ES2349876T3 - Robot paralelo. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de desplazamiento en las tres dimensiones del espacio del tipo paralelo que comprende al menos tres brazos (2) pivotantes cada uno alrededor de un eje (3) de pivotamiento guiado en rotación sobre al menos un cojinete (7), siendo accionado cada uno de los brazos por un accionador (4), y estando cada uno de estos brazos, además, unido a una cabeza (5) que forma una base pequeña por medio de elementos de unión (6) articulados respectivamente sobre la cabeza (5) y sobre el brazo (2) de dos grados de libertad, guardando siempre la cabeza su orientación y su inclinación cuando se desplaza en un plano, estando dichos ejes (3) de pivotamiento en un plano paralelo al plano de desplazamiento de la cabeza o inclinados con relación a tal plano, estando este dispositivo de desplazamiento caracterizado porque los ejes (3) de pivotamiento definen un punto de intersección común o que los cojinetes (7) de pivotamiento de los brazos están montados totalmente en el exterior del polígono delimitado por las intersecciones dos a dos de los ejes de pivotamiento o de sus salientes sobre el plano de los cojinetes (7).

Description

Robot paralelo.

El invento se refiere a un dispositivo de desplazamiento de un objeto en el espacio.

Para desplazar un objeto en el espacio, se conocen brazos manipuladores cuyas articulaciones están montadas en serie y aquellos cuyas articulaciones están montadas en paralelo. Estos brazos son aún llamados robots.

Los robots del tipo de articulaciones en serie presentan el inconveniente de ser relativamente pesados y tienen por lo tanto una inercia importante que les impide trabajar con grandes cadencias.

Los robots llamados paralelos permiten desplazamientos mucho más rápidos pero la amplitud de los movimientos está restringida.

El invento se refiere a un robot llamado paralelo.

Se conoce precisamente tal robot por el documento EP-A-250 470 que comprende tres accionadores que contienen una parte fija y una parte móvil que tiene un solo grado de libertad con relación a la parte fija, estando unida cada parte móvil a una cabeza móvil por elementos de unión.

El dispositivo forma una especie de pirámide deformable de bases triangulares.

Cada accionador es un motor eléctrico cuyo eje de rotación está acoplado a un brazo (parte móvil) que pivota alrededor del eje de rotación del accionador.

Los ejes de pivotes de los brazos forman un triángulo y los elementos de unión están articulados respectivamente a una cabeza (base pequeña) y a la parte móvil correspondiente.

Las articulaciones de estos elementos de unión tanto sobre el brazo como sobre la cabeza son de dos grados de libertad.

Así, la orientación y la inclinación de la cabeza permanecen sin cambios en el espacio.

Un aprehensor de transmisión telescópica está montado en el centro del sistema.

Un soporte central lleva los accionadores. Este soporte central tiene sensiblemente las dimensiones definidas por los tres ejes de pivotamiento.

Los apoyos de rotación de los brazos que pivotan están a caballo entre los ejes de pivotamiento e inscritos cada uno en su mitad en la superficie definida por los ejes de pivotamiento de los brazos.

Los brazos son, al menos en su parte terminal, radiales y se extienden hacia el exterior del soporte central. La amplitud de desplazamiento es minimizada por la extensión del soporte que debe tener un tamaño suficiente para llevar los accionadores y a menudo un cuarto brazo que forma un aprehensor que une la base grande a la base pequeña. La amplitud de movimiento está unida a la longitud útil del brazo.

El volumen está definido por el círculo que pasa por las extremidades de los brazos cuando el sistema está en posición neutra, los brazos están entonces en un mismo plano, aquí horizontal.

Se comprende que cuanto mayor es la dimensión del soporte para un volumen dado, más será reducida la longitud de los brazos. Así para un volumen de aproximadamente 550 milímetros de radio, la longitud del brazo es de 350 milímetros, la altura de trabajo es así del orden de 300 a 350 milímetros.

Para aumentar la longitud de los brazos, para un volumen dado, es necesario reducir el tamaño del soporte pero este depende del tamaño de los accionadores y en las configuraciones conocida no puede ser muy reducido.

Se puede en efecto aumentar el volumen pero esto plantea igualmente problemas de implantación.

El documento EP-A-1 129 829, sobre el que reposa el preámbulo de la reivindicación 1, muestra un perfeccionamiento de este tipo de dispositivo aportado al montaje del aprehensor de transmisión telescópica montado en el centro del sistema para aumentar la amplitud de desplazamiento de la transmisión. Este perfeccionamiento impone aumentar el tamaño del triángulo para liberar una abertura más grande para el aprehensor.

Se conocen sistemas de desplazamientos esféricos y orientados de una cabeza por los documentos WO 2004/106011, US2005/0159075 o US5847528 que permiten la orientación de dicha cabeza. La problemática es diferente. No tiene en cuenta la cadencia y la amplitud del movimiento de estas máquinas cuyo objetivo es aprehender un objeto depositado sobre un plano, desplazarle muy rápidamente hacia otro plano, cambiando eventualmente su orientación por el movimiento del aprehensor en paralelo a su desplazamiento, luego volver a coger otro objeto (coger y
colocar).

El invento propone un dispositivo que aporta una mayor amplitud de trabajo principalmente en el movimiento horizontal de los brazos.

A este efecto, el invento se refiere a un dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 1. Las puestas en práctica del invento están definidas en las reivindicaciones dependientes.

El invento será bien comprendido con la lectura de la descripción siguiente hecha a título de ejemplo no limitativo con referencia al dibujo que representa:

Fig. 1: Estado de la técnica en vista desde arriba simplificada.

Fig. 2 a Fig. 4: El invento en vista desde arriba simplificada siendo radiales los ejes de los pivotes.

Fig. 5 a Fig. 7: El invento en vistas desde arriba simplificadas formando un triángulo los ejes de los pivotes.

Fig. 8: Vista en perspectiva del invento.

Fig. 9: Vista en perspectiva de una variante del invento.

Fig. 10: Vista superior de un robot con brazos rectos.

Fig. 11A: Vista de frente de un ejemplo de robot.

Fig. 11B: Corte según AA de la fig. 11A.

Fig. 12A: Vista de frente de un robot con un aprehensor.

Fig. 12B: Vista de un detalle.

Figs. 13A, 13B, 13C: Diferentes cabezas.

Con referencia a la fig. 8, se ve un dispositivo 1 de desplazamiento de objetos del tipo paralelo.

Este dispositivo permite desplazar objetos con una cadencia elevada.

Clásicamente, el dispositivo comprende al menos tres brazos 2 pivotantes cada uno alrededor de un eje 3 de pivotamiento, estando dichos ejes de pivotamiento en un mismo plano aquí horizontal.

Un accionador 4 aplica al menos indirectamente una de las dos extremidades de cada brazo pivotante, estando además unido cada uno de estos brazos 2 a una cabeza 5 por medio de elementos de unión 6 articulados respectivamente sobre la cabeza y sobre los brazos. Estas articulaciones son de dos grados de libertad.

El dispositivo de desplazamiento del tipo paralelo forma una especie de pirámide truncada deformable de bases triangulares (para tres ejes de pivotamiento) que comprenden al menos tres brazos 2 pivotantes cada uno alrededor de un eje 3 de pivotamiento guiado en rotación sobre al menos un cojinete 7, siendo accionado cada uno de los brazos por un accionador 4, estando eventualmente dichos ejes de pivotamiento en un mismo plano llamado A de la base grande y estando cada uno de estos brazos, además, unido a una cabeza 5 que forma una base pequeña por medio de elementos de unión 6 articulados respectivamente sobre la cabeza y sobre el brazo de dos grados de libertad, guardando siempre la cabeza su orientación y su inclinación cuando la cabeza se desplaza en un plano. La cabeza no se desplaza según movimientos esféricos.

Con la excepción de la fig. 9, los ejes de pivotamiento están en un mismo plano.

Para la fig. 9, los ejes de pivotamiento están inclinados hacia abajo en dirección del centro. Podrían estar inclinados hacia arriba en dirección del centro.

Para las figs. 1 a 7 se han representado únicamente los brazos y los cojinetes de pivotamiento.

Relanzando hacia el exterior los pivotes de articulación de los brazos y conformando los brazos y los elementos de unión como si estos brazos tuvieran una longitud útil próxima a la distancia entre el centro de la base grande y la extremidad del brazo sobre la que se articula el elemento de unión, se va a permitir aumentar la longitud operacional de los brazos. En la posición que se llamará neutra, la cabeza se encuentra en la vertical de la base grande y la fuerza que es ejercida sobre esta cabeza por un brazo prolongado de su elemento de unión se ejerce en un plano radial a la cabeza.

En los dibujos de las figs. 8 y 9, se han representado los elementos de unión en forma de segmentos rectilíneos con una extremidad de los brazos en un plano radial medio en los puntos de anclaje de los elementos de unión sobre la cabeza pero podrá convenir otra configuración del conjunto de estos brazos y de los elementos de unión (por ejemplo elementos en S). Esta forma en S podrá ser independiente de la arquitectura del robot (orientación de los ejes y posición de los cojinetes).

En formas simples el brazo puede ser recto, en L, en L truncada o curvo.

Se van a detallar a continuación algunas variantes.

En una primera versión (figs. 2, 3, 4) los ejes 3 de pivotamiento están montados radiales con un punto de intersección común dispuesto en el centro de la base grande. Lo mismo ocurre con ejes inclinados que se reúnen también en un punto de intersección.

Esto permite tener la longitud máxima de brazo ficticio.

Cada brazo (fig. 3) comprende dos partes, una parte proximal 2a coaxial al eje de rotación del accionador y una parte distal 2b que se extiende según un segundo eje igualmente radial formando un ángulo de 90º con la parte proximal.

Esta parte distal se conecta con la parte proximal en un punto próximo a la inserción de los tres ejes de pivotamiento.

Así la longitud del brazo ficticio es igual al radio R que define el volumen de los brazos.

La extremidad del brazo puede por lo tanto desplazarse aproximadamente entre +90º y -90º con relación al plano llamado de base grande sin encontrar un obstáculo.

La amplitud de desplazamiento vertical de la cabeza desde la posición neutra, estando horizontales los brazos, es muy próxima de R la distancia entre el punto central de la base grande y la extremidad del brazo.

Los ejes de pivotamiento están repartidos angularmente según un paso de 120º. La posición angular de los ejes de pivotamiento puede no ser regular, es decir los ángulos no son necesariamente todos de 120º. Bien entendido si se dispone de un robot de cuatro brazos, la disposición angular es diferente.

Es sobre la parte distal donde se articula el elemento de unión.

La longitud efectiva de basculamiento de los elementos 6 de unión es pues la distancia medida entre las articulaciones de estos elementos de unión en los brazos y el centro de la base grande.

A causa de esta disposición, la rotación del brazo alrededor del eje de pivotamiento no está limitada por un obstáculo situado en la parte central.

Se comprende bien que los accionadores son desplazados hacia el exterior de la superficie de cruce de los ejes.

Una parte 2c intermedia une las partes proximal 2a y distal 2b del brazo que forma una L truncada que permite dejar un espacio libre para eventualmente un brazo 10 aprehensor y para tener en cuenta la sección de los brazos.

En una segunda forma de realización del brazo (fig. 2), el eje de pivotamiento es siempre radial y el eje de rotación del accionador ataca perpendicularmente la parte 2a proximal del brazo que se prolonga por la parte distal que está a 90º formando una L en la que la esquina de la L es saliente. Esta parte distal es paralela al eje de rotación del accionador y por lo tanto al eje de pivotamiento.

En una 3ª variante y 4^{a} variante de realización, los ejes 3 de pivotamiento forman un triángulo fuera del cual están montados los cojinetes 7.

Los brazos tienen igualmente una forma que permite posicionar la cabeza en posición neutra en la vertical de la base grande.

En el ejemplo representado en la fig. 6, el brazo tiene una forma en L con la esquina entrante orientada hacia el centro.

Se tiene una configuración próxima del dispositivo de la fig. 3 pero la parte 2a proximal no es radial.

La parte proximal del brazo es coaxial al eje de pivotamiento. Por el hecho de que los cojinetes 7 son colocados en el exterior de la superficie definida por la intersección de los ejes de pivotamiento, esta superficie puede ser reducida a su valor límite de modo que la longitud efectiva del brazo es sensiblemente igual a la distancia entre el centro de la base grande y la extremidad del brazo por lo tanto sensiblemente al radio R que define el volumen.

En la cuarta variante de la fig. 5, los ejes de pivotamiento de los brazos forman igualmente un triángulo pero el brazo en L tiene su esquina de la L saliente como en la fig. 2.

Como se puede ver en los dibujos de las figs. 8, 9, los elementos de unión están unidos al brazo y a la cabeza por articulaciones de dos grados de libertad tales como juntas cardan.

Se componen de dos perfiles que forman un paralelogramo deformable.

Así durante sus desplazamientos, la cabeza permanece siempre orientada en la misma dirección y tiene siempre la misma inclinación.

Se ha representado igualmente un robot con brazos curvos figs. 4, 7.

La fig. 10 muestra un robot visto desde arriba, siendo los brazos rectilíneos (los elementos de unión están parcialmente representados y la cabeza no está representada).

Se ve entre otras cosas que el dispositivo de desplazamiento (figs. 8, 9, 11A, 11B) comprende un aprehensor 10 de transmisión telescópica. Este aprehensor está montado en su centro (centro de la pirámide de tres lados cuando esta está en su punto cero, estando los brazos en el mismo plano que los ejes de pivotamiento).

Un guiado en rotación, para este aprehensor es realizado sobre la cabeza del dispositivo.

Un accionador suplementario puede hacer girar el aprehensor alrededor de su eje longitudinal.

La parte alta de este aprehensor puede apoyarse sobre uno de los brazos. Una conexión coaxial puede llevar la potencia y el mando del aprehensor a través del brazo.

El aprehensor puede estar equipado de una ventosa, de garras o de cualquier otro medio para coger un objeto.

El aprehensor es a menudo móvil alrededor de su eje longitudinal y está a menudo constituido de un accionador, de una articulación alta, de una transmisión telescópica (dos vástagos que deslizan uno en el otro), de una articulación baja (cardán o rótula) posicionada en la cabeza y de un órgano de aprehensión.

Ventajosamente, la articulación alta se posiciona por encima del plano A que contiene los brazos cuando son horizontales. Es decir, con relación al plano A, se sitúa en el espacio opuesto al que contiene la cabeza.

O aun el plano A está dispuesto entre la articulación alta y la cabeza.

Se ha representado, en la fig. 12A, un aprehensor 10 que podría ser montado sobre un robot que no posee necesariamente las características descritas, por lo tanto independiente de la posición de los ejes de pivotamiento y de los cojinetes.

El aprehensor está fijado sobre la cabeza 5 por una articulación 50 mientras que su parte alta (el vástago 10A) desliza libremente en un medio de guiado 51 orientable.

Este medio de guiado orientable a la manera de una rótula es atravesado por el aprehensor para un guiado axial. La fig. 12B muestra un anillo interno 52 atravesado por el vástago del aprehensor.

Este anillo 52 interno está montado basculante sobre un anillo intermedio 53 a su vez montado basculante sobre un anillo externo 54. Este anillo externo puede ser arrastrado en rotación. El guiado axial del anillo interno no permite la rotación del vástago en este guiado axial y por consiguiente cuando el anillo externo gira, el aprehensor gira.

El posicionamiento del medio de guiado axial es escogido según la configuración del robot sabiendo que cuanto más alto esté menor será el ángulo de trabajo pero más largo será el vástago. Según la necesidad, se escogerá disminuir este ángulo posicionando el medio de guiado por encima del plano A o reducir el vástago desplazándolo hacia abajo. Los accionadores son, por ejemplo, motores eléctricos conocidos bajo la denominación "sin escobillas" pero podría tratarse de medios diferentes. Pueden estar montados al final del eje pero una transmisión por correa dentada u otra permite posicionarlos en un plano diferente.

Puede estar previsto que el accionador de este aprehensor esté montado directamente sobre la cabeza pero esto aumenta el peso y por lo tanto la inercia.

Se observará que en el montaje llamado radial, no existe un solo punto del plano de desplazamiento de la llamada cabeza en que el eje ortogonal al plano de la cabeza coincide con el punto de cruce de los ejes de pivotamiento.

Se observará igualmente que la distancia entre el centro de la cabeza y la articulación entre el brazo 2 y el elemento de unión 6 varía durante el desplazamiento de la cabeza.

La cabeza puede estar en disposición delta o radial.

Se han representado en las figs. 13A, 13B, 13C ejemplos de cabezas 5.

En el ejemplo de la fig. 13A, las piezas transversales 80 que unen los dos puntos de articulaciones bajas de los elementos de unión de la cabeza están dispuestas radialmente con relación a la cabeza.

En las versiones de las figs. 13B y 13C los ejes longitudinales de estas piezas transversales forman un triángulo.

En la fig. 13B el punto de unión de las piezas transversales está en el vértice superior del triángulo mientras que para la fig. 13C, el punto de unión está en medio del lado del triángulo. Los ejes de estas piezas transversales pueden ser paralelos o estar inclinados con relación al plano de trabajo de la cabeza 5.

Claims (8)

1. Dispositivo de desplazamiento en las tres dimensiones del espacio del tipo paralelo que comprende al menos tres brazos (2) pivotantes cada uno alrededor de un eje (3) de pivotamiento guiado en rotación sobre al menos un cojinete (7), siendo accionado cada uno de los brazos por un accionador (4), y estando cada uno de estos brazos, además, unido a una cabeza (5) que forma una base pequeña por medio de elementos de unión (6) articulados respectivamente sobre la cabeza (5) y sobre el brazo (2) de dos grados de libertad, guardando siempre la cabeza su orientación y su inclinación cuando se desplaza en un plano, estando dichos ejes (3) de pivotamiento en un plano paralelo al plano de desplazamiento de la cabeza o inclinados con relación a tal plano, estando este dispositivo de desplazamiento caracterizado porque los ejes (3) de pivotamiento definen un punto de intersección común o que los cojinetes (7) de pivotamiento de los brazos están montados totalmente en el exterior del polígono delimitado por las intersecciones dos a dos de los ejes de pivotamiento o de sus salientes sobre el plano de los cojinetes (7).

2. Dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los brazos tienen una forma de L.

3. Dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 2, caracterizado porque los brazos tienen una forma de L truncada.

4. Dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los brazos tienen una forma curva.

5. Dispositivo de desplazamiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende un aprehensor de transmisión telescópica.

6. Dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 5, caracterizado porque una conexión coaxial lleva la potencia y el mando del aprehensor a través de un brazo.

7. Dispositivo de desplazamiento según la reivindicación 5, que comprende para el aprehensor, una articulación alta, una transmisión telescópica, una articulación baja caracterizado porque el plano A que contiene los brazos cuando están horizontales está situado entre la articulación alta y la cabeza.

8. Dispositivo de desplazamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende un aprehensor fijado sobre la cabeza (5) por una articulación (50) mientras que su parte alta desliza libremente en un medio de guiado (51) orientable.