ES2330065T3 - Manipulador que comprende una estructura de paralelogramo con dispositivo de muelle que ejerce una fuerza de traccion. - Google Patents
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Abstract
Un manipulador que comprende una articulación con al menos dos enlaces (1, 3) en sus extremos, y un dispositivo de muelle (10) que ejerce una fuerza de tracción entre los enlaces, caracterizado porque el dispositivo de muelle (10) comprende un primer dispositivo de estiramiento (119 con un primer dispositivo en ángulo (18), un segundo dispositivo de estiramiento (12) con un segundo dispositivo en ángulo (18), que están dispuestos, desplazables en paralelo, lado a lado, y un dispositivo de muelle (13) dispuesto entre los dispositivos en ángulo, resultando la fuerza de tracción por el miembro de muelle que ejerce una fuerza de compresión contra los dispositivos en ángulo, y porque el primer dispositivo de estiramiento (11) comprende una carcasa configurada en forma de manguito y el primer dispositivo en ángulo (18) comprende un miembro extremo asociado con la carcasa, donde la carcasa encierra el miembro de muelle (13).
Description
Manipulador que comprende una estructura de
paralelogramo con un dispositivo de muelle que ejerce una fuerza de
tracción.
La invención se refiere a un manipulador que,
con la asistencia de una unidad de control, forma un robot
industrial principalmente para fines de agarre. En particular, la
invención se refiere a un manipulador con tres brazos por medio de
los cuales un miembro móvil, comprendido en el manipulador, es
llevado a posiciones arbitrarias en el espacio con orientación e
inclinación retenidas.
Un robot industrial comprende un manipulador y
un equipo de control, de manera que el manipulador con la
asistencia del equipo de control realiza operaciones arbitrarias
dentro de un rango de trabajo. Habitualmente, tal manipulador
comprende una pluralidad de brazos que soportan una mano, sobre la
que está dispuesta una herramienta. En la mayoría de las
aplicaciones de robot, se utiliza un manipulador tradicional de seis
ejes, que muestra movilidad suficiente para realizar un rango
amplio de operaciones con una exactitud muy alta la mayoría de las
veces. Sin embargo, para ciertas aplicaciones, existe una necesidad
de un manipulador que tenga menos grados de libertad, pero que
permita operaciones más rápidas. Tal manipulador puede estar
conectado mecánicamente de tal manera que la mano que lleva la
herramienta está orientada en todo momento en el espacio de una
manera predeterminada.
Se conoce anteriormente a partir del documento
US 4.976.582 un manipulador por medio del cual un elemento móvil
con relación a un elemento estacionario puede ser movido en un
espacio con orientación retenida e inclinación retenida. El
manipulador tiene tres brazos que soportan conjuntamente el elemento
móvil. Cada uno de estos brazos está articulado de forma giratoria
en el elemento estacionario alrededor de un primer eje respectivo.
El brazo soporta una articulación, uno de cuyos extremos está
articulado de forma giratoria en la parte exterior del brazo,
permitiendo un movimiento en dos grados de libertad. En su otro
extremo, la articulación soporta el elemento móvil y está
articulado allí, permitiendo un movimiento en dos grados de
libertad.
La articulación comprende dos enlaces paralelos
y está dispuesta, junto con el brazo, de tal manera que uno de los
grados de libertad de cada extremo de la articulación constituye una
rotación alrededor de un eje que está paralelo al primer eje del
brazo respectivo. Independientemente de los movimientos del brazo o
de la articulación, estos tres ejes de rotación se mantienen de esta
manera en paralelo. De este modo, el elemento móvil tendrá siempre
la misma orientación e inclinación con relación al elemento
estacionario. Sin embargo, una condición es que los primeros ejes
respectivos de los brazos formen un ángulo entre sí.
De acuerdo con el manipulador conocido, los
enlaces paralelos están fijados con uno de sus extremos al brazo
respectivo y con su otro extremo al elemento móvil por medio de una
llamada junta universal o un pivote. Una junta universal ofrece un
movimiento en dos grados de libertad. Un pivote, en el texto
siguiente, debe entenderse como un cojinete de punto central. Tal
cojinete fija dos objetos entre sí con tres grados de libertad. Por
lo tanto, proporciona un movimiento de inclinación en dos
direcciones, mientras proporciona al mismo tiempo rotación. Una
forma de realización común de un pivote es una llamada rótula, que
es una conexión flexible y giratoria entre dos objetos, por ejemplo
enlaces. El extremo de uno de los enlaces está formado, por lo
tanto, como una bola, que está rodeada en su mayor parte por una
copa en el extremo del otro enlace.
Dos enlaces paralelos con fijación de pivote
ofrecen un movimiento con dos grados de libertad. Un enlace
individual con una junta universal ofrece también un movimiento con
dos grados de libertad, aunque se deteriora en gran medida la
exactitud del movimiento. Por lo tanto, la provisión de dos enlaces
paralelos con una junta universal cada uno da como resultado que el
sistema esté sobredeterminado. Esto puede dar lugar a tensiones que
desgastan los cojinetes. Por lo tanto, son preferibles los enlaces
paralelos con fijación de pivote.
Para incrementar la movilidad del manipulador,
en un cojinete de cubeta de bolas, la cubeta real debe estar
dispuesta con una extensión esférica pequeña. No obstante, si la
cubeta está dispuesta para que sea menor que una semiesfera, la
unión no se puede mantener ya junta. Entonces una fuerza externa
debe presionar todo el tiempo la bola y la cubeta una contra la
otra de tal manera que la junta sea capaz de transferir fuerzas de
compresión y de tracción sin que se produzca holgura. En este
contexto, el documento US 5.333.514 enseña un manipulador que
comprende enlaces paralelos, entra cada pareja de los cuales está
dispuesto un muelle en espiral. Cada uno de los dos enlaces
comprende una cubeta, cuyas cubetas están dirigidas unas hacia las
otras y están adaptadas para ajustar sobre una bola respectiva. La
fuerza de tracción entre los enlaces paralelos, que resulta a
través del muelle en espiral, asegura entonces que la bola y la
cubeta estén en contacto entre sí con una fuerza tal que la cubeta
no salta fuerza de la bola en caso de movimientos de
aceleración.
El muelle en espiral conocido, que ejerce de
esta manera una fuerza de tracción, ha probado tener resistencia
limitada. Los ganchos, dispuestos en los extremos de los muelles,
están sometidos a cambios de carga tan repetidos que la fatiga
provoca rotura. Además, el muelle conocido, para ser colocado en
posición, debe estirarse y luego engancharse. Entonces sucede con
frecuencia que este estiramiento da como resultado que se exceda el
límite de elasticidad, de manera que se deterioran las propiedades
elásticas, de manera que el muelle debe desecharse. Otro
inconveniente con el muelle conocido, en conexión con operaciones en
un entorno higiénicamente sensible, es que el muelle en espiral
atrae polvo y partículas que son difíciles de limpiar.
El objeto de la presente invención es sugerir
modos y medios de fabricación de un manipulador del tipo descrito
anteriormente, que comprende un dispositivo de muelle que muestra
resistencia mejorada y riesgo reducido de alargamiento. Desde un
segundo aspecto, el dispositivo de muelle tendrá también una
tendencia reducida a atraer polvo y, además, será fácil de limpiar
y, por lo tanto, útil para operaciones con altos requerimientos
higiénicos.
Estos objetos se consiguen de acuerdo con la
invención por un manipulador de acuerdo con los rasgos
característicos descritos en la porción de caracterización de la
reivindicación independiente 1. Las formas de realización
ventajosas se describen en las porciones de caracterización de las
reivindicaciones dependientes.
De acuerdo con la invención, la fuerza de
tracción entre los enlaces paralelos de un manipulador del tipo
descrito anteriormente es proporcionada por un dispositivo de
muelle, en el que la fuerza de resorte se obtiene comprimiendo un
muelle en lugar de estirándolo, como se conoce. Esto se consigue
permitiendo que dos vástagos provistos con pistones se crucen entre
sí y disponiendo un muelle entre los pistones. Cuando se aplica una
fuerza de tracción entre los extremos libres del vástago, los dos
pistones se mueven uno hacia el otro, siendo tensado de esta manera
el muelle dispuesto entre los pistones por compresión. Uno de los
vástagos puede ser sustituido igualmente por un medio de abrazadera
que rodea el muelle. Cualquier miembro que muestra una fuerza de
resorte que corresponda a la presión puede estar dispuesto como un
muelle.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de
muelle comprende una carcasa en forma de manguito, en la que está
dispuesto un muelle en espiral. En un extremo la carcasa está
abierta, y en el otro extremo está provista con un fondo, contra el
que descansa el muelle en espiral. En su extremo abierto, la carcasa
está provista con un dispositivo de fijación para fijación a uno de
los enlaces paralelos. Un vástago provisto con pistones está
dispuesto a través de la carcasa y el muelle y penetra el extremo
sellado de la carcasa. El extremo libre del vástago está dispuesto
con un dispositivo de fijación para fijación al otro enlace
paralelo. Durante el montaje, los dos dispositivos de fijación
están estirados uno fuera del otro, de manera que los muelles en
espiral se comprimen entre el pistón y el fondo de la carcasa. El
muelle en espiral comprimido ejerce de esta manera una fuerza de
compresión entre el pistón y el fono de la carcasa, que se
transforma en una fuerza de tracción, porque la carcasa y el
vástago se cruzan entre sí. El muelle en espiral puede estar
dimensionado de tal forma que no existe riesgo de que el material
del muelle exceda el llamado límite elástico, donde el material
pierde sus propiedades elásticas.
En una forma de realización preferida, el
material en forma de manguito está sellado también en su otro
extremo. En esta forma de realización, e muelle en espiral está
completamente encerrado en la carcasa, de manera que no se puede
acumular suciedad en el muelle. En esta forma de realización, la
carcasa está formada con superficies externas lisas y sin pliegues
o bolsas que atraen la suciedad, de tal manera que se puede limpiar
fácilmente por aclarado.
La figura 1 se presenta solamente para fines de
ilustración para explicar los antecedentes de la invención, pero no
forma parte de la invención. Muestra un extremo de una articulación
de un manipulador, donde un dispositivo de muelle está dispuesto
entre dos enlaces paralelos.
La invención se explicará con más detalle por la
descripción de una forma de realización con referencia al dibujo que
se acompaña, en el que:
La figura 2 muestra una forma de realización
fundamental de un dispositivo de muelle, y
La figura 3 muestra una forma de realización
preferida de un dispositivo de muelle.
Un extremo de una articulación de un manipulador
(no mostrado) se muestra en la figura 1. Un primer enlace 1
comprende una primera parte 2 en forma de cubeta de una primera
rótula 3. Un segundo enlace 4 comprende una segunda parte 5 en
forma de cubeta de una segunda rótula 6. Una primera bola 7 está
dispuesta en un elemento móvil 8 y está en acoplamiento con la
primera parte 2 en forma de cubeta. La primera bola y la primera
parte en forma de cubeta forman la primera rótula 3 que permite al
primer enlace 1 moverse con tres grados de libertad. Una segunda
bola 9 está dispuesta en el elemento móvil 8 y está en acoplamiento
con la segunda parte 5 en forma de cubeta. La segunda bola y la
segunda parte en forma de cubeta forman la segunda rótula 6 que
permite al segundo enlace 4 moverse con tres grados de libertad.
Los dos enlaces están adaptados para moverse, a través de las
rótulas, en paralelo a una segunda posición, designadas aquí con 1'
y 4', respectivamente. Puesto que los enlaces están fijados de una
manera similar a sus extremos y se mueven con los enlaces
permanentemente en paralelo, la disposición permite, en conjunto,
un movimiento de rotación con dos grados de libertad
solamente.
solamente.
Entre el primer enlace y el segundo enlace está
dispuesto un dispositivo de muelle 10 que ejerce una fuerza de
tracción entre el primer enlace 1 y el segundo enlace 4. El
dispositivo de muelle comprende un primer dispositivo de
estiramiento 11 y un segundo dispositivo de estiramiento 12 así como
un miembro de muelle 13. En el ejemplo mostrado, el dispositivo de
estiramiento está ejemplificado por un vástago y el miembro de
muelle por un muelle en espiral. Los dispositivos de estiramiento
están dispuestos lado a lado con sus direcciones respectivas de
extensión en paralelo entre sí y desplazables en esta dirección. En
un extremo, el primer dispositivo de estiramiento 11 tiene un
primer miembro de fijación 14 que está conectado a la primera parte
2 en forma de cubeta a través de un primer dispositivo de conexión
15 que permite un movimiento de rotación alrededor de un eje
perpendicular a la dirección de extensión del dispositivo de
estiramiento. En un extremo, el segundo dispositivo de estiramiento
12 tiene un segundo miembro de fijación 16 que está conectado al
segundo enlace 4 a través de un segundo dispositivo de conexión 17
que permite un movimiento de rotación alrededor de un eje
perpendicular a la dirección de extensión del dispositivo de
estiramiento. En su otro extremo, el primer dispositivo de
estiramiento 11 comprende un primer dispositivo en ángulo 18, con el
que establece contacto un extremo del miembro de muelle 13. El
segundo dispositivo de estiramiento comprende, en su otro extremo,
un segundo dispositivo en ángulo 29, con el que establece contacto
el otro extremo del miembro de
muelle 13.
muelle 13.
Cuando se tensa el dispositivo de muelle 10, el
primer miembro de fijación 14 y el segundo miembro de fijación 16
son separados uno del otro y conectados al dispositivo de conexión
15, 17 respectivo. Separando los miembros de fijación de esta
manera, el miembro de muelle 13 será comprimido entre el dispositivo
en ángulo 18, 19 respectivo del dispositivo de estiramiento 11, 12.
Los dispositivos de estiramiento dispuestos de esta manera
permiten, por lo tanto, que una fuerza de compresión, causada por un
muelle de muelle, sea transferida a una fuerza de tracción que
actúa entre los enlaces. El muelle en espiral mostrado en el ejemplo
no contiene flexiones vivas que puedan dar lugar a rotura por
fatiga. Puesto que el muelle actúa por compresión, el muelle no se
puede deformar por error, de tal manera que el material del muelle
exceda el límite de elasticidad.
Una forma de realización fundamental del
dispositivo de muelle se muestra en la figura 2. Un primer
dispositivo de estiramiento 11 en forma de una carcasa configurada
como manguito rodea un miembro de muelle 13, que se muestra en el
ejemplo como un muelle en espiral. La carcasa tiene un dispositivo
en ángulo 18 en forma de un miembro extremo, a través del cual pasa
un segundo dispositivo de estiramiento 12. En el ejemplo mostrado,
el segundo dispositivo de estiramiento está formado como un vástago
y su dispositivo en ángulo 19 está formado como un pistón que se
extiende en la carcasa en forma de manguito. El muelle en espiral 13
está dispuesto entre el pistón 19 y el miembro extremo 18, de
manera que el vástago 12 se extiende a través del muelle. La
carcasa 11 está sellada en su otro extremo y está conectada a un
miembro de fijación 14, que en el ejemplo es una abrazadera con
ganchos. Estos ganchos están enganchados en un dispositivo de
acoplamiento que en el ejemplo está en forma de dos pasadores que
se extienden desde la parte en forma de cubeta 2.
El dispositivo de muelle mostrado en el ejemplo
permite alojar el muelle en espiral en la carcasa. De esta manera,
el muelle está protegido contra daño mecánico. El cerramiento
previene también que el muelle atraiga polvo que puede ser difícil
de eliminar. Debido a la carcasa, las superficies del dispositivo de
muelle serán esencialmente lisas y aptas para ser limpiadas por
aclarado, de manera que el dispositivo de muelle se puede utilizar
con ventaja en entornos de trabajo con altas demandas
higiénicas.
La figura 3 muestra una forma de realización
preferida del dispositivo de muelle, Esencialmente, el ejemplo
muestra una versión del dispositivo de muelle de acuerdo con el
ejemplo 2 adaptado para producción. Una carcasa 1 en forma de
manguito, abierta en un extremo, aloja un muelle en espiral 13. Una
barra 12 con un pistón 19 se extiende a través de la carcasa y el
muelle. La abertura de la carcasa está sellada por un miembro
extremo 18, de manera el muelle, que puede estar pretensado, está
dispuesto entre el pistón y e miembro extremo. Un primer miembro de
fijación está fijado a la carcasa 11 por medio de un dispositivo de
tornillo 21. Una junta tórica colocada en el miembro extremo
permite que la barra se extienda sin que penetre suciedad en la
carcasa. El dispositivo de muelle mostrado se puede limpiar
completamente por aclarado y, por lo tanto, es muy útil en entornos
con demandas higiénicas.
La invención no está limitada a las formas de
realización mostradas, sino que son posibles otras configuraciones
incluidas en el alcance de las reivindicaciones, donde se obtiene
una fuerza de tracción por compresión de un miembro de muelle. Por
lo tanto, uno de los dispositivos de estiramiento puede estar
formado, por ejemplo, como una abrazadera que rodea el miembro de
muelle. El miembro de muelle puede estar constituido también, con
función retenida, por ejemplo, por un bloque de caucho u otro cuerpo
elástico constituido, por ejemplo, de una superficie de látex. El
miembro de muelle puede ser también un muelle de gas. De la misma
manera, el muelle en espiral mostrado puede estar diseñado de acero
así como de otros materiales elásticos.
Claims (7)
1. Un manipulador que comprende una articulación
con al menos dos enlaces (1, 3) en sus extremos, y un dispositivo
de muelle (10) que ejerce una fuerza de tracción entre los enlaces,
caracterizado porque el dispositivo de muelle (10) comprende
un primer dispositivo de estiramiento (119 con un primer dispositivo
en ángulo (18), un segundo dispositivo de estiramiento (12) con un
segundo dispositivo en ángulo (18), que están dispuestos,
desplazables en paralelo, lado a lado, y un dispositivo de muelle
(13) dispuesto entre los dispositivos en ángulo, resultando la
fuerza de tracción por el miembro de muelle que ejerce una fuerza de
compresión contra los dispositivos en ángulo, y porque el primer
dispositivo de estiramiento (11) comprende una carcasa configurada
en forma de manguito y el primer dispositivo en ángulo (18)
comprende un miembro extremo asociado con la carcasa, donde la
carcasa encierra el miembro de
muelle (13).
muelle (13).
2. Un manipulador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el segundo dispositivo
de estiramiento (12) comprende una barra y porque el segundo
dispositivo en ángulo (19) comprende una placa fijada a la barra,
rodeando el dispositivo de muelle la barra y haciendo contacto con
la placa.
3. Un manipulador de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el miembro de
muelle (13) comprende un muelle en espiral.
4. Un manipulador de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
miembro de muelle (13) comprende un muelle de gas.
5. Un manipulador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el primer dispositivo
de estiramiento (11) está adaptado, en un extremo, para girar
alrededor de un eje perpendicular a la dirección de extensión del
dispositivo de estiramiento.
6. Un manipulador de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el segundo dispositivo
de estiramiento (12) está adaptado, en un extremo para girar
alrededor de un eje perpendicular a la dirección de extensión del
dispositivo de estiramiento.
7. Utilización de un manipulador de acuerdo con
la reivindicación 1, que comprende un muelle completamente encerrado
en una carcasa que se puede aclarar, en entornos con altas demandas
higiénicas.
Applications Claiming Priority (2)
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