ES2555474T3

ES2555474T3 - Un manipulador neumático equilibrado

Info

Publication number: ES2555474T3
Application number: ES13730351.7T
Authority: ES
Inventors: Giovanni Lorengo
Original assignee: DALMEC SpA
Current assignee: Dalmec SpA
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2016-01-04
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: HRP20151314T1; HUE027143T2; BR112014005281B1; JP2015515933A; PL2750839T3; CA2846570C; WO2013168130A1; RU2625356C2; HK1198473A1; CN103826808B; JP6302461B2; PT2750839E; SMT201500313B; ITTO20120425A1; CN103826808A; MX341776B; DK2750839T3; US20140251057A1; BR112014005281A2; MX2014002548A

Abstract

Un manipulador neumático equilibrado, que incluye: - un dispositivo de soporte (11) que incluye un grupo (13) giratorio alrededor de un eje vertical (z); - un mecanismo de paralelogramo articulado (21) que incluye un brazo oscilante (24) montado a pivote en el grupo (13) para girar alrededor de un eje de oscilación horizontal (x); - al menos un accionador lineal neumático (22), que actúa entre el grupo giratorio (13) y el mecanismo de paralelogramo articulado (21), para hacer que el brazo (24) gire alrededor del eje de oscilación (x); caracterizado porque el manipulador además comprende: - una corredera (23) conectada al accionador (22) y montada de manera deslizable en el grupo giratorio (13) por medio de primeros medios de guía rectilíneos (30) extendidos en una primera dirección dada (c); - segundos medios de guía rectilíneos (31), integrales con la corredera (23) y que se extienden en una segunda dirección perpendicular a la primera dirección; - un elemento de aplicación (32, 33), montado en el brazo oscilante (24), aplicándose el elemento (32, 33) a los segundos medios de guía (31).

Description

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DESCRIPCION

Un manipulador neumatico equilibrado

La presente invencion se refiere a un manipulador neumatico equilibrado.

Los manipuladores de este tipo se utilizan ampliamente en la industria manufacturera para soportar y mover, en una condicion equilibrada, diversas herramientas y dispositivos, incluyendo tipicamente los dispositivos de agarre, las maquinas soldadoras, los destornilladores y otros, los cuales requieren un esfuerzo manual minimo por parte del usuario.

A lo largo de los anos, el progreso tecnologico ha dado como resultado una mejora continua en la sensibilidad de estos tipos de manipuladores, los cuales han estado sujetos a problemas de equilibrado no constante al hacer frente a demandas cada vez mayores en terminos de las cargas que se manejan.

Para ayudar a entender la tecnica anterior y sus problemas inherentes, se describira primero un manipulador neumatico equilibrado del tipo convencional, con referencia a las figuras 1 a 3. Un manipulador neumatico equilibrado l0 comprende un dispositivo de soporte que incluye un grupo 13 giratorio sobre un eje vertical z y un mecanismo de paralelogramo articulado 21, que incluye un brazo oscilante 24 montado a pivote sobre el grupo giratorio 13 alrededor de un eje horizontal de oscilacion. La accion de equilibrado la proporciona un accionador lineal neumatico 22 que incluye un cilindro 22a montado a pivote en el grupo giratorio 13 y una varilla 22b montada a pivote en el brazo oscilante 24. Un brazo horizontal giratorio 36, que soporta una herramienta, tal como un destornillador, una maquina soldadora, un dispositivo de agarre u otra herramienta, se monta en el mecanismo de paralelogramo articulado.

La configuracion anteriormente mencionada presenta la desventaja de que las diferentes inclinaciones adoptadas por el accionador en sus diferentes posiciones de operacion ocasionan la transmision de fuerzas que tienen una componente horizontal que aumenta con la desviacion a de la linea de accion del accionador con respecto al eje vertical. Desviaciones angulares muy pequenas, del orden de unos pocos grados sexagesimales, tienen repercusiones negativas en el equilibrado y requieren un esfuerzo manual para el movimiento que aumenta con el grado de la desviacion angular del accionador desde la vertical. El esfuerzo manual requerido aumenta de este modo desde un valor optimo del orden de 20-30 N a 100-150 N o mas, cuando la desviacion angular desde la vertical es maxima. Bajo estas condiciones, la carga soportada se vuelve inestable y fatigosa de manejar, con efectos adversos en la seguridad y precision del movimiento.

Un ejemplo de manipulador neumatico equilibrado de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 se divulga en el documento patente CN 101234486 B.

El objeto de la presente invencion es proporcionar un manipulador neumatico equilibrado que pueda superar los problemas mencionados con anterioridad. En particular, es deseable proporcionar un manipulador que requiera un esfuerzo manual minimo constante, independientemente de la extension del accionador neumatico.

Este y otros objetos y ventajas, que quedaran mas claras mas adelante, se logran de acuerdo con la invencion mediante un manipulador neumatico equilibrado que tiene las caracteristicas definidas en la reivindicacion 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas.

Caracteristicas y ventajas de la invencion quedaran claras a partir de la siguiente descripcion detallada que se proporciona solamente a modo de ejemplo no limitativo con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1 es una vista en perspectiva de un manipulador equilibrado de un tipo conocido;

las figuras 2 y 3 son vistas esquematicas parciales que ilustran las diferentes posiciones angulares adoptadas por un accionador neumatico en un equilibrador del tipo conocido en la figura 1;

la figura 4 es una vista parcial en perspectiva de un manipulador neumatico equilibrado de acuerdo con una realizacion de la presente invencion;

la figura 5 es una vista ampliada de un detalle del manipulador de la figura 4;

las figuras 6 y 7 son vistas esquematicas parciales que ilustran dos diferentes posiciones adoptadas por un accionador neumatico en el equilibrador de la figura 4; y

las figuras 8 y 9 son vistas esquematicas parciales que ilustran dos diferentes posiciones adoptadas por un accionador neumatico montado de acuerdo con una realizacion adicional de la invencion.

Con referencia a la figura 4, un manipulador indicado en su conjunto mediante el numero 10 comprende un

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dispositivo de soporte 11 en el cual se monta un dispositivo de equilibrado 20. El dispositivo de soporte 11 define un eje geometrico vertical z y comprende, en este ejemplo, una columna vertical inferior fija 12 y un grupo superior 13 que puede hacerse girar alrededor del eje vertical z. La columna inferior 12 puede estar integrada a la base (no se muestra) la cual se puede fijar a un piso o a una superficie de soporte movible (no se muestra). En otras aplicaciones, el dispositivo de soporte puede formar parte de una estructura suspendida, por ejemplo una estructura suspendida desde un carro que puede discurrir a lo largo de pistas. En estas otras aplicaciones, el grupo giratorio 13 se coloca por debajo de una parte superior no giratoria. En el siguiente texto, terminos y expresiones que indican posiciones y orientaciones tales como “superior” e “inferior” se deben interpretar con referencia al ejemplo ilustrado, pero no deben considerarse limitativos.

En la realizacion mostrada en la figura 4, el grupo giratorio 13 tiene un par de montantes verticales 15 (de los cuales solamente uno es visible), los cuales son paralelos y se encuentran espaciados equitativamente alrededor del eje vertical z.

El dispositivo de equilibrado 20 se monta en el grupo giratorio 13 y comprende un mecanismo de paralelogramo articulado 21, un accionador lineal neumatico 22 y una corredera 23 montada de manera deslizable en el grupo giratorio 13 del dispositivo de soporte.

En la parte superior de los montantes 15, un brazo oscilante superior 24 que forma parte del mecanismo de paralelogramo articulado 21 esta montado a pivote alrededor de un eje horizontal de oscilacion x (indicado tambien en las figuras 6 y 7). El accionador neumatico actua entre un eje de conexion inferior a, integrado al grupo giratorio 13, y un eje de conexion superior b definido por la corredera 23. De preferencia, el accionador 22 es un accionador neumatico de simple efecto con un cilindro 22a, en una posicion inferior en este ejemplo, y una varilla extensible superior 22b. De manera mas particular, en la realizacion ilustrada, el cilindro del accionador esta conectado al eje de conexion inferior, mientras que la varilla 22b esta conectada al eje de conexion superior b. La letra c indica (figuras 6 y 7) la linea de accion del accionador, la cual en este ejemplo es sustancialmente vertical y paralela al eje z. En las figuras 4 y 5, el numero 29 indica un husillo sujeto a la cabeza de la varilla 22b y montado a pivote en la corredera 23 alrededor del eje horizontal b.

En el extremo opuesto del brazo oscilante 24 y del paralelogramo articulado 21 esta montado, de una manera conocida, un husillo vertical 25 alrededor del cual puede girar un brazo horizontal 36.

Este brazo puede servir para soportar diversos dispositivos, tales como herramientas de agarre, destornilladores, maquinas soldadoras y otros.

El mecanismo de paralelogramo articulado 21 comprende, ademas del brazo oscilante superior 24, un segundo brazo oscilante inferior o palanca 26, la cual es paralela al brazo superior 24 y tiene sus extremos (no se muestra) abisagrados en los montantes 15. Dos placas de conexion verticales 27a, 27b, las cuales son paralelas entre si, estan abisagradas en el extremo de reaccion del mecanismo en el que esta montado el husillo vertical. Dos bielas intermedias adicionales 28a, 28b estan abisagradas en los brazos oscilantes superior e inferior, de una manera conocida. El mecanismo de paralelogramo no difiere, de manera apreciable, del tipo conocido y, por lo tanto, no se describira con mayor detalle en el presente documento.

Como se ha explicado anteriormente, el accionador lineal 22 actua entre el grupo giratorio 13 y el mecanismo de paralelogramo 21, para hacer que el brazo 24 gire alrededor del eje horizontal de oscilacion x, con el proposito de subir y bajar, en movimientos rotatorios de traslacion, el husillo vertical 25 soportado en el extremo del mecanismo de paralelogramo opuesto al extremo cerca del cual se monta el accionador 22. El accionador 22 no actua directamente en el brazo 24, sino que actua mediante la corredera 23.

La corredera 23 se desliza a lo largo de una primera guia lineal, la cual se indica esquematicamente con el 30 en las figuras 6 y 7, y la cual es integral con el grupo giratorio 13 y paralela a la linea de accion c del accionador 22. Para mejorar el equilibrio y la distribucion de la carga, la primera guia 30 incluye, de preferencia, un par de guias lineales paralelas (o guias de “soporte”), las cuales se extienden en paralelo hacia la linea de accion c del accionador.

La corredera 23 tiene una segunda guia lineal 31, compuesta, de preferencia, por un segundo par de guias rectilineas paralelas 31a, 31b, las cuales estan orientadas perpendicularmente hacia la primera guia de soporte o par de guias de soporte 30. Un elemento movil 32 montado en el extremo del brazo oscilante superior 24 mas cercano al accionador 22 se aplica a lo largo del segundo par de guias 31 a, 31 b. De preferencia, las segundas guias 31a, 31b de la corredera adoptan la forma de un par de ranuras paralelas y el elemento movil 32 comprende un rodillo cilindrico 33 que se monta de una manera que discurre libremente alrededor del eje horizontal (mostrado por lineas punteadas e indicado por el numero 35 en la figura 7) fijado en la posicion 34, en el extremo del brazo oscilante superior 24. En esta realizacion, el rodillo cilindrico 33 se monta por medio de un par de cojinetes de agujas (no se muestran en detalle) separados entre si a lo largo del eje horizontal 37, compuesto cada uno por un respectivo anillo fijo exterior, sujeto al brazo 24, y un respectivo anillo giratorio interior inmovilizado en uno de los dos extremos opuestos del rodillo 33.

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El rodillo cilfndrico 33 de preferencia se aloja con una holgura vertical minima predeterminada en la segunda guia 31 (o en las segundas guias paralelas 31a y 31b). Una holgura del orden de unas pocas decenas de millimetres permite que el rodillo cilfndrico ruede a lo largo de las segundas guias 31a y 31b, cuando el accionador 22 se extiende o se retrae en su movimiento entre las posiciones alternativas mostradas esquematicamente en las figuras 6 y 7. El contacto de rodadura entre el elemento movil 32 y las segundas guias 31a y 31b minimiza la friccion entre la corredera y el accionador.

En una realizacion alternativa (no se muestra), el elemento movil de aplicacion 32 puede comprender un bloque que se aplica de una manera deslizante, en lugar de una manera rodante, en la segunda guia o guias 31 proporcionadas en la corredera 23. Para este proposito, la guia (o guias) 31 puede adoptar una forma diferente a la de una o dos ranuras, dependiendo de la forma del bloque (o bloques). La eleccion de la forma ranurada es ventajosa en cuanto que proporciona un intercambio optimo de fuerzas entre la corredera 23 y el brazo 24, y produce un acoplamiento fiable entre estos dos miembros, haciendo uso de la resistencia estructural proporcionada por dos aberturas formadas en el brazo 24.

Como se muestra esquematicamente en la figura 7, el extremo del brazo oscilante 24 puede ser doble, proporcionando dos formaciones de placa vertical paralelas 24a, 24b, por lo que es posible obtener un montaje eficaz del elemento movil de aplicacion 32. La corredera 23, en la realizacion ilustrada en la figura 7, incluye tambien un par de placas de metal paralelas 23a y 23b, separadas en una direccion horizontal, en cada una de las cuales se forma una de las dos segundas guias para el rodillo cilfndrico 33 (o para el bloque deslizable). De acuerdo con una realizacion, que optimiza el espacio disponible y las conexiones entre el accionador y el grupo superior, cada una de las placas de la corredera es substancialmente en forma de L, acoplandose una porcion recta o mas larga de esta forma en L a la primera guia lineal 30, mientras que una porcion mas corta de la forma en L tiene la ranura o la segunda guia 31. Para la produccion de la primera guia lineal 30, es particularmente preferible el uso de una corredera de bola de recirculacion.

Las figuras 6 y 7 muestran esquematicamente dos posiciones alternativas opuestas adoptadas por el manipulador. La extension del accionador da como resultado un movimiento desde la posicion de la figura 6 hasta la de la figura 7, ocasionando el movimiento de la corredera 23 a lo largo de la primera guia 30 y el movimiento simultaneo del elemento movil de aplicacion 32 a lo largo de la segunda guia 31 de la corredera.

Debido a la corredera, interpuesta entre el accionador y el brazo oscilante, y la perpendicularidad mutua de las guias 30 y 31, el accionador transmite una fuerza exclusivamente vertical, en otras palabras, una fuerza sin componentes horizontales, al mecanismo de paralelogramo. Esto garantiza el equilibrado constante del manipulador en todos los rangos de excursion del accionador, lo cual requiere que el operario utilice un esfuerzo manual minimo constante durante la operacion, favoreciendo de ese modo el uso correcto de la herramienta combinada con el manipulador. Adicionalmente, el manipulador tiene un comportamiento particularmente estable, lo que posibilita que el operario quite temporalmente ambas manos del manipulador, el cual permanece fijo en la posicion que ha alcanzado, lo cual es ventajoso en terminos de seguridad y facilidad de uso.

Se debe entender que la invencion no se limita a las realizaciones descritas e ilustradas en el presente documento, las cuales deben considerarse como ejemplos de realizacion del manipulador; de hecho, la invencion se puede modificar con respecto a la forma y las disposiciones de las partes y los detalles de su construccion y funcionamiento. Por ejemplo, como se muestra en las figuras 8 y 9, en otra realizacion del manipulador, la linea de accion c del accionador 22 se puede inclinar con respecto a la vertical, por ejemplo en un angulo de 45°. Por consiguiente, la primera guia 30 se inclina paralelamente a la linea c, y la segunda guia 31 es perpendicular a esta ultima. Adicionalmente, el manipulador puede estar provisto de dos accionadores neumaticos en lugar de un solo accionador. Por ejemplo, se pueden montar dos accionadores lineales neumaticos, paralelos entre si, uno junto al otro, con los respectivos cilindros montados en el grupo giratorio 13 a lo largo del eje a y las respectivas varillas integrales con el husillo 29 o con extensiones de este ultimo en los dos lados opuestos del brazo oscilante 24.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un manipulador neumatico equilibrado, que incluye:

- un dispositivo de soporte (11) que incluye un grupo (13) giratorio alrededor de un eje vertical (z);

- un mecanismo de paralelogramo articulado (21) que incluye un brazo oscilante (24) montado a pivote en el grupo (13) para girar alrededor de un eje de oscilacion horizontal (x);

- al menos un accionador lineal neumatico (22), que actua entre el grupo giratorio (13) y el mecanismo de paralelogramo articulado (21), para hacer que el brazo (24) gire alrededor del eje de oscilacion (x);

caracterizado porque el manipulador ademas comprende:

- una corredera (23) conectada al accionador (22) y montada de manera deslizable en el grupo giratorio (13) por medio de primeros medios de guia rectilineos (30) extendidos en una primera direccion dada (c);

- segundos medios de guia rectilineos (31), integrales con la corredera (23) y que se extienden en una segunda direccion perpendicular a la primera direccion;

- un elemento de aplicacion (32, 33), montado en el brazo oscilante (24), aplicandose el elemento (32, 33) a los segundos medios de guia (31).
2. Un manipulador de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el elemento de aplicacion (32, 33) comprende un medio de rodillo (33) que esta montado de forma giratoria alrededor de un eje (35) integral con el brazo oscilante (24) y que rueda a lo largo de los segundos medios de guia rectilineos (31) de la corredera (23).
3. Un manipulador de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque los segundos medios de guia (31) comprenden al menos una ranura (31a, 31b).
4. Un manipulador de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque los segundos medios de guia comprenden un par de ranuras paralelas (31 a, 31 b) separadas entre si en una direccion perpendicular a la segunda direccion.
5. Un manipulador de acuerdo con las reivindicaciones 2 y 4, caracterizado porque el medio de rodillo comprende un rodillo cilindrico (33) que rueda en ambas ranuras (31a, 31b).
6. Un manipulador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los primeros medios de guia se extienden en una direccion vertical y los segundos medios de guia se extienden en una direccion horizontal.
7. Un manipulador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la corredera (23) comprende al menos un elemento rigido en forma de L, con una seccion mas larga acoplada a los primeros medios de guia (30) y una seccion mas corta la cual es perpendicular a la seccion mas larga y proporciona los segundos medios de guia (31).