ES2351457A1 - Robot esferico. - Google Patents
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Abstract
Robot esférico, que comprende una carcasa esférica (1) en la que se alojan una base portante (2) y un mecanismo de actuación (3). La base portante (2) apoya sobre la superficie interna de la carcasa mediante elementos de rodadura (4) y tiene el centro de gravedad (7) situado por debajo del centro geométrico (8) de la carcasa esférica. El mecanismo de actuación esta compuesto por dos ruedas (9), cada una accionada por un motor, que transmite movimiento a la carcasa.
Description
Robot esférico.
La presente invención se refiere a un robot
esférico, capaz de desplazarse en diferentes sentidos y según
trayectorias distintas, que está constituido por una carcasa
esférica en la que se alojan medios de accionamiento que actúan
sobre la superficie interna de dicha carcasa para provocar su
desplazamiento.
Ya son conocidos robot esféricos, capaces de
desplazarse según diferentes trayectorias.
Por la US 508558 es conocido un vehículo
esférico movido a través del desequilibrio de una masa interna, la
cual es desplazable por la acción de un muelle elástico, al cual se
le da cuerda o enrolla manualmente. El mismo sistema, basado en el
desequilibrio de una masa interna, es utilizado en las US 676297, US
3798835, US 4501569, US 6227933 y US 2008/0097644, donde la energía
para mover el contrapeso puede ser elástica, como en el caso
anterior, o mediante uno o varios motores eléctricos. En todos estos
sistemas se necesita un control de la posición relativa del
contrapeso para ajustar el par aplicado en el eje de rotación de la
esfera. Además, el par aplicado depende directamente de la masa del
contrapeso, del brazo de palanca y de la posición relativa de éste.
Es por lo tanto el requerimiento de par necesario mayor que si
empleáramos sistemas basados en el movimiento de un hámster dentro
de una bola.
En las US 1263262, US 3722134, US 4471567, US
4541814 y US 5692946 se describen sistemas basados en el movimiento
de un hámster, en las que el par es aplicado a una o varias ruedas
que están en contacto con la superficie interna de la esfera,
moviendo una estructura o vehículo interno que hace también de
contrapeso. En este tipo de sistemas, el par necesario en el motor o
muelle mecánico que mueve la rueda que está en contacto con la
esfera, es inferior al que se tiene que aplicar en los sistemas con
un contrapeso. En cambio se necesita que la superficie interior de
la esfera se lo mas precisa posible, encareciendo la construcción de
ésta.
Otros tipos de robots esféricos, cuyos métodos
para conseguir el movimiento varían de los mencionados
anteriormente, se describen por ejemplo en la US 6289263, donde
varios pesos dispuestos en distintos ejes de la esfera y que pueden
variar su posición, consiguen variar el centro de gravedad del robot
y producir el movimiento deseado. En la US 6414457 se montan
distintos motores en ejes diametrales de la esfera, y estos motores
ejercen un movimiento en cada respectivo eje, produciendo el
movimiento de la esfera en diferentes direcciones.
La presente invención tiene por objeto un robot
esférico, del tipo inicialmente indicado, en el que los medios de
accionamiento son de constitución y funcionamiento sencillo, con un
número reducido de componentes que además permiten un desplazamiento
tanto rectilíneo como curvilíneo del robot.
Otro objeto de la invención es asegurar una
actuación correcta de los medios de accionamiento, aunque la
superficie interna de la carcasa esférica presente irregularidades,
lo cual permite reducir los costes de fabricación de la carcasa.
De acuerdo con la invención, los medios de
accionamiento alojados en la carcasa están constituidos por una base
portante y un mecanismo de actuación que va montado sobre dicha
base portante.
La base portante apoya sobre la superficie
interna de la carcasa esférica a través de elementos de rodadura,
los cuales pueden consistir en al menos tres bolas que están
montadas en la base portante con facultad de giro libre y en
posiciones no alineadas. Estas bolas sobresalen parcialmente de la
superficie de la base portante y apoyan sobre la superficie interna
de la carcasa.
Según otra característica de la invención, la
base portante dispone de medios de la impulsan hacia una posición de
equilibrio estable dentro de la carcasa, en la cual el centro de
gravedad de dicha base portante queda situado por debajo del centro
de la carcasa esférica.
Los medios citados que impulsan a la base
portante hacia la posición de equilibrio estable pueden consistir en
un contrapeso que va montado en dicha base y que esta situado por
debajo del centro de la carcasa esférica, en la posición de
equilibrio estable de la base portante.
En cuanto al mecanismo de actuación está
constituido por dos ruedas, montadas sobre ejes independientes, y
por dos motores de accionamiento, asociado uno a cada rueda. Las
ruedas apoyan sobre la superficie interna de la carcasa en puntos en
los que los ejes perpendiculares a sus planos de rodadura se cortan
en el centro de la carcasa esférica, lo cual permitirá conseguir el
movimiento de la carcasa en cualquier dirección, sin generar
esfuerzo en las ruedas, que podrían bloquearlas.
Según una forma de realización, el mecanismo de
accionamiento descrito queda situado por encima de la base portante,
estando el contrapeso de la base portante constituido por una masa
que va dispuesta en la parte inferior de dicha base portante. La
disposición de este contrapeso permite bajar el centro de gravedad
de la base portante, de modo que en la posición de equilibro estable
quede situado por debajo del centro geométrico de la carcasa
esférica.
Según una variante de ejecución, el mecanismo de
accionamiento puede ir situado por debajo de la base portante,
sirviendo entonces dicho mecanismo como contrapeso para impulsar a
la base portante hacia la posición de equilibrio estable.
Cada rueda y motor del mecanismo de
accionamiento van montados en un soporte que queda relacionado con
la base portante mediante elementos que impulsan de forma elástica a
las ruedas hacia la superficie interna de la carcasa esférica, con
lo cual que asegura un contacto permanente de las ruedas sobre dicha
superficie interna, lo cual permite superar posible imperfecciones
en la superficie interna de la carcasa.
Según una forma de realización, el soporte en el
que va montada cada rueda y motor va relacionado con la base
portante mediante un eje de articulación perpendicular al eje de
dicha rueda y mediante un resorte que impulsa al conjunto en el
sentido de apoyo de la rueda sobre la superficie interna de la
carcasa esférica.
Según una variante de ejecución, el soporte en
el que va montada cada rueda y motor va relacionado con la base
portante a través de un acoplamiento telescópico, paralelo al
sentido de apoyo de dicha rueda sobre la superficie interna de la
carcasa, incluyendo este acoplamiento un resorte que impulsa al
soporte y rueda en el sentido de apoyo de la misma sobre la
superficie interna de la carcasa.
Con la constitución descrita, los medios de
accionamiento alojados en la carcasa esférica, constituidos por la
base portante y el mecanismo de actuación, apoyan sobre la
superficie interna de la carcasa a través de los elementos de
rodadura de la base portante y de las ruedas del mecanismo de
actuación, de modo que el conjunto de los medios de accionamiento
pueden girar libremente sobre la superficie interna de la carcasa,
por la acción de los motores del mecanismo de actuación.
En los dibujos adjuntos se muestran posibles
formas de ejecución del robot esférico de la invención, dadas a
título de ejemplo no limitativo. En los dibujos:
La figura 1 es un alzado frontal de un robot
constituido de acuerdo con la invención, con la carcasa esférica
seccionada a 180º, para mostrar los medios de accionamiento alojados
en su interior.
La figura 2 es una vista en planta del mismo
robot, con la carcasa seccionada también a 180º.
La figura 3 es una perspectiva del robot, con un
cuadrante de la carcasa seccionado.
La figura 4 es una vista similar a la figura 1,
mostrando de forma esquemática los medios de accionamiento.
Las figuras 5 y 6, muestran, en alzado lateral a
180º respecto de la figura 4, posiciones de los medios de
accionamiento en el movimiento rectilíneo del robot.
Las figuras 7 y 8 muestran, en alzado y planta,
actuaciones de los medios de accionamiento en el movimiento
curvilíneo del robot.
La figura 9 es una vista similar a la figura 4,
mostrando una primera variante de ejecución.
La figura 10 es una vista similar a la figura 9,
mostrando una segunda variante de ejecución.
La figura 11 es una vista similar a la figura
10, mostrando una tercera variante de ejecución.
La constitución y características del robot de
la invención, así como el funcionamiento del mismo, podrán
comprenderse mejor con la siguiente descripción de las diferentes
variantes de ejecución mostradas en los dibujos antes
relacionados.
El robot esférico mostrado en las figuras 1 a 3
está constituido por una carcasa 1, de forma esférica y hueca, en
las que se alojan los medios de accionamiento, los cuales comprenden
una base portante 2 y un mecanismo de actuación que se indica en
general con la referencia 3.
La carcasa 1 puede estar compuesta por dos
mitades con bordes escalonados enfrentados para asegurar un perfecto
acoplamiento y fijación, tal y como se muestra en las figuras 1 y
3.
La base portante 2 puede adoptar forma de zona
esférica y apoya sobre la superficie interna de la carcasa esférica
a través de elementos de rodadura 4, los cuales, según se aprecia
mejor en la figura 4, pueden consistir en bolas montadas en
alojamientos de la base portante 2, por ejemplo a través de
rodamientos 5. El número de elementos de rodadura o bolas 4 será al
menos de tres en posición no alineada. La base 2 puede ser además
portadora de un contrapeso 6 que asegure que el centro de gravedad 7
de la base portante quede situado por debajo del centro geométrico 8
de la carcasa esférica 1. Para conseguir este efecto el contrapeso 6
estará constituido de un material más pesado que el de la base
portante 2.
Gracias al sistema de apoyo de la base portante
2 sobre la superficie interna del cuerpo esférico 1, el conjunto
puede moverse libremente sobre la superficie interna de la carcasa y
tender hacia una posición de equilibrio estable dentro de la misma,
en la que el centro de gravedad 7 quedará situado por debajo del
centro geométrico 8.
En cuanto al mecanismo de actuación 3 está
constituido, según se aprecia en las figuras 1 a 4, por dos ruedas 9
que van montadas en ejes 10 independientes. Cada rueda 9 va
accionada por un motor 11, a través de un conjunto de engranajes 12.
Las ruedas 9, accionadas por los motores 11, son las que provocan el
movimiento del mecanismo de actuación 3 que es proporcionado por las
ruedas 9, por actuación de los correspondientes motores 11.
Según una forma de realización, mostrada en la
figura 4, cada rueda 9 puede ir montada en un soporte 17 el cual va
articulado a una estructura 13 perteneciente a la base portante 2
mediante ejes 14 que son perpendiculares a los ejes 10 de las
ruedas
9.
9.
Según se aprecia en la figura 4, entre los
soportes 17 y la estructura 13 se disponen resortes 15 que impulsan
constantemente a dichos soportes en la dirección de apoyo de las
ruedas 9 sobre la superficie interna de la carcasa esférica 1. Estos
resortes y gracias a la articulación de los soportes 17 en la
estructura 13, a través de los ejes 14, hace que las ruedas 9 estén
impulsadas constantemente contra la superficie interna de la
carcasa, superando posibles imperfecciones de esta superficie
interna.
Las ruedas 9 apoyan sobre la superficie interna
de la carcasa en puntos en los que los ejes 16 perpendiculares al
plano de rodadura de las ruedas 9 se cortan justo en el centro
geométrico 8 de la carcasa esférica, con lo que se consigue el
movimiento de la carcasa en cualquier dirección sin generar ningún
esfuerzo en las ruedas 9, que podrían bloquearlas.
Para provocar un movimiento rectilíneo del
robot, partiendo de su posición de reposo, mostrada en la figura 5,
la activación de los motores 11 provoca el movimiento de las ruedas
9 en el sentido de la flecha mostrada en la figura 5, pasando de la
posición 9 a la posición 9' y haciendo que la base portante 2 gire
en sentido contrario que las ruedas 9, pasando de la posición 2 a la
posición 2', con lo cual el centro de gravedad 7 pasa a la posición
7'. El giro descrito produce un par sobre el centro geométrico 8 de
la carcasa esférica, que hace que empiece el movimiento de la misma
en el mismo sentido que el establecido por las ruedas 9. El par
generado en este sentido tiene un valor M=m_{3}xd y el mismo
sentido de giro de las ruedas 9, con lo cual el robot gira en este
caso en el sentido de giro de dichas ruedas, con un movimiento
rectilíneo. Cuando el movimiento de la carcasa esférica se
estabiliza a velocidad constante, la base portante 2 vuelve a su
posición de equilibrio, según se muestra en la figura 6 y las ruedas
9 siguen moviendo la carcasa para que el robot se mantenga a dicha
velocidad. De este modo la base portante 2 solo cambia de posición
cuando se quiere acelerar o decelerar el robot situándose en su
posición de equilibrio, es decir cuando el centro de gravedad 7
coincide con el eje vertical de la carcasa esférica, cuando se
quiere mantener la velocidad constante en el robot.
Para generar un giro en el robot se establecen
diferentes velocidades en cada una de las ruedas 9, consiguiendo un
giro en la dirección de la rueda que vaya a mayor velocidad. Por lo
tanto, dependiendo de la diferencia de velocidad de las ruedas 9 se
establece un giro más o menos cerrado. Para conseguir un correcto
desplazamiento en las ruedas 9, los ejes 16 perpendiculares al plano
de rodadura de las ruedas 9 se cortan en el centro geométrico 8 de
la carcasa esférica, figura 4. Esto permite el movimiento de
rodadura en cada una de las ruedas que no haya diferencias de
velocidades entre la superficie interna de la carcasa esférica 1 y
cada una de las ruedas 9, que provocaría un movimiento discontinuo
en el robot. En el caso mostrado en las figuras 7 y 8, la velocidad
W' de la rueda izquierda 9' es menor que la velocidad W'' de la
rueda derecha 9'', por lo que el robot realizará un giro en sentido
horario. Como se observa en la figura 8, la rueda izquierda 9'
recorre menos distancia que la rueda derecha 9'', ya que su radio
efectivo R' es menor que R''.
En la figura 9 se muestra una variante de
ejecución según la cual los soportes 17 de las ruedas 9 y motores
correspondientes van relacionados con la estructura 13 mediante un
sistema o acoplamiento 18 telescópico que incluye un resorte 19 que
impulsa al soporte 17 en el sentido de apoyo de las ruedas 9 sobre
la superficie interna de la carcasa esférica 1. Con este sistema se
asegura también siempre el contacto entre la superficie interna de
la carcasa 1 y las ruedas 9, pudiendo estas superar imperfecciones
en la superficie de dicha carcasa. Para conseguir este tipo de
suspensión en las ruedas 9 se puede utilizar tanto el sistema
descrito con referencia a la figura 4 como el representado en la
figura 9.
Otra posible configuración del robot se muestra
en la figura 10, donde el mecanismo de actuación 3 queda situado por
debajo de la base portante 2, sirviendo como contrapeso de la misma
para situar el centro de gravedad 7 por debajo del centro geométrico
8. El punto de contacto de las ruedas 9 con la superficie interna de
la carcasa 1 se establece por tanto por debajo del centro geométrico
8 de la carcasa esférica. El funcionamiento del robot es en este
caso idéntico al explicado anteriormente, donde los ejes 16
perpendiculares al plano de rodadura de las ruedas 9 se cortan en el
centro geométrico 8 de la carcasa esférica, con lo que aseguramos un
movimiento de rodadura de las ruedas 9 sin diferencias de
velocidades entre la superficie interna de la carcasa 1 y cada una
de dichas ruedas. También, de igual modo que en el ejemplo de la
figura 4, la base portante 2 se apoya en tres elementos de rodadura
4 que hace que la base portante pueda girar libremente sobre la
superficie interna de la carcasa esférica.
Una última posible configuración se muestra en
la figura 11, donde el mecanismo de actuación 3 queda situado
también por debajo de la base portante 2, como en el caso de la
figura 10, pero el montaje de los soportes 17 sobre dicha base se
realiza mediante un sistema de suspensión igual al descrito con
referencia a la figura 9.
Con la constitución descrita, en el robot de la
invención el centro de gravedad 7 de los medios de accionamiento
alojados dentro de la carcasa esférica quedan situados por el centro
geométrico de dicha carcasa, apoyando a la base portante 2 sobre la
superficie interna de la carcasa a través de los elementos de
rodadura 4 que permiten su libre movimiento dentro de dicha
carcasa.
Según se aprecia en los dibujos, la base
portante 2 puede adoptar forma de zona esférica, quedando alojada en
una semiesfera de la carcasa, en posición concéntrica con misma. Los
elementos de rodadura 4 irán situados en la superficie curva de la
base portante.
Por ultimo indicar que el control del robot se
efectuará por radio control, en forma en sí conocida.
Claims (9)
1. Robot esférico, que comprende una carcasa
esférica en cuyo interior se alojan medios de accionamiento que
actúan sobre la superficie interna de dicha carcasa,
caracterizado porque los medios de accionamiento citados
comprenden una base portante (2) y un mecanismo de actuación (3)
montado sobre dicha base portante; cuya base portante (2) apoya
sobre la superficie interna de la carcasa esférica (1) a través de
elementos de rodadura (4) que la impulsan hacia una posición de
equilibrio estable dentro de la carcasa, en la cual el centro de
gravedad (7) de dicha base portante queda situado por debajo del
centro geométrico (8) de la carcasa esférica; y cuyo mecanismo de
actuación (3) esta constituido por dos ruedas (9), montadas sobre
ejes independientes (10), y por dos motores (11) de accionamiento,
asociado uno a cada rueda; cuyas ruedas apoyan sobre la superficie
interna de la carcasa (1) en puntos en los que los ejes (16)
perpendiculares a sus planos de rodadura se cortan en el centro (8)
de la carcasa esférica.
2. Robot según la reivindicación 1,
caracterizado porque la base portante (2) adopta forma de
zona esférica y va alojada en una de las semiesferas de la carcasa
esférica, concéntrica con la superficie interna de dicha carcasa,
estando los elementos de rodadura (4) situados en la superficie
curva de dicha base portante.
3. Robot según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios que impulsan a la base
portante (2) hacia una posición de equilibrio estable consisten en
un contrapeso (6) que va montado en dicha base y esta situado por
debajo del centro geométrico (8) de la carcasa esférica, en la
posición de equilibrio estable de dicha base portante.
4. Robot según la reivindicación 3,
caracterizado porque el mecanismo de accionamiento (3) esta
situado por encima de la base portante y el contrapeso consiste en
una masa (6) que va dispuesta en la parte inferior de dicha base
portante.
5. Robot según la reivindicación 3,
caracterizado porque el mecanismo de accionamiento (3) esta
situado por debajo de la base portante (2) y sirve como contrapeso
para impulsar a dicha base hacia la posición de equilibrio
estable.
6. Robot según las reivindicaciones 1 y 4 ó 5,
caracterizado porque cada rueda y motor del mecanismo de
accionamiento van montados en un soporte (17) que queda relacionado
con la base portante (2) mediante elementos que impulsan de forma
elástica a las ruedas (9) hacia la superficie interna de la carcasa
esférica.
7. Robot según la reivindicación 6,
caracterizado porque el soporte (17) en el que va montada
cada rueda (9) y motor (11) va relacionado con la base portante (2)
mediante un eje de articulación (14) perpendicular al eje (10) de
dicha rueda y mediante un resorte (15) que impulsa al conjunto en el
sentido de apoyo de la rueda (9) sobre la superficie interna de la
carcasa esférica (1),
8. Robot según la reivindicación 6,
caracterizado porque el soporte (17) va relacionado con la
base portante (2) a través de un acoplamiento telescópico (18), que
es paralelo al sentido de apoyo de dicha rueda sobre la superficie
interna de la carcasa esférica e incluye un resorte (19) que impulsa
al soporte y rueda en dicho sentido de apoyo.
9. Robot según la reivindicación 1,
caracterizado porque los elementos de rodadura 4 consisten en
al menos tres bolas que están montadas en la base portante 2 con
facultad de giro libre, en posiciones no alineadas, cuyas bolas
sobresalen parcialmente de dicha base portante y apoyan sobre la
superficie interna de la carcasa esférica (1).
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201001046A ES2351457B1 (es) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Robot esferico |
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| ES201001046A ES2351457B1 (es) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Robot esferico |
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|---|---|---|---|
| ES201001046A Active ES2351457B1 (es) | 2010-08-06 | 2010-08-06 | Robot esferico |
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