ES2364359A1 - Brazo manipulador de cargas con pares de actuacion reducidos. - Google Patents
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Abstract
Brazo manipulador de cargas con pares de actuación reducidos.La patente describe un brazo manipulador (1, 1', 1'') de cargas con bajos pares de actuación, que comprende varios eslabones (6, 6', 6'', 10, 10', 10'') intermedios unidos entre sí por articulaciones (5, 5', 5'', 9, 9', 9''), donde el último eslabón (14, 14', 14'') está unido a una articulación activa (13, 13', 13''), comprendiendo un mecanismo de cuatro barras (11a, 11a', 11a'', 11b, 11b', 11b'', 12, 12', 12'', 15, 15', 15'') cuya barra de extremo (15, 15', 15''), que se proyecta hacia abajo en dirección vertical, tiene un punto de enganche (23) al que se acopla la carga.
Description
Brazo manipulador de cargas con pares de
actuación reducidos.
El objeto principal de la presente invención es
un brazo manipulador de cargas pesadas que reduce los pares de
actuación requeridos para mover las cargas. Está dirigido tanto a
manipuladores automáticos como a aquellos que son guiados total o
parcialmente por operarios.
La manipulación de cargas pesadas en puestos
fijos de instalaciones industriales ha sido un área de aplicación
tradicional de los robots manipuladores. Sin embargo, la capacidad
sensorial de estos sistemas es muy inferior a la capacidad
sensorial humana. Por estos motivos, en los últimos años se han
descrito manipuladores con diferentes grados de libertad pasivos y
un número limitado de grados de libertad activos para elevar las
cargas. En este contexto, un grado de libertad pasivo es aquel que
se mueve directamente con la fuerza que ejerce el operario, mientras
que para la manipulación de altas inercias se emplean grados de
libertad activos, que son aquellos que se mueven empleando medios
hidráulicos, eléctricos o
similares.
similares.
Los documentos US 4,557,659 y US 6,299,139
describen algunos dispositivos manipuladores de este tipo. El
documento US 6,204,620 dispone de un sistema de guiado basado en la
fuerza que ejerce el operario sobre unos dispositivos sensorizados.
Estos dispositivos se basan en sensores de fuerza o galgas
extensométricas que normalmente sólo consideran las componentes
verticales, mientras que las componentes horizontales son pasivas y
es el operario quien aplica directamente la fuerza.
El documento de número de solicitud ES200202196
describe un dispositivo manipulador para uso en entornos
industriales y de servicios que asiste a los operarios en la
manipulación e instalación de objetos pesados. En particular, este
dispositivo está especialmente indicado para manipulación e
instalación de diferentes elementos en construcción de viviendas
como: paneles prefabricados para tabiquería, puertas, ventanas,
etc.
En el presente documento, llamaremos
"eslabones" a cada uno de los elementos del brazo manipulador
que están conectados entre sí por "articulaciones". Así, cada
articulación corresponde a un grado de libertad del brazo
manipulador. Por otro lado, diremos que una articulación es
"activa" cuando es accionada por medios hidráulicos,
eléctricos, o similares, en contraposición con una articulación
"pasiva", que es accionada por el propio operario. Finalmente,
se emplearán los términos "distal" y "proximal" para hacer
referencia a los extremos de los eslabones respectivamente más
lejano y más cercano a la base a la que está anclado el brazo
manipulador de la invención.
La presente invención está dirigida a un brazo
manipulador de cargas pesadas, que comprende varios eslabones
intermedios unidos entre sí por articulaciones activas y/o pasivas,
y donde el último eslabón, que está siempre unido a una
articulación activa, comprende un mecanismo de cuatro barras cuya
barra de extremo se proyecta hacia abajo en dirección vertical y
tiene un punto de enganche al que se acopla la carga.
Mediante el empleo del mecanismo de cuatro
barras en esta posición se consigue una reducción drástica de los
pares y fuerzas requeridos para elevar las cargas. Además, todos los
eslabones intermedios están situados por encima de la cabeza del
operario, en particular a una altura superior a 2,0 metros,
permitiendo que éste se mueva libremente bajo la estructura del
brazo manipulador y reduciendo así el riesgo de accidentes.
Normalmente, el mecanismo de cuatro barras que
constituye el último eslabón del brazo manipulador es recto. Sin
embargo, en realizaciones preferidas de la invención el mecanismo de
cuatro barras tiene una curvatura hacia arriba o hacia abajo, lo
cual permite aumentar su volumen de trabajo, como se observará en
las figuras más adelante en el presente documento.
En una realización preferida más de la
invención, la barra de extremo del brazo manipulador de la invención
comprende además una muñeca. Una muñeca es un conjunto de
articulaciones que permiten orientar las cargas en función de las
necesidades de tareas específicas. La muñeca de la invención puede
comprender cualquier número de articulaciones dispuestas de
cualquier modo. En una realización preferida de la invención, la
muñeca comprende una articulación de orientación, para orientar la
carga en un plano horizontal, aunque también puede comprender una
articulación de cabeceo, para orientar la carga en un plano
perpendicular, y también una articulación de balanceo, para
balancear la carga. Estas articulaciones se pueden mover de forma
independiente o acoplada en diferentes combinaciones, aunque en una
realización particular de la invención las articulaciones de cabeceo
y balanceo se mueven de forma
acoplada.
acoplada.
Finalmente, la presente invención comprende
además un sensor dispuesto junto al punto de enganche que
proporciona la fuerza y el par originados por la carga en al menos
una dirección, preferiblemente tres. Estas medidas serán empleadas
por el sistema de control del brazo manipulador para adecuar sus
movimientos a las condiciones de la carga.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema del brazo
manipulador de acuerdo con una primera realización preferida de la
invención.
Figura 2a y 2b.- Muestran respectivamente una
vista lateral y una vista superior del dispositivo de la Fig. 1.
Figura 3a y 3b.- Muestran respectivamente una
vista lateral y una vista superior de una segunda realización
preferida del brazo manipulador de la invención.
Figura 4. - Muestra una vista lateral de una
realización preferida más del brazo manipulador de la invención.
Figura 5.- Muestra otra vista lateral de aún
otra realización preferida del brazo manipulador de la invención
donde se aprecia el bastidor de anclaje al techo.
Figuras 6.- Muestra una realización preferida de
una muñeca de acuerdo con la invención donde las articulaciones de
cabeceo y balanceo se mueven independientemente.
Figura 7.- Muestra una realización preferida de
una muñeca de acuerdo con la invención donde las articulaciones de
cabeceo y balanceo se mueven conjuntamente.
Figura 8.- Muestra un ejemplo de realización en
el que la muñeca comprende únicamente una articulación de
orientación.
Se describen a continuación algunas
realizaciones preferidas de la invención, haciendo referencia a las
figuras adjuntas. Las Figs. 1, 2a y 2b, en particular, muestran un
brazo manipulador (1) para el manejo y desplazamiento de cargas
elevadas con pares de actuación reducidos.
El brazo manipulador (1) de este ejemplo consta
de un sustentáculo o columna (2) cuyo extremo proximal está fijado a
una base (3) anclada al suelo, y que permite mantener toda la
estructura del brazo manipulador (1) por encima de la cabeza del
operario. Sobre el extremo distal de la columna (2) se sitúa una
primera articulación rotatoria (5) de eje vertical, que puede estar
accionada por medios eléctricos, hidráulicos, neumáticos u otros, y
que en el presente ejemplo es accionada por un motor eléctrico (50).
Esta primera articulación rotatoria (5) está conectada al extremo
proximal de un primer eslabón (6), de modo que produce un giro
relativo de dicho primer eslabón (6) respecto de la columna (2). En
este ejemplo, el primer eslabón (6) está formado por una estructura
parecida a una viga. A su vez, el extremo distal del primer eslabón
(6) dispone de una segunda articulación rotatoria (9) de eje
vertical que lo conecta con un segundo eslabón (10), y que está
accionada por un segundo motor eléctrico (51). En esta realización
particular de la invención, el segundo eslabón (10) está formado por
una plancha (40) unida a un par de soportes que constituyen la barra
(12), como se explicará más adelante. El segundo eslabón (10) aloja
un tercer motor eléctrico (52) junto a su extremo distal para
accionar una tercera articulación rotatoria (13) de eje horizontal.
Esta tercera articulación rotatoria (13) es siempre activa, ya que
es la responsable de compensar o elevar el peso de la carga. La
tercera articulación rotatoria (13) produce el movimiento relativo
del tercer eslabón rotatorio (14) con respecto del segundo eslabón
rotatorio (10).
Este tercer eslabón rotatorio (14) está formado
por un mecanismo de cuatro barras (11a, 11b, 12, 15) que forman un
paralelogramo. Las cuatro barras (11a, 11b, 12, 15) están conectadas
por tres articulaciones pasivas (16a, 16b, 16c), además de la
tercera articulación rotatoria (13), que es activa. La barra de
extremo (15), que en este ejemplo es recta, debe ser lo
suficientemente larga como para que su extremo distal alcance
objetos sobre el suelo a una altura especificada por cada aplicación
particular.
Las Figs. 3a y 3b muestran una segunda
realización de un brazo manipulador (1') de acuerdo con la invención
donde el mecanismo de cuatro barras (11a', 11b', 12', 15') comprende
una curvatura hacia abajo en las barras (11a', 11b') que les permite
solaparse sobre el primer eslabón (6') al girar la segunda
articulación rotatoria (9'). Esto permite aumentar considerablemente
el volumen de trabajo del brazo manipulador (1') alrededor de la
segunda articulación rotatoria (9'). Nótese la diferencia en los
ángulos máximos de giro (\alpha, \alpha') de las segundas
articulaciones rotatorias (9, 9') de los brazos manipuladores (1,
1') de las Figs. 2b y 3b.
La Fig. 4 describe otra realización particular
de un brazo manipulador (1'') que comprende un mecanismo de cuatro
barras (11a'', 11b'', 12'', 15''), donde las barras (11a'', 11b'')
comprenden una curvatura hacia arriba (1''), de modo que se aumenta
el volumen de trabajo del brazo manipulador (1'').
La Fig. 5 muestra otra realización particular
más de un brazo manipulador (1''') que está fijado al techo mediante
una columna (2'''), eliminándose así obstáculos del paso del
operario.
Finalmente, el brazo manipulador (1) del
presente ejemplo particular comprende además en la barra de extremo
(15) una muñeca (60) de tres articulaciones (19, 20, 21) movidas por
sendos motores eléctricos (53, 54, 55), lo cual permite orientar la
carga que se está manipulando, como se muestra en las Figs. 6 y 7.
Una articulación de orientación (19) orienta la carga en un plano
horizontal, una articulación de cabeceo (20) orienta la carga en un
plano perpendicular y una articulación de balanceo (21) hace provoca
el balanceo de la carga. Las articulaciones de la muñeca (19, 20,
21) pueden ser independientes (cada articulación (19, 20, 21) es
accionada independientemente por un actuador (Fig. 6) o acopladas
(los movimientos en las articulaciones (19, 20, 21) se realizan
mediante la acción conjunta de los actuadores (Fig. 7)). Un ejemplo
de este último caso lo constituyen los mecanismos diferenciales en
cualquiera de sus variantes.
Además, entre la articulación de balanceo (21) y
el punto de enganche (23a, 23b) de la carga se dispone un sensor
(22) que proporciona un vector de fuerza (tres componentes) y un
vector de par (tres componentes). Con este dispositivo, el brazo
manipulador (1) de la invención es capaz de detectar los movimientos
que el operario imprime sobre la carga, bien directamente o bien a
través de una empuñadura o agarre (24) con un número de elementos de
comunicación con el operario (botones, visores, etc). Este sensor
(22) es fundamental para que el operario indique al controlador del
brazo manipulador (1) y a la muñeca (60) los movimientos que desea
realizar con la carga.
Por último, la Fig. 8 muestra un último ejemplo
en el que la muñeca (60) comprende únicamente una articulación de
orientación (19) para orientar la carga enganchada al extremo
23c.
Finalmente el dispositivo se completa con un
computador que, entre otras tareas, recoge las señales del sensor
(22), las filtra convenientemente, las interpreta y en consecuencia
genera las señales necesarias para que los diferentes actuadores
generen las trayectorias necesarias.
Claims (13)
1. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de cargas con
pares de actuación reducidos, que comprende varios eslabones (6, 6',
6'', 10, 10', 10'') intermedios unidos entre sí por articulaciones
(5, 5', 5'', 9, 9', 9''), caracterizado porque el último
eslabón (14, 14', 14'') está unido a una articulación activa (13,
13', 13''), comprendiendo un mecanismo de cuatro barras (11a, 11a',
11a'', 11b, 11b', 11b'', 12, 12', 12'', 15, 15', 15'') cuya barra de
extremo (15, 15', 15''), que se proyecta hacia abajo en dirección
vertical, tiene un punto de enganche (23) al que se acopla la
carga.
2. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de
cuatro barras (11a, 11b, 12, 15) es recto.
3. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de
cuatro barras (11a', 11b', 12', 15') comprende una curvatura hacia
abajo que permite aumentar su volumen de trabajo.
4. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 1, caracterizado porque el mecanismo de
cuatro barras (11a'', 11b'', 12'', 15'') comprende una curvatura
hacia arriba que permite aumentar su volumen de trabajo.
5. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la barra de extremo (15, 15', 15'') comprende además una
muñeca (60).
6. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 5, caracterizado porque la muñeca (60)
comprende al menos una articulación de orientación (19) que permite
orientar la carga que se manipula en un plano horizontal.
7. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 6, caracterizado porque la muñeca (60)
comprende además una articulación de cabeceo (20) que permite
orientar la carga que se manipula en un plano perpendicular.
8. Brazo manipulador (1, V, 1'') de acuerdo con
la reivindicación 7, caracterizado porque la muñeca (60)
comprende además una articulación de balanceo (21) que permite
balancear la carga que se manipula.
9. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo con
la reivindicación 8, caracterizado porque la articulación de
orientación (19), la articulación de cabeceo (20) y la articulación
de balanceo (21) de la muñeca se mueven independientemente.
10. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo
con la reivindicación 8, caracterizado porque la articulación
de cabeceo (20) y la articulación de balanceo (21) de la muñeca se
mueven de forma acoplada.
11. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque comprende un sensor (22) dispuesto junto
al punto de enganche (23) que proporciona la fuerza y el par
originados por la carga en al menos una dirección.
12. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones 1-10,
caracterizado porque comprende un sensor (22) dispuesto junto
al punto de enganche (23) que proporciona la fuerza y el par
originados por la carga en al menos tres direcciones.
13. Brazo manipulador (1, 1', 1'') de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los eslabones (6, 6', 6'', 10, 10',
10'') intermedios se desplazan a una altura mayor que 2,0 metros,
reduciéndose así el riesgo de accidentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200803462A ES2364359B1 (es) | 2008-12-05 | 2008-12-05 | Brazo manipulador de cargas con pares de actuacion reducidos. |
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|---|---|
| ES2364359A1 true ES2364359A1 (es) | 2011-09-01 |
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| ES (1) | ES2364359B1 (es) |
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- 2008-12-05 ES ES200803462A patent/ES2364359B1/es not_active Expired - Fee Related
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| EP3925923A1 (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-22 | Famatec S.r.l. | Gripping equipment for lifting apparatuses and lifting apparatus provided with such gripping equipment |
| US11981540B2 (en) | 2020-06-17 | 2024-05-14 | Famatec S.R.L. | Gripping equipment for lifting apparatuses and lifting apparatus provided with such gripping equipment |
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| ES2364359B1 (es) | 2012-09-14 |
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