desalinhamento relativo entre a ferramenta de manuseio e a gaveta deslizante a ser manuseada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[010] É um objetivo da presente invenção fornecer uma instalação metalúrgica com um robô tendo uma ferramenta de manuseio em que, quando a posição da ferramenta de manuseio deve ser ajustada além da precisão do braço de robô, há um mecanismo de compensação para um pequeno posicionamento incorreto ou desalinhamento relativo entre a ferramenta de manuseio e o elemento a ser manuseado pelo robô.

[011] A presente invenção é definida nas reivindicações independentes anexas. As realizações preferidas são definidas nas reivindicações dependentes. Em particular, a invenção se refere a uma instalação de fundição metalúrgica que compreende um robô, em que o referido robô compreende uma ferramenta de manuseio acoplada a um braço de robô por um elemento de acoplamento, o referido elemento de acoplamento compreendendo: • uma interface de ferramenta (2) rigidamente acoplada à ferramenta de manuseio (21) e • uma interface de robô (1) rigidamente acoplada ao braço de robô, em que, a) a conformidade do elemento de acoplamento (29) pode ser controlada de modo que mediante a aplicação de uma carga na interface da ferramenta (2), a interface da ferramenta (2) pode ser movida em relação à interface do robô (1), por translação ao longo e/ou rotação em torno de um ou mais de um primeiro, segundo e terceiro eixos espaciais ortogonais X1, X2, X3, e em que, b) o elemento de acoplamento (29) é resiliente em que após a liberação da carga, a interface da ferramenta (2) retorna a uma posição de rearme em relação à interface do robô (1) correspondendo a uma distância de rearme Dr separando a interface da ferramenta (2) e o interface do robô (1), c) o elemento de acoplamento (29) compreende pelo menos uma haste de ancoramento (3) se estendendo ao longo de um eixo longitudinal Z1, em que: i. a haste de ancoramento (3) compreende uma extremidade fixa rigidamente fixada a uma primeira interface que consiste na interface de robô (1) ou na interface de ferramenta (2), a primeira interface definindo um plano (X2, X3), transversal ao eixo longitudinal Z1 da haste; ii. a haste de ancoramento (3) compreende uma porção de extremidade de ancoragem (31) inserida em uma passagem (4) de uma segunda interface que consiste na outra da interface de robô (1) e interface de ferramenta (2), a haste de ancoramento (3) e a passagem (4) sendo livres para moverem em translação em relação uma à outra, de modo a mover a interface de ferramenta (2) para longe e em direção à interface de robô (1) pelo menos ao longo do primeiro eixo X1; iii. a passagem (4) compreende uma porção de encosto (41), com um diâmetro menor do que o diâmetro da porção de extremidade de ancoragem (31), para encostar contra a porção de extremidade de ancoragem (31) para limitar a distância que a interface de ferramenta (2) pode ser movida para longe da interface de robô (1) até uma distância máxima D1; iv. o elemento de acoplamento (29) compreende um elemento de conformidade (5) com um nível de conformidade ajustável, o referido elemento de conformidade sendo localizado entre a referida interface de robô (1) e a referida interface de ferramenta (2) e acoplado a pelo menos uma das referidas interfaces de robô (1) e a referida interface de ferramenta (2); d) o elemento de conformidade do elemento de acoplamento é uma câmara inflável fechada (5) com uma parede deformável, em que a câmara inflável fechada (5) pode ser inflada até uma pressão variável até uma pressão em que a distância entre a referida interface de ferramenta (2) e a referida interface de robô (1) é igual à distância máxima D1.

[012] Em uma realização vantajosa, o elemento de conformidade é configurado de modo que a posição de rearme da interface da ferramenta em relação à interface do robô seja ajustável ao longo do primeiro eixo X1, em que a posição de rearme é ajustável em uma faixa de posições correspondentes a uma distância entre a interface do robô e a interface da ferramenta menor ou igual à distância máxima D1.

[013] Em uma realização vantajosa, o elemento de conformidade do elemento de acoplamento é configurado para fornecer uma conformidade em ambas as direções do primeiro eixo X1 quando a posição de rearme é ajustada em uma posição intermediária correspondente a uma distância entre a interface do robô e a interface da ferramenta inferior a distância máxima D1.

[014] Em uma realização vantajosa, a câmara inflável fechada é fixada à referida interface do robô e à referida interface da ferramenta.

[015] Em uma realização vantajosa, o elemento de acoplamento compreende uma pluralidade de hastes de ancoramento, as referidas hastes de ancoramento sendo distribuídas em torno do elemento de conformidade.

[016] Em uma realização vantajosa, a haste de ancoramento e a passagem são configuradas de modo que a passagem da segunda interface seja livre para se mover em translação em relação à haste de ancoramento fixada à primeira interface ao longo do segundo eixo X2, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que D1.

[017] Em uma realização vantajosa, a haste de ancoramento e a passagem são configuradas de modo que a passagem da segunda interface seja livre para se mover em translação em relação à haste de ancoramento fixada à primeira interface ao longo do terceiro eixo X3, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que D1.

[018] Em uma realização vantajosa, a haste de ancoramento e a passagem são configuradas de modo que a passagem da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento fixada à primeira interface em torno do primeiro eixo X1, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que D1.

[019] Em uma realização vantajosa, a haste de ancoramento e a passagem são configuradas de modo que a passagem da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento fixada à primeira interface em torno do segundo eixo X2, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que D1.

[020] Em uma realização vantajosa, a haste de ancoramento e a passagem são configuradas de modo que a passagem da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento fixada à primeira interface em torno do terceiro eixo X3, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que D1.

[021] Em uma realização vantajosa, o eixo longitudinal Z1 da haste de ancoramento é paralelo ao primeiro eixo X1 e a porção de ancoragem da referida pelo menos uma haste de ancoramento e a porção de encosto na referida passagem são configuradas como um mecanismo de autocentralização, de modo que o eixo longitudinal Z1 da haste é automaticamente alinhado em um eixo longitudinal Z2 da passagem, quando a interface da ferramenta é transladada em relação à interface do robô ao longo do primeiro eixo X1 até a distância máxima D1.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[022] Estes e outros aspectos da invenção serão explicados em mais detalhes por meio de exemplo e com referência aos desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1 mostra várias etapas para trocar placas de válvula de gaveta deslizante em um vaso metalúrgico por um robô em uma instalação de fundição metalúrgica de acordo com a invenção; - A Figura 2 mostra várias etapas para acoplar uma placa de válvula de gaveta deslizante a uma estrutura de suporte de placa por um robô em uma instalação de fundição metalúrgica de acordo com a invenção, com uma vista ampliada do elemento de acoplamento e ferramenta de manuseio; - A Figura 3 é uma vista em corte transversal de um exemplo de um elemento de acoplamento entre uma ferramenta de manuseio e o braço de um robô em uma instalação metalúrgica de acordo com a invenção, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor do que a distância máxima D1; - A Figura 4 é uma vista em corte transversal da haste de ancoramento e passagem no elemento de acoplamento da Figura 3, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor do que a distância máxima D1; e - A Figura 5 é uma vista em corte transversal da haste de ancoramento e passagem no elemento de acoplamento da Figura 3, quando a interface da ferramenta está em uma posição de rearme definida pela distância máxima D1.

[023] As figuras não estão desenhadas a escala.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[024] As Figuras 1(a) mostram um vaso metalúrgico 51, tal como um distribuidor ou uma concha deitada de lado em uma oficina de uma instalação de fundição metalúrgica de acordo com a invenção, onde é verificado se há elementos desgastados e para recondicionamento. O vaso metalúrgico compreende uma válvula de gaveta deslizante exposta verticalmente para trocar as placas de válvula de gaveta deslizante 10t, 10L que estão desgastadas e substituindo-as por novas placas de válvula de gaveta deslizante 1n armazenadas em local apropriado, prontas para uso. Conforme representado nas Figuras 1 (a) - (d), uma instalação de fundição metalúrgica de acordo com a presente invenção pode compreender um robô 20 para fixar ou remover uma placa de válvula de gaveta deslizante para ou de uma válvula de gaveta deslizante. O robô 20 compreende uma ferramenta de manuseio 21 para agarrar e manipular a placa da válvula de gaveta deslizante.

[025] Conforme mostrado na Figura 1 (a) e (b), quando um vaso metalúrgico 51 é trazido para uma oficina, ele pode ser colocado de lado para expor a válvula de gaveta deslizante. A válvula de gaveta deslizante é aberta pelo robô por rotação em torno das dobradiças da estrutura de suporte da placa inferior 11L em relação à estrutura de suporte da placa superior 11t. O robô 20 remove as placas de válvula de gaveta deslizante 10t, 10L de suas respectivas estruturas de suporte de placa 11t, 11L e as armazena para reparo ou descarte (cf. Figura 1 (c)). Conforme mostrado na Figura 1 (c) e (d), o robô pega novas placas da válvula de gaveta deslizante 1n que foram armazenadas para uso e as acopla aos berços de recepção 12 das estruturas de suporte de placa correspondentes 11t, 11L. A estrutura de suporte da placa inferior 11L pode ser fechada para trazer as superfícies deslizantes 1s das placas de válvula de gaveta deslizante superior e inferior 10t, 10L em contato deslizante uma com a outra (cf. Figura 1 (a), mas com novas placas de válvula de gaveta deslizante).

[026] O robô 20 utilizado na presente invenção pode ser qualquer robô disponível no mercado compreendendo graus de liberdade suficientes, como por exemplo, cinco a sete graus de liberdade, para realizar tarefas em uma instalação de fundição metalúrgica. No aplicativo representado na Figura 1 (a) - (d) para trocar placas de válvula de gaveta deslizante em um vaso metalúrgico, o robô 20 é configurado para realizar as operações de coleta de uma placa de válvula de gaveta deslizante, movendo-a entre uma posição de armazenamento e uma válvula de gaveta deslizante e para posicionar a placa da válvula de gaveta deslizante em um berço de recepção 12 correspondente.

[027] Uma característica essencial da presente invenção é a ferramenta de manuseio 21 fornecida na extremidade de um braço de robô 20. A ferramenta de manuseio 21 é, portanto, uma ferramenta de fim de braço usada pelo robô 20 para gerar uma interação mecânica com elementos da instalação de fundição metalúrgica. Na aplicação mostrada na Figura 1 (a) - (d), a ferramenta de manuseio 21 é vantajosamente equipada com grampos de aperto para segurar a placa de válvula de gaveta deslizante e configurada para, • coletar uma nova unidade 1n das placas de válvula de gaveta deslizante e acoplá-la e travá-la à estrutura de suporte de placa 11 correspondente, e/ou • destravar e remover uma unidade gasta 1s da placa de válvula de gaveta deslizante da estrutura de suporte de placa correspondente 11, e • transportar com segurança uma placa de válvula de gaveta deslizante entre uma posição de armazenamento e a estrutura de suporte de placa 11.

[028] Além do exemplo de configuração representado na Figura 1 (a) - (d), o robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 da presente invenção podem ser configurados para realizar quaisquer outras tarefas úteis em uma instalação de fundição metalúrgica. Outros exemplos de aplicações em que o robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 de acordo com a presente invenção podem ser usados incluem: oxicorte na plataforma de fundição contínua e/ou na área de reposição da panela, instalação ou remoção do cilindro hidráulico ou pneumático de uma válvula de gaveta, instalação de um elemento refratário, como, por exemplo, um bocal coletor, bocal superior, tampão de purga, instalação ou remoção de qualquer parte mecânica do regulamento, dispositivos, manuseio de dispositivos de monitoramento, como sondas, unidades de amostragem, nível, espessura ou medição de temperatura unidades.

[029] Como cada novo vaso metalúrgico 51 ou qualquer outro elemento na instalação metalúrgica a ser manipulado pelo robô 20 não está necessariamente posicionado exatamente na mesma posição, não é prático configurar o robô para repetir exatamente os mesmos movimentos com cada novo vaso metalúrgico 51. Portanto, é preferível que o robô seja fornecido com um sistema de reconhecimento de ondas eletromagnéticas, como um sistema de câmera óptica com reconhecimento de elementos, infravermelho (por exemplo, Lidar), radar etc. Esses sistemas podem não ter a precisão necessária para as operações a serem realizadas pelo robô e, no caso de um sistema de reconhecimento óptico, gases e vapores podem atrapalhar a visibilidade e a precisão dos movimentos.

[030] Consequentemente, na realização ilustrada na Figura 2, a ferramenta de manuseio 21 pode compreender pinos guia 23. Tais pinos guia 23 projetam-se além de um plano que compreende a superfície deslizante 1s quando uma placa de válvula de gaveta deslizante 1n é presa. A estrutura de suporte de placa 11 compreende cavidades em forma de funil 13 para receber os pinos guia e guiar a placa de válvula de gaveta deslizante em alinhamento com o berço de recepção 12. Como mostrado na Figura 2, os pinos guia permitem um realinhamento da ferramenta de manuseio 21 segurando uma placa de válvula de gaveta deslizante em relação à estrutura de suporte de placa 11. No entanto, isso só é possível se o “pulso” entre o braço de robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 for flexível.

[031] Essa flexibilidade ou conformidade do acoplamento entre o braço de robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 foi considerada muito vantajosa em muitas aplicações robotizadas dentro de uma instalação de fundição metalúrgica. Também foi observado que para muitas aplicações metalúrgicas, é importante fornecer um elemento de acoplamento com um nível de conformidade ajustável. Isso ocorre porque um nível de conformidade relativamente mais alto será necessário durante as manipulações específicas do robô, normalmente quando a ferramenta de manuseio 21 do robô 20 precisa ser acoplada a um elemento da instalação metalúrgica. Outras manobras, como o transporte seguro do elemento de um local para outro pelo robô, requerem, por outro lado, um acoplamento relativamente rígido entre o braço de robô e a extremidade da ferramenta do braço.

[032] Para este fim, outra característica essencial da presente invenção é o elemento de acoplamento 29 acoplando o braço de robô 20 à ferramenta de manuseio 21. O elemento de acoplamento 29 compreende uma interface de ferramenta 2 rigidamente acoplada à ferramenta de manuseio 21 e uma interface de robô 1 rigidamente acoplada ao braço de robô 20. A conformidade do elemento de acoplamento 29 pode ser controlada de modo que mediante a aplicação de uma carga na interface da ferramenta 2, a interface da ferramenta 2 pode ser movida em relação à interface do robô 1, por translação ao longo e/ou rotação em torno de um ou mais de um primeiro, segundo e terceiro eixos espaciais ortogonais X1, X2, X3.

[033] O elemento de acoplamento 29 também é resiliente em que, após a liberação da carga, a interface da ferramenta 2 retorna a uma posição de rearme em relação à interface do robô 1 correspondente a uma distância de rearme Dr separando a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1. Após a liberação da carga, a interface da ferramenta 2 consequentemente retorna à mesma posição em relação à interface do robô 1 como estava antes da aplicação da carga. A distância Dr é uma distância que caracteriza o espaçamento entre a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1 nesta posição de rearme e corresponde à distância entre dois pontos de um par de pontos de referência, com um ponto de referência sendo tomado na interface do robô 1 e o outro sendo levado na interface da ferramenta 2. Os dois pontos de referência devem ser escolhidos de forma que pertençam a um mesmo eixo paralelo ao eixo espacial X1, com uma das duas interfaces consistindo na interface do robô 1 e na interface da ferramenta 2 definindo um plano (X2, X3).

[034] Na realização das Figuras 3-5, o elemento de acoplamento 29 compreende uma haste de ancoramento 3 rigidamente fixada à interface do robô 1. A interface 1 do robô define o plano (X2, X3) e a haste de ancoramento 3 tem um eixo longitudinal Z1 transversal, vantajosamente perpendicular, a este plano (X2, X3). A haste de ancoramento 3 compreende uma porção de extremidade de ancoragem 31 inserida em uma passagem 4 da interface de ferramenta 2. Conforme representado na Figura 3, a haste de ancoramento 3 e a passagem 3 são livres para se mover em translação em relação uma à outra, de modo a mover a interface da ferramenta 2 para longe e em direção à interface do robô 1 ao longo do primeiro eixo X1. A passagem 4 compreende uma porção de encosto 41, com um diâmetro menor que o diâmetro da porção de extremidade de ancoragem 31, para encostar contra a porção de extremidade de ancoragem 31 para limitar a distância em que a interface de ferramenta 2 pode ser movida para longe da interface de robô 1 para um distância máxima D1, conforme representado na Figura 4.

[035] Em outra realização, a interface do robô 1 e a interface da ferramenta 2 estão dispostas na configuração reversa. Em tal configuração reversa, a haste de ancoramento 3 é rigidamente fixada à interface de ferramenta 2 e a porção de extremidade de ancoragem 31 é inserida em uma passagem 4 da interface de robô 1. Tanto na realização das Figuras 3-5 como na configuração reversa, verificou-se que a haste de ancoramento 3 inserida na passagem 4 é particularmente vantajosa para aplicações metalúrgicas. Tal haste de ancoramento 3 inserida na passagem 4 de fato limita a amplitude da rotação maleável sobre os eixos X2 e X3 da interface de ferramenta 2 em relação à interface de robô 1. Além disso, quando a conformidade é ajustada de modo que o elemento de acoplamento se torne rígido, tal haste de ancoramento 3 aumenta ainda mais a rigidez à flexão do elemento de acoplamento 29. Esta disposição mecânica envolvendo a haste de ancoramento 3 e a passagem 4 é consequentemente muito vantajosa para aplicações metalúrgicas, em que cargas elevadas são normalmente aplicadas no elemento de acoplamento 29, tanto quando sua conformidade é ajustada em um nível baixo e alto. Na realização das Figuras 2-5, o elemento de conformidade 29 compreende uma pluralidade de hastes de ancoramento 3 distribuídas em torno de um elemento de conformidade. Em uma realização alternativa, uma única haste de ancoramento 3 pode ser fornecida e o elemento de conformidade pode ser localizado em torno ou adjacente à única haste de ancoramento 3.

[036] O elemento de acoplamento 29 compreende um elemento de conformidade com um nível de conformidade ajustável. O elemento de conformidade é localizado entre a interface do robô 1 e a interface da ferramenta 2 e é acoplado a pelo menos uma dessas duas interfaces. O elemento de conformidade deve ser configurado de forma que possa estar em contato com a interface 1 do robô e a interface 2 da ferramenta, pelo menos para alguns níveis de conformidade. Nesta configuração, uma carga compressiva suficiente aplicada na interface da ferramenta 2 irá gerar uma deformação do elemento de conformidade, o que, consequentemente, permite um movimento relativo da interface da ferramenta 2 em relação à interface do robô 1. Após a liberação da carga, o elemento de conformidade retorna à sua configuração inicial de modo que a interface da ferramenta 2 retorne à sua posição de rearme em relação à interface do robô 1. O elemento de conformidade compreende vantajosamente uma câmara deformável conectada a um sistema pneumático ou hidráulico para variar a pressão dentro da câmara deformável de modo a ajustar o nível de conformidade. Uma câmara deformável pode ser uma câmara feita de uma única parede deformável, como uma câmara inflável, ou uma câmara com uma pluralidade de paredes rígidas em que uma parede pode ser movida em translação em relação às outras, como uma câmara paralelepipédica pneumática ou hidráulica em que uma parede é montada de forma deslizante nas outras. O elemento de conformidade também pode compreender outros elementos, como molas localizadas entre a interface do robô 1 e a interface da ferramenta 2. Nesta configuração, o elemento de conformidade também compreende vantajosamente meios mecânicos para esticar ou comprimir as molas e a distância correspondente entre a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1, de modo que o nível de conformidade fornecido pelas molas possa ser ajustado.

[037] Nas realizações das Figuras 3-5, o elemento de conformidade é uma câmara inflável fechada 5 com uma parede deformável. A câmara inflável fechada 5 é configurada para ser inflável a uma pressão variável, vantajosamente por um sistema pneumático, pelo menos até uma pressão em que a distância entre a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1 é igual à distância máxima D1. O nível de conformidade do elemento de acoplamento 29 é, assim, alterado variando a pressão na câmara inflável 5. Quanto menor a pressão, maior a conformidade. A pressão na câmara inflável fechada 5 pode ser fornecida por um sistema pneumático ou hidráulico operativamente conectado à câmara inflável fechada 5. A câmara inflável fechada 5 é vantajosamente fixada a pelo menos uma da interface do robô 1 e à interface da ferramenta 2 e, preferencialmente, fixada a ambas. A câmara inflável fechada 5 é uma implementação mecânica simples, mas eficiente e econômica do elemento de conformidade. Anteriormente, a operação de manutenção para tal câmara inflável 5 é simples. Além disso, como pode ser inflado a uma grande faixa de pressão, ele oferece uma grande faixa de valores de conformidade para o elemento de acoplamento 29. Em uma realização vantajosa, a câmara fechada 5 pode funcionar em três modos de nível de pressão: alta pressão, baixa pressão e pressão zero. Como discutido supra, por outro lado, a presença da haste de ancoramento 3 é vantajosa para suportar as altas cargas tipicamente observadas em aplicações metalúrgicas.

[038] Quando um acoplamento rígido entre o robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 é necessário, a pressão na câmara inflável 5 é elevada a uma pressão em que a distância entre a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1 é igual à distância máxima D1. Nesta configuração, o acoplamento entre o robô 20 e a ferramenta de manuseio 21 é perfeitamente rígido na tração porque a distância Dr entre a interface da ferramenta 2 e a interface do robô 1 já está na distância máxima possível D1. Em compressão, o nível de rigidez, inversamente proporcional ao nível de conformidade, depende diretamente da pressão aplicada na câmara inflável 5. Na realização da Figura 2, a elasticidade do elemento de acoplamento 29 é ajustada de modo que forneça um acoplamento maleável quando os pinos guia 23 entram em contato com as cavidades em forma de funil 13 correspondentes, como representado na Figura 2 (c). Antes e depois do contato entre as canetas guias 23 e as cavidades em forma de funil 13, a conformidade do elemento de acoplamento 29 é vantajosamente ajustada de modo que forneça um acoplamento rígido, conforme representado na Figura 2 (a), (b), (d).

[039] Conforme representado na Figura 2 (c), a deformação da câmara inflável fechada 5 pode ser tal que a interface da ferramenta 2 se torna não paralela à interface do robô 1. Esta propriedade da câmara inflável fechada 5 com uma parede deformável é vantajosa quando o elemento de acoplamento 29 precisa se maleável com a carga assimétrica. A fim de atingir este não paralelismo das interfaces de ferramenta e robô, também é necessário fornecer a porção de extremidade de ancoragem 31 com uma forma e dimensões de tal forma que possa ser movida em relação à passagem 4 ao longo de pelo menos um dos eixos X2 e X3. Na realização das Figuras 3-5, quando a posição de rearme é definida por uma distância menor do que D1, há uma lacuna ao longo dos eixos X2 e X3 entre a superfície externa da porção de extremidade de ancoragem 31 e a superfície interna da passagem 4. A passagem 4 pode, portanto, ser movida em relação à haste de ancoramento 3 ao longo dos eixos X2 e X3 até que a superfície interna da passagem 4 entre em contato com a superfície externa da porção de extremidade de ancoragem 31. A lacuna entre a superfície externa da porção de extremidade de ancoragem 31 e a superfície interna da passagem 4 ao longo dos eixos X2 e X3 também permite uma rotação para alguma amplitude da passagem 4 em relação à haste de ancoramento 3 em torno dos eixos X1, X2 e X3. A rotação em torno dos eixos X2 e X3 é solicitada quando o elemento de acoplamento 29 precisa ser maleável em flexão enquanto a rotação em torno do eixo X1 é solicitada para uma conformidade em torção.

[040] Quando a pressão é variada na câmara inflável fechada 5, seu volume muda junto com seu nível de conformidade. Esta propriedade da câmara inflável fechada 5 é vantajosa em combinação com o arranjo mecânico feito da haste de ancoramento 3 na passagem 4. Ao alterar o volume da câmara inflável fechada 5, o elemento de acoplamento 29 pode de fato ser definido em uma configuração em que a distância de rearme Dr entre a interface do robô 1 e a interface da ferramenta 2 é inferior à distância máxima D1, tal como representado nas Figuras 3 e 4. Esta configuração é vantajosa porque a partir desta posição de rearme da interface da ferramenta 2 em relação à interface do robô 1, a interface da ferramenta 2 pode ser movida em ambas as direções do eixo X1. Tal configuração, consequentemente, fornece uma conformidade tanto na tração quanto na compressão do elemento de acoplamento 29. Alternativamente, como já discutido supra, o elemento de acoplamento 29 pode ser definido em uma configuração em que a distância de reinicialização Dr entre a interface do robô 1 e a interface da ferramenta 2 é igual à distância máxima D1, tal como representado na Figura 5. Nesta configuração, o acoplamento fornecido pelo elemento de acoplamento 29 é perfeitamente rígido na tração, enquanto na compressão a rigidez é diretamente dependente da pressão na câmara inflável 5. Com uma pressão suficiente na câmara inflável 5, o elemento de acoplamento 29 pode, consequentemente, tornar-se rígido tanto na tração quanto na compressão. Esta propriedade da posição de rearme ajustável da interface da ferramenta 2 e a conformidade potencial em ambas as direções do eixo X1 é uma consequência da presença da câmara inflável fechada 5. No entanto, em realizações alternativas, tal propriedade ainda pode ser obtida quando a câmara inflável fechada 5 é substituída por uma pluralidade de molas, com algumas trabalhando em tração e outras trabalhando em compressão na posição de rearme, acoplada tanto à interface do robô 1 quanto à interface da ferramenta 2. Meios mecânicos para comprimir ou esticar as molas e para acoplar ou desacoplar as molas de pelo menos uma da interface do robô 1 e da interface da ferramenta 2 são, então, vantajosamente fornecidos, para alterar a distância de reinicialização e o nível de conformidade do elemento de acoplamento 29.

[041] Na realização das Figuras 3-5, a porção de extremidade de ancoragem 31 tem uma forma cônica e a porção de encosto 41 da passagem 4 tem superfícies cônicas correspondentes. Nesta configuração, a porção de ancoragem 31 e a porção de encosto 41 são configuradas como um mecanismo de autocentralização. O eixo longitudinal Z1 da haste 3 é de fato alinhado automaticamente em um eixo longitudinal Z2 da passagem 4, quando a interface da ferramenta 2 é transladada em relação à interface do robô 1 ao longo do primeiro eixo X1 até a distância máxima D1. Este mecanismo de autocentralização permite um alinhamento adequado da interface da ferramenta 2 para a interface do robô 1 quando a conformidade no elemento de acoplamento 29 é ajustada em um nível baixo. No caso de um acoplamento rígido entre a ferramenta de manuseio 21 e o robô 20, é de fato vantajoso garantir que a interface da ferramenta 2 seja automaticamente localizada em uma posição em relação à interface do robô 1 que é predefinida e conhecida pelo robô.

[042] Lista de referências 1. interface de robô 2. interface de ferramenta 3. haste de ancoramento 4. passagem 5. elemento de conformidade: câmara inflável fechada 10. placas de válvula de gaveta deslizante: 10t. placa superior de gaveta deslizante 10L. placa inferior de gaveta deslizante 10n. nova placa de válvula de gaveta deslizante 105. superfícies deslizantes das placas de válvula de gaveta deslizante superior e inferior 11. estrutura de suporte da placa: 12. . estrutura de suporte da placa inferior 11t. estrutura de suporte da placa superior 12. berços 13. cavidades em forma de funil 20. robô 21. ferramenta de manuseio 23. pinos guia 29.elemento de acoplamento 31. porção da extremidade de ancoramento 41. porção de encosto 51. vaso metalúrgico

Claims (11)

1. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA compreendendo um robô (20), em que o robô (20) compreende uma ferramenta de manuseio (21) acoplada a um braço do robô (20) por um elemento de acoplamento (29), o elemento de acoplamento (29) compreendendo, • uma interface de ferramenta (2) rigidamente acoplada à ferramenta de manuseio (21), e • uma interface de robô (1) rigidamente acoplada ao braço do robô (20), em que, a) a conformidade do elemento de acoplamento (29) é controlada de modo que mediante a aplicação de uma carga na interface de ferramenta (2), a interface de ferramenta (2) é movida em relação à interface de robô (1), por translação ao longo e/ou rotação em torno de um ou mais de um primeiro, segundo e terceiro eixos espaciais ortogonais (X1, X2, X3), em que b) o elemento de acoplamento (29) é resiliente em que mediante liberação da carga, a interface de ferramenta (2) retorna a uma posição de rearme em relação à interface do robô (1) correspondendo a uma distância de rearme (Dr) separando a interface de ferramenta (2) e a interface de robô (1), em que, c) o elemento de acoplamento (29) compreende pelo menos uma haste de ancoramento (3) se estendendo ao longo de um eixo longitudinal (Z1), em que: i. a haste de ancoramento (3) compreende uma extremidade fixa rigidamente fixada a uma primeira interface que consiste na interface de robô (1) ou na interface de ferramenta (2), a primeira interface definindo um plano (X2, X3), transversal ao eixo longitudinal (Z1) da haste; ii. a haste de ancoramento (3) compreende uma porção de extremidade de ancoragem (31) inserida em uma passagem (4) de uma segunda interface que consiste na outra da interface de robô (1) e interface de ferramenta (2), a haste de ancoramento (3) e a passagem (4) sendo livres para moverem em translação em relação uma à outra, de modo a mover a interface de ferramenta (2) para longe e em direção à interface de robô (1) pelo menos ao longo do primeiro eixo (X1); iii. a passagem (4) compreende uma porção de encosto (41), com um diâmetro menor do que o diâmetro da porção de extremidade de ancoragem (31), para encostar contra a porção de extremidade de ancoragem (31) para limitar a distância que a interface de ferramenta (2) é movida para longe da interface de robô (1) até uma distância máxima (D1); iv. o elemento de acoplamento (29) compreende um elemento de conformidade (5) com um nível de conformidade ajustável, o elemento de conformidade sendo localizado entre a interface de robô (1) e a interface de ferramenta (2) e acoplado a pelo menos uma da interface de robô (1) e da interface de ferramenta (2); e a instalação de fundição metalúrgica sendo caracterizada por d) o elemento de conformidade (5) do elemento de acoplamento (29) ser uma câmara inflável fechada (5) com uma parede deformável, em que a câmara inflável fechada (5) é inflada de uma pressão variável até uma pressão em que a distância entre a interface de ferramenta (2) e a interface de robô (1) é igual à distância máxima (D1).

2. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo elemento de conformidade (5) ser configurado de modo que a posição de rearme da interface de ferramenta (2) em relação à interface de robô (1) seja ajustável ao longo do primeiro eixo (X1), em que a posição de rearme é ajustável em uma faixa de posições correspondentes a uma distância entre a interface de robô (1) e a interface de ferramenta (2) menor ou igual à distância máxima (D1).

3. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo elemento de conformidade (5) do elemento de acoplamento (29) ser configurado para fornecer uma conformidade em ambas as direções do primeiro eixo (X1) quando a posição de rearme é ajustada em uma posição intermediária correspondente a uma distância entre a interface de robô (1) e a interface de ferramenta (2) menor que a distância máxima (D1).

4. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pela câmara inflável fechada (5) ser fixada à interface de robô (1) e à interface de ferramenta (2).

5. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo elemento de acoplamento (29) compreender uma pluralidade de hastes de ancoramento (3), as hastes de ancoramento (3) sendo distribuídas em torno do elemento de conformidade (5).

6. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pela haste de ancoramento (3) e a passagem (4) serem configuradas de modo que a passagem (4) da segunda interface seja livre para se mover em translação em relação à haste de ancoramento (3) fixada à primeira interface ao longo do segundo eixo (X2), quando a interface da ferramenta (2) está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que a distância máxima (D1).

7. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pela haste de ancoramento (3) e a passagem (4) serem configuradas de modo que a passagem (4) da segunda interface seja livre para se mover em translação em relação à haste de ancoramento (3) fixada à primeira interface ao longo do terceiro eixo (X3), quando a interface da ferramenta (2) está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que a distância máxima (D1).

8. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pela haste de ancoramento (3) e a passagem (4) serem configuradas de modo que a passagem (4) da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento (3) fixada à primeira interface em torno do primeiro eixo (X1), quando a interface da ferramenta (2) está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que a distância máxima (D1).

9. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pela haste de ancoramento (3) e a passagem (4) serem configuradas de modo que a passagem (4) da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento (3) fixada à primeira interface em torno do segundo eixo (X2), quando a interface da ferramenta (2) está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que a distância máxima (D1).

10. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pela haste de ancoramento (3) e a passagem (4) serem configuradas de modo que a passagem (4) da segunda interface seja livre para girar em relação à haste de ancoramento (3) fixada à primeira interface em torno do terceiro eixo (X3), quando a interface da ferramenta (2) está em uma posição de rearme intermediária definida por uma distância menor que a distância máxima (D1).

11. INSTALAÇÃO DE FUNDIÇÃO METALÚRGICA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo eixo longitudinal (Z1) da haste de ancoramento (3) ser paralelo ao primeiro eixo (X1), a porção de ancoragem (31) da pelo menos uma haste de ancoramento (3) e a porção de encosto (41) na passagem (4) sendo configuradas como um mecanismo de autocentralização, de modo que o eixo longitudinal (Z1) da haste (3) seja automaticamente alinhado em um eixo longitudinal (Z2) da passagem (4), quando a interface da ferramenta (2) é transladada em relação à interface de robô (1) ao longo do primeiro eixo (X1) até a distância máxima (D1).