BRPI0613264A2 - gabarito de suporte para um membro de agarre de um robÈ manipulador - Google Patents

Abstract

Gabarito de suporte para um membro de agarre de um robó manipulador, onde o gabarito de suporte compreende uma estrutura (16) de suporte à qual ao menos um membro de agarre (18) é fixado, e um dispositivo (20) de fixação destinado a conectar a estrutura (16) de fixação a um braço do robó o dispositivo (20) de fixação inclui um primeiro membro (22) de conexão conectado à estrutura (16) de fixação, um segundo membro (26) de suporte destinado a ser montado no braço do robó, e meios (58, 76) de acoplamento liberáveis capazes de conectar de modo estável o primeiro e o segundo membros (22, 26) e de modo reversível desconectar estes membros na eventualidade de um impacto, de força pré-determinada, com a estrutura (16) de fixação o segundo membro (26) de suporte inclui uma primeira parte (28) fixa e uma segunda parte (32) móvel montada de modo rotativo sobre a primeira parte com um primeiro eixo (X) e conduzindo o primeiro membro (22) de conexão de tal maneira que este último pode ser orientado com relação à primeira parte (28) fixa com o primeiro eixo (X).

Description

Gabarito de suporte para um membro de agarre de um robô manipulador.

A presente invenção refere-se a um gabarito de suportepara um membro de agarre de um robô manipulador, tal como um robô para linhas desolda de carroceria de veículos a motor, assim como para um robô manipulador providocom tal suporte de tipo gabarito.

Como é conhecido, robôs manipuladores compreendemuma ou mais membros de agarre, ou "pregadores", para agarrar de um modo liberáveluma peça em trabalho (por exemplo, uma parte de uma carroceria) para ser transferidade um ponto a outro na área de trabalho. Os membros de agarre são montados sobregabaritos de suporte especiais fixos em um braço móvel do robô. Estes gabaritos desuporte possibilitam os membros de fixação serem dispostos em uma dada posição e emuma dada direção com relação ao braço móvel do robô, dependendo de necessidadesespecíficas, por exemplo, dependendo do formato e tamanho das partes a seremagarradas. O gabarito de suporte usado até agora, entretanto, provou ser particularmentenão resistente a impactos os quais podem ocorrer em particular durante o ajuste daslinhas automatizadas, devido às altas velocidades nas quais as partes são movidas e aoespaço restrito dentro do qual estas partes devem ser movidas. Estes gabaritos são, defato, formados como estruturas rígidas, consistindo de elementos estruturais (tais comotubos de aço ou seções de alumínio) os quais são fixados juntos por meio de solda ouconexões rosqueadas. Para evitar embaraços e interrupções custosas no proc4esso deprodução na eventualidade de quebra de um gabarito de suporte seguinte a um impacto,os fornecedores de linhas automatizadas são por isso solicitados a prover cada robô comum gabarito de reserva para cada um dos gabaritos de suporte providos no robô, demodo que uma parte reserva esteja sempre disponível para uso em caso denecessidade. Isto obviamente resulta em custo adicional para os fornecedores de linhasautomatizadas. Além disso, a substituição de um gabarito de suporte danificado após umimpacto, com um gabarito de reserva, resulta em uma interrupção prolongada noprocesso de produção e requer a assistência de pessoal especializado.

O objetivo da presente invenção é então o de prover umgabarito de suporte para um membro de agarre de um robô manipulador o qual não sejaafetado pela desvantagem da arte anterior acima descrita.

Este e outros objetivos são alcançados de acordo com ainvenção por meio de um gabarito de suporte para um membro de agarre de um robômanipulador tendo a característica definida na reivindicação 1 independente. Mais outrascaracterísticas vantajosas da invenção são especificadas nas reivindicaçõesdependentes.

Em resumo, a invenção é baseada na idéia de prover umgabarito de suporte para um membro de agarre de um robô manipulador compreendendouma estrutura de suporte à qual o membro de agarre é fixado e um dispositivo de fixaçãodestinado a conectar a estrutura de fixação a um braço do robô, o dispositivo de fixaçãoincluindo :

- um primeiro membro de conexão conectado à estrutura de fixação;

- um segundo membro de suporte destinado a ser montado no braço do robô; e

- meios de acoplamento liberáveis capazes de conectar de modo estável o membro deconexão com o membro de suporte, e, de modo reversível, desconectar os dois membrosquando o gabarito de suporte é submetido a um impacto tendo uma força tal quecausasse um dano irreparável ao gabarito.

A principal vantagem da invenção assim consiste napossibilidade de evitar dano no gabarito de suporte na eventualidade de um impacto, umavez que o dispositivo de fixação automaticamente desacopla do braço do robô a estruturade fixação no evento de um impacto tendo uma força pré-determinada Assim, não é maisnecessário substituir o gabarito de suporte danificado pelo gabarito de reserva, mas ésuficiente montar novamente o gabarito no braço do robô, acoplando novamente os doismembros do dispositivo de fixação um com o outro. Isto obviamente resulta em umaconsiderável redução nos custos que surgem da manutenção e interrupção de produção,desde que as operações necessárias para restaurar a condição operativa do robô sãosimples e rápidas para serem executadas, sem a necessidade de assistência por pessoalespecializado. Além disso, não é mais absolutamente indispensável prover um gabaritode reserva na máquina, uma vez que a probabilidade de causar-se dano permanente nogabarito de suporte é significativamente reduzida.

Mais outras características e vantagens da invenção ficarãoclaras a partir da descrição detalhada que segue, provida puramente como um exemplonão Iimitativo com referência nos desenhos anexos, nos quais:

- a Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma porção de extremidade de um braço derobô no qual é montado um par de gabaritos de suporte de acordo com uma configuraçãopreferida da presente invenção;

- a Figura 2 é uma vista em perspectiva a qual mostra em detalhe um dispositivo parafixar um dos dois gabaritos de suporte da fig. 1;

- a Figura 3 é uma vista em secção vertical do dispositivo de fixação da fig. 2;

- a Figura 4 é uma vista explodida do dispositivo de fixação da fig. 2; e

- a Figura 5 é uma vista em secção axial de uma variante de configuração de umdispositivo de fixação para um gabarito de suporte de acordo com a invenção.

Inicialmente, com referência na fig. 1, um braço de robô (porsi conhecido e não mostrado) conduz em sua extremidade livre uma placa de fixação (10)à qual é fixada uma trave de suporte (12), a trave sendo formada preferentemente comoum segmento de seção metálico provido com uma pluralidade de sulcos (14) retosdirigidos de modo paralelo com seu eixo longitudinal. Um par de estruturas de fixação(16), de um tipo por si conhecido, é montado sobre a trave (12) de suporte, um respectivomembro de agarre (18), também de um tipo por si conhecido, sendo fixado a cada umdeles. As estruturas de fixação (16) são formadas, por exemplo, como um jogo deelementos tubulares conectados juntos preferentemente por meio de membros deconexão de tipo de um parafuso, de modo a facilitar quaisquer variações no arranjoespacial destes elementos. Cada estrutura de fixação (16) é montada sobre a trave desuporte (12) por meio de um dispositivo de fixação desengastável, indicadogenericamente como (20). A montagem consistindo da estrutura de fixação (16) e dodispositivo (20) de fixação forma um gabarito de suporte de acordo coma invenção.

Com referência, agora, em particular, nas fig. de 2 a 4, odispositivo (20) de fixação compreende um membro de conexão (22) destinado a serconectado a uma extremidade de um elemento tubular (24) da estrutura (16) de fixação eum segundo membro de suporte (26) destinado a ser montado na trave (12) de suporte.

O membro de suporte (26) inclui uma primeira parte (28) em formato de um garfoconectada à trave de suporte (12) por meio de dois ou mais parafusos (30), e umasegunda parte (32) móvel com relação à primeira parte. A parte (32) móvel compreendeum elemento anular (34) externo, montado de modo rotativo sobre o membro (26) desuporte por meio de um primeiro par de pinos (35) e (35 a) de modo que pode serorientado ao redor de um primeiro eixo (X), e um segundo elemento anular (36) internomontado de modo rotativo sobre o primeiro elemento (34) anular por meio de umsegundo par de pinos (37) e (37 a) de modo que pode ser orientado ao redor de umsegundo eixo (Y) perpendicular ao primeiro eixo.

No exemplo de configuração mostrado, cada um dos pinos(35) e (37) compreende uma espiga (38) cilíndrica e uma cabeça (40) cilíndrica, enquantocada um dos pinos (35 a) e (37 a) compreende uma espiga cilíndrica (38 a) e umacabeça (40 a) cilíndrica com soquete hexagonal rosqueado. As espigas cilíndricas (38) e(38 a) do primeiro par de pinos (35) e (35 a) definem o primeiro eixo de rotação (X) e sãoinseridas dentro de respectivos furos cilíndricos (42) providos em um par de paredesverticais (44) opostas do elemento anular (34) externo. A cabeça (40) cilíndrica do pino(35) é inserida dentro de um furo (46) provido em um primeiro braço (48) vertical da parte(28) fixa do membro (26) de suporte, enquanto a cabeça (40 a) cilíndrica do pino (35 a) éparafusado dentro de um furo (46 a) rosqueado provido em um segundo braço (48 a)vertical da parte (28) fixa oposta ao primeiro braço. Similarmente, as espigas (38) e (38 a)cilíndricas do segundo par de pinos (37) e (37 a) definem o segundo eixo de rotação (Y) esão inseridas dentro de respectivos furos cilíndricos (50) providos em um par de paredes(52) horizontais opostas do elemento anular (36) interno. A cabeça (40) cilíndrica do pino(37) é inserida dentro de um furo (54) provido em uma primeira parede (56) horizontal doelemento anular (34) externo, enquanto a cabeça (40 a) cilíndrica do pino (37 a) éparafusada dentro de um furo (54 a) rosqueado provido em uma segunda parede (56)horizontal do elemento anular (34) externo oposto à primeira parede.

Devido ao uso dos pinos rosqueados (35 a) e (37 a), umavez que a orientação do elemento anular (36) interno com relação à parte (28) fixa domembro (26) de suporte ao redor dos dois eixos (X) e (Y) foi ajustada, é por isso possívelmanter de modo estável esta orientação pelo aperto das cabeças (40 a) destes pinosdentro dos respectivos furos (46 a) e (54 a) rosqueados.

Preferentemente1 como previsto na configuração mostrada,cada par tem somente um pino provido com uma cabeça rosqueada, enquanto a cabeçado outro pino, principalmente a cabeça (40) do pino (35) e a cabeça (40) do pino (37), éinserida com folga dentro do correspondente furo (46, 54). As espigas (38) dos pinos (35)e (37) não rosquedas são, cada uma, conectadas para rotação com o elemento móvelassociado (principalmente, o elemento anular (34) externo no caso do pino (35) e, nocaso do pino (37), o elemento anular (36) interno) por meio de um respectivo pino detrava (57). As cabeças (40) destes pinos assim giram dentro dos respectivos furos (46) e(54) de modo integrado com os elementos móveis (34) e (36) associados.Vantajosamente, meios para indicar a posição angular, tais como escalas goniométricas,são providos nas cabeças (40) dos pinos (35) e (37) ou sobre o braço (48) da parte fixa(28) do membro (26) de suporte e sobre a primeira parede (56) horizontal do elementoanular (34) externo de modo a facilitar o ajuste da orientação ao redor dos dois eixos (X)e(Y).

É sempre possível prever que ambos os pinos de cada partem cabeças rosqueadas. Do mesmo modo é possível prever outras medidas paramanutenção estável da orientação do elemento anular (36) interno com relação à partefixa (28) do membro (26) de suporte ao redor dos dois eixos (X) e (Y).

O elemento anular (36) interno tem uma pluralidade deenxertos (58) de suporte (no exemplo de configuração proposto, três enxertos dispostos a120°), cada um deles compreendendo uma espiga (60) inserida dentro de umcorrespondente furo (62) no elemento (36) e uma placa (64) de apoio a qual se projetaem direção ao lado interno do elemento (36) e tem no centro um recesso (66) formado demodo cônico. De acordo com a configuração mostrada nas fig. 3 e 4, a espiga (60) de umdos três enxertos (58) de suporte é rosqueada e tem um recesso hexagonal dentro doqual uma chave "Allen" pode ser inserida para possibilitar o dispositivo de fixação seracoplado novamente seguindo um impacto, como será explicado em detalhe mais abaixo.Na variante de configuração da fig. 5, por outro lado, as espigas (60) de todos os trêsenxertos (58) de suporte (somente um de cada pode ser visto) são inseridas cominterferência dentro dos respectivos furos (62).Como mostrado em particular na vista explodida da fig. 4, omembro de conexão (22) do dispositivo (20) de fixação compreende, por exemplo, umprimeiro componente (68) conduzido pelo elemento anular (36) interno da parte (32)móvel do membro (26) de suporte e um segundo componente (70) firmemente preso, porexemplo, por meio de membros de conexão rosqueados (não mostrados), em umaextremidade do elemento tubular (24). Os dois componentes (68) e (70) do membro (22)de conexão são unidos juntos por meio de parafusos (72). O primeiro componente (68)tem uma série de cavidades (74) cilíndricas radiais correspondendo em número aonúmero dos enxertos (58) de suporte do elemento anular (36) interno (no exemplomostrado, três cavidades dispostas a 120°). Cada cavidade (74) recebe um pino (76)provido de uma cabeça (78) esférica projetando-se externamente desde a superfícielateral do componente (68) e destinado a engastar no recesso (66) de um correspondenteenxerto (58). Cada pino (76) é submetido a uma força de pré-carga radial a qual tende ao expelir da respectiva cavidade (74) e é exercida por um respectivo conjunto (80) demola, formado, por exemplo, por uma série de molas Belleville (somente uma das quais émostrada na vista explodida da fig. 4) dispostas em forma de pacote sobre o topo decada outra dentro da cavidade (74) ao redor de uma haste (82) do pino (76). Para cadapino (76) uma placa (84) de travamento é vista a qual é fixada por meio de parafusos (86)no primeiro componente (68) do elemento de conexão (22) e tem um furo passante (88)circular através do qual passa a cabeça (78) esférica do pino (76). Por cooperação comflanges (90) radiais dos pinos (76), as placas (84) evitam os pinos de serem dasrespectivas cavidades (74) radiais.

Devido à cooperação entre os pinos (76) de cabeça esféricado membro (22) de conexão e os enxertos (58) de suporte do elemento anular (36)interno da parte (32) móvel do membro (26) de suporte, o elemento (24) tubular, fazendoparte da estrutura (16) de fixação do membro de agarre (18), é conectado de modoliberável à trave (12) de suporte, e assim ao braço do robô. A força de liberação dodispositivo (20) de fixação pode obviamente ser ajustada como desejado pelo ajuste daforça de pré-carga exercida pelo conjunto (80) de mola. O uso de pacote de molasBelleville possibilita a formação de conjuntos (80) de mola de dimensões compactas, massão sempre capazes de exercer altas pré-cargas de forças. O dispositivo (20) de fixaçãodeve, de fato, não tornar-se desengastado durante a operação normal do robô, massomente na eventualidade de impactos tendo uma força tal que cause dano permanenteao gabarito de suporte e requerer, assim, substituição do dito gabarito.

Para acoplar novamente o membro de conexão (22) com oelemento anular (36) interno do membro (26) de suporte após um impacto, é suficientedesparafusar a espiga (60) rosqueada de um dos enxertos de suporte (58) de modo amover a placa de apoio (64) radialmente para fora da cabeça (78) esférica do respectivopino (76).

De acordo com a variante de configuração mostrada na fig.5, por outro lado, um mecanismo do tipo de um parafuso é o visado, dito mecanismopossibilitando a força de pré-carga exercida por todos os três conjuntos (80) de molaserem ajustados simultaneamente. Este mecanismo inclui um parafuso (92) o qualengasta em um furo (94) rosqueado axial provido no dispositivo (22) de conexão. Aextremidade da espiga do parafuso (92) coopera com três superfícies (96) inclinadas detrês placas (98) de mola (somente uma das quais é mostrada na fig. 5), cada uma delasassociada com um respectivo conjunto (80) de mola. Cada placa (98) de mola é dispostaem uma respectiva cavidade (74) radial e pode assim ser deslocada radialmente por meiodo parafuso (92) de modo a aumentar ou reduzir a força de pré-carga exercida pelorespectivo conjunto (80) de mola. Para restaurar a condição engastada do dispositivo (20)de fixação é assim suficiente desparafusar o parafuso (92) de ajuste de modo a reduzir aforça de pré-carga dos conjuntos (80) de mola.

Na variante de configuração da fig. 5, além disso, o membro(22) de conexão é formado como uma peça única, ao invés de dois componentesseparados conectados juntos por meio de parafusos.

Devido ao fato de que o membro (22) de conexão pode serorientado com relação ao membro (26) de suporte ao redor de dois eixos (X) e (Y)1 oposicionamento da estrutura (16) de fixação do membro (18) de agarre é extremamentesimples, uma vez que é definido somente pelos dois ângulos de rotação ao redor desteseixos. Isto, então, também resulta em simplificação das operações de ajuste e teste dociclo de movimento do robô.

Naturalmente, o princípio da invenção permanecendoinalterado, as configurações e os detalhes construtivos podem ser largamente variadoscom relação àqueles descritos e mostrados puramente a guisa de um exemplo nãolimitativo.

Por exemplo, o dispositivo (20) de fixação pode também nãoser provido com o mecanismo para orientar o membro (22) de conexão (principalmente omembro (18) de agarre nele integrado) em relação ao membro (26) de suporte(principalmente o braço do robô) ao redor dos dois eixos (X) e (Y). Neste caso, o membro(22) de conexão pode ser substancialmente idêntico àquele previamente descrito,enquanto o membro (26) de suporte terá um elemento anular (correspondendo aoelemento (36) anular interno) provido com os enxertos de suporte (58).

Claims (15)

1. Gabarito de suporte para um membro de agarre de umrobô manipulador, caracterizado pelo fato de compreender uma estrutura (16) desuporte à qual ao menos um membro de agarre (18) pode ser fixado, e um dispositivo(20) de fixação destinado a conectar a estrutura (16) de fixação a um braço do robô, odispositivo (20) de fixação incluindo :- um primeiro membro (22) de conexão conectado à estrutura (16) de fixação;- um segundo membro (26) de suporte destinado a ser montado no braço do robô; e- meios (58, 76) de acoplamento liberáveis capazes de conectar de modo estável oprimeiro e o segundo membros (22, 26) e de modo reversível desconectar estesmembros na eventualidade de um impacto, de força pré-determinada, com a estrutura(16) de fixação.

2. Gabarito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de dito segundo membro (26) de suporte incluir uma primeira parte (28) fixa euma segunda parte (32) móvel montada de modo rotativo sobre a primeira parte ao redorde um primeiro eixo (X) e conduzindo dito primeiro membro (22) de conexão de talmaneira que este último pode ser orientado com relação à dita primeira parte (28) fixa aoredor de ao menos dito primeiro eixo (X).

3. Gabarito, de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de dita segunda parte (32) móvel do segundo membro (26) de suporte incluir umprimeiro e um segundo elementos (34, 36) conectados juntos de modo rotativo ao redorde um segundo eixo (Y) perpendicular ao primeiro eixo (X).

4. Gabarito, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de dito primeiro elemento (34) ser um elemento anular montado de modorotativo na parte (28) fixa do membro (26) de suporte ao redor de dito primeiro eixo (X), edito segundo elemento (36) ser um elemento anular montado de modo rotativo dentro doprimeiro elemento (34) ao redor de dito segundo eixo (Y).

5. Gabarito, de acordo com a reivindicação 3 ou 4,caracterizado pelo fato de dito primeiro elemento (34) ser montado na parte (28) fixa domembro (26) de suporte por meio de um primeiro par de pinos (35) definindo dito primeiroeixo de rotação (X) e no qual dito segundo elemento (36) é conectado ao primeiroelemento (34) por meio de um segundo par de pinos (37) definindo dito segundo eixo derotação (Y).

6. Gabarito, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de ditos meios (58, 76) de acoplamento incluírem uma pluralidade de enxertosde suporte (58) os quais formam, cada um, uma superfície de apoio (64) tendo umrecesso (66) e uma correspondente pluralidade de pinos (76) do tipo cabeça-esférica pré-tencionados de modo elástico de maneira a engastar, cada um, no recesso (66) de umcorrespondente enxerto (58).

7. Gabarito, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de dita pluralidade de enxertos de suporte (58) compreender três enxertosangularmente eqüidistantes e dita correspondente pluralidade de pinos (76) do tipocabeça-esférica compreender três pinos angularmente eqüidistantes, de tal modo que ospinos (76) são pré-tencionados elasticamente em uma direção radial contra as superfíciesde apoio (64) dos respectivos enxertos (58).

8. Gabarito, de acordo com a reivindicação 2 e 6,caracterizado pelo fato dos enxertos de suporte (58) serem montados em dita segundaparte (32) móvel e os pinos (76) do tipo cabeça-esférica serem montados em ditoprimeiro membro (22) de conexão.

9. Gabarito, de acordo com a reivindicação 4 e 8,caracterizado pelo fato dos enxertos de suporte (58) serem montados no segundoelemento (36) anular da segunda parte (32) móvel.

10. Gabarito, de acordo com a reivindicação 9,caracterizado pelo fato de cada um dos enxertos de suporte (58) compreender umaespiga (60) inserida dentro de um correspondente furo (62) de dito segundo elemento(36) anular e uma placa (64) a qual se projeta em direção ao lado de dentro do elemento(36) e forma dita superfície de apoio.

11. Gabarito, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de dito primeiro membro (22) de conexão ter umacorrespondente pluralidade de cavidades (74) radiais cilíndricas, cada uma das quaisrecebe um pino (76) do tipo cabeça-esférica e um conjunto (80) de mola capaz deexercer uma pré-carga elástica de força tendendo a empurrar o pino (76) do tipo cabeça-esférica contra a superfície de apoio (64) do correspondente enxerto de suporte (58).

12. Gabarito, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de cada conjunto (80) de mola compreender uma série de molasBelleville dispostas em forma de pacote no topo uma da outra dentro da cavidade (74) aoredor de uma haste (82) do pino (76).

13. Gabarito, de acordo com a reivindicação 12,caracterizado pelo fato de cada cavidade (74) radial cilíndrica receber de mododeslizante uma placa (98) de mola capaz de variar a força de pré-carga do respectivoconjunto (80) de mola.

14. Gabarito, de acordo com a reivindicação 13,caracterizado pelo fato do membro (22) de conexão incluir um mecanismo (92) de ajustedo tipo de um parafuso capaz de variar a posição das placas de mola (98) dos conjuntos(80) de mola de modo a variar a força de pré-carga destes últimos.

15. Robô manipulador caracterizado pelo fato decompreender um gabarito de suporte de acordo com qualquer uma das reivindicações de-1 a 14.