ES2383718T3

ES2383718T3 - Aparato de agarre por vacío

Info

Publication number: ES2383718T3
Application number: ES08754109T
Authority: ES
Inventors: Preben K. Hjornet
Original assignee: Adept Technology Inc; Pace Innovations LC
Current assignee: Pace Innovations LC; Omron Robotic and Safety Technologies Inc
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2012-06-25
Anticipated expiration: 2028-04-25
Also published as: CA2685274A1; ZA200908340B; AU2008246203B2; PL2146821T3; US8290624B2; ATE549129T1; JP2010524712A; AU2008246203A1; NZ597819A; KR20100017393A; KR101223056B1; JP5537416B2; NZ581442A; EP2146821B1; DK2146821T3; EP2468451A3; US8560121B2; US20130034420A1; BRPI0810690A2; EP2146821A4

Abstract

Un dispositivo asidor (130) que tiene una campana de agarre flexible (180), la cual incluye una base y una pluralidad de pasos o canales, caracterizado por que: la base esta formada en torno a un primer orificio central (194) y tiene un contorno o circunferencia predeterminada, rodeada por un labio flexible (190) que se extiende en torno a la circunferencia de la base y se extiende hacia abajo hasta un reborde circunferencial (220), de tal modo que la pluralidad de canales (204) pasan radialmente hacia fuera desde el primer orificio central (194) y hacia abajo por el labio (190) hasta llegar a una distancia predeterminada desde el reborde (220), de tal manera que el labio (190) y el reborde (220) son adaptables para adecuarse o ajustarse a una pieza de trabajo cuando se crea una diferencia de presiones entre la campana y la pieza de trabajo; una base (182) de labio, montada en la base de la campana y que tiene un segundo orificio central (194); una linea o conducción de vacio, que pasa a traves de los primer y segundo orificios centrales; y una pluralidad de dedos (200) de paso o canal, cada uno de los cuales tiene un extremo proximal y un extremo distal, de manera que cada dedo (200) esta fijado a la campana de agarre (180) mediante su montaje dentro de uno respectivo de los canales (204); por lo que, al ser aplicado, se aplica inicialmente una fuerza de vacio a traves del primer orificio (194), que hace que ciertas partes de la pieza de trabajo se desplacen hacia el primer orificio (194), tras lo cual la fuerza de vacio es dirigida a lo largo de los dedos (200), con lo que se hace posible un agarre por succión en una pluralidad de puntos próximos al reborde (220) de la campana de agarre (180), y se provoca que la campana (180) se deforme en torno a una superficie de una pieza de trabajo y se adapte a esta.

Description

Aparato de agarre por vacio.

ANTECEDENTES

Esta invenci6n se refiere al campo del asimiento de piezas de trabajo irregulares y deformables con el fin de elevar y

5 sostener las piezas de trabajo, ya esten empaquetadas, procesadas o tratadas, o en bruto, y manipular las piezas de trabajo para el prop6sito del manejo, ensamblaje, empaquetamiento o envasado de material y otras funciones de manipulaci6n rob6ticas y automatizadas.

La ISO [Organizaci6n Internacional de Normalizaci6n -"International Standardization Organization"] define los robots industriales como dispositivos manipuladores para multiples prop6sitos, automaticamente controlados y

10 reprogramables, susceptibles de programarse en tres o mas ejes. Aunque el control del movimiento de los robots industriales ha alcanzado un alto nivel de sofisticaci6n y flexibilidad, las dificultades relativas al elemento mas critico de un sistema rob6tico, el dispositivo de accionamiento final, o instrumental terminal del brazo, han impedido la adopci6n de aut6matas o robots industriales en muchos segmentos de la industria.

Los dispositivos de accionamiento finales comunes incluyen dispositivos de soldadura, rociadores de pintura,

15 esmeriladoras o rectificadoras y dispositivos de desbarbado, asi como mordazas. Los dispositivos de accionamiento finales y, en particular, los tipos de asimiento son, con frecuencia, altamente complejos y altamente particularizados

o especializados para ajustarse a la pieza de trabajo que es manejada. Los dispositivos de accionamiento finales pueden servirse de diversos sensores para ayudar al sistema rob6tico a localizar, manejar y colocar los productos. Sin embargo, la tecnologia se ha quedado atras en este campo debido a las dificultades inherentes al manejo de

20 objetos irregulares y a la fabricaci6n de dispositivos de agarre adecuados para una variedad suficientemente amplia de usos, a fin de generar las economias de escala requeridas para su adopci6n comercial generalizada.

Muchas soluciones han venido disponiendo, asimismo, de programaci6n o software inadecuado, lo que conducia a efectos colaterales imprevistos a la hora de tratar de manipular productos naturales. El software de visi6n artificial, un componente importante para una implementaci6n rob6tica industrial satisfactoria, se ve, a menudo, limitado por la

25 iluminaci6n inadecuada o irregular que se da en entornos industriales reales. De esta forma, persiste la necesidad de un mejor aparato de agarre.

El documento DE 4.129.289 divulga un dispositivo asidor de acuerdo con la parte de preambulo de la reivindicaci6n

1.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

30 De acuerdo con la presente invenci6n, se proporciona un dispositivo asidor segun se define en las reivindicaciones independientes que se acompafan.

El aparato divulgado puede asir, elevar, sostener, empaquetar y mover piezas de trabajo irregulares y deformables, tales como vegetales, fruta, carne de cerdo, aves de corral y carne vacuna, o articulos no alimenticios, ya sean procesados o en bruto: El aparato es capaz de manipular bolsas para el prop6sito del manejo, ensamblaje,

35 empaquetamiento o envasado de material y otras funciones de manipulaci6n rob6ticas y automatizadas. El aparato puede tambien agarrar objetos envueltos o irregularmente formados, con o sin envoltorios permeables al aire u orificios de ventilaci6n en la superficie externa, garantizando un rozamiento y fuerzas de sujeci6n suficientes para soportar las fuerzas de aceleraci6n extremas que resultan de un manejo rob6tico a alta velocidad.

El aparato comprende un dispositivo de agarre por vacio susceptible de ser manipulado por un brazo de robot, asi

40 como un sistema 6ptico destinado a proporcionar informaci6n de la colocaci6n del dispositivo de agarre. El dispositivo asidor facilita un agarre seguro y firme, pero suave, que permite el manejo de una amplia variedad de piezas de trabajo de diversos tamafos y formas, asi como su desplazamiento con rapidas aceleraciones verticales y horizontales para operaciones reales de empaquetamiento eficientes.

Mediante una acci6n adaptativa, el aparato distribuye la fuerza del dispositivo de asimiento uniformemente sobre la

45 maxima area de los productos encapsulados. El aparato incorpora un metodo para supervisar el funcionamiento de las herramientas de manejo por vacio in situ. El aparato tambien facilita capacidades de manejo de productos automaticas para productos embolsados, con independencia de si el envase o pieza de trabajo se ha llenado totalmente o solo parcialmente.

El dispositivo de agarre tiene una campana flexible montada en una placa de base. La campana incluye una

50 membrana y un labio circunferencial. La membrana de agarre esta hecha de un material blando, tal como silicona o una mezcla termoplastica blanda, que le permite adaptarse a la superficie irregular de la pieza de trabajo de manera tal, que se generara una diferencia en la presi6n del aire entre la superficie de la pieza de trabajo y el labio del dispositivo asidor. La campana puede haberse moldeado por un procedimiento de moldeo secuencial termoplastico en el que el labio de la campana se moldea de un polimero con una temperatura de fusi6n mas alta que la del

55 polimero de la membrana. A menudo, es este un metodo eficiente en cuanto a costes y que proporciona una buena

uni6n entre el labio-membrana y la base. Unos tubos pequefos y flexibles (dedos de paso de vacio) se han formado a traves de unos canales existentes en la campana de agarre flexible.

La placa de base tiene un gran orificio central para dar acomodo a una linea o conducci6n de vacio. La succi6n se genera en un orificio central situado en la parte superior de la campana, asi como a traves de tubos flexibles o dedos que se extienden a lo largo de la pared de la campana hasta unos extremos abiertos, que proporcionan fuerza de agarre en multiples puntos mas cercanos al borde de la campana. En aplicaciones relacionadas con la alimentaci6n, estos tubos pueden ser retirados tras el moldeo, dejando el paso o canal abierto, pero suficientemente rigidos para no aplastarse cuando se genera un elevado grado de vacio. Esto reduce el riesgo de desprendimiento o exfoliaci6n entre el tubo y la membrana y la posibilidad concomitante de que caiga un objeto extrafo dentro de la pieza de trabajo o el envase.

Se introduce inicialmente un flujo de aire en torno al reborde de la placa de base. No hay ningun flujo de aire hasta que el labio se coloca sobre la pieza de trabajo. Con un vacio de aproximadamente el 80%, puede crearse un grado suficiente de vacio en aproximadamente 1/10 de segundo. Esto crea un repentino choque en la pieza de trabajo y en el labio del dispositivo asidor. Dentro de aproximadamente 5/100 de segundo, la pieza de trabajo es atrapada contra el reborde de la placa de base. En ese momento, el flujo de aire en torno a la placa de base se bloquea y el unico flujo de aire es el que desciende por los tubos flexibles. Esto provoca que el labio del dispositivo asidor, al estar hecho de un material flexible, se deforme hasta adoptar la forma de la pieza de trabajo, formando una conexi6n o uni6n fuerte en multiples lugares de la pieza de trabajo.

En el momento en que se han cerrado los pequefos intersticios existentes entre la superficie de la pieza de trabajo y la superficie de fijaci6n de la membrana del dispositivo asidor, ya no hay, por lo comun, necesidad de un elevado flujo de aire y es posible mantener, tipicamente, un vacio reducido, de entre el 20 y el 40 por ciento. En ausencia de baja presi6n en torno al reborde del labio, al ser sometida a un movimiento rapido la pieza de trabajo por parte del aparato rob6tico, la pieza de trabajo se liberara del vacio. La gran area existente en el dispositivo asidor, que comprende el orificio central y los tubos perifericos, funciona como un conjunto normal de copas o ventosas de succi6n. En la mayoria de los casos, la pieza de trabajo esta fuertemente adherida a la campana, con lo que se consigue una capacidad de elevaci6n del orden de 20 a 100 kilogramos para una membrana del dispositivo asidor con un area de reborde de aproximadamente 300 cm2. Esta gran fuerza de agarre facilita una rapida aceleraci6n de la pieza de trabajo por parte del aparato rob6tico desde la cinta o superficie de trabajo, por lo que se aumenta significativamente la eficiencia global del sistema de manejo de material.

Por lo comun, el dispositivo asidor es capaz de elevar una pieza de trabajo desde una cinta transportadora de material tipica en aproximadamente 8/100 de segundo, a menudo con una tasa o proporci6n de exito de mas del 99% cuando se aplica a piezas de trabajo que comprenden bolsas encintadas o provistas de tiras (las que se atan por un extremo). El disefo del dispositivo asidor puede ser optimizado en diferentes configuraciones para bolsas provistas de tiras o para las bolsas o fundas de almohada mas planas. Con tal optimizaci6n, la forma del labio del dispositivo asidor se ha modificado apropiadamente para encajar con la forma aproximada y la longitud de labio para diferentes tipos de bolsas. Pueden crearse diversas configuraciones de dispositivo asidor para diferentes familias de bolsas que se utilizan en el envasado estandar de productos para el consumidor o industriales. El sistema puede haberse configurado para permitir una facil particularizaci6n mediante el cambio al sistema de labio apropiado para el tipo de envase que se ha de manipular.

Es posible utilizar tres tecnicas diferentes para proporcionar un control interactivo del sistema. Un sensor de altura por vacio coloca el dispositivo asidor. Este sensor detecta la presi6n sobre la placa y proporciona una realimentaci6n para el movimiento del brazo de colocaci6n. Como se ha indicado en lo anterior, el intersticio y la membrana mas los tubos perifericos flexibles proporcionan una gran area de superficie de agarre distribuida. El sistema proporciona, preferiblemente, un agarre total antes del rapido movimiento de la pieza de trabajo o de que la bolsa que la contiene pudiera rasgarse. El aire comprimido puede ser forzado a retroceder descendiendo por las aberturas de vacio existentes en la placa de base o los tubos flexibles, para una rapida liberaci6n de la pieza de trabajo una vez que ha sido movida. Estas conducciones de presi6n positiva pueden estar ubicadas en el interior del brazo de movimiento principal.

A fin de facilitar una colocaci6n precisa del dispositivo asidor con respecto a la pieza de trabajo, el aparato incorpora un sistema de iluminaci6n y de camara unico. Un conjunto geometricamente ordenado circular de fuentes de luz constantes o capaces de funcionar de forma estrobosc6pica, es soportado por encima de una posici6n concreta del recorrido que lleva las piezas de trabajo al aparato de manipulaci6n rob6tico. Al objeto de proporcionar una iluminaci6n uniforme con un alto contraste, al tiempo que se mantiene el conjunto geometricamente ordenado de iluminaci6n aislado de otros componentes del sistema o de influencias contaminantes, el conjunto geometricamente ordenado de fuentes de luz es dirigido hacia abajo y hacia fuera, en direcci6n a uno o mas conjuntos geometricamente ordenado de espejos. Los conjuntos geometricamente ordenados de espejos se alinean con las fuentes individuales del conjunto geometricamente ordenado de iluminaci6n para reflejar la luz hacia abajo y hacia dentro, en torno a la circunferencia o contorno de la pieza de trabajo.

Este metodo de iluminaci6n proporciona, tipicamente, uniformidad de iluminaci6n y contraste. Una camara digital situada por encima el recorrido de trabajo puede tomar, entonces, una o mas imagenes de la pieza de trabajo

conforme esta pasa hacia el brazo de robot. El uso de elementos de iluminaci6n estrobosc6picos de alta velocidad puede producir imagenes nitidas incluso cuando las piezas de trabajo estan en movimiento. Una imagen captada por la camara puede ser almacenada en una computadora. El aparato incorpora un sistema de captaci6n visual generico que permite que un software de visi6n artificial localice de una forma precisa y rapida las bolsas dispuestas sobre una plataforma o cinta de desplazamiento. Las formas de los productos varian ampliamente, de modo que el sistema puede ser adaptado a una amplia varianza de tamafos, formas, texturas, colores y otras caracteristicas visuales.

La iluminaci6n uniforme produce imagenes digitales de alto contraste que pueden ser comparadas con imagenes previamente almacenadas de piezas de trabajo modelo basandose en el tamafo, la forma, la tecnica del envasado y otros factores. La imagen previamente almacenada puede estar asociada con una posici6n de agarre optimizada para ese tipo concreto de pieza de trabajo. Mediante el uso de programaci6n o software de control rob6tico por imagenes visuales, segun se conoce en la tecnica, el brazo de robot puede situar entonces el dispositivo asidor para que asa la pieza de trabajo en la posici6n optimizada, independientemente de la orientaci6n de la pieza de trabajo en el recorrido de trabajo. Esta soluci6n aumenta la precisi6n y la velocidad y elimina el tiempo muerto asi como los dafos en las piezas de trabajo que resultan de errores de colocaci6n.

De acuerdo con un primer aspecto, se proporciona un aparato de agarre por vacio adecuado para asir y soltar objetos irregulares, de tal manera que el aparato comprende: un dispositivo asidor que comprende: una campana de agarre flexible y unitaria que incluye una base formada alrededor de un primer orificio central y que tiene una circunferencia o contorno de una forma predeterminada, rodeado por un labio que se extiende alrededor del contorno de la base y que se extiende hacia abajo, hasta un reborde circunferencial de acuerdo con una curva generalmente con forma de coseno que produce un perfil de deformaci6n predeterminado, habiendose formado una pluralidad de pasos o canales en la campana, de tal modo que cada canal pasa radialmente hacia fuera desde el primer orificio central y hacia abajo por el labio, hasta una distancia predeterminada del reborde, de tal modo que el labio es lo suficientemente flexible como para que el labio y el reborde puedan sean adaptables para conformarse a una pieza de trabajo de forma irregular cuando se crea una diferencia de presiones entre la campana y la pieza de trabajo, de tal modo que cada uno de los canales esta separado de los canales adyacentes por una protuberancia, una base de labio, montada en la base de la campana y que tiene un segundo orificio central; una linea o conducci6n de vacio, que pasa a traves de los primer y segundo orificios centrales; y una pluralidad de dedos de canal o paso de vacio flexibles, tubulares y huecos, cada uno de los cuales tiene un extremo proximal y un extremo distal, de tal manera que cada dedo esta fijado a la campana de agarre por montaje dentro de uno respectivo de los canales; un brazo de robot, que tiene un punto central de la herramienta al que esta conectado o unido el dispositivo asidor, de tal manera que el brazo de robot es controlable por un controlador computerizado de funcionamiento instantaneo o en tiempo real, que incorpora realimentaci6n tactil y visual con el fin de colocar el dispositivo asidor en posici6n adyacente a la pieza de trabajo que se ha de asir; al menos una manguera de vacio, quetiene unos primer y segundo extremos, de tal manera que el primer extremo esta en comunicaci6n con los extremos proximales, o mas cercanos, de los dedos a traves de los primer y segundo orificios, el segundo extremo esta conectado a una fuente de vacio y configurado para proporcionar una fuerza de succi6n en el interior de la campana, en posici6n pr6xima al primer orificio central, y para proporcionar una fuerza de succi6n a traves de la manguera de vacio, hacia los extremos distales, o mas alejados, de los dedos, con lo que se hace posible el agarre por succi6n en una pluralidad de puntos pr6ximos al reborde de la campana de agarre, por lo cual, con la aplicaci6n inicial de una succi6n, la mayor parte de la fuerza de vacio es aplicada a traves del primer orificio, lo que provoca que ciertas partes de la pieza de trabajo se muevan hacia el primer orificio, con lo cual la fuerza de vacio es dirigida a traves de los dedos, causando, con ello, que la campana se deforme en torno a, y se adapte a, una superficie de la pieza de trabajo; una valvula de flujo accionada electr6nicamente, de alta velocidad y alto vacio, destinada a controlar la magnitud o grado de succi6n en el interior de la manguera de vacio; un sistema 6ptico, destinado a proporcionar informaci6n sobre la posici6n del brazo de robot, de tal manera que el sistema 6ptico comprende: una pluralidad de diodos emisores de luz o diodos electroluminiscentes para iluminar la pieza de trabajo; una pluralidad de anillos segmentados de espejos que reflejan la luz desde los diodos electroluminiscentes con el fin de proporcionar una iluminaci6n homogenea de la pieza de trabajo; una camara que tiene una lente de objetivo para grabar informaci6n de imagen predeterminada de la pieza de trabajo; memoria para almacenar imagenes captadas por la camara; de tal manera que los diodos electroluminiscentes iluminan la pieza de trabajo a traves de los espejos para hacer posible que la camara tome una imagen de la pieza de trabajo, tras lo cual se extraen caracteristicas o rasgos geometricos de la pieza de trabajo irregular a partir de la imagen, y se comparan con un modelo geometrico predefinido que tiene caracteristicas similares y una posici6n excentrica o descentrada de agarre predeterminada, en virtud del cual el brazo de robot es orientado en general de manera que se alinee con el dispositivo asidor con respecto a la posici6n excentrica predeterminada; y un sensor, destinado a sefalar al controlador que se ha alcanzado una fuerza de sustentaci6n segura por parte de la fuerza de succi6n, y, ademas, a supervisar la fuerza de sustentaci6n y a responder si la fuerza de sustentaci6n cae por debajo de una magnitud predeterminada.

El aparato puede comprender, de manera adicional, una placa de fondo conectada o unida a la base del labio y que flota dentro del contorno de la campana. El aparato puede comprender, de manera adicional, un obstaculo formado dentro de la base del labio al objeto de impedir que porciones sueltas de la pieza de trabajo llenen el primer orificio. El aparato puede comprender, de manera adicional, un controlador computerizado de funcionamiento instantaneo o en tiempo real para el brazo de robot, que incorpora realimentaci6n destinada a colocar el dispositivo asidor adyacente a la pieza de trabajo que se va a asir. El aparato puede comprender, adicionalmente, un adaptador

basculante montado entre el brazo de robot y el dispositivo asidor con el fin de permitir la rotaci6n del dispositivo asidor alrededor de un eje predeterminado sin que rote la manguera de vacio. El aparato puede comprender, de manera adicional, una valvula para controlar la magnitud de la fuerza de vacio en el interior de la manguera de vacio. Los diodos electroluminiscentes pueden tener un espectro de longitudes de onda predeterminadas.

De acuerdo con un segundo aspecto, se proporciona un aparato de agarre por vacio que comprende: un dispositivo asidor, que tiene: una campana de agarre flexible, que incluye una base formada en torno a un primer orificio central y que tiene una circunferencia o contorno predeterminado, rodeado por un labio flexible que se extiende alrededor del contorno de la base y se extiende hacia abajo hasta un reborde circunferencial, una pluralidad de pasos o canales que pasan radialmente hacia fuera desde el primer orificio central y bajan por el labio hasta llegar a una distancia predeterminada desde el reborde, de tal manera que el labio y el reborde son adaptables para conformarse

o ajustarse a una pieza de trabajo cuando se crea una diferencia de presiones entre la campana y la pieza de trabajo; una base de labio, montada en la base de la campana y que tiene un segundo orificio central, una linea o conducci6n de vacio, que pasa a traves de los primer y segundo orificios centrales; y una pluralidad de dedos de paso o canal, cada uno de los cuales tiene unos extremos proximal y distal, de tal manera que cada dedo esta fijado a la campana de agarre a traves del montaje en uno respectivo de los canales; un brazo de robot, que tiene un punto central de herramienta al que se conecta o une el dispositivo asidor; y al menos una manguera de vacio, en comunicaci6n con los extremos proximales de los dedos a traves de los primer y segundo orificios, y conectada a una fuente de vacio y configurada para proporcionar una fuerza de succi6n en el interior de la campana de agarre, en posici6n pr6xima al primer orificio central, y para proporcionar una fuerza de succi6n a traves de la manguera de vacio, a los extremos distales de los dedos, con lo que se hace posible el agarre por succi6n en una pluralidad de puntos pr6ximos al reborde de la campana de agarre, por lo cual, con su aplicaci6n, se aplica inicialmente una fuerza de vacio a traves del primer orificio, lo que hace que ciertas partes de la pieza de trabajo se desplacen hacia el primer orificio, tras lo cual la fuerza de vacio es dirigida a lo largo de los dedos, causando con ello que la campana se deforme en torno a una superficie de la pieza de trabajo y se adapte a ella. La campana puede extenderse hacia abajo hasta un reborde circunferencial, de acuerdo con una curva generalmente con forma de coseno, que produce un perfil de deformaci6n predeterminado. Cada uno de los canales puede estar separado de canales adyacentes por una protuberancia. Los dedos pueden haberse moldeado integralmente o de una pieza en el interior de los canales de la campana. El aparato puede comprender, de manera adicional, una placa de fondo conectada o unida a la base de labio y que flota dentro de la circunferencia o contorno de la campana. El aparato puede comprender, de manera adicional, un obstaculo formado dentro de la base de labio con el fin de impedir que porciones sueltas de la pieza de trabajo llenen el primer orificio. El aparato puede comprender, adicionalmente, un controlador computerizado de tiempo real para el brazo de robot, que incorpora realimentaci6n para colocar el dispositivo asidor en posici6n adyacente a la pieza de trabajo que se ha de agarrar.

El aparato puede comprender, de manera adicional, un adaptador basculante montado entre el brazo de robot y el dispositivo asidor con el fin de permitir la rotaci6n del dispositivo asidor alrededor de un eje predeterminado, sin que rote la manguera de vacio. El aparato puede comprender, de manera adicional, un sensor para supervisar la fuerza de vacio y para responder si la fuerza de sustentaci6n cae por debajo de una magnitud predeterminada. El aparato puede comprender, adicionalmente, una valvula para controlar la magnitud de la fuerza de vacio dentro de la manguera de vacio.

El aparato de acuerdo con el segundo aspecto puede comprender, de manera adicional, un sistema 6ptico que comprende: una fuente de luz, destinada a iluminar la pieza de trabajo; al menos un anillo segmentado de espejos para reflejar la luz desde la fuente de luz y para iluminar la pieza de trabajo; y una camara que tiene una lente de objetivo para grabar informaci6n de imagen predeterminada de la pieza de trabajo. Los espejos pueden formar un conjunto geometricamente ordenado y estatico de espejos concentricos. La luz puede ser reflejada por los espejos para que incida en la pieza de trabajo con un angulo agudo, a fin de evitar reflexiones y maximizar el contraste. La fuente de luz puede iluminar la pieza de trabajo para permitir a la camara tomar una imagen de la pieza de trabajo, despues de lo cual las caracteristicas geometricas de la pieza de trabajo son extraidas de la imagen y comparadas con un modelo geometrico predefinido que tiene caracteristicas o rasgos similares y una posici6n de agarre descentrada predeterminada, de tal modo que el brazo de robot se orienta generalmente para alinear el dispositivo asidor con respecto a la posici6n descentrada predeterminada.

De acuerdo con un tercer aspecto, se proporciona un sistema 6ptico destinado a proporcionar informaci6n de la posici6n del brazo de robot, que comprende: una fuente de luz para iluminar una pieza de trabajo; al menos un anillo segmentado de espejos para reflejar la luz desde la fuente de luz y, de esta forma, iluminar la pieza de trabajo; y una camara que tiene una lente de objetivo y destinada a grabar informaci6n de imagen predeterminada de la pieza de trabajo.

La fuente de luz puede consistir en una pluralidad de diodos emisores de luz o electroluminiscentes. A fuente de luz puede tener un espectro de longitudes de onda predeterminadas. Los espejos pueden ser resistentes a la rotura o a la corrosi6n. El aparato puede comprender, de manera adicional, memoria para almacenar imagenes captadas por la camara. La fuente de luz puede iluminar la pieza de trabajo por medio de los espejos con el fin de permitir que la camara tome una imagen de la pieza de trabajo, tras lo cual se extraen de la imagen caracteristicas geometricas de la pieza de trabajo irregular y se comparan con un modelo geometrico predefinido que tiene caracteristicas similares y una posici6n de agarre descentrada predeterminada, por lo que puede orientarse un brazo de robot para alinear el

dispositivo asidor con respecto a una posici6n descentrada predeterminada.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Otras caracteristicas y ventajas del presente aparato resultaran evidentes de la siguiente Descripci6n detallada, tomada en combinaci6n con los Dibujos que se acompafan, en los cuales:

La Figura 1 representa una primera vista en perspectiva desde un lado de un sistema de empaquetamiento o envasado que incorpora el aparato;

La Figura 1A representa una segunda vista en perspectiva desde otro lado de un sistema de envasado que incorpora el aparato;

LA Figura 2 ilustra una vista en alzado lateral de un sistema de iluminaci6n 6ptica y camara incorporado en el aparato de la Figura 1;

La Figura 2A representa una vista en planta superior de un sistema de iluminaci6n 6ptica y camara incorporado en el aparato de la Figura 1;

La Figura 2B ilustra una vista en perspectiva del bastidor de alambre de un sistema de iluminaci6n 6ptica y camara incorporado en el aparato de la Figura 1;

La Figura 3 representa una vista en perspectiva desde arriba de un conjunto de agarre flexible y un adaptador basculante para el aparato de la Figura 1;

La Figura 3A representa una vista en perspectiva desde debajo del conjunto de agarre flexible y un adaptador basculante mostrados en la Figura 3;

La Figura 4 representa una vista fragmentaria o en despiece del conjunto asidor;

La Figura 5 ilustra una vista lateral de un brazo de robot que soporta el conjunto de agarre con cero grados de rotaci6n;

La Figura 5A ilustra una vista lateral del brazo de robot que soporta el conjunto de agarre con una rotaci6n de 180 grados;

La Figura 6 representa una perspectiva de una realizaci6n alternativa del conjunto asidor; y

La Figura 6A ilustra una vista desde debajo del disefo de dispositivo asidor alternativo de la Figura 6.

DESCRIPCION DETALLADA

El presente aparato de agarre por vacio es adecuado para asir piezas de trabajo irregulares y deformables con el fin de elevar y sostener las piezas de trabajo, ya esten empaquetadas, procesadas o tratadas, o en bruto, y manipular las piezas de trabajo para el prop6sito de manejo, ensamblaje, empaquetamiento o envasado de material y otras funciones de manipulaci6n rob6ticas y automatizadas. El aparato tambien ilumina las piezas de trabajo para colocar de forma precisa el dispositivo asidor con respecto a la pieza de trabajo.

La fuerza de succi6n por vacio se genera desde un tanque de vacio provisto de una valvula de flujo de alta velocidad y elevado vacio, que esta conectada a traves de una manguera al dispositivo asidor. El conjunto asidor se mueve utilizando un brazo de robot que puede ser controlado por un controlador computerizado de funcionamiento instantaneo o en tiempo real que incorpora una realimentaci6n tactil y/o visual para colocar el dispositivo asidor sobre la pieza de trabajo. El aparato 100 incluye un sistema de localizaci6n visual que tiene software de visi6n artificial tal como los conocidos en la tecnica.

Las Figuras 1 y 1A ilustran un aparato rob6tico 100 de manejo de materiales. El aparato tiene un bastidor o armaz6n de soporte a traves del cual pasa una superficie de trabajo o transportadora 110. Unas piezas de trabajo 114 estan situadas sobre, o son trasportadas a lo largo de, la superficie de trabajo. El aparato 100 situa las piezas de trabajo dentro de unos recipientes 120 utilizando un brazo de robot 124 en el que se ha montado un conjunto de agarre 130. El conjunto de agarre eleva, manipula, mueve y coloca las piezas de trabajo dentro de los recipientes, y los recipientes pueden ser entonces transportados lejos del aparato, a lo largo de un carril transportador 132. El aparato 100 incluye una bomba de vacio 134 destinada a proporcionar una succi6n o fuerza de vacio a traves de una linea o conducci6n de vacio 136, hasta el conjunto asidor 130. La fuerza de vacio dentro de la conducci6n de vacio puede ser controlada por una valvula 138, y la conducci6n de vacio puede incluir un filtro 140. Una camara digital 144, un conjunto geometricamente ordenado de fuentes luminosas 146, y un doble conjunto geometricamente ordenado de espejos reflectantes 148 se utilizan para situar las piezas de trabajo sobre la superficie de trabajo.

Las Figuras 2, 2A y 2B representan un sistema 160 de iluminaci6n 6ptica y camara. Una fuente de luz, tal como un anillo de diodos electroluminiscentes (LEDs -"light emitting devices") 166, esta montada por encima de la superficie

de trabajo 110. El conjunto geometricamente ordenado de LEDs 166 puede utilizar luz de diferente longitud de onda con respecto a la luz ambiental, para una superior discriminaci6n. La longitud de onda de la luz puede ser modificada buscando el contraste entre los elementos existentes en la pieza de trabajo (tales como elementos de disefo sobre una bolsa o paquete), el anillo de la pieza de trabajo y la superficie transportadora o de trabajo 110. El conjunto geometricamente ordenado de LEDs y la camara 144 pueden ser colocados en un recinto hermeticamente cerrado u obturado, de tal manera que el sistema pueda trabajar eficazmente en un entorno que, de otra manera, seria agresivo para el sistema 6ptico, tal como el vapor o rociado de un sistema de limpieza que se utiliza en las piezas de trabajo en el curso de su manipulaci6n o a ciertos intervalos para limpiar o desinfectar, en caso de que se requiera en industrias de manejo de alimentos.

El sistema visual 160 emplea dos anillos segmentados 170 de espejos 172. Los rayos de luz 174 procedentes de los LEDs 166 se reflejan desde ambos anillos para proporcionar una iluminaci6n homogenea sobre un gran intervalo de alturas de las piezas de trabajo 114. De esta forma, un conjunto geometricamente ordenado y estatico de espejos dispuestos en la configuraci6n de doble anillo puede proporcionar una fuente universal de informaci6n visual que es captada por la camara en un formato digital para su tratamiento por el software de visi6n artificial, como se conoce en la tecnica. Si bien el numero y la posici6n o el angulo de los espejos en el conjunto geometricamente ordenado pueden ser modificados, funciona bien la aproximaci6n consistente en que el sistema optimizado individual puede mantenerse para una variedad de usos, con lo que se evita el coste prohibitivo de un sistema que se optimiza de forma independiente para usos diferentes. A la hora de proporcionar un sistema optimizado, la configuraci6n de doble anillo proporciona ventajas sobre la tecnica anterior que incluyen configuraciones de un unico conjunto geometricamente ordenado.

Los espejos 172 del conjunto geometricamente ordenado son concentricos y estan alineados en altura para evitar sefales espurias en la iluminaci6n. Debido a que las bolsas u otras piezas de trabajo 114 pueden rotar en torno a un eje vertical, el sistema 160 proporciona iluminaci6n desde todos los angulos con el fin de producir la misma imagen independientemente de la orientaci6n. El conjunto geometricamente ordenado de espejos 170 proporciona una soluci6n generica en gran medida independiente de la forma, el tamafo, el disefo o los motivos graficos de las bolsas y la orientaci6n de la pieza de trabajo a lo largo del recorrido de trabajo. El conjunto geometricamente ordenado facilita tambien el uso de la salida 6ptica con una amplia variedad de software y sistemas de visi6n artificial, y no sobrecarga el software con un exceso de datos fuera de las limitaciones previamente programadas. Los espejos 172 pueden ser de acero inoxidable para su uso en una amplia variedad de entornos en los que sean factores implicados la resistencia a la rotura o la corrosi6n.

Las Figuras 3, 3A y 4 representan el conjunto asidor flexible 130, el cual incluye una campana flexible 180 montada sobre una placa de base 182. En una realizaci6n, existe un adaptador basculante 184 montado entre la placa de base y un punto de fijaci6n central 188 para herramienta. En una realizaci6n, la campana 180 del dispositivo asidor se fabrica utilizando un procedimiento de moldeo en superposici6n, o sobremoldeo, que permite que partes previamente moldeadas sean reinsertadas y se forme una nueva capa de material en torno a la parte original. Esto puede hacerse aplicando un procedimiento de moldeo secuencial termoplastico en el que el labio 190 de la campana 180 se moldea de un polimero con una temperatura de fusi6n mas alta que la del polimero utilizado para la membrana 192 de la campana, como es sabido en la tecnica que se trata de un metodo eficaz en cuanto a costes y que proporciona una buena uni6n entre el labio-membrana y la placa de base.

Un orificio central 194 pasa a traves del conjunto asidor 130 y de la placa de base 182 con el fin de permitir que se forme un vacio dentro del conjunto asidor 182, a traves de una lumbrera de vacio 198. El conjunto asidor 130 esta configurado para ser acoplado con la fijaci6n central para herramienta existente en el brazo de robot 124, por medio del punto de fijaci6n central 188 para herramienta. El conjunto asidor puede estar conectado o unido al brazo de robot a traves del adaptador basculante 184, a fin de permitir que el conjunto asidor se haga rotar independientemente de la lumbrera de vacio. Esta alternativa hace posible el movimiento rotacional del conjunto asidor y de la pieza de trabajo 114 que esta siendo manipulada, sin que se mueva la manguera de vacio 136 u otras conducciones de control, por lo que se reduce, de esta forma, el desgaste y la fatiga de los materiales.

La membrana 192 de la campana del dispositivo asidor esta hecha de un material blando tal como silicona o una mezcla termoplastica blanda que hace posible que esta se conforme o adapte a la superficie irregular de la pieza de trabajo 114 lo suficientemente cerca de esta como para que las leyes de la aerodinamica y del flujo de aire generen una fuerza de arrastre suficiente para que el vacio (presi6n baja) lleve la superficie interna del labio 190 a fijarse firme pero suavemente a la superficie de la pieza de trabajo. Gracias a estos medios, el intersticio de fuga inicial (antes de que se aplique flujo de vacio) entre las dos superficies que se unen se cerrara, de tal modo que se generara una diferencia de presiones de aire entre la superficie encapsulada de la pieza de trabajo y el labio. A fin de evitar deformaciones impredecibles y sin causa aparente (ca6ticas) de la membrana 192 a medida que se acumula la presi6n baja en el interior del dispositivo asidor, se prefiere que la curvatura horizontal de la membrana se defina por el cumplimiento de la regla de que la derivada d(f(theta, z)/d(theta), donde f es la curvatura horizontal de la membrana; y theta es el angulo de rotaci6n alrededor del eje de rotaci6n vertical, sea mon6tona, y la derivada d(f(theta, z)/d(z) sea una funci6n continua familiar con un periodo con una forma de coseno, de manera que z=0 en la parte superior y apunte hacia abajo, la cual se conoce como funci6n en forma de S.

El area proyectada en el plano normal a la trayectoria de movimiento del brazo de robot 124 al que se fija el conjunto

asidor 130, sumada a la fuerza natural de la gravedad, definira la fuerza de sustentaci6n proporcional del conjunto asidor. La forma del perfil de la membrana 192 del dispositivo asidor se ha optimizado, preferiblemente, para maximizar esta area de manera que tambien se optimice la capacidad de sustentaci6n del dispositivo asidor. Este principio se ha adoptado partiendo de la forma de la medusa, y la cavidad de succi6n, del pulpo.

Como se ha representado en las Figuras 3A y 4, unos tubos de paso o canal de vacio, pequefos y flexibles, o dedos 200, provistos de extremos abiertos, sobresalen a traves de unos pasos o canales 204 formados en la campana 130 del dispositivo de agarre. Los dedos de canal de vacio pueden haberse moldeado integralmente o de una pieza dentro de la campana del dispositivo asidor, o bien pueden haberse formado como canales individuales independientes y unido a la campana o a la placa de base 182. En la realizaci6n que se ha representado en la Figura 4, un conjunto de placa de base de fondo 208 esta unido a la placa de base 182; este conjunto de placa de base de fondo tipicamente "flota" en el interior de la campana del dispositivo asidor, y es de utilidad para distribuir la fuerza de vacio primeramente al interior de la membrana y, a continuaci6n, a los dedos 200.

Se genera succi6n por la bomba de vacio 134 en el orificio central 194 existente en la parte superior de la campana 180 y, tambien, a traves de los dedos de canal de vacio flexibles 200, a fin de proporcionar una fuerza de agarre en multiples puntos situados mas cerca del conjunto asidor 130. En aplicaciones relacionadas con la alimentaci6n, los dedos de vacio pueden ser retirados despues del moldeo, dejando los canales 204 abiertos, pero de modo que sean lo suficientemente rigidos para no aplastarse o hundirse cuando se genera un alto grado de vacio. Pueden afadirse al conjunto asidor unas pequefas protuberancias 214, o formarse dentro de el, entre los canales 204, como protecci6n contra el aplastamiento y el cierre bajo un elevado grado de vacio. Esto reduce el riesgo de desprendimiento o exfoliaci6n entre los dedos 200 y la membrana 192, y la posibilidad concomitante de dejar caer la pieza de trabajo durante su tratamiento.

El flujo de aire se introduce inicialmente en torno al labio 190 de la placa de base 182. Por lo comun, existe un escaso o nulo flujo de aire hasta que el labio se coloca sobre la pieza de trabajo 114. Mediante la bomba de vacio 134 u otra fuente capaz de producir hasta un 80% de vacio, es posible crear un grado de vacio suficiente para proporcionar un agarre inicial de la pieza de trabajo en aproximadamente 1/10 de segundo. Esto crea un choque repentino en la pieza de trabajo y el labio 190 del conjunto asidor 130. Dentro de aproximadamente 5/100 de segundo, la pieza de trabajo es atrapada contra el labio de la placa de base.

En ese momento, el flujo de aire en torno a la placa de base 182 es bloqueado por la pieza de trabajo 114 que contacta a tope con la placa de base y, por tanto, el flujo de aire de succi6n pasa a traves de los dedos de canal de vacio 200. Esto hace que la membrana 192 del dispositivo asidor, que esta hecha de material flexible, se deforme hasta adoptar la forma general de la pieza de trabajo. Esto produce, tipicamente, una uni6n fuerte en multiples puntos de la pieza de trabajo, debido a la aspiraci6n generada por el elevado flujo de aire de vacio, de acuerdo con los mismos principios de la dinamica de fluidos que se aplican a las alas de un avi6n.

La evacuaci6n del aire desde un volumen cerrado desarrolla una diferencia de presiones entre el volumen cerrado y la atm6sfera circundante. Si este volumen cerrado esta limitado por la superficie de la membrana 192 de la campana y una pieza de trabajo 114, la presi6n atmosferica presionara los dos objetos uno contra otro. La magnitud de la fuerza de sustentaci6n depende del area de superficie compartida por lo dos objetos y del grado de vacio. En un sistema de vacio industrial, una bomba o generador de vacio extrae aire de un sistema con el fin de crear una diferencia de presiones.

Debido a que es dificil, si no imposible, extraer todas las moleculas de aire de un recipiente, no se puede conseguir un vacio perfecto. En consecuencia, a medida que se extrae mas aire por unidad de tiempo, la diferencia de presiones aumenta y la fuerza de vacio potencial se hace mas grande. En las condiciones de trabajo no ideales de una aplicaci6n real tipica, la velocidad o caudal volumetrico (litros / segundo) sera el factor determinante tanto para el deseado incremento en un tiempo ultracorto del grado de vacio, como para el vacio de sustentaci6n real en caso de exista cualquier fuga significativa entre la copa o ventosa de succi6n y el especimen o articulo. En esta situaci6n, el grado de vacio Δp se determina por la analogia aerodinamica de la ley de Ohm:

dV

Δp = R ⋅

dt

dV

Donde dt es la velocidad o caudal volumetrico de bombeo, y R, la resistencia aerodinamica total en el sistema de vacio. Preferiblemente, R se minimiza escogiendo partes, conexiones y dedos de vacio de un tamafo apropiado. En el aparato 100, la resistencia al flujo ha de ser minimizada, ya que todas las partes de la invenci6n son, tipicamente, para evacuaci6n. Cualquier fracci6n del vacio encapsulado sostiene un vacio parcial que representa una resistencia al flujo y se iguala con una presi6n manometrica negativa. Para la ventosa de vacio ideal, la fuerza de sustentaci6n se define por:

F =(p − p )⋅ A

tot att vac ventosa

Donde:

Patm = Presi6n atmosferica (Pa)

Pvac = Presi6n de vacio (Pa)

Ac = Area de ventosa devacio (m2)

Por ejemplo, un volumen de 0,3 m2 con un grado de vacio de 0,4 bar (40.000 Pa) da 1,2 kN o 120 kg no acelerados por el movimiento rob6tico; o 30 kg suponiendo la aceleraci6n de 4g tipica de un robot industrial de alta velocidad, sin aplicar ningun factor de margen de seguridad.

Debido al comportamiento altamente dinamico y ca6tico de una bolsa de objetos empaquetada de una forma suelta, se realizan consideraciones con respecto a los intervalos de fuerzas resultantes necesarios para conseguir un manejo a alta velocidad y con gran aceleraci6n del especimen o articulo por parte del robot. Cuando la pieza de trabajo 114 contiene una sustancia liquida, debe tenerse especial cuidado en asegurarse de una correcta colocaci6n (utilizando tecnologia de visi6n computerizada) y propiedades fiables para el material de la bolsa. Estas determinaciones son especificas de la situaci6n, pero pueden ser resueltas por metodos conocidos en la tecnica. La fuerza de vacio requerida puede ser determinada tanto en el eje vertical como en el horizontal y aplicarse facilmente a configuraciones rob6ticas de SCARA (Brazo de Robot de Conjunto Selectivo Adaptable -"Selective Compliant Assembly Robot Arm") con una construcci6n o estructura de ejes paralelos, las cuales son, generalmente, mas rapidas y mas limpias que los sistemas cartesianos comparables que requieren un espacio en planta o "huella" mas pequefa y hacen posible un montaje mas simple. En el caso de un robot articulado, se lleva a cabo una determinaci6n del vector dinamico con el fin de asegurarse de que se tienen en cuenta las rotaciones en alejamiento de la horizontal y el cambio rapido de la orientaci6n de la colocaci6n.

A la hora de alzar una pieza de trabajo 114, la fuerza vertical necesaria puede definirse por:

F = M(a + a )⋅ FactorSeguridad

elevaci6n g

Donde: aelevaci6n = aceleraci6n de elevaci6n; ag = aceleraci6n debida a la gravedad;

Factor de seguridad normalmente = 4 para elevaciones en horizontal.

De forma similar, la fuerza horizontal requerida puede definirse por:

F = M ⋅ a ⋅ FactorSeguridad

Donde a incluye tanto las componentes de aceleraci6n lineal como las contribuciones centrifugas que se originan de todas las rotaciones con respecto a todos los ejes de robot verticales. Se aplica generalmente un factor de seguridad de dos para desplazamientos horizontales. El rozamiento en seco viene dado por:

λ = μ ⋅ A

seco seco ventosa

Por otra parte, el coeficiente de rozamiento μseco es un complejo formado tanto por el comportamiento de rozamiento dinamico como por el estatico, normalmente con un maximo cuando la diferencia de velocidades entre el dispositivo asidor y el objeto es igual a cero. Debido a que el rozamiento en seco λseco esta limitado, en la practica, en las aplicaciones reales, se indica un factor de multiplicaci6n de seguridad. Las magnitudes de este factor son empiricas

o se deducen experimentalmente por los fabricantes de ventosas de succi6n comerciales, y estan basadas en una pieza de trabajo rigida que coincide o encaja geometricamente con la superficie de interfaz de la superficie de fijaci6n de la ventosa de succi6n.

Para piezas de trabajo 114 que tienen superficies de contacto que no se adaptan intimamente a la superficie interna de la campana 180, la f6rmula de elevaci6n por vacio basica no proporciona, por lo comun, un modelo utilizable y deben aplicarse factores de seguridad empiricos, lo que conduce a necesidades de vacio que no son alcanzables en la practica. Tales escenarios se encuentran en el campo de los productos naturales, tanto alimenticios como no alimenticios. Tambien los articulos preempaquetados en bolsas, tales como las bolsas de patatas en forma de almohada, se perfilan genuinamente para satisfacer el principio y la f6rmula basicos de elevaci6n por vacio. La variedad de formas de tales bolsas preempaquetadas es, en teoria, muy grande si no infinita.

El asimiento de articulos preempaquetados en bolsas sobredimensionadas aplicando el principio basico de la

ventosa de succi6n por vacio introduce un desafio mas dificil por lo que respecta al manejo rob6tico. La fuerza aplicada a la bolsa como consecuencia de la aceleraci6n del conjunto de agarre 130 por parte del brazo de robot 124, puede superar significativamente la aceleraci6n debida a la gravedad. Debido a las grandes necesidades de capacidad basal en los procedimientos de manejo en estas areas -cuyo valor esta basado en su velocidad, ya que se relaciona directamente con el retorno de inversi6n del usuario-, el aparato 100 debe haberse disefado poniendo el foco principalmente en la velocidad de tratamiento. Lo que significa utilizar el intervalo maximo de aceleraciones posible con el respeto debido a la resistencia de las bolsas y al peligro de dafar las piezas de trabajo empaquetadas. El aparato proporciona este grado requerido de aceleraci6n y de capacidad de velocidad para generar un alto retorno de inversi6n por el uso de aparatos rob6ticos equipados con el conjunto asidor.

Una alternativa para evitar las dificultadas inesperadas de muchos esquemas de empaquetamiento consiste en utilizar en el empaquetamiento por vacio. Aunque esto puede evitar que los articulos envasados caigan unos sobre otros y puede ayudar a mantener un alineamiento adecuado, tambien conlleva unos costes totales elevados y un funcionamiento mas lento. El aparato 100 permite una precisi6n similar en el manejo sin la desventaja del coste adicional inherente a la soluci6n de empaquetamiento por vacio. La necesidad de manejar piezas de trabajo 114 que comprenden una bolsa suelta que contiene una pluralidad de articulos, lo que es una aplicaci6n real habitual (por ejemplo, patadas envasadas), ha creado una necesidad de metrologia y dispositivos de asimiento compatibles, necesidad que es afrontada por el aparato.

En ciertos entornos de trabajo, la pieza de trabajo 114 ha de ser recogida de un espacio de trabajo o transportador horizontal y colgada verticalmente en un gancho o cono, tal como se hace con las pechugas de aves de corral o con los cuerpos de pollo enteros. En tales casos, la reorientaci6n desde la horizontal a la vertical ha de llevarse a cabo por el brazo de robot 124. En una configuraci6n convencional en la que el brazo de robot esta suspendido verticalmente, ello requiere a menudo la manipulaci6n en al menos cinco ejes.

Como se ha representado en las Figuras 5 y 5A, el aparato 100 proporciona una soluci6n alternativa. El brazo de robot 124 puede ser suspendido en un angulo de 45 grados con respecto a la vertical, y el conjunto asidor 130 puede montarse con una inclinaci6n de 45 grados entre la cara de fijaci6n 218 y el reborde 220 de la membrana 192. Esto tiene la ventaja de ofrecer una reorientaci6n de la horizontal a la vertical simplemente haciendo rotar el conjunto asidor 130 grados mediante el uso del adaptador basculante 184. El disefo resultante proporciona una reorientaci6n desde la horizontal a la vertical utilizando un brazo de robot menos complejo y menos caro que se ha disefado para ser manipulado solo en cuatro ejes. La Figura 5 representa el conjunto asidor 130 con los ejes del conjunto asidor formando un angulo de 45 grados entre la horizontal y la vertical, y el conjunto asidor rotado a una rotaci6n de 0 grados, con lo que se situa el conjunto asidor para una recogida o liberaci6n horizontal de la pieza de trabajo 114. La Figura 5A representa el conjunto asidor 130 rotado en una rotaci6n de 180 grados, de manera que se coloca el conjunto asidor para una recogida o liberaci6n en vertical de la pieza de trabajo 114, sin que se modifique la orientaci6n del brazo de robot 124 con respecto a la posici6n de recogida horizontal representada en la Figura 5.

Como se ha ilustrado en las Figuras 6 y 6A, la campana 130 del dispositivo asidor puede haberse disefado de manera que los dedos de vacio 200 se extienden significativamente en el interior de la campana. De acuerdo con esta realizaci6n, la campana incluye una cadera o fald6n lateral y tiene un tamafo del reborde 220 que es demasiado pequefo como para expandirse hasta cubrir toda la pieza de trabajo 114 que se ha de empaquetar. El resultado es que, cuando se aplica una fuerza de vacio al interior de la campana y el reborde entra en contacto con la pieza de trabajo, la campana se deforma en torno a la pieza de trabajo, de modo que se crea una deformaci6n similar, si no equivalente, a la de membranas de mayor tamafo. Los dedos de vacio se encuentran entonces en una posici6n en la que agarran la pieza de trabajo para ayudar a su izamiento. Este disefo puede tambien reducir el riesgo de que se desprenda pelicula de cubierta u hoja suelta de la bolsa, u otro material semejante, de manera que quede atrapado dentro del conjunto asidor 130 y se produzcan, con ello, situaciones de liberaci6n complejas.

Si bien el prop6sito principal del aparato 100 concierne a la generaci6n de fuerza de levantamiento y de sustentaci6n en una pieza de trabajo 114 para su manejo en el espacio por manipulaci6n rob6tica, el metodo puede, en principio, llevarse a la practica por parte de un operario humano que controle las etapas del metodo de agarre. ES posible, alternativamente, una combinaci6n del control por el operario y el control automatico.

A fin de poder realizar un seguimiento y almacenar datos sobre el tiempo de vida util de un conjunto asidor 130, puede fijarse un chip de RFID (Identificaci6n por Radiofrecuencia -"Radio Frequency Identification") a, o moldearse directamente dentro de, el conjunto asidor o el brazo de robot 124. Esta etiqueta de RFID puede ser del tipo pasivo o del tipo activo, como es conocido en la tecnica, y puede tambien ser utilizada para asegurarse einformar al operario de que se ha montado el conjunto asidor adecuado para el trabajo, en los casos en que una de las piezas del equipo se ha configurado para utilizar multiples dispositivos asidores diferentes para diferentes tipos de trabajos de manejo

o de envasado.

El conjunto asidor 130 puede estar tambien equipado con un transductor cinematico de color que se sirve de una realimentaci6n por sensor que detecta el grado de vacio inmediato y convierte la medici6n de ese nivel o grado en una sefal electrica. Esta sefal puede entonces accionar un LED (diodo electroluminiscente -"light emitting diode"), un OLED (diodo electroluminiscente organico -"organic light emitting diode") o un polimero iluminador. Con este tipo de sistema de realimentaci6n 6ptico emplazado, el personal de instalaci6n, de mantenimiento u operativo puede observar el grado de vacio inmediato (fuerza de asimiento) del conjunto asidor y aplicar esta informaci6n visual retroactiva a la optimizaci6n del sistema, a procedimientos de arreglo o a otros prop6sitos.

El ojo humano y la velocidad de interpretaci6n visual humana son, por lo comun, superiores a las de otros sistemas de medici6n, tales como la lectura de un dispositivo de presentaci6n visual numerico digital. � como el intervalo de

5 las velocidades utilizadas por los sistemas de envasado rob6ticos y sus aplicaciones relacionadas son relativamente elevadas, la realimentaci6n cinematica por color proporciona una capacidad de supervisi6n inmediata que sobrepasa la de los dispositivos de presentaci6n visual convencionales tipicos. Tambien, el hecho de que la realimentaci6n por LED se origine en el conjunto asidor 130 o en el adaptador basculante 184 permite que el indicador y la acci6n real del dispositivo asidor se observen simultaneamente.

10 Las realizaciones descritas resultan adecuadas para asir y liberar objetos irregulares dificiles, pero los principios son igualmente validos tambien para objetos simples o rigidos. Los tipos de piezas de trabajo 114 que pueden ser efectivamente asidas y transportadas por el conjunto asidor 130 incluyen una amplia variedad de objetos empaquetados o envasados, tales como frutas y verduras embolsadas, bolsas que contienen articulos discretos tales como dulces, carb6n o briquetas de carb6n vegetal, productos granulados en bolsas, e incluso aves de corral

15 en bruto o procesadas, pescado o carne de vacuno al corte. El aparato 100 permite tambien el manejo, a velocidad y aceleraci6n elevadas, incluso de piezas de trabajo relativamente pesadas, a menudo limitadas unicamente por la resistencia al desgarramiento del labio 220 y la rigidez de la parte de la herramienta y del manipulador. El conjunto asidor ha sido ensayado satisfactoriamente con articulos con un peso de hasta 15 kilogramos, pero el limite practico parece actualmente ser significativamente mas alto.

20 El aparato 100 puede ser utilizado para piezas de trabajo 114 que incluyen materiales sueltos en bolsas, pero el disefo esencial se aplica a piezas de trabajo similares pero geometricamente diferentes. De esta forma, la presente invenci6n ofrece diversas ventajas frente a la tecnica anterior. Resultara obvio para los expertos de la tecnica que la invenci6n descrita en esta memoria e ilustrada en las Figuras puede ser modificada para producir diferentes realizaciones de la presente invenci6n. Si bien se han ilustrado y descrito realizaciones de la invenci6n, pueden

25 llevarse a cabo diversas modificaciones y cambios por parte de los expertos de la tecnica sin apartarse del ambito de la invenci6n, conforme se define en las reivindicaciones que se acompafan.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Un dispositivo asidor (130) que tiene una campana de agarre flexible (180), la cual incluye una base y una pluralidad de pasos o canales, caracterizado por que:

la base esta formada en torno a un primer orificio central (194) y tiene un contorno o circunferencia predeterminada, rodeada por un labio flexible (190) que se extiende en torno a la circunferencia de la base y se extiende hacia abajo hasta un reborde circunferencial (220), de tal modo que la pluralidad de canales (204) pasan radialmente hacia fuera desde el primer orificio central (194) y hacia abajo por el labio (190) hasta llegar a una distancia predeterminada desde el reborde (220), de tal manera que el labio (190) y el reborde (220) son adaptables para adecuarse o ajustarse a una pieza de trabajo cuando se crea una diferencia de presiones entre la campana y la pieza de trabajo;

una base (182) de labio, montada en la base de la campana y que tiene un segundo orificio central (194);

una linea o conducci6n de vacio, que pasa a traves de los primer y segundo orificios centrales; y

una pluralidad de dedos (200) de paso o canal, cada uno de los cuales tiene un extremo proximal y un extremo distal, de manera que cada dedo (200) esta fijado a la campana de agarre (180) mediante su montaje dentro de uno respectivo de los canales (204);

por lo que, al ser aplicado, se aplica inicialmente una fuerza de vacio a traves del primer orificio (194), que hace que ciertas partes de la pieza de trabajo se desplacen hacia el primer orificio (194), tras lo cual la fuerza de vacio es dirigida a lo largo de los dedos (200), con lo que se hace posible un agarre por succi6n en una pluralidad de puntos pr6ximos al reborde (220) de la campana de agarre (180), y se provoca que la campana (180) se deforme en torno a una superficie de una pieza de trabajo y se adapte a esta.
2.-El dispositivo asidor de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual la campana (180) se extiende hacia abajo hasta un reborde circunferencial (220), de acuerdo con una curva generalmente con forma de coseno que produce un perfil de deformaci6n predeterminado.
3.-El dispositivo asidor de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual cada uno de los canales (204) esta separado de los canales adyacentes por una protuberancia (214).
4.-El dispositivo asidor de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el cual los dedos (200) estan moldeados integralmente o de una pieza dentro de los canales (204) de la campana.
5.-El dispositivo asidor de acuerdo con la reivindicaci6n 1, que comprende adicionalmente una placa de fondo

(208) conectada o unida a la base (182) del labio y que flota dentro de la circunferencia de la campana.
6.-El dispositivo asidor 1 de acuerdo con la reivindicaci6n 1, que comprende adicionalmente un obstaculo formado dentro de la base (182) del labio con el fin de evitar que porciones sueltas de la pieza de trabajo llenen el primer orificio.
7.-Un aparato de agarre por vacio que comprende un dispositivo asidor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, un brazo de robot (124) que tiene un punto central (188) para herramienta, al que se conecta o une el dispositivo asidor (130), y al menos una manguera de vacio en comunicaci6n con los extremos proximales de los dedos (200) a traves de los primer y segundo orificios (194), y conectada a una fuente de vacio

(134) y configurada para proporcionar una fuerza de succi6n dentro de la campana (180) del dispositivo asidor, en posici6n pr6xima al primer orificio central, y para proporcionar una fuerza de succi6n a traves de la manguera de vacio, hasta los extremos distales, o mas alejados, de los dedos, con lo que se permite el agarre por succi6n en una pluralidad de puntos pr6ximos al reborde de la campana de agarre.
8.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7, que comprende adicionalmente un controlador computerizado de funcionamiento instantaneo o en tiempo real para el brazo de robot (124), que incorpora realimentaci6n para colocar el dispositivo asidor (130) en posici6n adyacente a la pieza de trabajo que se va a agarrar.
9.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7, que comprende adicionalmente un adaptador basculante (184), montado entre el brazo de robot (124) y el dispositivo asidor (130) con el fin de permitir la rotaci6n del dispositivo asidor alrededor de un eje predeterminado sin que rote la manguera de vacio.
10.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7, que comprende adicionalmente un sensor para supervisar la fuerza de vacio y para responder si las fuerzas de sustentaci6n caen por debajo de una magnitud predeterminada.
11.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7, que comprende adicionalmente una valvula (138) para controlar la magnitud de la fuerza de vacio dentro de la manguera de vacio.
12.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7, que comprende adicionalmente un sistema 6ptico que comprende:

una fuente de luz (146) para iluminar la pieza de trabajo;

al menos un anillo segmentado de espejos (148) para reflejar la luz procedente de la fuente de luz y para iluminar la pieza de trabajo; y

una camara (144), que tiene una lente de objetivo para grabar informaci6n de imagen predeterminada de la pieza de trabajo.
13.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 12, en el cual los espejos (148) forman un conjunto geometricamente ordenado y estatico de espejos concentricos.
14.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 12, en el cual la luz es reflejada por los espejos (148) para que incida en la pieza de trabajo con un angulo agudo, a fin de evitar reflexiones y maximizar el contraste.
15.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 12, en el cual la fuente de luz (146) ilumina la pieza de trabajo para permitir a la camara (144) tomar una imagen de la pieza de trabajo, despues de lo cual son extraidas de la imagen caracteristicas o rasgos geometricos de la pieza de trabajo y comparadas con un modelo geometrico predefinido que tiene caracteristicas similares y una posici6n de agarre descentrada predeterminada, por lo que el brazo de robot

(124) es orientado generalmente para alinear el dispositivo asidor (130) con respecto a la posici6n descentrada predeterminada.
16.-El aparato de acuerdo con la reivindicaci6n 7 y apto para asir y soltar objetos irregulares, de tal manera que la campana del dispositivo asidor es una campana de agarre unitaria y flexible (180) que incluye la base formada en torno a un primer orificio central (194) y que tiene una circunferencia o contorno de una forma predeterminada rodeada por el labio (190), que se extiende en torno a la circunferencia de la base y se extiende hacia abajo hasta un reborde circunferencial (220), de acuerdo con una curva generalmente con forma de coseno que produce un perfil de deformaci6n predeterminado, de tal manera que la pluralidad de canales (204) estan formados dentro de la campana, siendo el labio lo suficientemente flexible como para que el labio y el reborde sean adaptables para ajustarse a una pieza de trabajo de forma irregular cuando se crea una diferencia de presiones entre la campana y la pieza de trabajo, de tal manera que cada uno de los canales se encuentra separado de los canales adyacentes por una protuberancia (214);

la pluralidad de dedos de canal son dedos de canal de vacio tubulares, flexibles y huecos (200);

el brazo de robot (124) es controlable por un controlador computerizado de funcionamiento instantaneo o en tiempo real, que incorpora realimentaci6n tactil y visual para colocar el dispositivo asidor en posici6n adyacente a la pieza de trabajo que se va a agarrar;

la al menos una manguera de vacio tiene unos primer y segundo extremos, de tal forma que el primer extremo esta en comunicaci6n con los extremos proximales, o mas cercanos, de los dedos a traves de los primer y segundo orificios, estando el segundo extremo conectado a la fuente de vacio (134), por lo que, al aplicarse inicialmente una succi6n, la mayor parte de la fuerza de vacio es aplicada a traves del primer orificio, lo que provoca que las porciones de la pieza de trabajo se desplacen hacia el primer orificio, con lo cual la fuerza de vacio es dirigida a traves de los dedos:

el aparato comprende, adicionalmente, una valvula de flujo accionada electr6nicamente, de alta velocidad y elevado vacio (138), para controlar el grado de succi6n dentro de la manguera de vacio;

un sistema 6ptico para proporcionar informaci6n de la posici6n del brazo de robot, de tal manera que el sistema 6ptico comprende:

una pluralidad de diodos electroluminiscentes para iluminar la pieza de trabajo;

una pluralidad de anillos segmentados de espejos (148) que reflejan la luz procedente de los diodos electroluminiscentes con el fin de proporcionar una iluminaci6n homogenea de la pieza de trabajo;

una camara (144) que tiene una lente de objetivo para grabar informaci6n de imagen predeterminada de la pieza de trabajo;

memoria para almacenar las imagenes captadas por la camara;

de tal modo que los diodos electroluminiscentes iluminan la pieza de trabajo por medio de los espejos con el fin de permitir que la camara tome una imagen de la pieza de trabajo, tras lo cual se extraen de la imagen rasgos o caracteristicas geometricas de la pieza de trabajo irregular, y se comparan con un modelo geometrico predefinido que tiene caracteristicas similares y una posici6n de agarre descentrada predeterminada, por lo que el brazo de robot se orienta generalmente para alinear el dispositivo asidor con respecto a la posici6n descentrada predeterminada; y un sensor para indicar al controlador que se ha conseguido una fuerza de sustentaci6n segura por medio de la fuerza de succi6n y, ademas, para supervisar la fuerza de sustentaci6n y para responder si la fuerza de sustentaci6n cae por debajo de una magnitud predeterminada.