BRPI1101831A2 - unidade de garra elétrica com um dispositivo de conformidade de torção - Google Patents

Abstract

UNIDADE DE GARRA ELéTRICA COM UM DISPOSITIVO DE CONFORMIDADE DE TORçãO. Uma garra elétrica tem uma carcaça com um motor. Um cabeçote de transmissão é acoplado com o motor para controlar a gatra através do motor. Um dispositivo de conformidade é acoplado com o motor. O dispositivo de conformidade absorve energia de impacto criada pelo dispositivo. Um mecanismo de acionamento é acoplado com o dispositivo de conformidade e com uma pinça móvel na carcaça. Retentores são acoplados com a pinça que se abre e fecha para apertar uma parte.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: "UNIDADE DE GARRA ELÉTRICA COM UM DISPOSITIVO DE CONFORMIDADE DE TORÇÃO".

Campo da Invenção A presente exposição se refere a uma garra elétrica

que inclui um acionamento com um dispositivo de conformidade de torção que tem a capacidade de absorver energia de impacto.

Antecedentes da Técnica A maior parte das garras elétricas em uso atualmente

são servo-acionadas, dotando-as com a capacidade de desacelerar o motor de acionamento. A desaceleração ocorre de tal maneira que o desgaste é limitado nos componentes de acionamento. Isso reduz a possibilidade de emperramento dos elementos da garra. Esses acionamentos são construídos com motores e dispositivos de realimentação caros, tais como codificadores e controladores que são complexos e requerem programação significativa. A fim de reduzir o custo da garra elétrica, seria desejável usar um motor de corrente contínua com escovas.

O motor de corrente continua será acoplado firmemente a uma garra e funcionará em uma posição de parada total, isto é, completamente aberta/ completamente fechada ou agarrando a parte. Aqui, o motor deve parar abruptamente quando esses batentes rígidos são encontrados. De uma perspectiva da energia, o sistema que entra na posição de parada total tem energia elétrica de acionamento do motor, que fornece torque para atuar a garra, bem como energia cinética dos componentes do trem de acionamento que se movem em velocidade total.

A desaceleração instantânea da parada total causa diversos problemas mecânicos. Causa carga de impacto sobre o redutor de engrenagem, emperramento e desgaste do acionamento de garra. A sobrecarga do redutor de engrenagem fará com que ele se desgaste em uma taxa acelerada, tornando-o não utilizável através de um período de tempo muito curto. A fratura da engrenagem também tem sido experimentada em unidades. Alguma da energia cinética entra no emperramento do dispositivo e cria desgaste nos vários componentes de acionamento. Uma vez que o acionamento esteja emperrado, torna-se impossível para o motor desenvolver torque elétrico acionado suficiente para inverter a direção do acionamento para desemperrar o mecanismo. De modo adicional, a desaceleração abrupta também tem efeito adverso sobre as escovas do motor, causando arqueamento elétrico e maior do que o desgaste normal das escovas. Esse tipo de garra também deve ser acionado sempre a fim de reter uma parte durante agarramento. Se a corrente não estiver limitada, o motor pode superaquecer, o que, por sua vez, diminuirá a sua vida. Em resumo, a utilização de um motor barato de corrente continua com escovas tem desvantagens significativas.

Sumário da Invenção

É um objetivo da presente exposição fornecer uma garra com um motor elétrico que vença as desvantagens acima. A garra precisa capturar a energia cinética dos batentes rigidos de maneira a permitir que todo o sistema desacelere de maneira razoável. A energia de fraturamento pode ser dissipada para assegurar vida longa aos componentes do motor, do cabeçote de transmissão e da garra. Adicionalmente, os retentores não devem se abrir em uma situação de perda de energia. Também, a energia fornecida durante o agarramento deve estar dentro de uma faixa razoável de modo que não superaqueça o motor.

De acordo com um aspecto da exposição, uma garra compreende uma carcaça com um motor elétrico posicionado na carcaça. Um cabeçote de transmissão é acoplado com o motor para fornecer uma relação de redução de engrenagem. Um controlador é acoplado eletricamente com o motor para controlar a garra, através do motor. Um dispositivo de conformidade é acoplado entre o cabeçote de transmissão e o acionamento de garra. 0 dispositivo de conformidade, tal como um acoplamento de torção, tem a capacidade de absorver energia de impacto gerada quando o dispositivo alcança uma parada total. Um mecanismo de acionamento é acoplado com o dispositivo de conformidade. Pinças são acopladas com o mecanismo de acionamento e são móveis ao longo da carcaça. Os retentores são acoplados com as pinças para agarrar uma parte na peça a trabalhar. Adicionalmente, o controlador é dotado, no caso de uma falha de energia, com um circuito que fornece forças eletromotrizes de retorno para assegurar que os retentores da garra não se abram e a parte caia. A corrente é limitada ao máximo requerido para agarramento, o que, por sua vez, mantém o motor resfriado. A relação de redução do cabeçote de transmissão pode estar em uma faixa de valores que permite diferentes saídas de velocidade e torque, que se traduzem em tempo de atuação de garra e força de aperto. As relações de redução estão em uma faixa de 15:1 a 400:1. Essas relações de redução são úteis em várias aplicações de agarramento, requerendo velocidades muito altas, altas forças de agarramento ou uma combinação de velocidade e força de aperto. Uma relação de redução útil é 53:1.

Em um segundo aspecto da exposição, uma garra compreende uma carcaça com um canal definido por um par de paredes da carcaça. Um motor com escovas é acoplado com a carcaça e posicionado na mesma. Um cabeçote de transmissão é acoplado com o motor. Um controlador é acoplado eletricamente com o motor. 0 controlador controla a garra, através do motor. Adicionalmente, o controlador é posicionado na carcaça. Um acoplamento de torção é acoplado com o motor. 0 acoplamento de torção é posicionado na carcaça. 0 acoplamento de torção absorve energia de impacto gerada quando o dispositivo alcança uma parada total. Um

mecanismo de acionamento é acoplado com o acoplamento de torção para acionamento de um par de pinças. As pinças se movem no canal da carcaça. Um par de retentores tem cada retentor acoplado com uma dos pinças para agarramento de uma parte.

Outras áreas de aplicabilidade tornar-se-ão evidentes

da descrição aqui fornecida. A descrição e os exemplos específicos neste sumário são destinados a fins de ilustração apenas e não são destinadas a limitar o escopo da presente exposição.

Descrição dos Desenhos

Os desenhos aqui descritos são para fins de ilustração apenas e não são destinados a limitar o escopo da presente exposição de modo algum. A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma garra de acordo com a presente exposição.

A figura 2 é uma vista explodida da garra da figura 1.

A figura 2 é uma vista explodida da garra da figura 1.

A figura 3 é uma vista seccional transversal da figura 1.

A figura 4 é uma vista esquemática do controlador. Descrição Detalhada

Voltando às figuras, a figura 1 ilustra uma garra elétrica e é designada com o numerai de referência 10. A garra inclui uma carcaça 12 com um plugue de conexão elétrica 14 que se projeta da carcaça. Uma fonte de energia (não mostrada) é acoplada com a conexão 14. Um par de retentores de garra 16, 18 se estende da carcaça. A figura 2 ilustra uma vista explodida do aparelho de

garra 10. A carcaça 12 tem uma forma global de caixa retangular com uma extremidade que inclui um par de paredes 20, 22 que recebem as pinças como será descrito mais tarde. As paredes definem um canal 24 que inclui uma 20 parede de base 26. Uma abertura 27 é formada na parede de base 26 que permite acesso na carcaça 12. A carcaça 12 inclui uma parede de topo adicional 28 que inclui uma abertura 29 para permitir a passagem do conjunto de motor na carcaça 12. Adicionalmente, uma cobertura 30 é presa na abertura 29 por um anel-C 32 para manter o conjunto de motor dentro da carcaça 12.

A garra 10 inclui um conjunto de motor 34. 0 conjunto de motor 34 inclui um motor elétrico, aqui ilustrado como um motor de corrente continua com escovas 35. Ordinariamente, o motor 35 inclui escovas de grafite carbono. O estilo de baixo torque e alta velocidade do motor 35 requer redução mecânica. Outros motores, tais como motores de corrente alternada, com escova, sem escova, escalonador, de indução, de vetores ou semelhante também podem ser utilizados. Aqui, o conjunto de motor 34 inclui um cabeçote de transmissão 36.

O cabeçote de transmissão 36 é acoplado com o motor 35. 0 cabeçote de transmissão 36 desenvolve velocidades menores e altos torques, que são requeridos pela garra 10. O cabeçote de transmissão 36 tem uma relação de engrenagens que é usada para atender as especificações da garra 10. Em conseqüência, a relação de redução é menor e é dirigivel para trás. O cabeçote de transmissão tem uma relação de redução de 15:1 a 400:1. A relação de baixa redução de 15:1 fornece velocidade de atuação de garra muito alta e baixa força. A relação de alta redução de 400:1 fornece uma força de agarramento muito alta com baixa velocidade. Um valor de relação de redução em algum ponto no meio fornece boa velocidade com força de agarramento adequada.

motor 35 e o cabeçote de transmissão 36 são passados através da parede de topo 28 através da abertura 29. A base de motor 37 se apóia em uma parede 38 no interior da carcaça 12. A parede 38 inclui uma abertura 40, bem como furos de parafuso 42. O eixo de motor 4 6 se estende através da abertura 4 0 em uma abertura de carcaça 44. A abertura de carcaça 4 4 aloja um dispositivo de conformidade 50. O dispositivo de conformidade 50 inclui uma porção para receber o eixo de motor 46. Adicionalmente, o dispositivo de conformidade 50 inclui um fuso de saida 52 com um mecanismo de acionamento 54. 0 mecanismo de acionamento 54 pode ser uma engrenagem do pinhão, parafuso de esfera ou semelhante para fins de acionamento. 0 dispositivo de conformidade 50 pode ser um acoplamento de torção. O dispositivo de conformidade 50 permite que a energia do impacto seja dispersa através de um longo período de tempo. Isso causa uma carga de impacto grandemente reduzida pela diminuição da taxa de desaceleração do motor 35. O acoplamento de torção também armazena a energia de impacto. Isso permite que a energia seja usada quando é assinalado que o motor entrou em direção inversa. A energia armazenada é convertida em torque reverso para melhorar o acionamento da garra em uma direção reversa, quando comandada para assim fazer pelo controlador.

A maior parte dos acoplamentos são projetados com deflexão mínima de torção e folga mínima. Isso permite controle de precisão de posicionamento de um dispositivo de movimento. Contudo, baixa folga e alta rigidez de torção de acoplamentos comuns transmitem forças de impacto extremamente altas para o projeto divulgado, quando alcançando uma parada total. No presente desenho, um acoplamento com rigidez de torção extremamente baixa deve ser usado. Se uma folga estiver presente, ela não afeta adversamente o desempenho. 0 presente acoplamento tem a capacidade de girar através de cerca de 15° de conformidade para permitir uma desaceleração lenta. Isso acoplado com várias relações de redução de cabeçote de transmissão permite ao motor desacelerar através de uma rotação parcial ou acelerar para diversas revoluções do rotor do motor. Esse longo deslocamento de desaceleração reduz o dano às escovas de comutação do motor e aos componentes da caixa de transmissão. Além da baixa rigidez de torção, o acoplamento deve ser capaz de absorver essa energia ao longo de dezenas de milhões de ciclos, sem deterioração. Diversos materiais elastoméricos de acoplamento, quando usados em durômetros baixos, podem fornecer conformidade nesses tipos de acoplamentos, especificamente EPDM, neopreno ou Hytrel, de Ε. I. Dupont de Nemours, podem ser usados.

mecanismo de acionamento 54 é acoplado com o acoplamento de conformidade 50 e aciona cremalheiras 60 e 62 que são presas às pinças 56 e 58. Nesse caso, as cremalheiras são usinadas diretamente nas pinças para reduzir o tamanho global das pinças. As pinças deslizam na parede de base 26 no canal 24 da carcaça 12. Desse modo, à medida que o fuso 52 gira, as pinças 56, 58 são movidas em direção e para longe uma da outra o que, por sua vez, move os retentores de garra 16, 18 em direção e para longe um do outro para agarrar uma parte. Adicionalmente, uma placa de cobertura 66 é acoplada com e está precisamente localizada nas paredes 20, 22 para reter as pinças 56, 58 dentro do canal 24 da carcaça 12. A placa de cobertura 66 tem um pino de eixo 68 que centraliza o mancai que suporta radialmente o mecanismo de acionamento 54.

Um controlador 70 é posicionado através de uma abertura 72 na carcaça 12. O controlador 70 é acoplado eletricamente com o motor 35. O controlador 70 é acionado pela fonte de energia através do conector 14. Adicionalmente, uma placa de cobertura 74 é posicionada no topo do controlador 70 para manter o controlador dentro da carcaça 12. Desse modo, a garra se torna uma unidade contida, esperando para receber energia da fonte de energia.

Com referência à figura 4, o controlador de motor de garra 70 utiliza um microprocessador programável 401 e um acionador de motor 403 para fazer o eixo de rotor 46 do motor de corrente continua 35 girar em uma de duas direções de acordo com entradas de controle recebidas no controlador 70.

Em operação, um sinal de solicitação para abertura ou fechamento da garra com o motor de corrente continua 35 é recebido nas entradas de controlador 451 e 453. Uma lógica 1 (nesta modalidade, uma tensão positiva) na entrada 451 com uma lógica 0 (nesta modalidade, potencial de terra) na entrada 453 indica uma solicitação para acionar o motor 35 em uma direção de modo a abrir a garra. Similarmente, uma lógica 0 na entrada 451 com uma lógica 1 na entrada 453 indica uma solicitação para fechar a garra via motor 35. O LED 431 iluminará quando um comando de abertura for recebido na entrada 451, enquanto um LED 432 se iluminará quando um comando de fechado for recebido na entrada 453. As solicitações de comando nas entradas 451, 453, então, passam através da interface de isolador óptico 405 para as entradas 457 e 455 do microprocessador 401. O isolador óptico 405 converte, essencialmente, o nivel de tensão dos sinais lógicos que aparecem nas entradas 451 e 453 até um nível adequado para uso com o microprocessador 401.

O microprocessador 401 é um dispositivo comercialmente disponível e, nesta modalidade, é compreendido de um Texas Instruments MSP430. O microprocessador 401, basicamente, lê as entradas de comando nos condutores 455 e 457 e aplica uma saída de sinal de tensão de amplitude de pulso modulada (pulse width modulated - PWM) no condutor 459 e um sinal lógico indicando direção no condutor 461. Após o microprocessador 401 gerar o sinal de PWM na saída 459 e um sinal de indicação de direção na saída 461, aquelas saídas são alimentadas para o circuito de de-multiplexação 407, que dirige o sinal de PWM para uma das entradas 4 63 ou 4 65 do acionador de controlador de motor 403, dependendo do sinal indicador de direção na saída 461 do microprocessador.

0 sinal de PWM permite o funcionamento do motor 35 em uma baixa potência. O motor 35 está sob potência total enquanto está funcionando. Baixa potência é requerida para agarrar uma parte. Desse modo, em baixa potência, em uma condição de estolado, o motor não superaquece. Ordinariamente, a potência é reduzida para cerca de 30% da potência total, enquanto a garra é aberta ou fechada. O acionador de motor 403 é, essencialmente, uma versão eletrônica de uma ponte -H, uma disposição de acionador de motor bem conhecida na técnica. Nesta modalidade, o elemento acionador de motor 403 é um dispositivo comercialmente disponível de Apex-model SA53. Como é conhecido, uma disposição de ponte-H é usada, em geral, para reverter a polaridade do sinal de acionamento para o motor. Portanto, o acionador de motor 403 coloca o sinal de tensão de PWM na saída 4 67 ou 4 69, dependendo de qual entrada de acionador 463 ou 465 recebe o sinal de PWM. O sinal de tensão de PWM na saída 467 ou 469 é, então, convertido para um nível de tensão substancialmente constante por um filtro de nivelamento ou de integração compreendido de indutores 420 e 422 e capacitor 424. Portanto, o motor 35 gira seu eixo de rotor 46 em uma direção de acordo com a polaridade do sinal de tensão através das entradas de acionamento de motor 471 e 473.

Em conseqüência, energia é fornecida para o controlador 70. O controlador 70 se comunica com o motor 35, que, por sua vez gira o acoplamento de torção 50 e, por sua vez, o mecanismo de acionamento 54, que move as pinças 56, 58, assim como os retentores 16, 18 em direção e para longe um do outro para prender e liberar uma parte. Desse modo, o motor 35 funciona entre abertura total e fechamento total para agarrar ou liberar a parte. Em conseqüência, à medida que a garra 10 atinge a posição completamente aberta ou completamente fechada, o motor 35 deve ser parado abruptamente quando essas paradas são enfrentadas. Enquanto isso ocorre, o acoplamento de torção 50 gira, absorvendo a energia criada nas paradas totais. Adicionalmente, o acoplamento de torção desacelera o motor e à medida que o acoplamento é liberado, a energia aciona o cabeçote de transmissão e o motor em uma direção reversa, abrindo os retentores. O sinal de PWM é usado para reduzir, substancialmente a corrente para o motor enquanto a garra é aberta ou fechada. O motor é capaz de manter força de agarramento e conservar baixa a temperatura do motor enquanto o motor está estacionário através da redução de energia enquanto ele está estolado. Desse modo, o controlador é muito simples e inclui um projeto de Ioop aberto.

Quando a energia é perdida para a garra 10 e ela está prendendo uma parte, o acoplamento de torção 50 libera sua energia acionando o cabeçote de transmissão 36 e o motor 35 para trás. À medida que o motor 35 e o cabeçote de transmissão 36 começam a girar para trás, sua energia cinética pode permitir ao motor 35 e ao cabeçote de transmissão 36, em um sistema de baixo atrito, se deslocar além do ponto de agarramento. Isso pode permitir que os retentores 16, 18 da garra se abram, deixando cair a parte.

A fim de remediar essa situação, o elemento de curto- circuito 409 (figura 4 é colocado conforme mostrado com relação às linhas de acionamento de motor 471 e 473. Na modalidade mostrada, o elemento de curto-circuito 409 é, essencialmente, um circuito de relê cuja bobina 411 normalmente é acoplada entre potencial positivo e terra. Nesta condição de ligado, o contato de transferência de relê 414 conecta o conector 481 ao conector 471, assim, aplicando saida de acionador 4 67 à entrada de acionamento de motor 471. Se a energia for perdida, a bobina de relê 411 descarregará através de diodo protetor Zener 415 e o contato de transferência irá para a condição de desligado, onde o condutor 485 é acoplado ao condutor 471, assim, colocando um curto-circuito através das entradas de acionamento 471, 473 ao motor 35. A manutenção de fluxo de corrente através da bobina de relê no estado acelerado normal mantém os contados do contato de transferência 413 limpos. Essa disposição permite que o motor 35 produza uma força contra- eletromotriz (EMF) que fornece, efetivamente uma força de torção para contrabalançar o desenrolamento ou o acionamento para trás do acoplamento de torção 50. Isso reduz a taxa de abertura dos retentores 16, 18 enquanto impede as pinças 56, 58 de irem além do ponto de agarramento. Desse modo, a força contra-eletromotriz é multiplicada pelo cabeçote de transmissão 36 para fornecer uma força de resistência substancial contra a abertura dos retentores.

A descrição da exposição é apenas exemplificativa em natureza e, assim, variações que não se afastem do alcance da exposição são destinadas a estarem dentro do escopo da exposição. Essas variações não devem ser consideradas como um afastamento do espirito e do escopo da exposição.

Claims (10)

1. Garra caracterizada pelo fato de compreender: - uma carcaça; - um motor posicionado na carcaça; - um cabeçote de transmissão acoplado com o referido motor; - um controlador acoplado eletricamente com o motor para controlar a garra através do motor; um dispositivo de conformidade acoplado com o referido motor, o dispositivo de conformidade absorvendo energia de impacto; - um mecanismo de acionamento acoplado com o referido dispositivo de conformidade; pelo menos uma pinça acoplada com o referido mecanismo de acionamento, a referido pelo menos uma pinça móvel na referida carcaça; e - retentores acoplados com o referido pelo menos um pinça para agarramento de uma parte.

2. Garra, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o referido dispositivo de conformidade ainda compreender um acoplamento de torção.

3. Garra, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o referido cabeçote de transmissão ser um cabeçote de transmissão de relação de redução.

4. Garra, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o referido controlador, durante falha de energia, incluir um circuito que fornece força contra-eletromotriz para assegurar que os retentores não se abram, deixando cair a parte agarrada.

5. Garra, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o cabeçote de transmissão ter uma relação de redução de 15:1 a 400:1.

6. Garra, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o referido controlador, enquanto o motor está estacionário, incluir um circuito para reduzir, substancialmente, a corrente e, assim, a energia para o motor, a fim de impedir o superaquecimento enquanto mantém a porção de garra.

7. Garra, caracterizada pelo fato de compreender: - uma carcaça, um canal definido por um par de paredes da referida carcaça; - um motor com escovas acoplado com e posicionado na referida carcaça; - um cabeçote de transmissão acoplado com o referido motor; - um controlador acoplado eletricamente com o referido motor, o referido controlador controlando a referida garra através do motor e o referido controlador posicionado na referida carcaça; - um acoplamento de torção acoplado com o referido motor, o referido acoplamento de torção posicionado na referida carcaça; o referido acoplamento de torção posicionado na referida carcaça; o referido acoplamento de torção absorvendo energia de impacto; - um mecanismo de acionamento acoplado com o referido acoplamento de torção para acionamento de um par de pinças, as referidos pinças se movem no referido canal da referida carcaça; - um par de retentores, cada retentor acoplado com uma das referidas pinças para agarramento de uma parte.

8. Garra, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de o referido controlador, durante falha de energia, inclui um circuito que fornece força contra-eletromotriz para assegurar que os retentores não se abram deixando cair o item agarrado.

9. Garra, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de a ralação de redução do cabeçote de transmissão estar entre 15:1 a 400:1.

10. Garra, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de o referido controlador, enquanto o motor está estacionário, incluir um circuito para reduzir, substancialmente, a corrente e, assim, a energia para o motor a fim de impedir o superaquecimento enquanto mantém a porção de garra.