ES2684377B2 - Modulo robotico y robot modular que comprende dicho modulo robotico - Google Patents
Modulo robotico y robot modular que comprende dicho modulo robotico Download PDFInfo
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Description
MODULO ROBOTICO Y ROBOT MODULAR QUE COMPRENDE DICHO MODULO
ROBOTICO
DESCRIPCION
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invention se enmarca dentro del campo tecnico de los robots que se pueden desplazar por espacios tridimensionales.
Mas concretamente se describe un modulo robotico que puede ser empleado solo, o en combination con otros modulos roboticos iguales formando un robot modular, y que comprende un unico actuador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Del estado de la tecnica se conocen distintas soluciones de robots modulares. Se conoce por ejemplo el documento US20110073386 describe un robot que puede trepar por paredes mediante un movimiento de alternancia de un punto de pivote del robot. Asimismo el robot comprende un pendulo que, debido al movimiento alterno del robot adquiere una cierta inercia pendular que es empleada para permitir el avance por la pared.
Un importante problema tecnico asociado a este robot es que el movimiento de avance es muy diflcil de controlar debido a que se basa en el movimiento de inercia del pendulo. Asimismo este robot esta muy limitado porque no puede realizar cambios de plano.
Del estado de la tecnica se conoce tambien el documento CN103505143 que describe un robot que resuelve el problema anteriormente descrito de poder moverse solo por un plano. Sin embargo, para conseguir dicha versatilidad de movimientos, el robot necesita mas de un actuador por lo que su complejidad de fabrication y control es mayor que la del robot previamente descrito.
El documento US2006214622 tambien describe un robot que se puede desplazar por
diferentes pianos pero tambien necesita mas de un motor para conseguir dicha funcionalidad.
Asimismo se conoce el documento US2004140786 describe un robot que permite atravesar obstaculos. Se trata de un robot tipo oruga con un cuerpo alargado, de seccion circular y flexible, que comprende una pluralidad de segmentos interrelacionados que le otorgan la capacidad de movimiento tipo oruga. La importante desventaja de este robot es su elevada complejidad.
Es conocido tambien el documento EP2874512 que describe un robot movil capaz de moverse en entornos tridimensionales a modo de animal reptante. Comprende una pluralidad de segmentos que disponen de cuatro mecanismos de pata articulados dispuestos alrededor de su periferia. Los segmentos se unen entre si mediante tambien uniones articuladas y un eje de accionamiento que atraviesa todo el robot y conecta los segmentos.
El documento US2006214622 describe un robot con una mitad delantera, una mitad trasera y una union articulada rotatoria entre ambas. Cada mitad del cuerpo del robot comprende cuatro patas para apoyarse en la superficie sobre la que se desplaza.
En el documento US2004119435 se divulga un robot con una configuration de tipo insecto que comprende seis patas dispuestas en grupos de tres, paralelos entre si. El avance en direction horizontal se realiza manteniendo uno de los grupos de tres patas apoyado en el suelo mientras que el otro grupo de tres patas se mueve en arco hacia arriba y hacia delante antes de volver de nuevo a la superficie plana sobre la que se desplaza. Esto permite que el robot se mantenga nivelado y estable durante su desplazamiento de avance en direccion horizontal. El documento EP1120143 tambien describe un robot con configuracion de tipo insecto.
Asimismo, del estado de la tecnica se conoce el documento US2003109642 que es un robot destinado a realizar movimientos de escalada por el interior de esquinas.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
La presente invention describe un robot modular que comprende al menos un modulo robotico, de configuration sencilla y ligera y accionado con un unico actuador, que tiene posibilidad de desplazamiento en entornos tridimensionales.
Otro objeto de la invention es un robot modular que comprende una pluralidad de modulos roboticos unidos entre si. Con el robot modular se pueden explorar entornos mas complejos.
Una ventaja de la presente invention es que el modulo robotico puede desplazarse hasta cualquier position (no esta limitado a movimientos discretos) incluso, como se ha descrito previamente, hasta puntos que estan en diferentes planos. Ademas esta funcionalidad se ha conseguido con un modulo robotico que es mucho mas sencillo que los conocidos del estado de la tecnica.
Para ello, el modulo robotico comprende un bastidor en el que se encuentran un actuador unico, un primer eje que atraviesa dicho bastidor en direction longitudinal y al menos dos mecanismos de transmision. Cada mecanismo de transmision comprende tres medios de transmision, vinculados entre si y que preferentemente son unas ruedas conicas dentadas. Cada medio de transmision es solidario a un eje que comprende un medio de adhesion en su extremo, configurado para permitir la fijacion del modulo robotico a la superficie por la que se desplaza.
En una posible configuration del robot se tiene que el avance de un modulo robotico ubicado en un determinado plano, se lleva a cabo fijando alternativamente los medios de adhesion que estan dispuestos en dicho plano. De tal manera que, a modo de ejemplo no limitativo, teniendo un modulo con al menos dos medios de adhesion orientados en un mismo plano (es decir, cada medio de adhesion de un mecanismo de transmision comprende un medio de adhesion correspondiente en el otro mecanismo de transmision), se procede a fijar uno de ellos sobre la superficie correspondiente al plano anteriormente citado; mientras que el otro queda libre.
Los movimientos de los mecanismos de transmision accionados por el actuador provocan que el primer eje, y por ende el bastidor completo, rote con respecto del punto de la superficie sobre el cual se tiene el medio de adhesion fijado, de tal manera que el
otro medio de adhesion realiza un movimiento en arco. Es decir, el centro del arco del desplazamiento es el punto de fijacion del medio de adhesion en el plano.
Para realizar un cambio de plano, se desplaza el modulo robotico hasta la zona de union entre planos (en una estancia serla por ejemplo la zona de union entre el suelo y una de las paredes). Una vez en esa position, para realizar el desplazamiento sobre el nuevo plano, se emplean los medios de adhesion que estan orientados en direction perpendicular a los medios de adhesion que estaban siendo utilizados.
El modulo robotico es especialmente adecuado para la exploration de entornos en los que se encuentran planos perpendiculares concavos. Ejemplos de este tipo de entornos serlan estancias cerradas como las de viviendas o locales.
El modulo robotico se puede desplazar por el suelo, por las paredes e incluso por el techo, cambiando de plano de forma sencilla gracias a la combination de medios de adhesion que comprende. As! pues, el modulo robotico puede emplearse por ejemplo para realizar tareas de desinfeccion, limpieza, vigilancia e inspection.
Cuando se quieren realizar movimientos mas complejos se puede emplear el robot modular de la invention que comprende una pluralidad de modulos roboticos como el previamente descrito. Los modulos roboticos se unen entre si mediante los medios de adhesion de la misma forma en que dichos medios de adhesion se emplean para la fijacion sobre la superficie sobre la que se estan desplazando.
El numero de combinaciones de modulos roboticos para la conformation del robot modular es infinito por lo que tambien son infinitas las posibles aplicaciones de dicho robot. Algunas de las posibles aplicaciones del robot modular serlan la exploracion de recintos mas complejos (no formados necesariamente por planos perpendiculares concavos), la asistencia a personas y la manipulation y el transporte de objetos.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha description, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del modulo robotico, parcialmente seccionada para mostrar como estan unidos entre si sus elementos.
Figura 2.- Muestra una vista superior del modulo robotico, parcialmente seccionada para mostrar como estan unidos entre si sus elementos.
Figuras 3a-d.- Muestra unas vistas esquematicas del movimiento del modulo robotico a lo largo de un plano.
Figura 4a-c.- Muestra unas vistas del modulo robotico realizando una transition concava entre dos planos perpendiculares entre si
Figura 5a.- Muestra una vista lateral de varios modulos roboticos unidos subiendo a una mesa.
Figura 5b.- Muestra una vista superior de los modulos roboticos unidos subiendo a la mesa de la figura 5a.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A continuation se describe, con ayuda de las figuras 1 a 5, un ejemplo de realization de la presente invencion.
El modulo robotico comprende un bastidor (1) con un actuador (2) dispuesto en el interior de dicho bastidor (1), que en un ejemplo de realization puede ser un motor electrico. El actuador (2) esta vinculado a un primer eje (3) que atraviesa longitudinalmente el bastidor (1). El actuador (2) controla el movimiento del primer eje (3).
Asimismo el modulo robotico comprende al menos dos mecanismos de transmision.
Cada uno de ellos comprende a su vez un primer medio de trasmision (5), un segundo medio de transmision (6) y un tercer medio de transmision (9), como se observa en las figuras 1 y 2.
El primer medio de transmision (5) es solidario al primer eje (3) tal que el giro del primer eje (3) sobre su propio eje longitudinal provoca el giro de dicho primer medio de transmision (5).
El segundo medio de transmision (6) es solidario a un segundo eje (7) el cual sobresale por una cara del bastidor (1), y dicho segundo eje (7) comprende en su extremo un segundo medio de adhesion (8).
El tercer medio de transmision (9) es solidario a un tercer eje (10) el cual sobresale por otra cara del bastidor (1), y dicho tercer eje (10) comprende en su extremo un tercer medio de adhesion (11).
Cuando el primer medio de transmision (5) de cada mecanismo de transmision gira, accionado por el movimiento de giro del primer eje (3), comandado por el actuador (2), provoca el movimiento del segundo medio de transmision (6) y del tercer medio de transmision (9) de su correspondiente mecanismo de transmision. Esto a su vez provoca el giro del segundo eje (7) y el tercer eje (10) con respecto a sus respectivos ejes longitudinales.
De esta manera, cuando uno de los segundos o terceros medios de adhesion (8, 11) se encuentra fijado a una superficie, y el correspondiente segundo o tercer medio de adhesion (8, 11) del otro mecanismo de transmision esta libre, se genera un desplazamiento de avance del modulo robotico. Este desplazamiento de avance es consecuencia del movimiento pivotante del primer eje (3), y por tanto del bastidor (1), con respecto al eje (7,10) que comprende el medio de adhesion (8, 11) fijado a la superficie.
Asimismo el modulo robotico comprende al menos un primer medio de adhesion (4) dispuesto en cada extremo del primer eje (3) tal que cuando se fija uno de dichos primeros medios de adhesion (4) a la superficie y se acciona el actuador (2), el movimiento del primer eje (3) provoca la rotation del bastidor (1) alrededor de dicho
primer eje (3). Los primeros medios de adhesion (4) son especialmente utiles cuando los modulos roboticos se combinan entre s ^ para formar un robot modular con mayor movilidad.
Los medios de adhesion (4, 8, 11) estan dispuestos, preferentemente, orientados hacia planos que son perpendiculares entre si de forma que permiten el desplazamiento del modulo robotico por los tres planos cartesianos. Ademas, como se ha descrito previamente, el movimiento de ro tation del bastidor (1) alrededor del eje que comprende el medio de adhesion unido a la superficie de desplazamiento en cada momento, permite el desplazamiento del modulo robotico hasta cualquier punto del espacio que se quiera alcanzar.
En las figuras 3a-d se pueden observar unas vistas esquematicas del movimiento del modulo robotico de la presente invention desplazandose por una superficie. Para ello, como se observa en la figura, se fija uno de los medios de adhesion (en este caso se han representado los segundos medios de adhesion (8)) a la superficie en la que se desplaza el modulo robotico. Cuando se acciona el actuador (2), se hace girar el primer eje (3) que provoca el giro de los primeros medios de transmision (5) que a su vez hacen girar a los segundos y terceros medios de transmision (6, 9).
Como en este caso uno de los segundos medios de adhesion (8) esta fijado a la superficie, el giro del segundo medio de transmision (6) no puede provocar el giro del segundo eje (7) (que esta fijado a traves del segundo medio de adhesion (8)). Asi pues, esto provoca la rotacion del primer eje (3) alrededor de dicho segundo eje (7) que esta fijo.
Esta rotacion del primer eje (3), y por tanto del bastidor (1), permite posicionar el medio de adhesion correspondiente del otro mecanismo de transmision en un punto concreto de la superficie sobre la que se desplaza el modulo robotico (este punto sera funcion de la trayectoria predeterminada que vaya a seguir el modulo robotico). En un ejemplo de realization de la invencion, los segundos medios de adhesion (8) o los terceros medios de adhesion (11) de los diferentes mecanismos de transmision estan dispuestos en el mismo plano.
En la figura 3a se ha representado una posicion inicial en la que dos medios de adhesion (en este caso los segundos medios de adhesion (8)) estan unidos a la superficie (representados como un clrculo con una "x” en su interior). En el siguiente paso, figura 3b, uno de los medios de adhesion (segundo medio de adhesion (8) en la figura) se mantiene fijo de forma que, al accionar el actuador (2), el bastidor (1) rota alrededor del eje correspondiente a dicho medio de adhesion (segundo eje en este caso). En la figura 3b se ha representado este movimiento con una flecha.
Posteriormente, como se ha representado en la figura 3c, se fija el medio de adhesion que acaba de ser desplazado, para permitir ahora la rotacion del bastidor (1) alrededor del eje de este medio de adhesion (segundo eje en este caso). Este movimiento tambien se ha representado con una flecha en dicha figura 3c. Estos movimientos de fijacion/liberacion de los medios de adhesion descritos permiten el desplazamiento del modulo robotico entre cualesquiera dos posiciones sobre un solo plano. En la figura 3d se muestra una situation como la de la figura 3b pero se aprecia, en referencia a dicha figura 3b, el desplazamiento que ha realizado el modulo robotico en solo dos movimientos.
La fijacion y liberation de los medios de adhesion (4, 8, 11) se puede realizar mediante cualquier sistema de fijacion habitual. Como ejemplos no limitativos podrla emplearse adhesion magnetica, adhesion con ventosas (por suction), adhesion electrostatica, adhesion qulmica o sujecion mecanica. La solution empleada para la fijacion de los medios de adhesion (4, 8, 11) dependera de las caracterlsticas de las superficies por las que se va a desplazar el modulo robotico. Asl pues, por ejemplo, si el modulo robotico se va a desplazar por superficies ferromagneticas, se puede emplear la solucion de sujecion magnetica.
En un ejemplo de realization, los medios de adhesion (4, 8, 11) no tienen posibilidad de movimiento en direction de su eje longitudinal (3, 7, 10) por lo que al mover el modulo robotico, el medio de adhesion (4, 8, 11) correspondiente que no esta fijo a la superficie se arrastra sobre la misma.
En otro ejemplo de realizacion, al menos uno de los medios de adhesion (4, 8, 11) tiene posibilidad de desplazamiento en direccion de su eje longitudinal (3, 7, 10).Esto permite
seguir empleando el modulo robotico incluso en los casos en los que el arrastre del medio de adhesion (4, 8, 11) sobre la superficie es inadmisible por ejemplo debido a que se provoca mucho desgaste o una friccion demasiado elevada.
Dicho movimiento de los medios de adhesion (4, 8, 11) puede ser del tipo todo/nada: cuando el medio de adhesion (4, 8, 11) se fija a la superficie, este se extiende en su d irection longitudinal para entrar en contacto con la superficie a la que debe fijarse. Cuando el medio de adhesion (4, 8, 11) no se fija a la superficie, este se retrae en su direccion longitudinal, de forma que quede cierta distancia entre dicho medio de adhesion (4, 8, 11) y la superficie, y se evite asl la friccion entre ambos elementos.
Como se ha descrito previamente, los distintos medios de adhesion (4, 8, 11) de cada mecanismo de transmision estan dispuestos en distintos planos. Esto permite al modulo robotico realizar transiciones concavas entre superficies diferentes, sobre planos con distintas inclinaciones. Preferentemente, en el ejemplo de realization en el que los ejes del mecanismo de transmision estan dispuestos perpendicularmente entre si, cada uno de los medios de adhesion queda orientado hacia uno de los planos de la perspectiva isometrica.
En una realizacion de la invention el segundo eje (7) de cada mecanismo de transmision es perpendicular al primer eje (3). En otra realizacion de la invencion el tercer eje (10) de cada mecanismo de transmision es perpendicular al primer eje (3). Asimismo puede ser que en el modulo robotico de la invencion el segundo eje (7) y el tercer eje (10) de cada mecanismo de transmision sean perpendiculares entre si y/o perpendiculares al primer eje (3).
Un ejemplo de transition entre planos con el modulo robotico de la presente invencion se ha representado en las figuras 4a-c. Todos los movimientos necesarios estan gestionados por el actuador (2) unico.
Asl pues, en las figuras 4a-c se ha representado un modulo robotico en el momento en el que su desplazamiento comprende un cambio de plano. Como se puede observar en dichas figuras, cuando el modulo robotico se esta desplazando sobre una superficie determinada, sobre la que se desplaza por ejemplo con los segundos medios de
adhesion (8), y llega a un cambio de plano (en este caso pasa a una superficie perpendicular a ella), en esta figura se observa como se empiezan a usar para el desplazamiento los terceros medios de adhesion (11).
En un ejemplo preferente de realization los mecanismos de transmision son engranajes. Asimismo, en un ejemplo de realizacion, al menos uno seleccionado entre el primer medio de transmision (5), el segundo medio de transmision (6) y el tercer medio de transmision (9) es una rueda conica dentada. En dichos ejemplos de realizacion, cada rueda conica dentada tiene su eje de giro coincidente con el eje longitudinal del eje al que esta unida.
Tambien es objeto de la invention un robot modular que comprende una pluralidad de modulos roboticos como el descrito previamente. Precisamente, el hecho de poder combinarse con otros modulos roboticos iguales, es una de las ventajas mas importantes del modulo robotico propuesto. Esto permite realizar tareas y explorar entornos tridimensionales mas complejos.
En las figuras 5a-b se muestra un ejemplo de realizacion en el que se han combinado cuatro modulos roboticos creando un robot modular complejo. En este caso se ha representado el movimiento de subida a una mesa. En la figura 5a se observa una vista lateral mientras que en la figura 5b se ha representado la vista superior de la misma situacion.
La union de los modulos roboticos para dar lugar al robot modular se realiza mediante la union de medios de adhesion de modulos roboticos adyacentes. En un ejemplo de realizacion, dicha union entre modulos roboticos se puede hacer de forma autonoma. Para ello, los modulos roboticos que se van a combinar se mueven por el entorno hasta adoptar la formation necesaria para construir el robot modular deseado. Ya colocados en dicha position se encaran los medios de adhesion (4, 8, 11) correspondientes, y se unen mediante ellos. De esta forma se consigue un robot modular con la cadena cinematica deseada. Para conseguir la trayectoria de movimientos deseada para el robot modular, todos los modulos roboticos deben moverse de forma sincronizada.
Asl pues, los modulos roboticos que conforman un robot modular estan unidos entre si mediante la union de al menos uno de los medios de adhesion (4, 8, 11) de un modulo robotico con al menos uno de los medios de adhesion (4, 8, 11) de un modulo robotico adyacente a el.
El plano sobre el que se desplaza el modulo robotico no esta necesariamente limitado a una superficie plana sino que el modulo robotico, gracias a sus multiples medios de apoyo permite sortear posibles resaltes o rehundidos en la superficie. Asimismo, el robot modular permite sortear obstaculos de formas todavla mas complejas.
Claims (11)
1.- Modulo robotico que comprende un bastidor (1) que comprende:
-un actuador (2) dispuesto en el interior del bastidor (1);
-un primer eje (3) que atraviesa longitudinalmente el bastidor (1) y esta vinculado al actuador (2) para ser accionado por el; y,
esta caracterizado porque adicionalmente comprende:
-al menos dos mecanismos de transmision, donde cada uno de ellos respectivamente comprende:
-un primer medio de transmision (5) solidario al primer eje (3) tal que el giro del primer eje (3) sobre su propio eje longitudinal provoca el giro de dicho primer medio de transmision (5);
-un segundo medio de transmision (6) solidario a un segundo eje (7) el cual sobresale por una cara del bastidor (1), donde dicho segundo eje (7)comprende en su extremo un segundo medio de adhesion (8); y
-un tercer medio de transmision (9) solidario a un tercer eje (10) el cual sobresale por otra cara del bastidor (1), y dicho tercer eje (10) comprende en su extremo un tercer medio de adhesion (11);
de forma que cuando el primer medio de transmision (5) de cada mecanismo de transmision gira, accionado por el movimiento de giro del primer eje (3) comandado por el actuador (2), provoca el movimiento del segundo medio de transmision (6) y del tercer medio de transmision (9) de su correspondiente mecanismo de transmision, provocando el giro del segundo eje (7) y el tercer eje (10) con respecto a sus respectivos ejes longitudinales; de manera que cuando uno de los segundos o terceros medios de adhesion (8, 11) se encuentra respectivamente fijado a una superficie, y el correspondiente segundo o tercer medio de adhesion (8, 11) del otro mecanismo de transmision esta libre, se genera un desplazamiento de avance del modulo robotico al producirse un movimiento pivotante del primer eje(3), y por tanto del bastidor (1), con respecto al segundo eje (7) o al tercer eje (10) que comprende el segundo o tercer medio de adhesion (8, 11) fijado a la superficie;
y el modulo robotico comprende unos primeros medios de adhesion (4) respectivamente dispuestos en cada extremo del primer eje (3)tal que cuando se fija uno de dichos primeros medios de adhesion (4) a la superficie y se acciona el actuador (2), el movimiento del primer eje (3) provoca la rotation del bastidor (1) alrededor de dicho
primer eje (3).
2. - Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el segundo eje (7) de cada mecanismo de transmision es perpendicular al primer eje (3).
3. - Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el tercer eje (10) de cada mecanismo de transmision es perpendicular al primer eje (3).
4. - Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el segundo eje (7) y el tercer eje (10) de cada mecanismo de transmision son perpendiculares al primer eje (3).
5. - Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que el segundo eje (7) y el tercer eje (10) de cada mecanismo de transmision son perpendiculares entre si.
6.- Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que los mecanismos de transmision son engranajes.
7. - Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que al menos uno seleccionado entre: el primer medio de transmision (5), el segundo medio de transmision
(6) y el tercer medio de transmision (9), es una rueda conica dentada.
8. - Modulo robotico segun la reivindicacion 7 caracterizado por que la rueda conica dentada tiene su eje de giro coincidente con el eje longitudinal del eje al que esta unida.
9.- Modulo robotico segun la reivindicacion 1 caracterizado por que al menos uno de los medios de adhesion (4, 8, 11) tiene posibilidad de desplazamiento en direction de su eje longitudinal (3, 7, 10).
10. - Robot modular caracterizado porque comprende una pluralidad de modulos roboticos como el descrito en las reivindicaciones 1 a 9.
11. -Robot modular segun la reivindicacion 10caracterizado por que los modulos roboticos estan unidos entre si mediante los respectivos medios de adhesion (4, 8, 11).
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| ES201730564A ES2684377B2 (es) | 2017-03-31 | 2017-03-31 | Modulo robotico y robot modular que comprende dicho modulo robotico |
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| ES2684377A1 ES2684377A1 (es) | 2018-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2684377 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20181002 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2684377 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20190521 |