ES2667440B1 - Pinza de retraccion automatica para robot y robot que comprende la pinza de retraccion automatica - Google Patents

Description

PINZA DE RETRACCIÓN AUTOMÁTICA PARA ROBOT Y ROBOT QUE COMPRENDE

LA PINZA DE RETRACCIÓN AUTOMÁTICA

DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se encuadra en el campo técnico de las cabezas de aprehensión, más concretamente en el de aquellas con posibilidad para el levantamiento o el cambio a distancia de la cabeza o de partes de ésta, así como en el de las que tienen elementos en forma de dedos, y se refiere en particular a un dispositivo tipo pinza acoplable en robots que presenta un único grado de libertad y permite una aproximación vertical precisa a un elemento que se pretende aprehender o liberar, así como a un robot que incorpora la pinza así descrita.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el campo técnico de la robótica, más concretamente en el relativo a los robots transportadores, existe la necesidad de dotar a dichos robots de mecanismos de capaces de efectuar una pluralidad de movimientos coordinados en varias direcciones, con el objetivo de poder aproximarse a un objeto situado en un plano inferior y cogerlo para proceder a su desplazamiento, o soltarlo una vez alcanzado el punto de transporte deseado, lo que es de especial aplicación en sectores como la logística o la fabricación y montaje automáticos. Es de especial interés que, principalmente por razones de economía constructiva, dichos mecanismos puedan ser accionados por medio de un único motor.

En mecánica, se denomina par cinemático a una unión entre dos miembros de un mecanismo. Los pares cinemáticos se clasifican en distintos tipos según el movimiento que permiten, y son un elemento fundamental en la construcción de un mecanismo, dado que define el tipo de movimiento que habrá entre las piezas unidas. En un par prismático o de traslación, se eliminan cinco de los seis grados de libertad posibles entre dos elementos, con lo cual un primer miembro del mecanismo puede realizar una traslación a lo largo de un eje definido en un segundo miembro, pero no puede girar alrededor de dicho segundo miembro. Esto puede conseguirse, por ejemplo, vinculando entre sí al primer y al segundo miembros del mecanismo mediante una guía deslizante.

Por otro lado, se denomina actuador lineal a un dispositivo que convierte el movimiento de rotación, por ejemplo el generado por un motor de corriente continua de baja tensión, en un movimiento lineal, como por ejemplo el movimiento de empuje o el de tracción. De esta manera, y con un único mando de accionamiento, es posible elevar, ajustar, inclinar, empujar o tirar de objetos pesados o difíciles de alcanzar por otros medios.

Se conocen en el estado de la técnica diversos tipos de manos o pinzas acoplables a robots, que presentan distintas formas de coger objetos, así como distintos modelos de elementos terminales o dedos y diferentes formas de actuadores. Cabe destacar aquellas pinzas que presentan una pluralidad de dedos, las que mantienen el paralelismo entre los medios mediante la incorporación de unos paralelogramos, o las que comprenden mecanismos adicionales para conseguir el centrado y movimiento simétrico de los dedos.

Existen pinzas constituidas por dos módulos idénticos, vinculados entre sí de manera móvil por el accionamiento de un actuador lineal, en las que cada uno de dichos módulos comprende unos elementos elásticos que abren y cierran los dedos de la pinza con unos movimientos longitudinales de sentido horizontal, con lo cual el movimiento de dichos dedos se realiza en el mismo plano en el cual se encuentra situado el elemento a coger.

También son conocidos unos dispositivos que comprenden unos pistones para realizar movimientos de ascenso y descenso de los dedos, y que por tanto tienen dos grados de libertad. Este tipo de dispositivos necesitan de la presencia de al menos dos actuadores para conseguir un adecuado posicionamiento de los dedos que permita la captura del elemento.

Sin embargo, no se contempla una pinza en la que los dedos efectúen movimientos en una dirección perpendicular al plano en el que se encuentra el elemento, es decir, que se aproximen horizontal y verticalmente a dicho elemento, con direcciones ortogonales y de manera simultánea, con un único grado de libertad y que, por tanto, que pueda ser accionada mediante un solo actuador.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención consiste en un dispositivo tipo pinza de retracción, acoplable a robots, capaz de recoger y soltar elementos sobre una plataforma, con un único grado de libertad y gran versatilidad en cuanto a su capacidad de adaptación en función del tamaño y geometría del elemento en cuestión, ya permite modificaciones en su anchura y altura, así como en la presión ejercida sobre dicho elemento, lo que evita la creación de daños y deformaciones.

Para ello, la pinza de retracción comprende un soporte acoplable, preferentemente por medio de una brida, a un robot, pudiendo dicho robot ser de estructura en serie, paralela o mixta. En dicho soporte se disponen, preferentemente mediante pares prismáticos, al menos dos módulos idénticos, enfrentados simétricamente entre sí respecto a un eje longitudinal pasante por el centro del soporte, y un actuador lineal dispuesto entre ambos módulos. Los pares prismáticos permiten el deslizamiento de cada uno de los módulos a lo largo de un carril longitudinal definido en la superficie del soporte.

Cada uno de dichos módulos comprende un mecanismo articulado vinculado a un mecanismo elástico de extensión y retracción tipo tijera, a la cual acciona. Dicha estructura de tijera, compuesta por una pluralidad de módulos solidariamente vinculados entre sí, permite la extensión y el pliegue en una dirección normal a un plano sobre el que se dispone el objeto que se quiere coger o soltar. Un elemento terminal, preferentemente una estructura tipo dedo destinada a contactar directamente con dicho elemento, rodea y contiene el extremo libre de la tijera y transmite un par de fuerzas, ejercidas por el desplazamiento de los módulos a lo largo del carril, al elemento.

La pinza así descrita es capaz de recoger objetos de una plataforma plana de forma que, una vez atrapados en la pinza, el robot pueda moverse sin variar su altura respecto a un plano paralelo a la plataforma donde descansan los objetos.

Para ello, es necesaria una serie de movimientos coordinados. En primer lugar se posiciona la pinza sobre el objeto a coger, tras lo cual baja la pinza hasta cubrir el objeto, a lo cual sigue una presión ejercida por los dedos sobre la superficie del cuerpo para inmovilizarlo, para finalmente elevar el conjunto pinza-objeto hacia el robot.

El robot ejecuta entonces el desplazamiento correspondiente hasta el nuevo punto donde se ha de situar el objeto, sorteando sin problema a otros elementos que se encuentren sobre la plataforma. Una vez posicionado sobre el lugar deseado, se procede a dejar el objeto sobre la plataforma. Ahora, baja el conjunto pinza-objeto, se produce la apertura de la pinza liberando el objeto, y se eleva la pinza de nuevo hasta el plano de referencia.

Se contempla que la altura de trabajo de la pinza pueda ser variable en función del objeto o de las condiciones en las cuales se realizan las operaciones. Para ello, se pueden añadir o quitar módulos de tijera al mecanismo articulado. Asimismo, se prevé que los elementos terminales o dedos acoplados a la tijera pueden ser intercambiables, para poder adaptarse a distintas geometrías y dimensiones del objeto a trasladar.

La pinza de retracción así descrita es también susceptible de vincularse a un robot del tipo de los empleados en logística para el almacenaje vertical automatizado, de forma que los movimientos de robot y pinza estarían girados 90° respecto a los indicados anteriormente.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una vista esquemática de un corte longitudinal realizado en la pinza de retracción en una posición de reposo, en la que se aprecian sus principales elementos constituyentes.

Figura 2.- Muestra una vista esquemática de una primera etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

Figura 3.- Muestra una vista esquemática de una segunda etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

Figura 4.- Muestra una vista esquemática de una tercera etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

Figura 5.- Muestra una vista esquemática de una cuarta etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

Figura 6.- Muestra una vista esquemática de una quinta etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

Figura 7.- Muestra una vista esquemática de una sexta etapa de la secuencia de transporte de un elemento por la pinza de retracción.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se proporciona, con ayuda de las figuras anteriormente referidas, una explicación detallada de un ejemplo de realización preferente del objeto de la presente invención.

La pinza de retracción automática para robot que se describe está conformada por una base (1) de soporte tipo placa, con una geometría esencialmente paralelepipédica y plana, que comprende una cara superior (2) y una cara inferior (3). De la cara superior (2) de la base (1) parte superiormente un elemento de unión (4), que en esta realización preferente es una brida, destinada a vincular dicha base (1) con un robot.

En la cara inferior (3) se define un carril (5), a lo largo del cual desplazan longitudinalmente dos módulos (6) idénticos, que además de desplazar en el carril (5) se aproximan y alejan entre sí debido al accionamiento de un actuador (7) al cual se encuentran vinculados. En esta realización preferente, el actuador (7) es de tipo lineal y se encuentra localizado entre ambos módulos (6).

Cada uno de dichos módulos (6) comprende a su vez una carcasa (8) en cuyo interior se dispone un mecanismo articulado (9) dispuesto en posición perpendicular a un plano (10) en cuya superficie se localiza un objeto (11) que se pretende atrapar mediante la pinza para ser trasladado a un punto distinto, como se observa en la figura 1. El mecanismo articulado (9) comprende un primer extremo superior, a través del cual se vincula con el actuador (7), y un segundo extremo inferior mediante el cual se vincula solidariamente a un extremo superior de un mecanismo elástico desplegable, de tipo mecanismo de tijera (12), compuesto a su vez por una pluralidad de módulos de tijera solidariamente vinculados entre sí.

El mecanismo de tijera (12), que parte inferiormente de la carcasa (8), se pliega y despliega, operado por el mecanismo articulado (9), en una dirección perpendicular al plano (10) sobre el que reposa el objeto (11). Dicho mecanismo de tijera (12) comprende un extremo inferior al que se vincula solidariamente un elemento terminal, referido como dedo (13), dotado de una superficie externa destinada a contactar con la superficie del objeto (11).

En las figuras 2 a 7 se muestran las distintas etapas sucesivas de recogida, transporte y colocación del objeto (11). La figura 2 muestra una primera etapa, en la cual el actuador (7) recibe una señal de control mediante la cual los respectivos mecanismos articulados (9) de cada uno de los módulos (6), a los que se encuentra solidariamente vinculado, realizan un desplazamiento longitudinal de aproximación entre ambos mecanismos articulados (9). Este desplazamiento de los mecanismos articulados (9) produce a su vez un despliegue de los mecanismos de tijera (12), y en consecuencia un movimiento vertical descendente de dichos mecanismos de tijera (12) que aproxima los dedos (13) hacia el objeto (11). Como se observa en dicha figura 2, la posición de los módulos (6) en la base (1) no varía respecto a la posición inicial de reposo ilustrada en la figura 1.

En una segunda etapa, como se aprecia en la figura 3, el actuador (7) produce un desplazamiento lineal de aproximación entre los módulos (6) a lo largo del carril (5), hasta que se produce el contacto de los dedos (13) con la superficie del objeto (11). En ese momento los módulos (6) se encuentran en su situación de aproximación máxima, en la cual el actuador (7) desplaza a cada uno de los respectivos mecanismos articulados (9) de forma que se produce el plegado de los mecanismo de tijera (12), lo cual eleva al objeto (11), atrapado por presión entre ambos dedos (13), verticalmente sobre el plano (10) en el que reposaba, como se ve en la figura 4. El actuador (7) finaliza el desplazamiento de los mecanismos articulados (9) una vez que el mecanismo de tijera (12) se encuentra totalmente replegado, con lo que el robot desplaza al objeto (11) a un punto distinto.

Una vez que el robot ha situado al objeto (11) sobre el punto en el que se desea depositar, el actuador (7) recibe una nueva señal de control en función de la cual los respectivos mecanismos articulados (9) de cada uno de los módulos (6), realizan un desplazamiento longitudinal de separación. Este desplazamiento de los mecanismos articulados (9) produce a su vez un nuevo despliegue de los mecanismos de tijera (12), y en consecuencia un movimiento vertical descendente de dichos mecanismos de tijera (12), con el objeto (11) atrapado entre sus dedos (13), hasta que dicho objeto (11) reposa sobre el plano (10), como se muestra en la figura 5.

Una vez depositado dicho objeto (11) sobre el plano (10), el actuador (7) continúa recibiendo una señal para separar los mecanismos articulados (9) lo cual aleja a los dedos (13) del objeto (11), así como para desplazar linealmente a los módulos (6) a lo largo del carril (5), que se alejan el uno respecto del otro hasta que cada uno de ellos se localiza en cada uno de los respectivos extremos de dicho carril (5), como se aprecia en la figura 6.

Finalmente, como se aprecia en la figura 7, la separación de los mecanismos articulados (9) por parte del actuador (7) pliega los mecanismos de tijera (12) hasta situar a los dedos (13) en una posición elevada, similar a la posición de reposo mostrada en la figura 1, que permite el movimiento del robot sin que la pinza interfiera con cualquier otro elemento situado sobre el plano (10). En ese momento el actuador (7) recibe una orden del controlador para finalizar su carrera de trabajo, quedando la pinza preparada para realizar un nuevo desplazamiento.

Claims (5)

REIVINDICACIONES

1. Pinza de retracción autom ática para robot, configurada para vincularse a un robot para recoger y soltar un objeto (11) sobre un plano (10) situado inferiorm ente a la pinza, que comprende:

- una base (1) que com prende una cara superior (2) y una cara inferior (3) en la que se encuentra definido un carril (5),

- un elem ento de unión (4) para vinculación de la base (1) con el robot,

- al m enos dos m ódulos (6) enfrentados entre sí, adaptados para desplazarse longitudinalm ente a lo largo del carril (5) de la base (1) para así aproxim arse y alejarse horizontalm ente al objeto (11), donde cada uno de dichos m ódulos (6) com prende a su vez:

- un m ecanism o articulado (9),

- un m ecanism o elástico desplegable, que a su vez com prende un prim er extremo, a través del cual se vincula al m ecanism o articulado (9), y un segundo extremo, y

- un dedo (13) destinado a contactar con el objeto (11), vinculado al segundo extrem o del m ecanism o elástico desplegable, y

- un actuador (7) vinculado a un control externo del cual recibe señales y a los m ecanism os articulados (9) a los cuales opera,

estando la pinza de retracción caracterizada porque el m ecanism o elástico desplegable com prende un m ecanism o de tijera (12), com puesto por una pluralidad de m ódulos de tijera solidariam ente vinculados entre sí, en el que el m ecanism o de tijera (12) es operado por el actuador (7), para aproxim arse y alejarse verticalm ente al objeto (11).

2. Pinza de retracción autom ática de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque el actuador (7) es de tipo lineal.

3. Pinza de retracción autom ática de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque el e lem ento de unión (4) es una brida.

4. Pinza de retracción autom ática de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque com prende adicionalmente, en cada módulo (6), una carcasa (8) en cuyo interior se alojan el m ecanism o articulado (9) y el m ecanism o elástico desplegable.

5. Robot caracterizado porque incorpora la pinza de retracción automática descrita en las reivindicaciones 1 a 4.