ES2360680B1

ES2360680B1 - Brazo poliarticulado.

Info

Publication number: ES2360680B1
Application number: ES200802376A
Authority: ES
Inventors: Alicia Casals Gespi; Josep Amat Girbau; Juan Aranda Lopez; Francisco Andre Pepiol Espallargas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2012-04-19
Anticipated expiration: 2028-08-07
Also published as: ES2360680A1; EP2153946A1

Abstract

Brazo poliarticulado.#La invención se refiere a un brazo poliarticulado (1) en un plano (2), que comprende un primer elemento (3), un segundo elemento (4) y un tercer elemento (5) articulados sucesivamente mediante articulaciones (6), que definen su dirección longitudinal (7), en el que el primer elemento (3) y el tercer elemento (5) están articulados entre sí por un vástago (8) mediante dos articulaciones (9, 10) situadas cada una a proximidad de la articulación (6) de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento (4) y en dirección perpendicular a la dirección longitudinal (7) los elementos primero (3) y tercero (5) y estando dichas dos articulaciones (6) situadas en lados opuestos del brazo (1), que proporciona una cinemática especialmente adecuada para sostener y desplazar herramientas o útiles en un entorno da trabajo gracias a una configuración geométrica arqueada de radio de curvatura variable.

Description

Brazo poliarticulado.

La presente invención se reﬁere a un brazo poliarticulado robótico cuya cinemática es especialmente adecuada para sostener y desplazar herramientas

o útiles en un entorno de trabajo, caracterizándose por adquirir una conﬁguración geométrica arqueada de radio de curvatura variable.

Antecedentes de la invención

Son conocidos los brazos poliarticulados destinados a sostener y desplazar herramientas o utensilios soportados en uno de sus extremos.

En general, estos brazos comprenden una pluralidad de elementos concatenados que permiten el posicionado de su extremo.

Entre las arquitecturas más utilizadas pueden destacarse las arquitecturas denominadas clásicas, que son: las basadas en elementos articulados que generan desplazamientos, lo que da lugar a los Robots de coordenadas cartesianas; arquitecturas mixtas, basadas en elementos articulados en forma de desplazamientos y en forma de giros, que dan lugar arquitecturas de coordenadas polares o cilíndricas; o las arquitecturas basadas en los giros de sus articulaciones y que dan lugar a las arquitecturas de coordenadas angulares.

Entre las arquitecturas denominadas no clásicas pueden destacarse la trompa de elefante, consistente en la concatenación de un cierto número de elementos, y por lo tanto de giros, en un mismo plano, y la plataforma de Stewart, consistente en un soporte con seis grados de libertad.

Por otro lado, existen cadenas cinemáticas denominadas subactuadas, que son accionadas por un único actuador, entre las que se pueden citar los dedos con falanges dotados de un mando único, utilizados en algunas manos robóticas, y los brazos extensibles de tipo ballesta.

Una de las ventajas que representa el poder disponer de cadenas cinemáticas poliarticuladas subactuadas es poder obtener una mayor capacidad de desplazamiento no efectuando giros o desplazamientos, lo que en muchos casos condicionan la accesibilidad, sino consiguiendo ﬂexionar su arquitectura.

Dado que las cadenas cinemáticas o brazos poliarticulados mencionados tienen limitaciones desde el punto de vista de la curvatura del brazo y del espacio que ocupan durante su utilización, el solicitante propone en la siguiente descripción un brazo poliarticulado cuya cinemática le permite superar los problemas mencionados. Descripción de la invención

La presente invención se reﬁere a un brazo poliarticulado en un plano, que comprende al menos un primer elemento, un segundo elemento y un tercer elemento articulados sucesivamente mediante articulaciones, deﬁniendo dichas articulaciones de cada elemento su dirección longitudinal, que se caracteriza por el hecho de que el primer elemento y el tercer elemento están articulados entre sí por un vástago mediante dos articulaciones situadas cada una a proximidad de la articulación de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal de cada uno de dichos primer elemento y tercer elemento y estando dichas dos articulaciones situadas en lados opuestos del brazo.

Estas características conﬁeren al brazo una cinemática especialmente adaptada para ser usado como soporte desplazable desde un techo o desde un soporte situado por encima del operario, o desde una base ﬁja o desplazable sobre el suelo.

Concretamente, al lograrse un radio de curvatura controlable, que es menor que el de los codos de las articulaciones clásicas de los robots, permite adaptarse mejor a muchos entornos y por tanto se consigue una mejor maniobrabilidad.

Preferentemente, cada uno de los elementos está formado por un segmento central en cuyos extremos están unidos dos segmentos perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este, forma que le conﬁere una cinemática predecible y adecuada para las curvaturas que se persiguen con la invención.

Ventajosamente, los elementos son idénticos y concatenables, de modo que se facilita su construcción y ensamblado, y que además le conﬁere la variación de curvatura deseada.

Aún más preferentemente, cada elemento está compuesto por dos perﬁles paralelos y separados, de modo que aumenta su rigidez con el mismo peso y además es posible disponer los cables o tubos de control o suministro a las herramientas dispuestas en el extremo.

Finalmente, cada elemento está compuesto por dos barras paralelas unidas en sus extremos por dos piezas provistas de oriﬁcios para las diferentes articulaciones. Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización.

La ﬁgura 1 es una vista esquemática en alzado del brazo poliarticulado objeto de la invención cuando no está curvado.

La ﬁgura 2 es una vista esquemática en alzado del brazo poliarticulado objeto de la invención cuando está curvado.

La ﬁgura 3 es una vista en perspectiva de una realización preferida de uno de los elementos que componen el brazo poliarticulado.

La ﬁgura 4 es una vista en perspectiva de un brazo poliarticulado hecho con elementos según la ﬁgura tres y provisto de medios para orientar el plano del brazo. Descripción de realizaciones preferidas

Tal como se esquematiza en las ﬁguras 1 y 2, la invención se reﬁere a un brazo poliarticulado 1 en un plano 2, que comprende al menos un primer elemento, un segundo elemento 4 y un tercer elemento 5 articulados sucesivamente mediante articulaciones 6, deﬁniendo dichas articulaciones 6 de cada elemento su dirección longitudinal 7, representada a trazos.

Concretamente, en el brazo de la invención el primer elemento 3 y el tercer elemento 5 de la cadena formada están articulados entre sí por un vástago 8 mediante dos articulaciones 9, 10. Estas articulaciones están situadas cada una a proximidad de la articulación 6 de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento 4 y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal 7 de cada uno de dichos elementos alternados 3y5y estando dichas dos articulaciones 6 situadas en lados opuestos del brazo 1.

Por lo tanto, la estructura general del brazo es una sucesión de elementos articulados según ejes paralelos, de modo que el movimiento del brazo se realiza en un plano, pero que tiene la particularidad de que los pares de elementos separados por otro elemento están articulados entre sí mediante el mencionado vástago. De este modo, es posible controlar desde uno de los extremos del brazo la curvatura de este, y por lo tanto, la posición del extremo del brazo. En un brazo de tipo ballesta, el movimiento del extremo se limita a un desplazamiento lineal. No así en el de la invención.

Por otro lado, las articulaciones de tipo dedo presentan el inconveniente de que el accionamiento se realiza mediante cables, lo cual implica un sistema de transmisión complejo.

En la ﬁgura 1 se presenta una realización preferida del brazo poliarticulado en el que cada uno de los elementos 3, 4, 5 está formado por un segmento central 11 en cuyos extremos están unidos dos segmentos 12, 13 perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este.

Asimismo, tal como se puede apreciar en las ﬁguras 1,2 y 4, los elementos 3, 4, 5 son idénticos y concatenables.

Por concatenables se entiende que la estructura de cada elemento le permite ser articulado con un elemento idéntico. Esto implica que los extremos de dos elementos destinados a ser articulados son diferentes para permitir su encaje, tal como se ilustra por ejemplo en la ﬁgura 3.

Según otra realización preferida de la invención, cada elemento 3, 4, 5 está compuesto por dos perﬁles 14, 15 paralelos y separados, de modo que es posible canalizar y proteger por el espacio resultante los cables y tubos de suministro y control de la o las herramientas que se dispondrán en el extremo del brazo. En una forma de realización concreta del brazo, cada elemento está compuesto por dos barras paralelas 14, 15 unidas en sus extremos por dos piezas 16, 17 provistas de oriﬁcios 18 para las diferentes articulaciones.

El brazo de la invención está tanto concebido para sostener herramientas desde un cielo raso o un soporte situado por encima del operario como sobre una base ﬁja o móvil sobre el suelo.

Por ejemplo se puede emplear en un quirófano para sostener instrumentación médica a disposición del personal médico o bien para sostener los instrumentos empleados en peluquería. En este último caso, por ejemplo, el tubo de aire caliente puede hacerse pasar por los espacios existentes entre las piezas que componen cada elemento, de modo que el tubo queda protegido, o lateralmente sobre la estructura.

Efectivamente, en estos casos se busca una mínima ocupación de espacio por parte del brazo, y se ha comprobado experimentalmente que el brazo de la invención proporciona unos desplazamientos cómodos para los operarios.

Preferentemente, ya tal como se ilustra en la ﬁgura 4, el brazo puede mantenerse con uno de sus extremos dispuesto en un elemento 16 montado en rotación según un eje, que preferentemente será vertical. Esta conﬁguración permite al usuario orientar el plano de movimiento del extremo del brazo, es decir le conﬁere un segundo grado de libertad.

Asimismo, si se desea conferirle un tercer grado de libertad, se puede dotar de un tercer grado de libertad al soporte rotatorio del extremo del brazo, por ejemplo permitiendo su movimiento vertical.

El accionamiento del brazo se puede lograr por lo tanto con motores dispuestos en el extremo del brazo. Uno de ellos controlará el curvado del brazo y el otro la rotación del plano de trabajo. Asimismo se puede añadir una guía y un tercer motor para desplazar en dirección vertical el conjunto.

Por otro lado, el control se puede hacer por sensores de presión que detectan la presión ejercida por el usuario u operario, de modo que sin esfuerzo y mediante los motores, el extremo del brazo se vaya situando en los puntos deseados.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Brazo poliarticulado (1) en un plano (2), que comprende al menos un primer elemento (3) , un segundo elemento (4) y un tercer elemento (5) articulados sucesivamente mediante articulaciones (6), deﬁniendo dichas articulaciones (6) de cada elemento su dirección longitudinal (7), caracterizado por el hecho de que el primer elemento (3) y el tercer elemento (5) están articulados entre sí por un vástago

(8) mediante dos articulaciones (9, 10) situadas cada una a proximidad de la articulación (6) de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento (4) y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal (7) de cada uno de dichos primer elemento (3) y tercer elemento (5) y estando dichas dos articulaciones (6) situadas en lados opuestos del brazo (1).
2. Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada uno de los elementos (3, 4, 5) está formado por un segmento central (11) en cuyos extremos están unidos dos segmentos (12, 13) perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este.
3.

Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos elementos (3, 4, 5) son idénticos y concatenables.
4.

Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada elemento (3, 4, 5) está compuesto por dos perﬁles (14, 15) paralelos y separados.
5.

Brazo poliarticulado según la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que cada elemento está compuesto por dos barras paralelas (14, 15) unidas en sus extremos por dos piezas (16, 17) provistas de oriﬁcios (18) para las diferentes articulaciones.

ES 2 360 680 Bl

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 200802376

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 07.08.2008

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : B25J18/06 (2006.01) B25J17/00 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

DE 3135088 A1 (FRAUNHOFER GES FORSCHUNG) 17.03.1983, página 5, línea 12 – página 6, 1-5

línea 22; figuras 1-5.

X

US 4990050 A (TOKICO) 05.02.1991, columna 1, líneas 15-27; figuras 1-2 1-3

& JP 56160790 U 30.11.1981, figuras.

X

JP 58137594 A (T KAWASAKI) 16.08.1983, figuras 1-10. 1,3

X

US 3580099 A (R MOSHER) 25.05.1971, figuras 1-5. 1,3

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 23.05.2011

Examinador S. Gómez Fernández Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200802376

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B25J Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200802376

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.05.2011

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 5 1-4 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-5 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200802376

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D1

DE 3135088 A1 (FRAUNHOFER GES FORSCHUNG) 17.03.1983
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

* Reivindicación 1ª, independiente.

No se aprecia novedad en esta reivindicación en el sentido del Art 6 LP por estar plenamente anticipada por D1.

D1 divulga un brazo (2) poli-articulado en un plano, que comprende tres elementos (3,4,5) sucesivamente articulados

(14) entre sí . Además, el primer elemento (3) y el tercer elemento (5) están articulados entre sí por un vástago (9) mediante dos articulaciones (18) situadas próximas a las articulaciones (14) de cada uno de dichos elementos (3,5) con el segundo elemento (4), estando estas articulaciones (14) ubicadas en una dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal de cada elemento (3,5) y en lados opuestos del brazo (2)

Dado que todas las características técnicas reivindicadas parecen ser ya conocidas por D1, puede afirmarse que esta reivindicación no es nueva.

Similares consideraciones pueden efectuarse con respecto a los demás documentos citados en el IET que también parecen anticipar plenamente la invención reivindicada.

*

Reivindicación dependientes 2ª a 4ª

Tampoco se aprecia novedad en estas reivindicaciones en el sentido del Art 6 LP, en tanto que sus características técnicas adicionales parecen ser también conocidas por D1.

*

Reivindicaciones dependiente 5ª

No se aprecia actividad inventiva en esta reivindicación en el sentido del Art 8 LP, en tanto que sus características técnicas adicionales se dirigen a detalles de diseño alternativos a los divulgados en D1, cuyo carácter alternativo cabe esperar sea del dominio del experto en la materia, entre otras opciones equivalentes.

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4