ES2244343A1 - Robot cuadrupedo para procesos tecnologicos. - Google Patents
Robot cuadrupedo para procesos tecnologicos.Info
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Abstract
Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos que contiene dos elementos elásticos (6) y (7), con uno de los extremos del primer elemento elástico (6) conectado a la pata (1), y el otro extremo conectado a la pata (2), y con un extremo del segundo elemento elástico (7) conectado a la pata (4) y el otro extremo conectado a la pata (3). Tanto la rigidez como la longitud de los elementos elásticos (6) y (7) es la misma, y la longitud se elige de tal manera que cada uno de los elementos elásticos (6) y (7) esté en estado de equilibrio sin deformación cuando una de las patas a la que está conectado el correspondiente elemento elástico está en una posición extrema y la otra pata está en la posición media (26) de la distancia entre sus posiciones extremas.
Description
Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos.
La invención pertenece a la ingeniería mecánica,
y se puede utilizar particularmente en robótica y en dispositivos
para la automatización.
En las soluciones técnicas conocidas (patente
RU2163189, patente US2002134188) se considera un robot cuadrúpedo
que contiene un cuerpo, cuatro patas conectadas al cuerpo del robot
de tal manera que las patas (1) y (2) están fijadas en un lado del
cuerpo del robot, las patas (3) y (4) están fijadas en el lado
contrario del cuerpo del robot, y además, todas ellas tienen
posibilidad de desplazarse en trayectorias paralelas y cuatro
motores eléctricos conectados al sistema de control, y conectados
cinemáticamente con cada una de las patas del robot. En estas
soluciones, los motores de accionamiento deben compensar tanto las
fuerzas de rozamiento como las fuerzas de inercia, lo que conlleva
gastos energéticos irracionales y una baja velocidad de acción del
robot.
Se conocen soluciones técnicas (patente
SU1682160, patente SU1454685, patente SU1346419, patente
SU1219341) en las que para compensar las fuerzas de inercia se utilizan elementos elásticos colocados entre el elemento de trabajo y su base (accionamientos resonantes). De esta forma, los elementos elásticos compensan las fuerzas de inercia, y el motor de pequeña potencia sirve sólo para compensar las pérdidas de energía durante el movimiento (y para compensar las fuerzas externas, si existen), lográndose un aumento considerable de la velocidad de acción y una disminución de los gastos energéticos. Un defecto de estas soluciones técnicas es que el carácter de movimiento del elemento de trabajo con la base fijada (y el carácter de movimiento de la base con el elemento de trabajo fijado) se define prácticamente en su totalidad por los elementos elásticos y sólo puede ser modificado con la ayuda del motor en una parte muy pequeña. Así, al utilizar estas soluciones técnicas en los robots caminantes aparecen problemas de estabilidad y la imposibilidad de utilizarlos para la realización de algunas operaciones tecnológicas durante el proceso de desplazamiento del cuerpo del robot, tales como, soldadura, tratamiento con láser o recubrimiento de superficies.
SU1219341) en las que para compensar las fuerzas de inercia se utilizan elementos elásticos colocados entre el elemento de trabajo y su base (accionamientos resonantes). De esta forma, los elementos elásticos compensan las fuerzas de inercia, y el motor de pequeña potencia sirve sólo para compensar las pérdidas de energía durante el movimiento (y para compensar las fuerzas externas, si existen), lográndose un aumento considerable de la velocidad de acción y una disminución de los gastos energéticos. Un defecto de estas soluciones técnicas es que el carácter de movimiento del elemento de trabajo con la base fijada (y el carácter de movimiento de la base con el elemento de trabajo fijado) se define prácticamente en su totalidad por los elementos elásticos y sólo puede ser modificado con la ayuda del motor en una parte muy pequeña. Así, al utilizar estas soluciones técnicas en los robots caminantes aparecen problemas de estabilidad y la imposibilidad de utilizarlos para la realización de algunas operaciones tecnológicas durante el proceso de desplazamiento del cuerpo del robot, tales como, soldadura, tratamiento con láser o recubrimiento de superficies.
Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos que
contiene dos elementos elásticos (6) y (7), con uno de los extremos
del primer elemento elástico (6) conectado a la pata (1), y el otro
extremo conectado a la pata (2), y con un extremo del segundo
elemento elástico (7) conectado a la pata (4) y el otro extremo
conectado a la pata (3). Tanto la rigidez como la longitud de los
elementos elásticos (6) y (7) es la misma, y la longitud se elige de
tal manera que cada uno de los elementos elásticos (6) y (7) esté
en estado de equilibrio sin deformación cuando una de las patas a
la que está conectado el correspondiente elemento elástico está en
una posición extrema y la otra pata está en la posición media (26)
de la distancia entre sus posiciones extremas.
La presente invención hace referencia a un robot
cuadrúpedo de menor consumo energético, mayor velocidad sin riesgo
de vuelco, y capacidad para realizar operaciones tecnológicas
durante el proceso de movimiento del cuerpo del robot.
El robot está compuesto por un cuerpo (5), cuatro
patas (1), (2), (3), (4) conectadas al cuerpo del robot (5) de tal
manera que las patas (1) y (2) están fijadas en un lado del cuerpo
del robot (5), las patas (3) y (4) están fijadas en el lado
contrario del cuerpo del robot (5), y además, todas ellas tienen
posibilidad de desplazarse en trayectorias paralelas, cuatro motores
eléctricos (8), cada uno de los cuales está conectado
cinemáticamente con la correspondiente pata del robot y conectados
al sistema de control (25), y dos elementos elásticos (6) y (7), con
uno de los extremos del primer elemento elástico (6) conectado a la
pata (1), y el otro extremo conectado a la pata (2), y con un
extremo del segundo elemento elástico (7) conectado a la pata (4) y
el otro extremo conectado a la pata (3). Al cuerpo del robot (5) va
conectado el equipo necesario para desempeñar el proceso
tecnológico requerido (soldadura, pintura, limpieza).
La rigidez y la longitud de los elementos
elásticos (6), (7) es la misma, y la longitud se elige de tal
manera que cada uno de ellos esté en estado de equilibrio sin
deformación cuando una de las patas a la que está conectado el
correspondiente elemento elástico está en una posición extrema y la
otra pata está en la posición media (26) de la distancia entre sus
posiciones extremas.
El funcionamiento del robot cuadrúpedo es el
siguiente (figura 2). Primero se realiza el movimiento de cada una
de las pata (1), (2), (3) y (4) consecutivamente, de manera que se
mueve una pata mientras las otras tres y el cuerpo (5) están en
reposo. Gracias a la energía potencial almacenada en los elementos
elásticos, este movimiento se realiza a alta velocidad, con una
aceleración positiva hasta la posición media (26) del
desplazamiento, y con una aceleración negativa desde la posición
media (26) hasta la posición extrema final de la pata. Este
movimiento en régimen resonante permite no sólo aumentar varias
veces la velocidad de las patas del robot, lo que disminuye el
tiempo de ejecución, sino que además permite reducir
considerablemente el consumo energético, utilizándose el motor
eléctrico (8) sólo para compensar las pérdidas por rozamiento. Una
vez realizado el movimiento de las cuatro patas, se efectúa el
movimiento del cuerpo del robot (5) con la velocidad requerida para
desempeñar el proceso tecnológico elegido, usando para ello, los
cuatro motores eléctricos (8). En este movimiento, los elementos
elásticos almacenan su energía potencial elástica.
El robot cuadrúpedo puede contener dos elementos
elásticos adicionales (13) y (14), conectados con las patas (1),
(2), y (3), (4) respectivamente. Así pues, uno de los extremos del
elemento elástico adicional (13) está conectado con la pata (1) por
medio de un cable (15) y un rodillo de giro (16) y el otro extremo
del elemento elástico adicional (13) está conectado con la pata (2)
por medio de otro cable (15) y otro rodillo de giro (16). Del mismo
modo, uno de los extremos del elemento elástico adicional (14) está
conectado con la pata (4) por medio de un cable (15) y un rodillo
de giro (16) y el otro extremo del elemento elástico adicional (13)
está conectado con la pata (3) por medio de otro cable (15) y otro
rodillo de giro (16). De esta forma, tanto los elementos elásticos
principales (6) y (7), como los elementos elásticos adicionales
(13) y (14) trabajan estirados siempre, incluso cuando la distancia
entre las patas del mismo lado del robot es mínima. Los elementos
elásticos principales (6) y (7) y los elementos elásticos
adicionales (13) y (14) tienen todos la misma rigidez y la misma
longitud. El diámetro de todos los rodillos es el mismo y los
puntos de fijación de los ejes de los rodillos (16) se eligen de
tal forma que todos los cables (15) estén colocados paralelamente a
las trayectorias admisibles del movimiento de las patas del robot.
Las longitudes del par de cables (15) que conectan un elemento
elástico adicional con dos patas de un mismo lado se eligen de tal
manera que garanticen que tanto el elemento elástico principal como
el elemento elástico adicional se encuentran estirados cuando la
distancia entre las dos patas de un mismo lado es mínima, y que el
esfuerzo del elemento elástico principal y el esfuerzo del elemento
elástico adicional correspondiente son iguales cuando una de las
patas está en la posición extrema y la segunda pata está en la
posición media (26).
Todos los motores eléctricos (8) pueden estar
fijados en el cuerpo del robot (5). En este caso, la conexión
cinemática entre cada uno de los motores (8) c on la pata
correspondiente está realizada con un sistema de transmisión
husillo (9) - tuerca (10), de tal manera que el motor está
conectado cinemáticamente con el husillo (9), la tuerca (10) está
fijada en la pata, y el husillo (9) está fijado en el cuerpo del
robot (5) con posibilidad de giro y colocado paralelamente a la
trayectoria admisible del movimiento de las patas del robot. En
lugar de un sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10), la
conexión cinemática entre cada uno de los motores (8) con la pata
correspondiente puede estar realizada con un mecanismo de
transmisión piñón - cremallera.
Con altas revoluciones del husillo (9) en la
transmisión husillo (9) - tuerca (10) es posible la aparición de
vibraciones (especialmente en husillos largos), lo que conlleva un
aumento del rozamiento y, en algunos casos, incluso, el deterioro
del husillo (9). Por ello, se propone además otra variante en la
que cada uno de los motores eléctricos (8) está fijado en la pata
correspondiente y conectado cinemáticamente con la tuerca (10) del
sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10), de forma que la
tuerca (10) está fijada en la pata del robot con posibilidad de
giro pero sin posibilidad de desplazamiento progresivo, y el husillo
(9) está fijado rígidamente en el cuerpo del robot (5) y
paralelamente a la trayectoria admisible del movimiento de las
patas del robot. Con esta variante de realización el husillo (9) no
gira, pudiéndose realizar movimientos de la pata a altas
velocidades, incluso en pasos de gran dimensión (lo que corresponde
a husillos de gran longitud).
Debido a la presencia de elementos elásticos, se
necesita que los motores eléctricos (8) apliquen una gran fuerza
para la sujeción de las patas del robot en las posiciones extremas,
lo que conduce a gastos energéticos irracionales. Para eliminar
este defecto, la transmisión (por ejemplo, husillo (9) - tuerca
(10)) entre el motor eléctrico (8) y la pata del robot
correspondiente puede ser de auto-frenado. Otra
forma de eliminar este defecto es mediante la utilización de
fijadores, por ejemplo, en forma de pestillos mecánicos, con un
dispositivo especial para desfijar la conexión (por ejemplo, en
forma de electroimán). Una característica importante de estos
fijadores es el hecho de que deben sujetar la pata de un
desplazamiento relativo (en relación con la otra pata del mismo
lado del robot), y no absoluto (es decir, en relación con el cuerpo
del robot).
En este robot cuadrúpedo, cada uno de los motores
eléctricos (8) debe asegurar dos tipos de movimiento totalmente
diferentes. El primero es el movimiento de la pata del robot con
respecto al cuerpo (5) en reposo. Este movimiento es resonante y se
caracteriza por una alta velocidad de desplazamiento y una fuerza
pequeña aplicada a la pata del robot. El segundo es el movimiento
del cuerpo del robot (5) con las patas en reposo. Este último es no
resonante y se caracteriza por una baja velocidad de desplazamiento
con una gran fuerza aplicada al cuerpo del robot (5). La
utilización en estas condiciones del actuador tradicional con una
relación de transmisión constante conduce a una baja efectividad de
los motores eléctricos (8) y a unos gastos energéticos
irracionales. Si todos los motores eléctricos (8) están fijados en
el cuerpo del robot (5), y la conexión cinemática entre cada uno de
ellos con su pata correspondiente está realizada con un sistema de
transmisión husillo (9) - tuerca (10), el problema mencionado se
soluciona utilizando para la conexión cinemática entre cada uno de
los motores eléctricos (8) y su correspondiente husillo (9), un
mecanismo que contiene un reductor (24) fijado al cuerpo del robot
(5), un eslabón móvil (23) conectado al eje de entrada del reductor
(24) y con posibilidad de rotación alrededor de dicho punto de
conexión, un sistema de transmisión de dos poleas (11), (12) y
correa dentada (17), con la polea (12) fijada al husillo (9) y la
polea (11) conectada al eje de salida del reductor (24), una
corredera (22) que se desliza a lo largo del eslabón móvil (23) en
dirección radial, y una manivela (20) conectada por medio de un
reductor (27) con el eje del motor (8) y unida a charnela por medio
del dedo (21) con la corredera (22), de tal manera que los ejes de
rotación del eslabón móvil (23), de la manivela (20) y del dedo
(21) son paralelos, y la distancia entre el eje de rotación del
eslabón móvil (23) y el eje de rotación de la manivela (20) es mayor
que la longitud de la manivela (20). Si por el contrario, cada uno
de los motores eléctricos (8) está fijado en la pata
correspondiente y conectado cinemáticamente con la tuerca (10) de un
sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10), el problema
mencionado se soluciona utilizando para la conexión cinemática
entre cada uno de los motores eléctricos (8) y su correspondiente
tuerca (10), un mecanismo que contiene un reductor (24) fijado a la
pata del robot correspondiente, un eslabón móvil (23) conectado al
eje de entrada del reductor (24) y con posibilidad de rotación
alrededor de dicho punto de conexión, un sistema de dos poleas (11),
(12) y correa dentada (17), con la polea (12) fijada a la tuerca
(10) y la polea (11) conectada al eje de salida del reductor (24),
una corredera (22) que se desliza a lo largo del eslabón móvil (23)
en dirección radial, y una manivela (20) conectada por medio de un
reductor (27) con el eje del motor (8) y unida a charnela por medio
del dedo (21) con la corredera (22), de tal manera que los ejes de
rotación del eslabón móvil (23), de la manivela (20) y del dedo (21)
son paralelos, y la distancia entre el eje de rotación del eslabón
móvil (23) y el eje de rotación de la manivela (20) es mayor que la
longitud de la manivela (20) (figura 4).
Las conexiones cinemáticas descritas entre cada
uno de los motores eléctricos (8) y su correspondiente husillo (9)
o entre cada uno de los motores eléctricos (8) y su correspondiente
tuerca (10) proporcionan una relación de transmisión K variable que
depende del ángulo \varphi de giro de la manivela (20). Esta
dependencia de la relación de transmisión K tiene un comportamiento
periódico (Figura 7), con un periodo de 360 grados, dentro del cual
se pueden distinguir dos partes: una parte donde la relación de
transmisión K tiene valores positivos (tramo A - B) y otra parte
donde la relación de transmisión K tiene valores negativos (tramo B
- C). El valor negativo de la relación de transmisión K significa
que la manivela (20) y el eslabón móvil (23) giran en sentidos
contrarios. En los puntos A, B y C la relación de transmisión K
tiende a más o a menos infinito. Estos puntos corresponden a las
posiciones en las que entre la manivela (20) y el eslabón móvil (23)
hay un ángulo de 90 grados. En estos puntos, la desviación del
eslabón móvil (5) de su posición media es máxima. A cada posición
del eslabón móvil (23) dentro de sus límites de traslación (con
excepción de los puntos extremos) le corresponden dos posiciones de
la manivela (20), una dentro de los límites del ángulo \alpha y
otra dentro de los límites del ángulo \beta (Figura 8). Por tanto,
el movimiento del eslabón móvil (23) de una posición a otra puede
realizarse de dos maneras: moviendo la manivela (20) dentro de los
límites del ángulo \alpha o dentro de los límites del ángulo
\beta. La relación de transmisión K entre el motor (8) y el
husillo (9) o entre el motor y la tuerca (10), dependerá
esencialmente de que el movimiento de la manivela (20) se produzca
dentro de los límites de uno u otro ángulo. Si la rotación se
produce dentro de los límites del ángulo \alpha, la magnitud
absoluta de la relación de transmisión K va a ser menor que en el
caso en el que la rotación se produzca dentro de los límites del
ángulo \beta. Esto permite mover la manivela (20) dentro de los
límites del ángulo \alpha, cuando se realiza el movimiento de una
pata (y obtener altas velocidades de traslación) o dentro de los
límites del ángulo \beta, cuando se efectúa el movimiento del
cuerpo (y con esto tener velocidades menores de traslación). El
paso de un ángulo de trabajo a otro se realiza moviendo la manivela
(20) a través de uno de los puntos críticos (A, B o C). El sistema
de control (25) recibe del sensor de ángulo entre el eslabón móvil
(23) y la manivela (20) (variantes: del sensor de posición del motor
(8), o del sensor de posición del eslabón móvil (23), información
sobre la posición de los elementos del actuador y realiza la
aplicación de la tensión correspondiente sobre el motor eléctrico
(8) correspondiente.
Para la mejor comprensión de cuanto queda escrito
en esta memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a
título de ejemplo, se representan casos prácticos de realización
del robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos y de su
funcionamiento.
La figura 1 hace referencia al robot cuadrúpedo.
Dicho robot está compuesto por un cuerpo (5), cuatro patas (1),
(2), (3), (4) conectadas al cuerpo del robot (5), cuatro motores
eléctricos (8) conectados al sistema de control (25), y dos
elementos elásticos (6) y (7). Cada uno de los motores eléctricos
(8) está conectado cinemáticamente con la correspondiente pata del
robot mediante un sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10).
Las patas (1) y (2) están fijadas en un lado del cuerpo del robot
(5), mientras que las patas (3) y (4) están fijadas en el lado
contrario del cuerpo del robot (5). Además, todas ellas tienen
posibilidad de desplazarse en trayectorias paralelas. Uno de los
extremos del primer elemento elástico (6) está conectado a la pata
(1) del robot, mientras el otro extremo está conectado a la pata
(2). Del mismo modo, un extremo del segundo elemento elástico (7)
está conectado a la pata (4) y el otro extremo se encuentra
conectado a la pata (3). La longitud de los elementos elásticos (6)
y (7) se elige de tal manera que cada uno de ellos esté en estado
de equilibrio sin deformación cuando una de las patas a la que está
conectado el correspondiente elemento elástico está en una posición
extrema y la otra pata está en la posición media (26) de la
distancia entre sus posiciones extremas.
La figura 2 muestra un ciclo completo de
movimiento del robot cuadrúpedo. Primero se realiza el movimiento
de cada una de las patas (2), (3), (1), (4) consecutivamente con el
cuerpo (5) en reposo, y finalmente se lleva a cabo el movimiento del
cuerpo del robot (5) con las patas en reposo.
La figura 3 muestra la configuración del robot
cuadrúpedo cuando cada uno de los motores eléctricos (8) está
fijado en la pata correspondiente y conectado cinemáticamente con la
tuerca (10) de un sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10),
de forma que la tuerca (10) está fijada en la pata del robot con
posibilidad de giro, pero sin posibilidad de desplazamiento
progresivo, y el husillo (9) está fijado rígidamente en el cuerpo
del robot (5) y paralelamente a la trayectoria admisible del
movimiento de las patas del robot. La conexión cinemática entre el
motor eléctrico (8) con su correspondiente tuerca (10) contiene un
sistema de dos poleas (11), (12) y correa dentada (17), con la
polea (12) fijada a la tuerca (10) y la polea (11) conectada al eje
de salida del motor eléctrico (8).
La figura 4 hace referencia al mecanismo
utilizado para conectar cinemáticamente cada uno de los motores
eléctricos (8) con su correspondiente tuerca (10), con el fin de
incrementar la efectividad del motor eléctrico (8) y disminuir los
gastos energéticos. Dicho mecanismo contiene un reductor (24)
fijado a la pata del robot correspondiente, un eslabón móvil (23)
conectado al eje de entrada del reductor (24) y con posibilidad de
rotación alrededor de dicho punto de conexión, un sistema de dos
poleas (11), (12) y correa dentada (17), con la polea (12) fijada a
la tuerca (10) y la polea (11) conectada al eje de salida del
reductor (24), una corredera (22) que se desliza a lo largo del
eslabón móvil (23) en dirección radial, y una manivela (20)
conectada por medio de un reductor (27) con el eje del motor (8) y
unida a charnela por medio del dedo (21) con la corredera (22), de
tal manera que los ejes de rotación del eslabón móvil (23), de la
manivela (20) y del dedo (21) son paralelos, y la distancia entre
el eje de rotación del eslabón móvil (23) y el eje de rotación de la
manivela (20) es mayor que la longitud de la manivela (20).
La figura 5 hace referencia al robot cuadrúpedo
con dos elementos elásticos adicionales (13) y (14), conectados con
las patas (1), (2), y (3), (4) respectivamente. Así pues, uno de los
extremos del elemento elástico adicional (13) está conectado con la
pata (1) por medio de un cable (15) y un rodillo de giro (16) y el
otro extremo del elemento elástico adicional (13) está conectado
con la pata (2) por medio de otro cable (15) y otro rodillo de giro
(16). Del mismo modo, uno de los extremos del elemento elástico
adicional (14) está conectado con la pata (4) por medio de un cable
(15) y un rodillo de giro (16) y el otro extremo del elemento
elástico adicional (13) está conectado con la pata (3) por medio de
otro cable (15) y otro rodillo de giro (16). De esta forma, tanto
los elementos elásticos principales (6) y (7), como los elementos
elásticos adicionales (13) y (14) trabajan estirados siempre,
incluso cuando la distancia entre las patas del mismo lado del
robot es mínima.
La figura 6 hace referencia a uno de los dos
fijadores en forma de pestillo mecánico que se utilizan para la
sujeción de las patas del robot cuadrúpedo en las posiciones
extremas. Dicho fijador contiene dos partes que interaccionan (18)
y (19), de manera que la parte (18) se conecta a una pata (1) o (3)
y la parte (19) se conecta a la otra pata del mismo lado del cuerpo
del robot (2) o (4).
La figura 7 muestra la dependencia de la relación
de transmisión K, del ángulo \varphi de giro de la manivela (20).
Dicha dependencia presenta un comportamiento periódico, con un
periodo de 360 grados, dentro del cual se pueden distinguir dos
partes: una parte donde la relación de transmisión K tiene valores
positivos (tramo A - B) y otra parte donde la relación de
transmisión K tiene valores negativos (tramo B - C). El valor
negativo de la relación de transmisión K significa que la manivela
(20) y el eslabón móvil (23) giran en sentidos contrarios. En los
puntos A, B y C la relación de transmisión K tiende a más o a menos
infinito. Estos puntos corresponden a las posiciones en las que
entre la manivela (20) y el eslabón móvil (23) hay un ángulo de 90
grados.
La figura 8 muestra las posiciones extremas del
eslabón móvil (23). A cada posición del eslabón móvil (23) dentro
de sus límites de traslación (con excepción de los puntos extremos)
le corresponden dos posiciones de la manivela (20), una dentro de
los límites del ángulo \alpha y otra dentro de los límites del
ángulo \beta. Por tanto, el movimiento del eslabón móvil (23) de
una posición a otra puede realizarse de dos maneras: moviendo la
manivela (20) dentro de los límites del ángulo \alpha o dentro de
los límites del ángulo \beta.
- 1.
- Primera pata del robot
- 2.
- Segunda pata del robot
- 3.
- Tercera pata del robot
- 4.
- Cuarta pata del robot
- 5.
- Cuerpo del robot
- 6.
- Primer elemento elástico
- 7.
- Segundo elemento elástico
- 8.
- Motor de accionamiento
- 9.
- Husillo
- 10.
- Tuerca
- 11.
- Primera polea
- 12.
- Segunda polea
- 13.
- Primer elemento elástico adicional
- 14.
- Segundo elemento elástico adicional
- 15.
- Cable
- 16.
- Rodillo de giro
- 17.
- Correa dentada
- 18.
- Primera parte del fijador
- 19.
- Segunda parte del fijador
- 20.
- Manivela
- 21.
- Dedo
- 22.
- Corredera
- 23.
- Eslabón móvil
- 24.
- Reductor
- 25.
- Sistema de control
- 26.
- Posición media
- 27.
- Reductor del motor
La presente invención se ilustra adicionalmente
con los siguientes ejemplos, los cuales no pretenden ser
limitativos de su alcance.
El robot cuadrúpedo está compuesto por un cuerpo
(5) de 30 Kg., cuatro patas (1), (2), (3), (4) conectadas al cuerpo
del robot (5), cuatro motores eléctricos (8) conectados al sistema
de control (25), dos resortes que tienen una constante de rigidez
de 500N/m, y una longitud de 0.35 m., y dos fijadores.
Adicionalmente, al cuerpo del robot (5) va conectado un equipo de
soldadura. Las patas (1) y (2) están fijadas en un lado del cuerpo
del robot (5), mientras que las patas (3) y (4) están fijadas en el
lado contrario del cuerpo del robot (5). Además, cada una de ellas
pesa 2 Kg., y tienen posibilidad de desplazarse en trayectorias
paralelas. La distancia entre las posiciones extremas de cada pata
es de 0.2 m. Uno de los extremos del primer resorte está conectado
a la pata (1) del robot, mientras el otro extremo está conectado a
la pata (2). Del mismo modo, un extremo del segundo resorte (7)
está conectado a la pata (4) y el otro extremo s e encuentra
conectado a l a p ata (3). Cada uno d e los motores eléctricos (8)
está fijado en el cuerpo del robot (5) y conectado cinemáticamente
con el husillo (9) de un sistema de transmisión husillo (9) -
tuerca (10), de tal manera que el motor (8) está conectado
cinemáticamente con el husillo (9), la tuerca (10) está fijada en la
pata correspondiente, y el husillo (9) está fijado en el cuerpo del
robot (5) con posibilidad de giro y colocado paralelamente a la
trayectoria admisible del movimiento de las patas del robot. La
conexión cinemática entre el motor eléctrico (8) y su
correspondiente husillo (10) contiene un sistema de dos poleas
(11), (12) y correa dentada (17), con la polea (12) fijada al
husillo (10) y la polea (11) conectada al eje de salida del motor
eléctrico (8). Los fijadores están realizados en forma de pestillos
mecánicos con dispositivos para desfijar la conexión. Cada uno de
los fijadores tiene dos posiciones de fijación que corresponden a
la distancia máxima y mínima entre las dos patas de un mismo lado
del cuerpo (5) del robot. Cada uno de los fijadores tiene dos
partes que interaccionan (18) y (19). La primera parte (18) del
primer fijador está colocada en la pata (1), y la segunda parte
(19) del primer fijador está colocada en la pata (2). Igualmente,
la primera parte (18) del segundo fijador está colocada en la pata
(3), y la segunda parte (19) del segundo fijador está colocada en
la pata (4). El cuerpo del robot se mueve a una velocidad de
0.02m/s, que es la velocidad requerida por el proceso de soldadura.
El tiempo de movimiento de cada una de las patas, que depende de la
masa de la misma y de la constante de rigidez del resorte, es de
0.2 s. Así pues, la velocidad de cada una de las patas es de 1
m/s.
El robot cuadrúpedo está compuesto por un cuerpo
(5), cuatro patas (1), (2), (3), (4) conectadas al cuerpo del robot
(5), cuatro motores eléctricos (8) conectados al sistema de control
(25) y dos resortes. Adicionalmente, al cuerpo del robot (5) va
conectado un equipo de soldadura. Las patas (1) y (2) están fijadas
en un lado del cuerpo del robot (5), mientras que las patas (3) y
(4) están fijadas en el lado contrario del cuerpo del robot (5), y
además, todas ellas tienen posibilidad de desplazarse en
trayectorias paralelas. Uno de los extremos del primer resorte está
conectado a la pata (1) del robot, mientras el otro extremo está
conectado a la pata (2). Del mismo modo, un extremo del segundo
resorte (7) está conectado a la pata (4) y el otro extremo se
encuentra conectado a la pata (3). Cada uno de los motores
eléctricos (8) está fijado a su correspondiente pata del robot (5)
y conectado cinemáticamente con la tuerca (10) de un sistema de
transmisión husillo (9) - tuerca (10), de forma que la tuerca (10)
está fijada en la pata del robot con posibilidad de giro pero sin
posibilidad de desplazamiento progresivo, y el husillo (9) está
fijado rígidamente en el cuerpo del robot (5) y paralelamente a la
trayectoria admisible del movimiento de las patas del robot. La
conexión cinemática entre cada uno de los motores eléctricos (8) y
su correspondiente tuerca (10) se hace con un mecanismo que
contiene un reductor (24) fijado a la pata del robot
correspondiente, un eslabón móvil (23) conectado al eje de entrada
del reductor (24) y con posibilidad de rotación alrededor de dicho
punto de conexión, un sistema de dos poleas (11), (12) y correa
dentada (17), con la polea (12) fijada a la tuerca (10) y la polea
(11) conectada al eje de salida del reductor (24), una corredera
(22) que se desliza a lo largo del eslabón móvil (23) en dirección
radial, y una manivela (20) conectada por medio de un reductor (27)
con el eje del motor (8) y unida a charnela por medio del dedo (21)
con la corredera (22), de tal manera que los ejes de rotación del
eslabón móvil (23), de la manivela (20) y del dedo (21) son
paralelos, y la distancia entre el eje de rotación del eslabón
móvil (23) y el eje de rotación de la manivela (20) es mayor que la
longitud de la manivela (20). Para la realización también se tiene
en consideración que cuando cada una de las patas se encuentre en
alguna de sus posiciones extremas, la manivela (20) correspondiente
esté en posición perpendicular al eslabón móvil (23). Esto
asegurará un cambio óptimo en la relación de transmisión K.
Claims (9)
1. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos,
compuesto por un cuerpo (5), cuatro patas (1), (2), (3), (4)
conectadas al cuerpo del robot (5) de tal manera que las patas (1) y
(2) están fijadas en un lado del cuerpo del robot (5), las patas
(3) y (4) están fijadas en el lado contrario del cuerpo del robot
(5), y además, todas ellas tienen posibilidad de desplazarse en
trayectorias paralelas, cuatro motores eléctricos (8), cada uno de
los cuales está conectado cinemáticamente con la correspondiente
pata del robot y conectados al sistema de control (25), y que se
caracteriza porque contiene dos elementos elásticos (6) y
(7), con uno de los extremos del primer elemento elástico (6)
conectado a la pata (1), y el otro extremo conectado a la pata (2),
y con un extremo del segundo elemento elástico (7) conectado a la
pata (4) y el otro extremo conectado a la pata (3).
2. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según la reivindicación 1, que se caracteriza porque tanto
la rigidez como la longitud de los elementos elásticos (6) y (7) es
la misma, y porque la longitud se eligió de tal manera que cada uno
de los elementos elásticos (6) y (7) esté en estado de equilibrio
sin deformación cuando una de las patas a la que está conectado el
correspondiente elemento elástico está en una posición extrema y la
otra pata está en la posición media (26) de la distancia entre sus
posiciones extremas.
3. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según la reivindicación 1, caracterizado porque
- contiene dos elementos elásticos adicionales
(13) y (14), cuatro rodillos (16) con posibilidad de giro fijados
en el cuerpo del robot (5), y cuatro cables que conectan los
extremos de los elementos elásticos adicionales (13) y (14) con las
patas (1), (2), y (3), (4) respectivamente
- uno de los extremos del elemento elástico
adicional (13) está conectado con la pata (1) por medio de un cable
(15) y un rodillo de giro (16) y el otro extremo del elemento
elástico adicional (13) está conectado con la pata (2) por medio de
otro cable (15) y otro rodillo de giro (16)
- uno de los extremos del elemento elástico
adicional (14) está conectado con la pata (4) por medio de un cable
(15) y un rodillo de giro (16) y el otro extremo del elemento
elástico adicional (13) está conectado con la pata (3) por medio de
otro cable (15) y otro rodillo de giro (16)
- los elementos elásticos principales (6) y (7) y
los elementos elásticos adicionales (13) y (14) tienen todos la
misma rigidez, la misma longitud, y trabajan estirados siempre.
incluso cuando la distancia entre las patas del mismo lado del robot
es mínima
- el diámetro de todos los rodillos es el mismo y
los puntos de fijación de los ejes de los rodillos (16) se eligen
de tal forma que todos los cables (15) estén colocados paralelamente
a las trayectorias admisibles del movimiento de las patas del
robot
- las longitudes del par de cables (15) que
conectan un elemento elástico adicional con dos patas de un mismo
lado se eligen de tal manera que garanticen que tanto el elemento
elástico principal como el elemento elástico adicional se encuentran
estirados cuando la distancia entre las dos patas de un mismo lado
es mínima, y que el esfuerzo del elemento elástico principal y el
esfuerzo del elemento elástico adicional correspondiente son iguales
cuando una de las patas está en la posición extrema y la segunda
pata está en la posición media (26).
4. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 1-3,
caracterizado porque todos los motores eléctricos (8) están
fijados en el cuerpo del robot (5), y l a conexión cinemática entre
cada u no d e e líos con s u p ata correspondiente está realizada
con un sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10), de tal
manera que el motor está conectado cinemáticamente con el husillo
(9), la tuerca (10) está fijada en la pata, y el husillo (9) está
fijado en el cuerpo del robot (5) con posibilidad de giro y
colocado paralelamente a la trayectoria admisible del movimiento de
las patas del robot.
5. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 1-3,
caracterizado porque cada uno de los motores eléctricos (8)
está fijado en la pata correspondiente y conectado cinemáticamente
con la tuerca (10) de un sistema de transmisión husillo (9) -
tuerca (10), de forma que la tuerca (10) está fijada en la pata del
robot con posibilidad de giro, pero sin posibilidad de
desplazamiento progresivo, y el husillo (9) está fijado rígidamente
en el cuerpo del robot (5) y paralelamente a la trayectoria
admisible del movimiento de las patas del robot.
6. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 4, 5, que se caracteriza porque
el sistema de transmisión husillo (9) - tuerca (10), es de
auto-frenado.
7. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 1-6,
caracterizado porque
- contiene dos fijadores con dispositivos para
desfijar la conexión
- los fijadores están realizados en forma de
pestillos mecánicos con dos partes (18) y (19) que
interaccionan
- la primera parte (18) del primer fijador está
colocada en la pata (1), y la segunda parte (19) del primer fijador
está colocada en la pata (2)
- la primera parte (18) del segundo fijador está
colocada en la pata (3), y la otra parte del segundo fijador está
colocada en la pata (4)
- cada uno de los fijadores tiene dos posiciones
de fijación que corresponden a las distancias máxima y mínima entre
las patas de un mismo lado del robot.
8. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 1-4, 6-7,
caracterizado porque la conexión cinemática entre cada uno
de los motores eléctricos (8) con su correspondiente husillo (9)
contiene un reductor (24) fijado al cuerpo del robot (5), un
eslabón móvil (23) conectado al eje de entrada del reductor (24) y
con posibilidad de rotación alrededor de dicho punto de conexión,
un sistema de transmisión de dos poleas (11), (12) y correa dentada
(17), con la polea (12) fijada al husillo (9) y la polea (11)
conectada al eje de salida del reductor (24), una corredera (22) que
se desliza a lo largo del eslabón móvil (23) en dirección radial, y
una manivela (20) conectada por medio de un reductor (27) con el
eje del motor (8) y unida a charnela por medio del dedo (21) con la
corredera (22), de tal manera que los ejes de rotación del eslabón
móvil (23), de la manivela (20) y del dedo (21) son paralelos, y la
distancia entre el eje de rotación del eslabón móvil (23) y el eje
de rotación de la manivela (20) es mayor que la longitud de la
manivela (20).
9. Robot cuadrúpedo para procesos tecnológicos
según las reivindicaciones 1-3, 5-7,
caracterizado porque la conexión cinemática entre cada uno
de los motores eléctricos (8) con su correspondiente tuerca (10)
contiene un reductor (24) fijado a la pata del robot
correspondiente, un eslabón móvil (23) conectado al eje de entrada
del reductor (24) y con posibilidad de rotación alrededor de dicho
punto de conexión, un sistema de dos poleas (11), (12) y correa
dentada (17), con la polea (12) fijada a la tuerca (10) y la polea
(11) conectada al eje de salida del reductor (24), una corredera
(22) que se desliza a lo largo del eslabón móvil (23) en dirección
radial, y una manivela (20) conectada por medio de un reductor (27)
con el eje del motor (8) y unida a charnela por medio del dedo (21)
con la corredera (22), de tal manera que los ejes de rotación del
eslabón móvil (23), de la manivela (20) y del dedo (21) son
paralelos, y la distancia entre el eje de rotación del eslabón
móvil (23) y el eje de rotación de la manivela (20) es mayor que la
longitud de la manivela (20).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401315A ES2244343B1 (es) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | Robot cuadrupedo para procesos tecnologicos. |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200401315A ES2244343B1 (es) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | Robot cuadrupedo para procesos tecnologicos. |
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| Publication Number | Publication Date |
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| ES2244343A1 true ES2244343A1 (es) | 2005-12-01 |
| ES2244343B1 ES2244343B1 (es) | 2007-03-01 |
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ID=35453098
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES200401315A Expired - Fee Related ES2244343B1 (es) | 2004-05-31 | 2004-05-31 | Robot cuadrupedo para procesos tecnologicos. |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007068780A1 (es) * | 2005-12-13 | 2007-06-21 | Consejo Superior De Investigaciones Científicas | Dispositivo para el transporte de personas o cosas y el procedimiento para su control |
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| CN112363523A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-02-12 | 北京中科深智科技有限公司 | 一种实时模拟四足动物运动的方法和系统 |
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-
2005
- 2005-05-30 WO PCT/ES2005/070075 patent/WO2005118230A1/es active Application Filing
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| ES2277777A1 (es) * | 2005-12-13 | 2007-07-16 | Consejo Superior Invest.Cientificas | Dispositivo para el transporte de personas o cosas y el procedimiento para su control. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20051201 Kind code of ref document: A1 |
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Effective date: 20180809 |