ES2634559T3

ES2634559T3 - Dispositivo de automatización industrial

Info

Publication number: ES2634559T3
Application number: ES12191313.1T
Authority: ES
Inventors: Francesco Becchi; Mario Scarrone
Original assignee: Telerobot SpA
Current assignee: Telerobot SpA
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: PL2727682T3; IN2015DN03846A; US20150300465A1; EP2727682B1; EP2727682A1; MX2015005639A; RU2015117395A; CN104918747A; BR112015010143A2; WO2014068539A1; HUE033857T2

Abstract

Dispositivo de automatización industrial (1) que comprende una pluralidad de grupos de manipulación (20) aptos para manipular un objeto, en una dirección de manipulación (20a); una estructura de soporte (30) apta para soportar y manipular dichos grupos de manipulación (20); donde cada uno de dichos grupos de manipulación (20) comprende al menos un elemento de movimiento (21) apto para manipular dicho objeto; medios de manipulación y traslación de dicho elemento de movimiento (21) aptos para permitir el control independiente de su rotación y su traslación en cuanto a posición, velocidad y aceleración caracterizado por que dicho, al menos un, elemento de movimiento (21) comprende dos roscas opuestas entre sí (21 c), y en el que cada uno de dichos grupos de manipulación (20) comprende también al menos dos cuerpos de engrane (22a), cada uno de ellos apto para engranar con una de dichas roscas (21 c); y al menos un motor (22b) apto para hacer rotar dichos cuerpos de engrane (22a); siendo capaz dicho al menos un motor (22b) de variar recíprocamente al menos el sentido de rotación de dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) definiendo para dicho al menos un elemento de movimiento (21), una rotación sustancialmente alrededor de dicha dirección de manipulación (20a) cuando dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tienen los mismos sentidos de rotación y una traslación sustancialmente a lo largo de dicha dirección de manipulación (20a) cuando dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tienen sentidos de rotación opuestos; por que dicho al menos un motor (22b) es capaz de variar recíprocamente el módulo de las velocidades de rotación de los mencionados al menos dos cuerpos de engrane (22a) definiendo una traslación rotatoria de dicho al menos un elemento de movimiento (21) con respecto a dicha dirección de manipulación (20a), cuando dicha velocidad de rotación de dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tiene un módulo diferente; por que cada uno de dichos grupos de manipulación (20) comprende dos de dichos cuerpos de engrane (22a) y dos de dichos motores (22b), estando cada uno de ellos asociado a uno de dichos cuerpos de engrane (22a); y por que dicho al menos un motor (22b) es del tipo sin escobillas y por que dicho al menos un elemento de movimiento (21) posee una cavidad interna (21 a) apta para permitir la extracción de dicho objeto según una fase de depresión.

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo de automatizacion industrial Objeto de la invencion

El objeto de la presente invencion es un dispositivo de automatizacion industrial del tipo especificado en el preambulo de la primera reivindicacion. El estado de la tecnica previo mas cercano, WO-A-2011/137882, presenta un dispositivo de automatizacion de este tipo. Concretamente, la invencion se refiere a un dispositivo capaz de dar soporte o de sustituir a un operador, realizando una serie de operaciones predefinidas en un proceso industrial de produccion y/o de montaje.

Concretamente, la invencion se refiere a un manipulador, es decir, a un dispositivo adecuado para manipular, montar o mover objetos. Mas concretamente, esta equipado con una pluralidad de dispositivos de manipulacion llamados husillos, que son mutuamente independientes y cada uno de ellos es apto para realizar la misma secuencia de operaciones que representan el rango funcional de la maquina o un subconjunto de dichas operaciones

Antecedentes de la invencion

En las solicitudes de patente DE-A-102007057857; WO-A-2005/007556; GB-A-2129409A; EP-A-1338372; US-A- 2010218647; US-A-2002148299; DE-A-10354395; DE-A-4113629; CH-A-586583; JP-A-5332416; US-A-5647245; EP-A-0292056 y DE-A-3938353 se describen dispositivos similares. Los cuatro ultimos documentos presentan accionamientos de husillo para movimientos de rotacion y lineales selectivos, donde el husillo posee roscas opuestas. En el campo de la produccion industrial es sabido que se identifican dos tipos de plantas automatizadas: las plantas de elevada flexibilidad en las que un manipulador o una serie de manipuladores llevan a cabo, mediante diversas ayudas, una secuencia de montaje programable, y las plantas de gran produccion en las que un sistema de manipulacion que funciona principalmente con actuadores mecanicos, hidraulicos o neumaticos, realiza una secuencia dada de operaciones preestablecidas, a traves de una serie de configuraciones ngidas de la maquina mediante levas mecanicas.

Un tipo concreto de plantas de esta segunda categona consiste en maquinas de montaje dclicas con husillos multiples. En este tipo de maquinas, una pluralidad de dispositivos, llamados simplemente husillos, realizan una serie de operaciones con una pluralidad de husillos y estos realizan secuencialmente la misma tarea sobre las piezas producidas, con la consiguiente ventaja de que pueden obtenerse capacidades de produccion muy elevadas. La configuracion preferente de este tipo de plantas es la llamada configuracion en carrusel, en la que los husillos giran alrededor de un eje principal. De estas configuraciones basicas pueden derivarse otras composiciones en las que la maquina es una composicion de carruseles o maquinas en las que la composicion de los husillos es diferente, por ejemplo, a lo largo de una cadena de transmision mecanica, consistiendo la principal ventaja de esta ultima version en la posibilidad de conseguir mas libertad para explotar la disposicion de la maquina.

Haciendo referencia de nuevo a las maquinas que poseen una elevada capacidad de trabajo con multiples husillos, se han encontrado las siguientes limitaciones importantes.

La primera limitacion en relacion a estas maquinas es la escasa o nula posibilidad de reconfiguracion de los programas.

Otro inconveniente importante de los dispositivos de automatizacion industrial es el que presenta su elevada complejidad constructiva: las altas velocidades y la gran precision necesarias en el montaje cuando las capacidades de produccion son elevadas exigen una solucion mecanica muy fuerte y precisa con unos ajustes delicados y modificables que puedan conseguirse simplemente actuando directamente sobre los distintos ajustes y calibrados.

Por ultimo, es ampliamente conocido que este tipo de dispositivos permiten el posible calibrado de la secuencia de la maquina durante la fase de calibrado, pero que dichas calibraciones generalmente son fijas hasta la siguiente operacion de calibrado y en todo caso, no pueden ser reguladas de forma continua, con la maquina en funcionamiento.

Partiendo de esta situacion, la mision tecnica de la presente invencion es disenar un dispositivo de automatizacion industrial capaz de solventar sustancialmente los inconvenientes citados.

Dentro de esta mision tecnica, un importante objetivo de la invencion es disenar un dispositivo de automatizacion industrial de gran flexibilidad.

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Otro objetivo importante de la invencion es proporcionar un dispositivo caracterizado por una elevada fiabilidad.

Otro objetivo importante es obtener un dispositivo facilmente ajustable de modo que pueda adaptarse rapidamente a cualquier condicion de trabajo.

La mision tecnica y los objetivos principales especificados se consiguen mediante un dispositivo de automatizacion industrial tal como el reivindicado en la reivindicacion 1 adjunta.

En las reivindicaciones secundarias se senalan las realizaciones preferentes.

Las caractensticas y ventajas de la invencion se explican a continuacion a traves de la descripcion detallada de una realizacion preferente de la invencion, con referencias a los dibujos que la acompanan, en la que:

La Fig. 1 muestra un dispositivo de automatizacion industrial;

La Fig. 2 resalta un detalle del dispositivo de automatizacion industrial segun la invencion.

Con referencia a las figuras citadas, el dispositivo de automatizacion industrial segun la invencion se indica de forma global con el numero 1. Es apto para dar soporte o para sustituir a un operador en un proceso de produccion industrial realizando operaciones predefinidas como por ejemplo, agarrar, manipular y montar. El dispositivo de automatizacion industrial 1 puede ser identificado preferiblemente como un manipulador, adecuado para manipular al mismo tiempo y de forma redprocamente independiente una pluralidad de objetos, para permitir el montaje de los mismos en un grupo base.

En particular, el dispositivo de automatizacion industrial 1 es un manipulador de objetos consistentes en tapones de botella complejos, mas concretamente tapones especiales como los destinados a grupos base cuyo material de fabricacion es el carton, como pueden ser los cartones y similares para licores, que precisan de trabajos especiales.

El dispositivo de automatizacion industrial 1 comprende principalmente uno o mas grupos de manipulacion 20, cada uno de los cuales es apto para manipular el objeto a montar; y una estructura de soporte 30 apta para soportar los grupos de manipulacion 20 y los grupos base sobre los que pueden colocarse los objetos, por ejemplo una brida con un tapon con respecto a la botella o al carton.

La estructura de soporte 30 comprende un soporte central 31, preferiblemente de forma cilmdrica, apto para soportar una pluralidad de grupos de manipulacion 20; una estacion de trabajo 32 apta para manipular los grupos base a lo largo de una lmea de produccion 32a con movimiento integral; y una estacion de carga, no ilustrada en la figura, apta para almacenar dichos objetos, permitiendo su extraccion por los grupos de manipulacion 20.

Ademas, la estructura de soporte 30 posee una unidad deslizante 33 integrada en los grupos de manipulacion 20 y movil con respecto al soporte central 31, de tal modo que desplaza los grupos de manipulacion 20 a lo largo preferiblemente de un trayecto cerrado 33a, coincidente, al menos en parte, con dicha lmea de produccion 32a. Preferiblemente, el camino cerrado 33a es sustancialmente circular y la velocidad de manipulacion de los grupos 20 y por tanto, de los objetos a manipular, es sustancialmente igual a la de los grupos base, definida por la estacion de trabajo 32.

Con referencia a la unidad 33, el dispositivo de automatizacion industrial 1 tiene al menos un grupo de manipulacion 20 apto para mover un objeto, definiendo una direccion de manipulacion 20a preferiblemente sustancialmente transversal, y mas preferiblemente sustancialmente perpendicular al plano de deposito de la lmea de produccion 32a y aun mas preferiblemente, sustancialmente paralela al gradiente de gravedad.

En particular, el dispositivo de automatizacion industrial 1 ventajosamente posee una pluralidad de grupos 20, que definen direcciones de manipulacion 20a, preferiblemente y sustancialmente paralelas entre sf.

Cada grupo de manipulacion 20 comprende al menos un elemento de movimiento 21 apto para agarrar y manipular un objeto y medios de manipulacion y traslacion aptos para manipular y trasladar al menos un elemento de movimiento 21, apto, en particular, para permitir el control de la rotacion y la traslacion en terminos de posicion, velocidad y aceleracion.

En una realizacion preferente de un ejemplo ilustrado en la Fig. 2, el grupo de manipulacion 20 comprende uno o mas elementos de movimiento 21; un aparato de manipulacion 22, apto para manipular los elementos de movimiento 21; un bastidor 23 apto para ser unido a la unidad deslizante 33 y para definir un alojamiento para los

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medios 22 y para al menos una parte del elemento 21; y casquillos 24 u otros elementos similares, aptos para permitir que el elemento de movimiento 21 se traslade y/o se deslice con respecto al bastidor 23.

Cada elemento de movimiento 21 puede identificarse como un perfil u otro elemento similar que define una direccion de desarrollo sustancialmente lineal y preferiblemente sustancialmente paralela a la direccion de deslizamiento 20a.

Ademas, posee una cavidad interna 21a, preferiblemente un orificio pasante, provisto en su extremo inferior, es decir, proximo a la estacion 31, de un asiento 21b, conformado para alojar al menos una parte del tapon o del objeto a manipular.

La cavidad interna 21a esta conectada por un paso para fluidos con una bomba u otro dispositivo similar apto para cambiar la presion en el asiento 21 b y preferiblemente alojado en el bastidor 23. Mas particularmente, la bomba es apta para definir una operacion de extraccion/transporte en la que la cavidad interna 21 a y el asiento 21 b se mantienen en un nivel de depresion que hace que el tapon quede unido al asiento 21 b, y una accion de liberacion en la que la presion de la cavidad interna 21 a y en el asiento 21 b es superior, permitiendo la salida del tapon del asiento 21 b, sustancialmente debido a su peso.

Alternativamente o ademas de la cavidad interna 21 a, el elemento 21 puede tener medios de agarre, no ilustrados en sus dimensiones, por ejemplo una pinza, un husillo u otro medio de agarre, aptos para realizar el agarre mecanico de al menos un objeto.

Preferiblemente, un organo de este tipo es apto para llevar a cabo una operacion de agarre segun una posicion del objeto en relacion con dichos medios, predeterminada, es decir, situando el objeto agarrado en una posicion determinada.

Los medios de manipulacion 22, tal como se describira mas adelante, definen, para el elemento de movimiento 21 una rotacion, sustancialmente alrededor de su direccion de manipulacion 20a y una traslacion sustancialmente paralela a la direccion 20a.

Por lo tanto, comprenden uno o mas cuerpos de engrane 22a aptos para engranar con las roscas 21c convenientemente realizadas a lo largo de la superficie lateral externa 21 y al menos un motor 22b apto para hacer rotar los cuerpos de engrane 22a alrededor de su direccion 20a variando, de una forma redprocamente independiente, al menos con el sentido de rotacion.

Los cuerpos de engrane 22a pueden ser identificados como tuercas, y preferiblemente tuercas con un sistema de recirculacion de bolas, es decir, con bolas interpuestas entre la rosca 21 c del elemento de movimiento 21 y la rosca de los cuerpos de engrane 22a.

El motor 22b puede controlar un modo de actuacion en la misma direccion de los cuerpos de engrane 22a, definiendo una rotacion de cada elemento de movimiento 21 sustancialmente en la direccion de manipulacion 20a. Alternativamente, podna controlar rotaciones opuestas entre sf de los cuerpos 22a, imponiendo la traslacion del elemento 21 sustancialmente a lo largo de la direccion de manipulacion 20a y causando la rotacion del elemento de movimiento 21.

Preferiblemente, los cuerpos de engrane 22a son aptos para rotar, aparte de variar su sentido de rotacion, con un modulo de velocidad sustancialmente diferente, de modo que el elemento de movimiento 21 puede realizar una traslacion rotatoria con respecto a la direccion de manipulacion 20a con una velocidad de rotacion y traslacion variable con respecto a los cuerpos 22a.

Para permitir esta manipulacion independiente de los cuerpos de engrane 22a, cada uno de los medios de manipulacion 22 tiene dos motores 22b, cada uno de ellos asociado a uno de los cuerpos de engrane 22a.

Alternativamente, los medios de manipulacion 22 poseen un unico motor 22b, provisto de un engranaje u otro elemento cinematico similar, apto para modificar la relacion de transmision entre el motor 22b y cada cuerpo 22a, en particular la parte de retroceso, y mas particularmente, el modulo de la velocidad de rotacion de los cuerpos 22a.

Los motores 22b son preferiblemente electricos y mas preferiblemente motores sin escobillas.

El funcionamiento de un dispositivo de automatizacion industrial, cuya parte estructural acabamos de describir, es el siguiente.

Primeramente, la estacion de trabajo 32 y la unidad de deslizamiento 33 respectivamente, mueven los grupos

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base a lo largo de la lmea de produccion 32a y los conjuntos de manipulacion 20 a lo largo del trayecto cerrado 33a. En detalle, dichos movimientos son continuos, es dedr, sin interrupcion, y preferiblemente con velocidades de avance sustancialmente conjuntas.

Durante dicho movimiento, la unidad 33 situa un grupo de manipulacion 20 en la estacion de carga, permitiendo la extraccion de un objeto por dicho grupo de manipulacion 20 y la realizacion del trabajo necesario. Dicha extraccion tiene lugar mediante la cavidad interna 21 a, que se mantiene en una condicion de depresion para volver y fijar el tapon en el asiento.

Concretamente, si los motores 22b hacen rotar los cuerpos de engrane 22a con una velocidad de rotacion que tiene el mismo modulo y direcciones opuestas, el elemento de movimiento 21 se traslada a lo largo de la direccion de manipulacion 20a. Mas concretamente, los cuerpos 22a, al rotar con respecto al elemento de movimiento 21, generan en este ultimo cuatro fuerzas distintas: dos fuerzas tangenciales con respecto al elemento 21 que son sustancialmente opuestas entre sf, de modo que se anulan la una a la otra; y dos fuerzas axiales, es decir en la practica paralelas a la direccion 20a, de modo que trasladan el elemento de movimiento 21 a lo largo de la direccion de manipulacion 20a.

Por el contrario, si los motores 22b hacen rotar los cuerpos de engrane 22a con velocidad y direcciones sustancialmente iguales, el elemento de movimiento 21 rota con respecto a la direccion de manipulacion 20a. Concretamente, los cuerpos de engrane 22a, al tener una velocidad sustancialmente con la misma direccion y el mismo modulo, ejercen sobre el elemento de movimiento 21 cuatro fuerzas: dos fuerzas tangenciales, sustancialmente iguales entre sf de modo que ejercen sobre el elemento de movimiento 21 un cambio, y por lo tanto una rotacion sustancialmente a lo largo de la direccion de manipulacion 20a; y dos fuerzas axiales sustancialmente opuestas entre sf y que, por lo tanto, se anulan la una a la otra.

Ademas, y como alternativa, si se necesita una traslacion rotatoria del elemento de movimiento 21 con respecto a la direccion de manipulacion 20a, los motores 22b hacen rotar los cuerpos de engrane 22a con velocidades sustancialmente diferentes. Detalladamente, en este caso los cuerpos de engrane 22a ejercen sobre el elemento 21 dos fuerzas tangenciales y dos fuerzas axiales que determinan respectivamente un cambio/rotacion con respecto a la direccion de manipulacion 20a, y al mismo tiempo, la traslacion a lo largo de la direccion 20a.

La invencion permite importantes ventajas.

Una primera ventaja importante del dispositivo de automatizacion industrial 1 es su gran simplicidad de construccion.

De hecho, a pesar de la presencia de un elevado numero de grupos de manipulacion 20, el dispositivo de automatizacion industrial se caracteriza por tener un numero reducido de componentes gracias al nuevo elemento cinematico de los grupos 20.

Otra ventaja la presenta, por lo tanto, su elevada fiabilidad y ello, por el reducido numero de operaciones de mantenimiento o avenas del dispositivo 1.

Otra ventaja es la que suponen los reducidos tiempos y costes de produccion que pueden obtenerse gracias al dispositivo de automatizacion industrial 1.

Dichas ventajas se acentuan todavfa mas por el uso de cuerpos de engrane 22a con un sistema de recirculacion de bolas que garantizan una alta precision y una vida de funcionamiento larga.

Una ventaja importante la representa tambien el hecho de que, gracias al elemento cinematico particular reconocido por cada organo de manipulacion 20, el dispositivo 1 puede ser facilmente ajustado y por ello, es capaz de adaptar su propio funcionamiento a las necesidades del conjunto.

En particular, variando la velocidad y la aceleracion de los cuerpos de engrane 22a, es posible, no solo modificar el movimiento del elemento de movimiento 21 como antes, sino tambien modificar la fuerza del modo de montaje y de esa manera realizar el montaje de componentes especialmente delicados y fragiles y permitir la conexion con otros montajes que precisen de la aplicacion de fuerzas elevadas.

Esta ventaja es especialmente importante en los manipuladores y sobre todo en los manipuladores con tapones de botella, mas concretamente, tapones especiales como los destinados a embalajes en carton tales como los cartones o similares para licores, que precisan un trabajo especial y combinan distintas intensidades de fuerza dentro de la misma operacion.

De hecho, mediante un ajuste adecuado de la velocidad de rotacion de los cuerpos 22a es posible regular la

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carrera y la fuerza aplicados por el grupo de manipulacion 20 y por lo tanto, adaptar el funcionamiento del dispositivo 1 a las propiedades especificadas.

La flexibilidad y precision de trabajo del dispositivo se ven aumentadas por los motores 22b, del tipo sin 5 escobillas, y por los cuerpos de engrane 22a con sistema de recirculacion de bolas, que consiguen una gran precision de movimientos para el elemento de movimiento 21.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de automatizacion industrial (1) que comprende una pluralidad de grupos de manipulacion (20) aptos para manipular un objeto, en una direccion de manipulacion (20a); una estructura de soporte (30) apta para soportar y manipular dichos grupos de manipulacion (20); donde cada uno de dichos grupos de manipulacion (20) comprende al menos un elemento de movimiento (21) apto para manipular dicho objeto; medios de manipulacion y traslacion de dicho elemento de movimiento (21) aptos para permitir el control independiente de su rotacion y su traslacion en cuanto a posicion, velocidad y aceleracion caracterizado por que dicho, al menos un, elemento de movimiento (21) comprende dos roscas opuestas entre sf (21 c), y en el que cada uno de dichos grupos de manipulacion (20) comprende tambien al menos dos cuerpos de engrane (22a), cada uno de ellos apto para engranar con una de dichas roscas (21 c); y al menos un motor (22b) apto para hacer rotar dichos cuerpos de engrane (22a); siendo capaz dicho al menos un motor (22b) de variar redprocamente al menos el sentido de rotacion de dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) definiendo para dicho al menos un elemento de movimiento (21), una rotacion sustancialmente alrededor de dicha direccion de manipulacion (20a) cuando dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tienen los mismos sentidos de rotacion y una traslacion sustancialmente a lo largo de dicha direccion de manipulacion (20a) cuando dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tienen sentidos de rotacion opuestos; por que dicho al menos un motor (22b) es capaz de variar redprocamente el modulo de las velocidades de rotacion de los mencionados al menos dos cuerpos de engrane (22a) definiendo una traslacion rotatoria de dicho al menos un elemento de movimiento (21) con respecto a dicha direccion de manipulacion (20a), cuando dicha velocidad de rotacion de dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) tiene un modulo diferente; por que cada uno de dichos grupos de manipulacion (20) comprende dos de dichos cuerpos de engrane (22a) y dos de dichos motores (22b), estando cada uno de ellos asociado a uno de dichos cuerpos de engrane (22a); y por que dicho al menos un motor (22b) es del tipo sin escobillas y por que dicho al menos un elemento de movimiento (21) posee una cavidad interna (21 a) apta para permitir la extraccion de dicho objeto segun una fase de depresion.
2. Dispositivo de automatizacion industrial (1) segun una o mas de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos al menos dos cuerpos de engrane (22a) poseen un sistema de recirculacion de bolas.
3. Dispositivo de automatizacion industrial (1) segun una o mas de las reivindicaciones precedentes, en el que dichos grupos de manipulacion (20) definen direcciones de manipulacion (20a) sustancialmente paralelas entre sl
4. Dispositivo de automatizacion industrial (1) segun una o mas de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos un elemento de movimiento (21) presenta una direccion de desarrollo sustancialmente lineal.
5. Dispositivo de automatizacion industrial (1) segun la reivindicacion precedente, en el que dicha direccion de desarrollo lineal es sustancialmente paralela a la direccion de deslizamiento (20a).