ES2335836A1 - Robot portatil. - Google Patents

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ES2335836A1 ES200701801A ES200701801A ES2335836A1 ES 2335836 A1 ES2335836 A1 ES 2335836A1 ES 200701801 A ES200701801 A ES 200701801A ES 200701801 A ES200701801 A ES 200701801A ES 2335836 A1 ES2335836 A1 ES 2335836A1
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Abstract

Robot portátil. Previsto para realizar la fase de taladro en el proceso de ensamble de componentes aeronáuticos, para lo que éstos se fijan mediante útiles de precisión en una grada (12); caracterizado por comprender una plataforma desplazable (1) para ubicarla próxima a la grada (12), y en la que se incluye un manipulador ingrávido (2) que soporta un bastidor (3) dotado de una columna (4) que soporta un cabezal de taladro (7) desplazable en los tres ejes. Comprende medios de fijación (13, 14) del bastidor (3) a la grada (12) para realizar diferentes taladros cuando el bastidor (3) está fijado a la grada (12) mediante el gobierno de la cabeza de taladro (7) mediante un control numérico. Incluye medios de reptado para desplazar el conjunto del bastidor (3) y columna (4) sobre la grada (12) y permitir fijar el bastidor en una nueva posición para realizar un nuevo grupo de taladros repitiendo este proceso consecutivamente hasta completar la pieza.

Description

Robot portátil.
Objeto de la invención
El robot portátil de la invención está previsto para realizar la fase de taladro que se practica en el montaje o ensamble de componentes aeronáuticos, para lo que éstos se fijan mediante utillajes de precisión sobre un soporte conocido convencionalmente como grada; y que tiene por objeto permitir realizar el desplazamiento del robot hasta el lugar en el que se encuentra la grada, sobre la que se fija para realizar los diferentes taladros.
Es otro objeto de la invención el permitir que el robot pueda avanzar de forma automática a lo largo de dichas gradas fijándose en diferentes posiciones previstas en las mismas para realizar la totalidad de taladros de la pieza a montar.
En particular la invención es aplicable en el taladro que se realiza en el montaje de grandes estructuras aeronáuticas como son largueros de alas, estabilizadores y superficies de control, pero obviamente puede ser empleado en el montaje de cualquiera de las piezas de un avión. La invención además es aplicable sobre los diferentes modelos de gradas existentes.
Antecedentes de la invención
En el montaje de grandes estructuras aeronáuticas, tales como los largueros, se emplean soportes conocidos como gradas en los que se fijan los largueros mediante utillajes de fijación y soportes y a través de distintos taladros realizados previamente en la propia pieza. Una vez montada la pieza en la grada, se efectúa una etapa de taladrado que generalmente se realiza mediante trabajo manual, para lo que se emplea un conjunto elevado de costosas plantillas para posicionamiento de precisión de las herramientas manuales o semiautomáticas utilizadas por los operarios para realizar los taladros.
Los procesos manuales son deficientes en términos de productividad y de coste global de proceso por lo que progresivamente se están implantando procesos de automatización para la realización de los taladros de forma que se reduzcan los tiempos de taladrado. Cabe señalar que esta fase del proceso de ensamblaje es una etapa de larga duración al tener típicamente cada producto miles de agujeros, con lo que los ahorros de tiempo de producción totales pueden llegar a ser notables.
Los sistemas de automatización que se están implementando consisten en grandes máquinas multi-axiales fijadas al suelo de la planta sobre una fundación de obra civil. Las inversiones necesarias para estas máquinas son generalmente bastantes altas, y también presentan una serie de limitaciones operacionales.
Este tipo de maquinaria requiere una gran cantidad de espacio en planta permanentemente, y además precisa que el producto, con su utillaje, a ser procesado ha de ser llevado a la zona de trabajo de la máquina. Además de este inconveniente, debido a su tamaño y grandes volúmenes de trabajo es difícil para este tipo de máquinas mantener tolerancias de posicionamiento estrechas en todo su rango de movimientos en todos los ejes de la misma, al tener que realizar miles de taladros desde su ubicación fija, en los que los taladros de un extremo se encuentran separados grandes distancias respecto a los del otro. Por tanto surge la necesidad de referenciar y calibrar la máquina a la pieza varias veces durante el proceso de trabajo, lo que tiene un impacto negativo significativo en la eficiencia total y en el coste del proceso.
Además es necesario llevar la pieza hasta la máquina, lo que implica que en el proceso se incurre en tiempos de transición no productivos. Por otro lado para proporcionar flexibilidad a las plantas de producción de forma que se permita modificar la pieza a montar, debido a cambios de diseños de avión, se requiere que los medios de producción sean fácilmente movibles y recolocables en la planta o, mejor aun, no deben ocuparla de forma permanente.
Por consiguiente, considerando el incremento progresivo de los componentes estructurales aeronáuticos que se viene observando en los últimos tiempos, parece evidente que la maquinaria tradicional fija va a ser cada vez menos adecuada debido a que las grandes dimensiones de dichos componentes tienen influencia directa tanto en las prestaciones de la máquina como en el coste del sistema.
Por ello, la invención ha desarrollado un nuevo robot automatizado de taladro que es portátil y tiene dimensiones reducidas. Como consecuencia de esta portabilidad del robot, la pieza puede permanecer en una localización fija y no requiere una fundación específica o permanente para la máquina en la planta de producción.
Además el robot de la invención elimina gran parte de los tiempos de referenciación y ajuste de la máquina al producto, para lo cual proporciona al sistema portátil capacidad de fijación sobre la grada de montaje del mismo. Por otro lado el robot de la invención mejora la productividad, ya que es capaz de realizar autónomamente todo el trabajo sobre el mismo productos sin intervención del operario, de modo que vaya moviéndose por sus propios medios a lo largo de la grada para recorres distintas zonas de trabajo hasta completar toda la extensión del producto.
Además, mediante el robot de la invención, la formación de los operarios es más sencilla, y además tiene una configuración mucho menor que la de las máquinas convencionales, con lo que su coste de partida es mucho menor. La invención también permite ajustarse a diferente conjuntos de gradas y facilita su uso en la planta de producción con lo que los tiempos muertos de este sistema son mucho menores a los de la versión convencional. Todo ello redunda en que la amortización del robot se realice en tiempos mucho menores.
Además en la estructura del robot de la invención, el hecho de que las piezas sean cada vez mayores en longitud no afecta a su estructura y a sus prestaciones, ya que únicamente supone tener que realizar más cantidad de pasos de avance a lo largo del producto para cubrirlo en su totalidad.
Con el fin de incrementar los ratios de producción, la invención permite utilizar un número variable de robots portátiles trabajando en el ensamble de una misma pieza para reducir los tiempos de producción.
Descripción de la invención
Tal y como ya ha sido descrito, el robot portátil de la invención está previsto para realizar la fase de taladro en el proceso de ensamble de componentes aeronáuticos, que mediante utillajes de precisión se fijan en un soporte conocido como grada; y se caracteriza porque comprende una plataforma desplazable para permitir ubicarla próxima a la grada, y en la que se incluye un manipulador ingrávido que soporta un bastidor en el que se incluye una columna que está prevista para soportar un cabezal de taladro desplazable en los tres ejes. Además comprende medios de fijación del bastidor a la grada en al menos una posición requerida en dicha grada, desde la que es gobernado el desplazamiento del cabezal según los tres ejes mediante un control numérico para realizar los taladros previamente establecidos en el control numérico. Por consiguiente esta estructura permite efectuar la fijación del bastidor a la grada y desde este punto se gobierna el funcionamiento del cabezal en los tres ejes con lo que el robot únicamente puede realizar taladros sobre la zona en la que está fijado el bastidor, de forma que éste está referenciado con un pequeño margen de error respecto a la grada lo que permite efectuar todos los taladros con una precisión de posicionamiento dentro de los márgenes establecido por la tolerancia de posicionamiento, por lo que no necesita recalibrarse con respecto al larguero, o reposicionar la herramienta una vez fijado el bastidor sobre la grada de montaje; ya que el control numérico conoce la posición del taladro con respecto a la pieza a taladrar con precisión gracias al montaje preciso de dicha pieza sobre la grada y al anclaje preciso del bastidor sobre dicha grada.
La invención prevé que comprenda una pluralidad de posiciones de fijación del bastidor en la grada, para así poder efectuar la fase de taladrado sobre la totalidad de la pieza aeronáutica, con independencia de la longitud que ésta tenga, y siempre manteniendo los márgenes de tolerancia establecidos al conocerse cada una de las posiciones de la grada en las que se fija el bastidor. Para ello se han previsto medios de reptado del conjunto del bastidor y columna sobre la grada para permitir cambiar su posición en la grada y realizar diferentes taladros desde cada una de las diferentes posiciones en las que se fija el bastidor sobre la grada.
Los medios de reptado incluyen una base de la columna mediante la que se fija la columna al bastidor con posibilidad de desplazamiento longitudinal, de manera que la columna puede moverse a lo largo del bastidor. Además la columna está dotada de medios de fijación a la grada que se mantienen desactivados para permitir el desplazamiento de la columna a lo largo del bastidor y en consecuencia para permitir el desplazamiento en el eje X del cabezal de taladro, ya que éste se encuentra fijado sobre la columna tal y como fue comentado anteriormente. Una vez que el cabezal ha terminado de realizar todos los taladros, la columna junto con el cabezal se desplazan hacia un extremo del bastidor, punto en el que se actúan los medios de fijación de la columna a la grada para efectuar la fijación de aquélla sobre ésta y se desactiva la fijación del bastidor a la grada; quedando todo el conjunto soportado mediante los medios de fijación de la columna a la grada y con ayuda del manipulador ingrávido ya que éste soporta el peso del bastidor y columna, todo ello previsto por el hecho de que los medios de fijación de la columna a la grada no son suficientes para soportar todo el peso del conjunto constituido por el bastidor y columna.
En esta situación se permite realizar el desplazamiento del bastidor hasta la siguiente posición de la grada en la que se incorporan medios de fijación del bastidor a la grada, posición en la que se fija repitiéndose el proceso descrito.
Referente a los medios de fijación del bastidor a la grada están constituidos por unos alojamientos hembra en los que se alojan unos bulones previstos en la grada, cuyo amarre se efectúa mediante un circuito servo-neumático gobernado por un PLC (controlador lógico programable).
Respecto a los medios de fijación de la columna a la grada, éstos comprenden ventosas electromagnéticas actuadas por cilindros para que al realizar la fijación de la columna a la grada y desactivar los medios de fijación del bastidor a la grada, se permita separar el bastidor una distancia suficiente que permita librar los alojamientos hembra respecto de los bulones y así permitir el desplazamiento del bastidor hasta la siguiente posición de fijación.
Comprende unos carros cruzados en los que se sustenta el cabezal de taladro y que se sitúan sobre la columna, para permitir el desplazamiento del cabezal en los ejes Y y Z. Estos carros cruzados son convencionales del tipo de los accionados por husillos a bolas y servomotores, con guiados comerciales de patines y raíles.
La invención prevé que el manipulador ingrávido sea desplazable en cualquier dirección para permitir posicionar los alojamientos hembra frente a los bulones.
La plataforma desplazable se mueve mediante medios de desplazamiento manuales o automáticos de tipo convencional, y está soportada sobre ruedas.
Además la plataforma desplazable está dotada de los dispositivos que convencionalmente se utilizan en estas aplicaciones como son armario eléctrico en el que se incluye el control numérico, dispositivo de aspiración y recogida de las virutas generadas en los taladros, refrigerador del cabezal, y el grupo hidráulico para el cambio de herramienta.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.
Breve enunciado de las figuras
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un posible ejemplo de realización del robot portátil de la invención para su aplicación en una grada del tipo de simple tubo.
Figura 2. Muestra una vista en perspectiva parcial del robot de la figura anterior.
Figura 3.- Muestra una vista en perspectiva del detalle del bastidor y columna.
Figura 4.- Muestra el detalle de los medios de fijación del bastidor y de la columna a la grada.
Figura 5.- Muestra una vista en perspectiva de la aplicación del robot de la invención a una grada del tipo de arquitectura de doble tubo.
Descripción de la forma de realización preferida
A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
El robot de la invención está previsto para realizar la fase de taladro que se efectúa en el proceso de ensamble de una pieza aeronáutica 11, como puede ser un larguero, para lo que el robot de la invención comprende una plataforma desplazable 1 que permite mover el robot hasta las inmediaciones de la grada 12.
La plataforma desplazable 1 comprende un manipulador ingrávido 2 con posibilidad de desplazamiento ascendente/descendente en cuyo extremo se soporta un bastidor 3 en cuyo extremo inferior presenta una configuración a modo de marco en la que se soporta una base 5 de una columna 4 sobre guías 5a, definiendo un carro longitudinal mediante el cual puede desplazarse la columna 4 sobre las guías 5a.
Además en la columna 4 se incorpora un carro cruzado 6 en el que se soporta un cabezal de taladro 7 para permitir el desplazamiento en los ejes Y, Z de dicho cabezal 7 a través de guías 6a, 6b. El cabezal además puede ser desplazado según el eje X mediante el desplazamiento de la columna 4 sobre el bastidor 3.
En la columna 4 se incluyen unos cilindros neumáticos 8, fijados a cada lado de la misma y que actúan sobre una placa 9 en la que se incorporan unas ventosas electromagnéticas 10.
Sobre el bastidor 3, y más concretamente en proximidad a los vértices del marco se han previsto unos alojamientos hembra 13, y en la grada 12 incorpora unos bulones 14 que constituyen medios de fijación del bastidor 3 a la grada 12, según será descrito con posterioridad.
En base a la descripción realizada, se comprende fácilmente que para efectuar la fase de taladrado mediante el robot de la invención, un operario conduce la plataforma desplazable 1 hasta las inmediaciones de la grada 12, de manera que a continuación haciendo uso del manipulador ingrávido 2 y situando la plataforma desplazable 1 en el lugar adecuado, se posiciona el bastidor 3 de forma que sus alojamientos hembra 13 quedan situados frente a los bulones 14, para a continuación realizarse la introducción de los bulones 14 en los alojamientos hembra 13, realizándose el amarre entre ambos mediante energía neumática.
Una vez efectuada la fijación del conjunto del bastidor 3 y columna 4 sobre la grada 12, se procede a gobernar el funcionamiento del cabezal 7 desde un control numérico convencional que está incluido en un armario eléctrico 17 previsto en la plataforma desplazable 1, de forma que se gobierna el desplazamiento de la columna 4 sobre el bastidor 3 y el desplazamiento del carro cruzado 6 sobre la columna 4, controlándose la posición del cabezal en los tres ejes X, Y y Z, para efectuarse los taladros según la programación incorporada en el control numérico y con la tolerancia establecida, ya que cada uno de los taladros se efectúa desde una posición conocida por el control numérico correspondiente a la posición de los bulones 14 situados en la grada 12.
Una vez que el cabezal de taladro 7 ha realizado todos los taladros gobernados desde el control numérico, éste provoca el desplazamiento de la columna 4 hacia el extremo de avance del marco del bastidor 3, posición en la que se actúan los cilindros neumáticos 8 que desplazan la placa 9 hasta que las ventosas electromagnéticas 10 contactan con la superficie de la grada 12, realizándose la activación de dichas ventosas para realizar el amarre entre la columna 4 y la grada 12. En este momento se desactiva el anclaje de los bulones 14 en los alojamientos hembra 13, de forma que aquéllos quedan libres, y se continúa con la activación de los cilindros neumáticos 8 hasta que el bastidor 3 se aleja suficientemente respecto a la grada 12, para permitir el movimiento de los alojamientos hembra 13 sobre los bulones 14 sin colisión.
En este momento se activan los motores de desplazamiento del eje X y se realiza el desplazamiento del bastidor 3 sobre la columna 4, debido a que la columna 4 está fijada a la grada 2 por medio de las ventosas electromagnéticas 10 y además el bastidor 3 no está fijado a la grada 12, produciéndose así su desplazamiento longitudinal con respecto a la columna 4. El bastidor 3 se desplaza hasta el extremo de avance y se activa el movimiento de los cilindros neumáticos 4 para acercar de nuevo el bastidor 3 a la grada 12 y encajar los alojamientos hembra 13 en los bulones 14 correspondientes a la siguiente zona de trabajo. A continuación se activa el amarre hembras-bulones, y se desactivan las ventosas electromagnéticas 10 retrayéndose mediante el movimiento de los cilindros neumáticos 4.
De esta forma el robot ha reptado sobre la grada 12 y se encuentra ya dispuesto a realizar el taladro sobre una nueva zona de trabajo.
Cabe destacar que cuando el bastidor 3 se encuentra sujeto a la grada a través de las ventosas electromagnéticas 10 previstas en la columna 4, el manipulador ingrávido 2 ayuda a mantener la fijación de las ventosas electromagnéticas 10 sobre la superficie de la grada 12, ya que éstas no son capaces de soportar la fuerza vertical debida al peso de todo el conjunto, de forma que se produciría un deslizamiento a lo largo de la superficie de la grada 12, lo cual se evita mediante el manipulador ingrávido 2 que compensa el peso del conjunto formado por el bastidor 3 y columna 4. El manipulador ingrávido 2 permite la manipulación de cargas en el espacio de forma suave y sin esfuerzos importantes y además libera el peso evitando deformaciones en la grada 12. Además esta conformación evita tener que utilizar el puente grúa de la planta, lo que permite liberarlo para otras operaciones de producción realizadas en la misma planta. Además se puede aprovechar el manipulador ingrávido como elemento de seguridad en caso de caída de energía.
Cabe señalar que en el ejemplo de realización la plataforma desplazable 1 es desplazada mediante ruedas motrices.
La plataforma desplazable 1, también comprende un sistema de aspiración incorporado en un armario 15 que realiza la aspiración de las virutas generadas en el taladro y que es del tipo convencional.
También incorpora los elementos convencionales correspondientes a un refrigerador del cabezal 19 y un grupo hidráulico 20 para efectuar la fijación y el cambio de la herramienta del cabezal.
En la figura 5 se muestra una aplicación de la invención para el caso en el que la grada sea de doble tubo, en la que se incorporan una pluralidad de chapas 21 fijadas sobre la grada en la que se incorporan diferentes bulones 14 para permitir el amarre y avance del robot lo largo de la grada 12 de la forma que fue descrita anteriormente.

Claims (9)

1. Robot portátil, que está previsto para realizar la fase de taladro en el ensamble de componentes aeronáuticos, para lo que se fija, sobre unos soportes conocidos convencionalmente como grada (12); caracterizado porque comprende una plataforma desplazable (1) para ubicarla próxima a la grada (12), y en la que se incluye un manipulador ingrávido (2) que soporta un bastidor (3) que incluye una columna (4) en la que se soporta un cabezal de taladro (7) desplazable en los tres ejes; habiéndose previsto medios de fijación del bastidor (3) a la grada (12) en al menos una posición requerida en dicha grada (12), desde la que es gobernado el desplazamiento del cabezal de taladro (7) según los tres ejes mediante un control numérico para realizar los taladros dentro de los márgenes previamente establecidos en el control numérico.
2. Robot portátil, según reivindicación 1, caracterizado porque se prevén una pluralidad de posiciones de fijación del bastidor (3) en la grada (12); y habiéndose previsto medios de reptado del conjunto de bastidor (3) y columna (4) sobre la grada (12) para cambiar de posición de fijación en la grada (12) y realizar diferentes taladros en cada posición de fijación.
3. Robot portátil, según reivindicación 2, caracterizado porque los medios de reptado comprenden una base (5) de la columna (4) mediante la que se fija la columna (4) en el bastidor (3) con posibilidad de desplazamiento longitudinal, incluyendo la columna (4) medios de fijación a la grada (12), los cuales están desactivados para permitir el desplazamiento longitudinal (eje X) de la columna (4) con el cabezal de taladro (7) sobre el bastidor (3); que tras realizar los taladros se desplaza a un extremo del bastidor (3), se actúan dichos medios de fijación de la columna (4) a la grada (12) fijando la columna (4) a la grada (12), y se desactivan los medios de fijación del bastidor a la grada para realizar el desplazamiento del bastidor (3) hasta la siguiente posición de fijación en la grada (12).
4. Robot portátil, según reivindicación 3, caracterizado porque los medios de fijación del bastidor (3) a la grada están constituidos por bulones (14) y alojamientos hembra (13) cuyo amarre se realiza mediante un circuito servo-neumático gobernado por un PLC (controlador lógico programable).
5. Robot portátil, según reivindicación 4, caracterizado porque los medios de fijación de la columna (4) a la grada (12) comprende ventosas electromagnéticas (10) actuadas por cilindros (8) que posibilitan la separación de los alojamientos hembra (13) respecto de los bulones (14) evitando que al desplazarse el bastidor (3) sobre la grada tropiecen los bulones (14) con el bastidor (3).
6. Robot portátil, según reivindicación 5, caracterizado porque comprende unos carros cruzados (6) en los que se sustenta el cabezal de taladro (7) sobre la columna (4), para permitir el desplazamiento del cabezal de talador (7) en los ejes Y, Z.
7. Robot portátil, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el manipulador ingrávido (2) es desplazable en cualquier dirección para posicionar los alojamientos hembra (13) frente a los bulones (13).
8. Robot portátil, según reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma desplazable (1) se mueve mediante medios de desplazamiento seleccionados entre manuales y automáticos.
9. Robot portátil, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma desplazable comprende un armario eléctrico (17) en el que además se incluye el control numérico, un dispositivo de aspiración (15) de las virutas generadas en los taladros, un dispositivo refrigerador (19) del cabezal de taladro (7), y un grupo hidráulico (20) para realizar el cambio de herramienta del cabezal de taladro (7).
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