BRPI0716967A2 - Estação de trabalho robotizada e processo de comando de uma estação de trabalho - Google Patents

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Description

"ESTAÇÃO DE TRABALHO ROBOTIZADA E PROCESSO DE COMANDO DE UMA ESTAÇÃO DE TRABALHO"
A presente invenção se refere a uma estação de trabalho e a um processo de comando de uma tal estação de trabalho. Uma estação de trabalho desse tipo é utilizável por exemplo para a fabricação de peças de carroceria de veículos automóveis.
PLANO DE FUNDO DA INVENÇÃO Uma estação de trabalho compreende geralmente uma estrutura na qual são fixados no mínimo um robô manipulador de peças e uma unidade operacional destinada a realizar pelo menos uma operação nas peças, como uma operação de união, de soldagem, de engaste ou outra. O robô manipulador é em geral comandado para trocar as peças em um suporte solidário da estrutura e disposto para manter a peça em uma posição predeterminada de maneira a servir de referência geométrica para a operação realizada pela unidade operacional. Uma vez que a operação terminou, o robô manipulador pega a peça para colocá-la no exterior da estação de trabalho.
Os utilizadores de tais estações de trabalho têm geralmente uma necessidade de rentabilidade, quer dizer de explorar ao máximo as estações de trabalho e os elementos que as compõem, e de flexibilidade de maneira que as estações de trabalho possam ser facilmente adaptadas a diferentes tipos de peças, diferentes ritmos e a modificações do processo de fabricação, essa necessidade de flexibilidade não devendo entretanto ser satisfeita em detrimento da rentabilidade. Por outro lado, revela-se necessário tornar as estações de trabalho cada vez mais compactas a fim de explorar da melhor maneira possível a superfície disponível sem por isso sacrificar a flexibilidade das mesmas.
OBJETO DA INVENÇÃO Um objetivo da invenção é propor uma estação de trabalho que permite satisfazer pelo menos em parte as necessidades acima enunciadas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO Para isso, é prevista, de acordo com a invenção, uma estação de trabalho robotizada, que compreende pelo menos um robô multi-eixo manipulador de peças que tem um braço com uma extremidade livre provida de um suporte de peças, uma primeira unidade operacional e uma segunda unidade operacional para operar funcionalmente junto com o suporte, o suporte compreendendo um corpo provido de locais de recepção de peças dispostos para ser simultaneamente acessíveis cada um deles por uma das unidades operacionais.
Assim, o posicionamento das peças da estação é assegurado pelo robô manipulador e as unidades operacionais podem operar simultaneamente no suporte posicionado pelo robô manipulador. É então possível efetuar operações em tempo mascarado e compensar variações dimensionais entre séries de peças modificando-se para isso a posição e a inclinação do suporte na estação.
De preferência, o corpo do suporte compreende várias faces que definem cada uma delas um local de recepção das peças e, vantajosamente, os locais são dispostos em duas faces opostas do corpo, o corpo sendo montado na extremidade livre do braço do robô manipulador para pivotar em torno de um eixo que se estende simetricamente em relação às faces.
Esse modo de realização é especialmente vantajoso visto que ele limita os riscos de interferências entre as unidades operacionais que operam junto simultaneamente com o suporte.
De preferência ainda, a estação compreende pelo menos tantas unidades operacionais suscetíveis de operar funcionalmente junto com o suporte quantas forem as faces providas de local de recepção de peça que o corpo de suporte possui.
Isso permite explorar plenamente as possibilidades oferecidas pela disposição de vários locais de peças no suporte.
Vantajosamente, uma das unidades operacionais é disposta para operar operacionalmente junto com várias faces do suporte sucessivamente.
A invenção também tem como objeto, um processo de
comando de uma estação de trabalho que compreende pelo menos um robô manipulador que tem um braço com uma extremidade livre provida de um suporte provido de pelo menos um primeiro e um segundo locais de recepção de peça, um robô de carregamento de peça nos locais, e uma unidade operacional, os locais sendo dispostos para serem acessíveis simultaneamente cada um deles pelo robô de carregamento e pela unidade operacional, o processo compreendendo as etapas de:
- comandar o robô de carregamento para carregar uma peça no
primeiro local,
- comandar o robô manipulador para que ele apresente a peça
recebida no primeiro local à segunda unidade operacional,
- comandar a segunda unidade operacional para que ela realize uma operação sobre a peça assim apresentada e comandar o robô de carregamento para que ele carregue uma peça no segundo local durante a
operação realizada pela unidade operacional.
O carregamento da peça é assim realizado em tempo
mascarado.
Outras características e vantagens da invenção se destacarão com a leitura da descrição que se segue de modos de realização especiais não limitativos da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Será feito referência aos desenhos anexos, entre os quais:
- a figura 1 é uma vista esquemática em elevação de uma estação de trabalho de acordo com um primeiro modo de realização da invenção, - a figura 2 é uma vista esquemática parcial de uma estação de trabalho de acordo com um segundo modo de realização da invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
Em referência à figura 1, a estação de trabalho de acordo com o primeiro modo de realização é destinada a assegurar a soldagem final de uma peça que compreende duas partes pré-unidas.
A estação de trabalho, geralmente designada em 1, compreende uma estrutura 2 sobre a qual são montados um transportador 3 de admissão de peças, um transportador 4 de evacuação das peças, uma primeira unidade operacional 5, uma segunda unidade operacional 6 e um robô manipulador 7 multi-eixo. Os transportadores 3, 4, as unidades operacionais 5, 6 e o robô manipulador 7 são ligados a uma unidade de comando 8 que compreende um sistema informático que executa um programa disposto para fazer funcionar de modo coordenado os elementos precitados que constituem a estação de trabalho 1.
A estrutura 2 compreende de modo conhecido em si uma base que repousa sobre o solo e que é encimada por uma armadura e circundada por uma cinta de proteção não visível na figura 1 (grades, invólucro...). A base permite fixar a estação de trabalho 1 no solo e compreende passagens para os cabos elétricos de alimentação e de comando dos componentes da estação de trabalho 1. A base pode por outro lado ser disposta para formar uma parte de uma linha modular de produção por exemplo incorporando-se para isso meios de sua ligação funcional em relação a uma estação de trabalho adjacente. Os meios de ligação funcional compreendem por exemplo meios de ligação mecânica das estações entre si, meios de interconexão dos cabos de alimentação e/ou de comando das estações de trabalho.
Os transportadores 3 e 4 são constituídos cada um deles por uma linha de transporte sem fim montada na estrutura 2 de tal maneira para que cada transportador 3, 4 tenha uma extremidade na proximidade da primeira unidade operacional 5 e uma extremidade oposta na proximidade de uma borda da estação de trabalho 1. Fora da estação, as peças são carregadas no transportador 3 de admissão e descarregadas do transportador 4 de evacuação por exemplo por um operador ou um robô.
A primeira unidade operacional 5 é formada por um robô de carregamento/descarregamento comandado para pegar as peças a trabalhar no transportador 3 e para colocar as peças trabalhadas no transportador 4.
A segunda unidade operacional 6 é aqui uma cabeça de soldagem laser montada na armação da estrutura 2 substancialmente acima do robô de carregamento/descarregamento 5. A cabeça de soldagem 6 possui uma deflexão angular e é deslocável angularmente de acordo com essa deflexão.
O robô manipulador 7 compreende um braço 9 que tem uma extremidade ligada à base da estrutura 2 e uma extremidade oposta livre provida de um suporte 10 de peças. O suporte 10 compreende um corpo 11, aqui em forma de tambor, que é montado na extremidade livre do braço 9 para pivotar em torno de um eixo 12 e que possui duas faces 13.1, 13.2 opostas uma à outra e paralelas ao eixo 12. Em cada face 13.1, 13.2 são fixados órgãos de retenção e de posicionamento de uma peça de maneira a definir um local 14.1, 14.2 para uma peça.
Em funcionamento, peças estando presentes no transportador 3, o robô manipulador 7 é comandado para dispor o suporte 10 na proximidade do robô de carregamento/descarregamento 5 e da cabeça de soldagem 6 de maneira que os locais 14.1, 14.2 sejam acessíveis cada um deles pelo robô de carregamento/descarregamento 5 e pela cabeça de soldagem 6.
A unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue uma peça no transportador 3 e a posicione no local 14.1 que lhe apresenta o robô manipulador 7. O robô manipulador 7 bloqueia a peça e faz em seguida o suporte 10 pivotar para apresentar a pela à cabeça de soldagem 6 e o local 14.2 ao robô de carregamento/descarregamento 5.
A cabeça de soldagem 6 começa então a operação de soldagem
e o robô manipulador 7 desloca o suporte IOea peça para que o feixe de laser atinja as partes a soldar.
Durante a operação de soldagem, a unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue uma peça no transportador 3 e a posicione no local 14.2 que lhe apresenta o robô manipulador 7. Como o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 para a soldagem, o robô de carregamento/descarregamento 5 é comandado em coordenação com o robô manipulador 7 para carregar a peça no local 14.2 seguindo para isso os movimentos do suporte 10. No final da soldagem, a unidade de comando 8 comanda o
pivotamento do suporte 10 para levar o local 14,2 diante da cabeça de soldagem 6 e ao local 14.1 diante do robô de carregamento/descarregamento 5.
A cabeça de soldagem 6 começa então a operação de soldagem e o robô manipulador 7 desloca o suporte IOea peça para que o feixe de laser atinja as partes a soldar.
Durante a operação de soldagem, a unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue a peça no local 14.1 que lhe apresenta o robô manipulador 7 e a coloque no transportador 4, e para que ele pegue uma peça no transportador 3 e a posicione no local 14.1. Como o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 para a soldagem, o robô de carregamento/descarregamento 5 é comandado em coordenação com o robô manipulador 7 para descarregar a peça soldada do local 14.1 e para carregar uma peça a soldar no local 14.1 seguindo para isso os movimentos do suporte 10.
O ciclo prossegue então como precedentemente.
Será notado que a estação possui um armazém 17 de suportes 11 que pode receber vários suportes 11 adaptados a peças diferentes e o braço 9 do robô manipulador é disposto para poder se conectar a um suporte 11 e se desconectar do mesmo de maneira que o robô manipulador 7 possa trocar o suporte 11 em função das peças a unir.
Os elementos idênticos ou análogos àqueles precedentemente descritos levarão a mesma referência numérica na descrição que se segue do segundo modo de realização representado na figura 2.
A estação de trabalho 1 do segundo modo de realização é globalmente idêntica àquela do primeiro modo de realização, a saber que ela compreende um robô de carregamento/descarregamento 5, uma cabeça de soldagem 6 e um robô manipulador 7 do qual somente o braço 9 é aqui visível (representado em corte transversal na figura 2).
A estação de trabalho 1 é aqui no entanto disposta para soldar uma na outra uma peça de um primeiro tipo a e uma peça de um segundo tipo B trazidas separadamente para a estação de trabalho 1 por meios de transporte conhecidos em si tais como transportadores ou robôs. O robô de carregamento/descarregamento 5 é comandado para
carregar as peças do primeiro tipo A no suporte 10 e para descarregar do suporte 10 o conjunto soldado formado pela união de uma peça do primeiro tipo A e de uma peça do segundo tipo B.
A estação de trabalho 1 compreende um robô de carregamento 15 suplementar comandado para carregar no suporte 10 as peças do segundo tipo solidárias de chassis de retenção adicionais ou suportes intermediários 16.
O suporte 10 compreende três faces 13.1, 13.2, 13.3 nas quais são dispostos locais 14.1, 14.2, 14.3 de recepção de peças, esses locais compreendendo meios de retenção e de posicionamento das peças do primeiro tipo A e meios de retenção e de posicionamento dos suportes intermediários 16.
Em funcionamento, o robô manipulador 7 é comandado para dispor o suporte 10 na proximidade do robô de carregamento/descarregamento 5, do robô de carregamento 15 e da cabeça de soldagem 6 de maneira que os locais 14.1, 14.2, 14.3 sejam acessíveis cada um deles pelo robô de carregamento/descarregamento 5, pelo robô de carregamento 15 e pela cabeça de soldagem 6. No início do ciclo, a unidade de comando 8 comanda o robô de
carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue uma peça do primeiro tipo Aea posicione no local 14.1 que lhe apresenta o robô manipulador 7. O robô manipulador 7 bloqueia a peça e faz em seguida o suporte 10 pivotar para apresentar o local 14.1 ao robô de carregamento 15, o local 14.2 à cabeça de soldagem 6 e o local 14.3 ao robô de carregamento/descarregamento 5.
A unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue uma peça do primeiro tipo Aea posicione no local 14.3 que lhe apresenta o robô manipulador 7 e comanda o robô de carregamento 15 para que ele pegue uma peça do segundo tipo B e seu suporte intermediário 16 e os posicione no local 14.1 que lhe apresenta o robô manipulador 7. O robô manipulador 7 bloqueia a peça do primeiro tipo A no local 14.3 e o suporte intermediário 16 no local 14.1 e faz em seguida o suporte 10 pivotar para apresentar o local 14.3 ao robô de carregamento 15, o local 14.1 à cabeça de soldagem 6 e o local 14.2 ao robô de carregamento/descarregamento 5.
A cabeça de soldagem 6 começa então a operação de soldagem das peças recebidas no local 14.1 e o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 e as peças para que o feixe de laser atinja as peças a soldar.
Durante a operação de soldagem, a unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue uma peça do primeiro tipo Aea posicione no local 14.2 que lhe apresenta o robô manipulador 7 e comanda o robô de carregamento 15 para que ele pegue uma peça do segundo tipo B e seu suporte intermediário 16 e os posicione no local 14.3 que lhe apresenta o robô manipulador 7. Como o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 para a soldagem, o robô de carregamento/descarregamento 5 e o robô de carregamento 15 são comandados em coordenação com o robô manipulador 7 para carregar as peças nos locais 14.2, 14.3 seguindo para isso os movimentos do suporte 10. O robô manipulador 7 bloqueia as peças e o suporte intermediário 16 assegurando a colocação em geometria das peças.
No fim da operação de soldagem, o robô manipulador 7 faz o suporte 10 pivotar para apresentar o local 14.2 ao robô de carregamento 15, o local 14.3 à cabeça de soldagem 6 e o local 14.1 ao robô de carregamento/descarregamento 5.
A cabeça de soldagem 6 começa então a operação de soldagem das peças recebidas no local 14.3 e o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 e as peças para que o feixe de laser atinja as peças a soldar.
Durante a operação de soldagem, a unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento/descarregamento 5 para que ele pegue o conjunto soldado no local 14.1 que lhe apresenta o robô manipulador 7, o coloque sobre os meios de transporte, pegue uma peça do primeiro tipo e a posicione no local 14.1. Simultaneamente, a unidade de comando 8 comanda o robô de carregamento 15 para que ele pegue uma peça do segundo tipo e seu suporte intermediário 16 e os posicione no local 14.2 que lhe apresenta o robô manipulador 7. Como o robô manipulador 7 desloca o suporte 10 para a soldagem, o robô de carregamento/descarregamento 5 e o robô de carregamento 15 são comandados em coordenação com o robô manipulador 7 para acompanhar os movimentos do suporte 10 efetuando para isso suas operações de carregamento e descarregamento. O robô manipulador 7 bloqueia as peças e o suporte intermediário.
No fim da operação de soldagem, o robô manipulador 7 faz em seguida o suporte 10 pivotar para apresentar o local 14.1 ao robô de carregamento 15, o local 14.2 à cabeça de soldagem 6 e o local 14.3 ao robô de carregamento/descarregamento 5.
O ciclo prossegue então como precedentemente.
Naturalmente, a invenção não está limitada aos modos de realização descritos mas sim engloba qualquer variante de realização que entra no âmbito da invenção tal como definido pelas reivindicações.
Em especial, é possível prever que o robô manipulador coloque o suporte 10 em apoio contra pinos de referência solidários da estrutura 2 da estação de trabalho 1 por ocasião das operações realizadas pelos outros robôs (na hipótese em que não é necessário deslocar o suporte por ocasião da realização das operações).
A função dos transportadores 3, 4 pode ser assegurada pelo robô de carregamento/descarregamento 5 ou por outros robôs.
As unidades operacionais podem ser cabeças de trabalho (soldagem, colagem, brocamento, rebitamento...), fixas ou móveis, ou robôs de trabalho. Assim, a cabeça de soldagem 6 pode ser fixa ou móvel.
Em variante do segundo modo de realização, o suporte pode ter quatro faces e a estação de trabalho pode compreender ou uma segunda unidade operacional de trabalho ou um robô de descarregamento do conjunto soldado do suporte 10, o robô 5 só assegurando nesse caso o carregamento das peças do primeiro tipo no suporte 10.
Em variante, é possível não utilizar um robô 15, o robô 5 assegurando nesse caso o descarregamento das peças unidas A + B e do suporte 16, o carregamento da peça 1 e depois o carregamento da peça B e do suporte 16. O eixo 12 pode se estender simetricamente em relação às faces 13.1, 13.2 sem ser paralelo a essas últimas, por exemplo quando o suporte tem uma forma piramidal, notadamente em tetraedro.

Claims (14)

1. Estação de trabalho (1) robotizada, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos um robô multi-eixo manipulador (7) de peças que tem um braço (9) com uma extremidade livre provida de um suporte (10) de peças, uma primeira unidade operacional (5) e uma segunda unidade operacional (6) para operar funcionalmente junto com o suporte, e pelo fato de que o suporte compreende um corpo (11) provido de locais (14) de recepção de peça dispostos para ser simultaneamente acessíveis cada um deles por uma das unidades operacionais.
2. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o corpo (11) do suporte (10) compreende várias faces (13) que definem cada uma delas um local (14) de recepção de peças.
3. Estação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que os locais (14) são dispostos em duas faces (13) opostas do corpo (11), o corpo sendo montado na extremidade livre do braço (9) do robô manipulador (7) para pivotar em torno de um eixo (12) que se estende simetricamente em relação às faces.
4. Estação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que ela compreende pelo menos tantas unidades operacionais (5, 6, 15) suscetíveis de operar funcionalmente junto com o suporte (10) quantas forem as faces (13) providas de locais (14) de recepção de peça que o corpo (11) de suporte (10) possui.
5. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o robô manipulador (7) compreende um trocador de suporte.
6. Estação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma das unidades operacionais (5, 6) é disposta para operar operacionalmente junto com pelo menos duas faces do suporte (11) sucessivamente.
7. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os locais (14) são providos de meios de colocação em geometria das peças.
8. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos um dos locais (14) é provido de meios de retenção de um chassi de retenção adicional (16) de uma peça a unir a uma peça posicionada no local.
9. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira unidade operacional é um robô de carregamento (5) de peças no suporte (10).
10. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira unidade operacional é um robô de descarregamento (5) de peças do suporte (10).
11. Estação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a segunda unidade operacional é uma cabeça de trabalho (6) substancialmente fixa, a estação compreendendo uma unidade de comando (8) disposta para coordenar movimentos do robô manipulador (7) e da primeira unidade operacional (5).
12. Estação de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o robô manipulador (7, 5) e pelo menos uma das unidades operacionais são ligados a uma mesma unidade de comando (8).
13. Processo de comando de uma estação de trabalho que compreende pelo menos um robô manipulador (7) que tem um braço (9) com uma extremidade livre provida de um suporte (10) provido de pelo menos um primeiro e um segundo locais (14.1, 14.2) de recepção de peça, um robô de carregamento (5) de peça nos locais, e uma unidade operacional (6), os locais sendo dispostos para serem acessíveis simultaneamente cada um deles pelo robô de carregamento e pela unidade operacional, caracterizado pelo fato de que ele compreende as etapas de: - comandar o robô de carregamento para carregar uma peça no primeiro local, - comandar o robô manipulador para que ele apresente a peça recebida no primeiro local à segunda unidade operacional, - comandar a segunda unidade operacional para que ela realize uma operação sobre a peça assim apresentada e comandar o robô de carregamento para que ele carregue uma peça no segundo local durante a operação realizada pela unidade operacional.
14. Processo de acordo com a reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que, por ocasião da operação, o robô manipulador (7) desloca o suporte (10) e o robô de carregamento (5) é comandado em coordenação com o robô manipulador para carregar a peça no segundo local.
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