ES2362106T3 - Combinación de una herramienta intercambiable y un elemento manipulador. - Google Patents

Combinación de una herramienta intercambiable y un elemento manipulador. Download PDF

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ES2362106T3 ES06011424T ES06011424T ES2362106T3 ES 2362106 T3 ES2362106 T3 ES 2362106T3 ES 06011424 T ES06011424 T ES 06011424T ES 06011424 T ES06011424 T ES 06011424T ES 2362106 T3 ES2362106 T3 ES 2362106T3
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Franciscus Wilhelmus Rouweler
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Abstract

Combinación de una herramienta (1, 20, 40) intercambiable y un elemento (10, 15, 26, 47) manipulador para manipular la herramienta (1, 20, 40) dentro y fuera de una estructura de recepción, en la que la herramienta (1, 20, 40) tiene un cuerpo (8, 21) de herramienta con un extremo (2, 22, 41) de recepción para sostener la herramienta (1) en la estructura de recepción, en la que se disponen medios (9, 14, 25, 43) de conexión en el cuerpo (8, 21, 42) de herramienta para proporcionar una conexión sustancialmente no giratoria con el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador, y en la que el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador comprende medios (12, 16, 17, 29) de conexión para la conexión a los medios (9, 14, 25, 43) de conexión de la herramienta (1, 20, 40), caracterizada porque la herramienta (1, 20, 40) incluye un dispositivo (4, 23, 44) de seguridad para impedir que la herramienta (1, 20, 40) se caiga fuera de la estructura de recepción, y el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador comprende un accionador para accionar el dispositivo (4, 23, 44) de seguridad.

Description

La invención se refiere a una combinación de una herramienta intercambiable y un elemento manipulador según el preámbulo de la reivindicación 1. Se conoce una herramienta de este tipo, por ejemplo, a partir de la publicación de patente europea n.º 0 494 714 y se conoce una combinación de este tipo a partir de la publicación de patente europea n.º 0 974 422.
Cuando se automatiza el intercambio de herramientas, se usa un elemento manipulador, tal como un brazo robótico para coger las herramientas y transportarlas desde la máquina, en la que se usan las herramientas, hasta un almacenamiento, y viceversa. Cuando se manipulan las herramientas con un elemento manipulador es beneficioso que las herramientas no giren en relación con el elemento manipulador. Esto es necesario para garantizar la lógica de control para saber la posición exacta de la herramienta en el extremo del brazo del elemento manipulador, de manera que la herramienta pueda insertarse de manera fiable en la máquina respectiva o en el almacenamiento. Si la herramienta pudiera desplazarse o girar de manera incontrolada, sería necesario que el elemento manipulador reorientase la herramienta antes de insertar la herramienta en, por ejemplo, una estructura de recepción.
Cuando se usan herramientas con diferentes tamaños, formas y/o dimensiones en una máquina, es beneficioso poder sostener la herramienta de modo uniforme, ya que de lo contrario el elemento manipulador tiene que cambiar los elementos de sujeción para poder intercambiar las diferentes herramientas. Por ejemplo, el elemento manipulador necesitaría un primer elemento de sujeción para intercambiar herramientas estrechas, mientras que es necesario un segundo elemento de sujeción para intercambiar herramientas anchas. Esto tendría un efecto adverso sobre el tiempo productivo de la máquina. Por tanto, es deseable tener un modo uniforme de sostener la herramienta que sea independiente de la forma y las dimensiones de la herramienta.
Un requisito adicional es que el elemento de sujeción debe sostener la herramienta de manera firme. Cuando la herramienta se someta a aceleraciones sustanciales, en combinación con el peso, las fuerzas serán sustanciales. Una conexión entre el elemento de sujeción y la herramienta debe soportar estas fuerzas.
Por tanto, es un objeto de la invención proporcionar un modo de sostener herramientas de modo uniforme e impedir el giro de la herramienta en relación con el elemento manipulador.
Este objeto se logra mediante una combinación según la invención tal como se reivindica en la reivindicación 1.
Con medios de conexión de este tipo, se normaliza el punto de conexión y una conexión de la herramienta con el elemento manipulador ya no depende de la geometría de la herramienta. Debido a la conexión sustancialmente no giratoria, siempre se conoce la orientación de la herramienta en relación con el elemento manipulador. Aunque el elemento manipulador tenga una junta giratoria, la orientación en la conexión de herramienta y el elemento manipulador es fija. Como la conexión ya no depende de la geometría de la herramienta, los medios de conexión pueden disponerse en cualquier parte adecuada de la herramienta e incluso en lados opuestos, de manera que el elemento manipulador puede aproximarse a la herramienta desde dos lados.
En una realización según la invención los medios de conexión se disponen de manera que la transferencia de fuerza entre la herramienta y el elemento manipulador tiene lugar sustancialmente en el interior del cuerpo de herramienta. Con esta realización, la geometría exterior de la herramienta no es importante para conectar la herramienta a un elemento manipulador. Con los medios de conexión dispuestos en el cuerpo de herramienta, la transferencia de fuerza desde el elemento manipulador a la herramienta y viceversa tiene lugar directamente al interior del cuerpo y no a través de una superficie externa de la herramienta. Esto es ventajoso, ya que la forma de las superficies externas puede diferir según el tipo de herramienta.
Preferiblemente, los medios de conexión comprenden una cavidad que incluye uno de (i) una rosca, (ii) una abertura de bloqueo o (iii) al menos un reborde de bloqueo.
En una realización preferida de la herramienta según la invención, la cavidad tiene un eje de inserción a lo largo del que puede insertarse un elemento manipulador y la cavidad no es simétrica con relación al giro con respecto al eje de inserción. Será obvio que una solución inversa con la cavidad en el elemento manipulador y un saliente dispuesto en la herramienta proporcionará una solución similar con ventajas similares.
Preferiblemente, la cavidad es cilíndrica con al menos un reborde que se extiende a través de la cavidad. Este reborde impide el posible giro entre la herramienta y el elemento manipulador.
En otra realización preferida, dos rebordes paralelos se disponen en la abertura en forma de boca de la cavidad. Estos dos rebordes proporcionan un bloqueo adicional de la posición angular de la herramienta en relación con el elemento manipulador y se impide por consiguiente el giro.
Aún en otra realización de la herramienta según la invención, la cavidad tiene una sección transversal no circular perpendicular al eje de inserción, siendo por ejemplo la sección transversal cuadrada o elíptica. Esto permite la inserción de un elemento manipulador correspondiente en la herramienta, e impide el giro de la herramienta respecto al elemento manipulador.
En otra realización de la herramienta según la invención, los medios de conexión proporcionan una conexión sustancialmente no giratoria, uniforme y proporcionan medios para una función adicional. Con la conexión uniforme, la forma de la herramienta es irrelevante para la conexión con el elemento manipulador. Además, los medios de conexión proporcionan medios para una función adicional.
Preferiblemente, con la herramienta según la invención los medios para una función adicional comprenden al menos un terminal para funciones adicionales, tales como la transferencia de señales o la activación de un mecanismo. Con una conexión, pueden intercambiarse, por ejemplo, señales eléctricas entre la herramienta y el elemento manipulador. Por ejemplo, las señales eléctricas se usan para leer una memoria dispuesta en la herramienta, o la señal se usa para activar un accionador presente en la herramienta, por ejemplo para accionar un dispositivo de seguridad. Éste al menos un terminal para funciones adicionales también puede usarse para transferir una señal mecánica de manera que un mecanismo o conmutador mecánico se ponga de un primer estado a un segundo estado. Además, el terminal puede usarse para intercambiar señales luminosas.
En otra realización preferida los medios de conexión se disponen a una distancia normalizada del extremo de recepción. Esto permite que el elemento manipulador agarre una herramienta, sin el conocimiento exacto del tipo de herramienta presente en la estructura de recepción.
En una realización preferida de la combinación según la invención, los medios de conexión del elemento manipulador están adaptados a la cavidad no simétrica con relación al giro de la herramienta.
En otra realización preferida de la combinación según la invención, el elemento manipulador tiene un extremo de conexión que tiene una sección transversal perpendicular a la dirección de inserción, que es sustancialmente igual a la abertura en forma de boca de la cavidad de la herramienta, y en la que el elemento manipulador comprende al menos una leva retráctil que puede extenderse desde una superficie del extremo de conexión para bloquear el elemento manipulador en la herramienta. Esta al menos una leva se extenderá por detrás del reborde lineal presente en la cavidad, de manera que la herramienta se bloquea sobre el elemento manipulador y la herramienta no puede separarse del elemento manipulador, sin retraer la leva.
En una realización preferida adicional, el extremo de conexión tiene al menos una superficie que actúa conjuntamente con una superficie interna de la cavidad para proporcionar una conexión no giratoria.
Aún en otra realización de la combinación según la invención, la combinación comprende medios de detección para la detección de la conexión del elemento manipulador y la herramienta. Esto proporcionará seguridad para el control del elemento manipulador, de que de hecho se sostiene una herramienta por el elemento manipulador.
Preferiblemente, los medios de detección comprenden un conmutador.
Aún en otra realización de la combinación según la invención, los medios de conexión de la herramienta comprenden un casquillo que tiene una cavidad sustancialmente no simétrica con relación al giro y los medios de conexión del elemento manipulador comprenden un extremo de conexión adaptado para y que puede insertarse en la cavidad, en la que el extremo de conexión comprende una leva retráctil que puede extenderse al interior de una abertura en la pared de la cavidad del casquillo. Preferiblemente la leva es una bola.
Esta leva prevé un bloqueo del extremo de conexión del elemento manipulador en el casquillo.
En una combinación preferida de la invención, el extremo de conexión del elemento manipulador tiene un paso central en el que puede moverse un elemento empujador para empujar la leva fuera del extremo de conexión. Al mover el elemento empujador de manera que la leva se extiende desde el extremo de conexión, se establece el bloqueo del extremo de conexión en el casquillo.
La invención también comprende un método para manipular una herramienta dentro y fuera de una estructura de recepción según la reivindicación 19.
En una realización preferida de la combinación según la invención que tiene una leva retráctil, la conexión se establece insertando el extremo de conexión del elemento manipulador en la cavidad de la herramienta y extendiendo la leva retráctil para bloquear el elemento manipulador en la herramienta.
Estas y otras ventajas de la invención se aclararán junto con los dibujos adjuntos.
Las figuras 1A y 1B muestran una vista en sección transversal de una primera realización de una combinación que no se encuentra dentro del alcance de las reivindicaciones.
Las figuras 2 y 3 muestran vistas en sección transversal de una segunda realización según la invención.
La figura 4 muestra una tercera realización de una combinación que no se encuentra dentro del alcance de las reivindicaciones. La figura 5 muestra una vista trasera de la herramienta según la figura 4. Las figuras 6 y 7 muestran detalles de la herramienta según la figura 4. La figura 8 muestra una cuarta realización de una herramienta según la invención. La figura 1A muestra una herramienta 1 según la invención. Esta herramienta 1 tiene un extremo 2 de recepción, que es adecuado para insertarse en una estructura de recepción de una máquina. En este extremo 2 de recepción, se dispone un dispositivo 3 de seguridad que tiene un elemento 4 de seguridad, que se adentra en una cavidad de la estructura de recepción e impide que la herramienta se caiga fuera de la estructura de recepción. Sólo mediante la retracción del elemento 4 de seguridad al interior del extremo 2 de recepción, puede extraerse la herramienta 1 de la estructura de recepción.
El dispositivo 3 de seguridad lo empuja un muelle 5. La posición mostrada del dispositivo 3 de seguridad está limitada por una guía 6. En esta guía 6 puede insertarse un elemento 7 manipulador para tirar del dispositivo 3 de seguridad al interior del extremo 2 de recepción y para retraer el elemento 4 de seguridad permitiendo la extracción de la herramienta 1 de la estructura de recepción.
En el cuerpo 8 de herramienta se dispone un casquillo 9, que proporciona los medios de conexión para el segundo elemento 10 manipulador de un brazo robótico. Este casquillo 9 está dotado de una rosca, de manera que el elemento 10 manipulador puede roscarse en el casquillo 9 y puede apretarse para proporcionar una conexión sustancialmente no giratoria. Está claro que el casquillo 9 se dispone de tal manera en el cuerpo 8, que el casquillo 9 no girará en el cuerpo 8. El casquillo 9 puede dotarse de un reborde de bloqueo o el casquillo 9 puede ser solidario al cuerpo 8.
El casquillo 9 se dispone en el cuerpo 8 de herramienta a una distancia fija d de la parte superior del extremo 2 de recepción. Esto facilitará la inserción del segundo elemento 10 manipulador, puesto que entonces ya se conoce la primera dirección vertical y sólo ha de determinarse una posición horizontal. La profundidad de inserción del extremo 12 del elemento 10 manipulador se determina entonces por un conmutador 13 de extremo. Tan pronto como este conmutador 13 de extremo entra en contacto con el saliente 60 en el cojinete, el control del segundo elemento 10 manipulador sabe que se ha realizado una conexión entre la herramienta 1 y el segundo elemento 10 manipulador.
El saliente 60 está dotado de un contacto eléctrico conectado con una línea 62 eléctrica. Este contacto eléctrico hace contacto con el conmutador 13 que está conectado a la línea 61 eléctrica, lo que permite también la comunicación de datos entre la herramienta y el elemento manipulador.
Entonces, el primer elemento 7 manipulador puede insertarse en la guía 6 para retraer el dispositivo 3 de seguridad al interior del extremo 2 de recepción y para retraer la herramienta 1 completa desde la estructura de recepción.
En lugar de usar dos elementos 7, 10 manipuladores individuales, estos elementos manipuladores también podrían integrarse, de manera que con un elemento manipulador pueda sostenerse la herramienta y pueda hacerse funcionar el dispositivo de seguridad, según la combinación de la invención.
En la figura 2, se muestra una segunda realización de la invención. Un casquillo 14 se dispone en el cuerpo 8 de herramienta y el casquillo 14 tiene una sección transversal rectangular. El elemento 15 manipulador tiene un extremo 16 que se inserta en la abertura rectangular del casquillo 14. Este extremo 16 de elemento manipulador tiene una bola 17, que puede empujarse en una abertura del casquillo 14.
Volviendo ahora a la figura 3, una segunda parte 18 del elemento 15 manipulador se inserta en el extremo 16 de elemento manipulador a través de un paso central. A través de este movimiento, la bola 17 se empuja al interior de la cavidad en el casquillo 14, bloqueando el extremo 16 de elemento manipulador en el interior del cuerpo 8 de herramienta.
El elemento 15 manipulador está dotado además de un canal 19 con el que puede suministrarse un fluido hidráulico
o aire comprimido al canal 49 presente en el cuerpo 8 de herramienta y con el que puede hacerse funcionar un pistón 50 con el fin de retraer el elemento 44 de seguridad a una posición de liberación de herramienta.
La herramienta mostrada en las figuras 2 y 3 tiene un elemento 44 de seguridad montado en la parte superior. Este elemento 44 de seguridad también puede hacerse funcionar manualmente mediante un botón 51 pulsador.
La figura 4 muestra una tercera realización 20 de una herramienta según la invención. Esta herramienta 20 tiene un cuerpo 21 de herramienta y un extremo 22 de recepción. El extremo 22 de recepción comprende un dispositivo 23 de seguridad, que puede hacerse funcionar mediante un primer accionador 24.
En el cuerpo 21 de herramienta, se disponen dos piezas 25 de inserción, de manera que un segundo elemento 26 manipulador puede sujetar la herramienta 20 desde ambos lados. El dispositivo 23 de seguridad también está dotado de un botón 32 pulsador, de manera que la herramienta siempre puede hacerse funcionar manualmente. También podría proporcionarse un botón pulsador de este tipo en las demás realizaciones descritas.
Tal como se muestra en la figura 5, las piezas 25 de inserción comprenden una cavidad 27 y dos rebordes 28 lineales. El segundo elemento 26 manipulador está dotado de dos levas 29, que se bloquean detrás de dos rebordes 28 lineales. En combinación con el extremo adaptado del segundo elemento 26 manipulador, esta combinación de herramienta 20 y segundo elemento 26 manipulador proporciona una conexión bloqueada, no giratoria.
El dispositivo 23 de seguridad tiene una guía 30 en la que se inserta el extremo 31 del elemento 24 manipulador. La guía 30 tiene una ranura 32 (véase la figura 6) en la que se inserta el extremo 31 del elemento 24 manipulador. Girando el elemento 24 manipulador hasta la posición mostrada en líneas discontinuas del extremo 31 mostrado en la figura 6, se establece una conexión entre el elemento 24 manipulador y el dispositivo 23 de seguridad y puede hacerse funcionar este último.
La figura 8 muestra una herramienta 40 que tiene un extremo 41 de recepción y un cuerpo 42 de herramienta. La pieza 43 de inserción en el cuerpo 42 de herramienta es similar a la pieza 9 de inserción mostrada en la figura 1. El dispositivo 44 de seguridad está dotado de un cilindro 45 que permite el accionamiento del dispositivo 44 de seguridad proporcionando aire comprimido al interior de la cámara 46. Mediante la inserción del elemento 47 manipulador en el casquillo 43, se crea una conexión no giratoria entre el elemento 47 manipulador y la herramienta
40. El extremo del elemento 47 manipulador está dotado de una abertura 48 de salida que se conecta a un canal 49 que discurre hasta el cilindro 45. Así que tras la inserción del elemento 47 manipulador en el casquillo 43, puede suministrarse aire comprimido a la cámara 46 y puede accionarse el dispositivo 44 de seguridad.
En lugar de usar una línea neumática, pueden usarse una línea óptica y también una línea eléctrica para hacer funcionar un accionador eléctrico o para leer una memoria prevista en la herramienta, o puede realizarse una operación mecánica, por ejemplo mediante una varilla de empuje. También puede usarse un polímero como accionador.
Aunque en las realizaciones se muestra un dispositivo de seguridad con un elemento de seguridad retráctil, también pueden usarse otras realizaciones de dispositivos de seguridad en combinación con la invención, tal como un elemento de seguridad que se extiende desde la parte superior del extremo de recepción y que puede moverse entre una posición de bloqueo de herramienta y una posición de liberación de herramienta.

Claims (20)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Combinación de una herramienta (1, 20, 40) intercambiable y un elemento (10, 15, 26, 47) manipulador para manipular la herramienta (1, 20, 40) dentro y fuera de una estructura de recepción, en la que la herramienta (1, 20, 40) tiene un cuerpo (8, 21) de herramienta con un extremo (2, 22, 41) de recepción para sostener la herramienta (1) en la estructura de recepción, en la que se disponen medios (9, 14, 25, 43) de conexión en el cuerpo (8, 21, 42) de herramienta para proporcionar una conexión sustancialmente no giratoria con el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador, y en la que el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador comprende medios (12, 16, 17, 29) de conexión para la conexión a los medios (9, 14, 25, 43) de conexión de la herramienta (1, 20, 40), caracterizada porque la herramienta (1, 20, 40) incluye un dispositivo (4, 23, 44) de seguridad para impedir que la herramienta (1, 20, 40) se caiga fuera de la estructura de recepción, y el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador comprende un accionador para accionar el dispositivo (4, 23, 44) de seguridad.
  2. 2.
    Combinación según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios (9, 14, 25, 43) de conexión se disponen de manera que la transferencia de fuerza entre la herramienta (1, 20, 40) y el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador tiene lugar sustancialmente en el interior del cuerpo (8, 21, 42) de herramienta.
  3. 3.
    Combinación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el accionador es solidario al elemento (15, 47) manipulador.
  4. 4.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 ó 2, caracterizada porque los medios (9, 14, 25, 43) de conexión se disponen de manera que la conexión sustancialmente no giratoria se logra conectando el elemento (10, 15, 26, 47) manipulador sólo desde un lado de la herramienta (1, 20, 40).
  5. 5.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios (14, 25) de conexión comprenden una cavidad que tiene un eje de inserción a lo largo del que puede insertarse un elemento (15, 26) manipulador y porque la cavidad no es simétrica con relación al giro con respecto al eje de inserción.
  6. 6.
    Combinación según la reivindicación 5, caracterizada porque los medios (16, 17, 29) de conexión del elemento (15, 26) manipulador están adaptados a la cavidad no simétrica con relación al giro de la herramienta (20).
  7. 7.
    Combinación según la reivindicación 5 ó 6, caracterizada porque la cavidad (27) tiene una pared cilíndrica con al menos un reborde (28) que se extiende a través de la cavidad (27).
  8. 8.
    Combinación según la reivindicación 7, caracterizada porque dos rebordes (28) paralelos se disponen en la abertura en forma de boca de la cavidad (27).
  9. 9.
    Combinación según la reivindicación 5, caracterizada porque la cavidad tiene una sección transversal no circular perpendicular al eje de inserción, siendo por ejemplo la sección transversal cuadrada o elíptica.
  10. 10.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque la cavidad no simétrica con relación al giro se forma en un casquillo o pieza (14, 25) de inserción dispuesto en el cuerpo (8, 21) de herramienta y porque los medios (16, 17, 29) de conexión del elemento (15, 26) manipulador comprenden un extremo de conexión adaptado a y que puede insertarse en la cavidad, comprendiendo el extremo de conexión una leva (17, 29) retráctil que puede extenderse al interior de una abertura en la pared de la cavidad del casquillo o la pieza (14, 25) de inserción para bloquear el extremo del elemento manipulador en el cuerpo (8, 21) de herramienta.
  11. 11.
    Combinación según la reivindicación 10, caracterizada porque la leva (17) es una bola.
  12. 12.
    Combinación según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque el extremo de conexión del elemento (15) manipulador tiene un paso central en el que puede moverse un elemento (18) empujador para empujar la leva (17) fuera del extremo de conexión.
  13. 13.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizada porque el dispositivo (44) de seguridad puede hacerse funcionar de forma hidráulica o neumática y la herramienta (40) incluye un canal que discurre desde la cavidad hasta el dispositivo (44) de seguridad.
  14. 14.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los medios (9) de conexión proporcionan una conexión sustancialmente no giratoria, uniforme y proporcionan medios (60, 49) para una función adicional.
  15. 15.
    Combinación según la reivindicación 14, caracterizada porque los medios (60, 49) para una función adicional comprenden al menos un terminal (60, 49) para intercambiar señales o para activar un mecanismo.
  16. 16.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los medios (9) de conexión se disponen a una distancia normalizada del extremo (2, 22, 41) de recepción.
  17. 17.
    Combinación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por medios de detección para la detección de la conexión del elemento (10) manipulador y la herramienta (1).
  18. 18.
    Combinación según la reivindicación 17, caracterizada porque los medios de detección comprenden un conmutador (13).
  19. 19.
    Método para manipular una herramienta (1, 20, 40) dentro y fuera de una estructura de recepción que comprende:
    proporcionar una combinación según cualquiera de las reivindicaciones 10 - 18; conectar los medios (12, 16, 17, 29) de conexión del elemento (10, 15, 26, 47) manipulador con los medios (9, 14, 25, 43) de conexión de la herramienta (1, 20, 40); accionar el dispositivo (4, 23, 44) de seguridad de la herramienta (1, 20, 40) a través del elemento (10, 15, 26, 47) manipulador; y retirar la herramienta (1, 20, 40) de la estructura de recepción o insertar la herramienta (1, 20, 40) en la estructura de recepción.
  20. 20.
    Método según la reivindicación 19 con una combinación según la reivindicación 10, caracterizado porque la conexión se establece insertando el extremo de conexión del elemento (15, 26) manipulador en la cavidad de la herramienta (1, 20) y extender la leva (17, 29) retráctil para bloquear el elemento (15, 26) manipulador en la herramienta (20).
ES06011424T 2006-06-01 2006-06-01 Combinación de una herramienta intercambiable y un elemento manipulador. Active ES2362106T3 (es)

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EP06011424A EP1862255B1 (en) 2006-06-01 2006-06-01 Combination of an exchangeable tool and a manipulator

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