ES2930354T3 - Módulo de hardware para un sistema robótico y acoplamiento mecánico - Google Patents

Abstract

Un Módulo de hardware (3) para un sistema robótico comprende al menos un sensor (38) para medir una propiedad interna del Módulo de hardware (3), una unidad de comunicación (37) para comunicarse con otros Módulos de hardware (3), un dispositivo de almacenamiento de datos unidad (36) y un controlador integrado (35). El controlador integrado (35) está configurado para recopilar datos recopilados, comprendiendo los datos recopilados - datos de estado que representan el estado actual del Módulo de hardware (3); y -datos operativos que representan el uso del Módulo de hardware (3); en el que al menos una parte de los datos recopilados se determina a partir de los datos del sensor del al menos un sensor (38), y el controlador integrado (35) está configurado para realizar al menos uno de -almacenar los datos recopilados en la unidad de almacenamiento de datos (36) y -transmitir los datos recopilados a través de la unidad de comunicación (37). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo de hardware para un sistema robótico y acoplamiento mecánico

La invención se refiere al campo de los robots modulares. Se refiere a un módulo de hardware para un sistema robótico como se describe en el preámbulo de la reivindicación 1.

En un entorno de fabricación, actualmente, los manipuladores están asignados a una tarea específica y no pueden adaptarse fácilmente en términos de grado de libertad de movimiento, geometría o de las capacidades mecánicas / físicas para realizar otro tipo de tareas. Debido a la presión de los costes, los robots o manipuladores se utilizan ampliamente en la producción y las empresas quieren maximizar su retorno de la inversión cuando compran robots. Es necesario que los robots sean más flexibles en cuanto a su rendimiento o acciones.

Los robots modulares, ensamblados mediante la combinación de módulos de hardware se han demostrado en entornos académicos y experimentales. Sin embargo, no pueden utilizarse en un entorno industrial productivo.

El documento US 9475199 B2 describe un brazo robótico. El brazo incluye: juntas que se pueden unirse y/o separarse sin necesidad de herramientas a través de un adaptador universal de acoplamiento; sensores para medir información como el rendimiento de la herramienta y el diagnóstico; un controlador para obtener datos de los sensores; y un tablero de control para almacenar e intercambiar los datos adquiridos por los sensores en diferentes juntas y herramientas presentes en un sistema. El adaptador universal de acoplamiento incluye mecanismos y la capacidad de almacenar y comunicar configuraciones de parámetros de tal manera que las juntas pueden ser reordenadas para el funcionamiento inmediato del brazo sin necesidad de reprogramación, recompilación o cualquier otra intervención de software. Sin embargo, las porciones del brazo no comprenden un controlador incrustado, y tampoco se almacena localmente su historial.

El documento US 20100180711 Al divulga un sistema de efector final robótico. Los efectores finales incluyen un controlador para recibir información de retroalimentación recopilada por los sensores unidos al efector final, y comunicarse con diversas partes del sistema robótico. El controlador también contiene un dispositivo de almacenamiento de memoria. Los efectores finales pueden unirse o retirarse rápidamente del robot para facilitar el cambio a una pieza diferente. Al cambiar el efector final unido al robot, el sistema de control del efector se pone en comunicación con el sistema de control del robot que proporciona programas e instrucciones para el efector final alternativo. Esto permite que el robot sea rápidamente reasignado. Sin embargo, la divulgación se limita a los efectores, y no considera los manipuladores construidos con varios módulos enchufables. Los datos de estado y funcionamiento no se recogen por el controlador integrado del efector.

El documento EP 1287 868 A2 divulga un conjunto de módulos robóticos, cada uno con capacidad de memoria, un actuador, un sensor de posición de la junta, medios de comunicación y una unidad de procesamiento. Se considera que una pluralidad de unidades de procesamiento de una pluralidad de módulos constituye una unidad de control distribuida.

El documento US 6636781 B 1 describe el control distribuido y la coordinación de agentes autónomos en un sistema. Los miembros de un sistema de grupos de agentes deben autoconfigurarse y sincronizar sus acciones para realizar una tarea en grupo.

El documento US 2003/010148 A1 divulga una unidad de junta rotativa compensada equipada con un mecanismo de corrección de la rotación, en el que un movimiento de flexión puede ejecutarse en un plano bidimensional sólo en virtud de un mecanismo rotatorio y que puede soportar un peso de gran carga y es aplicable a mecanismos de dos brazos como los robots de asistentes de enfermería. La unidad de junta rotativa compensada está compuesta por un primer brazo, un brazo de corrección de la rotación accionado rotativamente alrededor de la línea axial del primer brazo, y un segundo brazo accionado rotativamente alrededor de una línea axial que intersecta de manera oblicua con el brazo de corrección de la rotación. Un mecanismo de junta de corrección de la rotación que une el primer brazo y el brazo de corrección de la rotación y un mecanismo de junta rotativa compensada que une el brazo de corrección de la rotación y el segundo brazo se accionan por un único motor, y el mecanismo de junta de corrección de la rotación gira de forma sincronizada y en la dirección inversa, siguiendo la rotación del mecanismo de la junta rotativa compensada, permitiendo así que el segundo brazo ejecute un movimiento de flexión en un plano bidimensional con respecto al primer brazo sólo en virtud de mecanismos rotativos.

Es un objetivo de la invención crear un módulo de hardware para un sistema robótico que pueda usarse para ensamblar un brazo robótico o manipulador que pueda usarse de manera más flexible.

Estos objetivos se consiguen mediante un módulo de hardware para un sistema robótico según las reivindicaciones.

Según la invención, se proporciona un módulo de hardware tal como se describe a continuación.

Dicho módulo de hardware para un sistema robótico puede comprender al menos un sensor para medir una propiedad interna del módulo de hardware, una unidad de comunicación para comunicarse con otros módulos de hardware, una unidad de almacenamiento de datos y un controlador integrado, estando configurado el controlador integrado para recoger los datos recopilados, comprendiendo los datos recopilados datos de estado que representan el estado actual del módulo de hardware; y datos de funcionamiento que representan el uso del módulo de hardware; en donde al menos una parte de los datos recopilados se determina a partir de los datos del sensor del al menos un sensor, y para realizar al menos uno de almacenar los datos recopilados en la unidad de almacenamiento de datos y transmitir los datos recopilados a través de la unidad de comunicación.

Los datos del sensor que se transmiten pueden transmitirse sin haber sido almacenados en la unidad de almacenamiento de datos, o pueden almacenarse primero en la unidad de almacenamiento de datos, luego pueden recuperarse del almacenamiento y luego pueden transmitirse.

La propiedad interna del módulo de hardware que se mide por el sensor es, por ejemplo, una posición relativa de una junta del módulo de hardware, o una posición de un actuador, o una temperatura dentro del módulo de hardware, un alargamiento de partes del módulo de hardware (medido, por ejemplo, mediante galgas extensométricas), fuerzas y pares que actúan sobre el módulo de hardware, las vibraciones que se producen durante el funcionamiento del módulo de hardware, etc. Algunas de estas propiedades internas pueden usarse en el propio módulo de hardware para controlar el funcionamiento del módulo de hardware, tal como la medición de la posición de la junta que se utiliza para controlar un correspondiente actuador de la junta. Las propiedades internas pueden usarse para detectar fallos de funcionamiento, condiciones críticas que necesitan mantenimiento, o para ajustar los parámetros de calibración, etc. Algunas propiedades internas pueden almacenarse y/o transmitirse sin usarse por el controlador integrado para el funcionamiento del propio módulo de hardware.

Un módulo de hardware puede considerarse un módulo enchufable inteligente. Que un módulo sea enchufable significa que puede conectarse tanto a nivel de hardware como a nivel de software o comunicación mediante una interfaz normalizada. Que un módulo sea inteligente significa que comprende una unidad de computación con elementos de almacenamiento de datos y procesamiento de datos que permiten al módulo de hardware, por ejemplo, realizar el procesamiento de datos, y con elementos de comunicación para comunicarse con otros módulos de hardware. La unidad de computación puede ser implementada por medio de varias entidades de hardware, de un controlador integrado sobre un ordenador de control a unidades de procesamiento basadas en la nube.

Los módulos de hardware pueden configurarse para recibir actualizaciones de software y/o actualizaciones de configuración con el fin de mantener la compatibilidad con otros módulos de hardware.

Los módulos de hardware pueden configurarse para recibir actualizaciones de software para añadir nuevas funcionalidades. Esto puede ser un software de procesamiento de datos para un sensor, por ejemplo, un software de análisis de imágenes para una cámara o un nuevo algoritmo de control de motor para un módulo manipulador.

Un módulo de hardware puede ser

• un módulo manipulador,

• un módulo sensor que comprende al menos un sensor, y un controlador integrado como unidad de computación, para procesar los datos brutos del sensor adquiridos por el sensor y comunicarse con otros módulos de hardware, en particular para transmitir los datos procesados del sensor a otros módulos de hardware.

Un módulo de hardware que comprende una junta y un actuador para, por ejemplo, un movimiento de rotación o traslación, se denomina módulo activo. Un módulo de hardware que tiene una geometría fija o configuración geométrica fija se denomina módulo pasivo. Un módulo sensor, por regla general, es un módulo pasivo. Un módulo extensor, que, por ejemplo, extiende la longitud de un brazo robótico pero no tiene junta, es un módulo pasivo.

El módulo de hardware puede almacenar, por ejemplo, en su unidad de almacenamiento de datos, una descripción de las características físicas del módulo de hardware. Esta descripción comprende uno o más de parámetros mecánicos, eléctricos y de componentes tal como:

- dimensiones geométricas;

- peso;

- tipo de actuador;

- fuerza o par generado por un actuador;

- velocidad de movimiento de un actuador;

- tipo de sensor;

- resolución del sensor;

- precisión del sensor;

y los intervalos de tolerancia de dichos parámetros.

Las características físicas suelen estar determinadas por la construcción física del módulo de hardware y sus componentes. Pueden permanecer fijos a lo largo del tiempo, o pueden cambiar. Un cambio puede detectarse por los sensores del propio módulo de hardware, o por la interacción del módulo de hardware con otros módulos de hardware -que pueden ser módulos manipuladores y/o módulos sensores-, en particular mediante la realización de rutinas de calibración. Para cada parámetro, puede almacenarse un valor actual y, opcionalmente, también datos históricos con valores anteriores. Esto representa los cambios del parámetro a lo largo del tiempo.

La descripción de un estado actual del módulo de hardware puede comprender uno o más de:

- un estado interno del módulo de hardware;

- una lista de otros módulos de hardware a los que el módulo de hardware está conectado físicamente; esto puede representar sólo los módulos de hardware adyacentes que están unidos al propio módulo de hardware (y no los módulos de hardware que sólo están conectados indirectamente, a través de otros);

- parámetros de dicha conexión;

- una lista de módulos de software actualmente instalados en el módulo de hardware;

- la ubicación geográfica del módulo de hardware; esto puede representar una instalación de almacenamiento o una ubicación de una fábrica, y puede usarse para evaluar la disponibilidad del módulo y los tiempos de transporte y el esfuerzo para transportarlo a la ubicación donde se va a usar;

- una lista de otros módulos de hardware con los que el módulo de hardware está configurado para comunicarse o cooperar;

- una lista de los módulos de software con los que el módulo de hardware está configurado para comunicarse o con los que el módulo de hardware está asociado.

El estado actual representa los datos de estado, por lo tanto los datos de estado comprenden, por ejemplo, datos sobre el estado interno, los otros módulos de hardware a los que el módulo de hardware está físicamente conectado, etc. El estado interno puede ser una temperatura dentro del módulo de hardware, la posición de una junta que forma parte del módulo de hardware, que en este caso puede ser un módulo manipulador, etc.

Los módulos de software asociados al módulo de hardware pueden ser, obviamente, software que se ejecuta en el módulo de hardware, pero también pueden estar "relacionados" en el sentido de que procesan los datos adquiridos por el módulo de hardware, por ejemplo, el software de procesamiento de imágenes para una cámara de hardware, o en el sentido de que determinan los datos que se usan en el funcionamiento del módulo de hardware, por ejemplo, un software de calibración que calcula los parámetros de calibración (a partir de los datos de calibración determinados por el mismo módulo de hardware, o a partir de los datos obtenidos por otros módulos de hardware, en particular, sensores).

El módulo de hardware puede almacenar, por ejemplo, en su unidad de almacenamiento de datos, datos históricos que representan el uso del módulo de hardware.

Los datos de funcionamiento y los datos históricos pueden comprender uno o más de:

- tiempo total de funcionamiento;

- valores registrados de los datos de funcionamiento;

- valores estadísticos de los datos de funcionamiento;

- número de ciclos realizados;

- tipos de fallos de funcionamiento;

- estadísticas sobre fallos de funcionamiento;

- tiempo y/o coste para eliminar fallos de funcionamiento;

- el tiempo de inactividad causado por fallos de funcionamiento;

- cómo se ha eliminado un fallo de funcionamiento concreto;

- valores estadísticos y otros derivados de otros datos históricos;

- un registro de las acciones de mantenimiento.

Los datos históricos pueden derivarse de los datos de funcionamiento, y los datos pueden comprender datos sobre cuándo y cuánto tiempo un módulo de hardware o componentes del módulo de hardware estuvieron en funcionamiento, y los parámetros usados en su funcionamiento. Por ejemplo, los datos de funcionamiento pueden indicar cuando el dispositivo, por ejemplo, se ha encendido un motor, a qué potencia funcionaba y cuándo se apagó. Los datos de funcionamiento pueden incluir valores de propiedades físicas, en particular las propiedades mecánicas o eléctricas. Las propiedades mecánicas pueden ser fuerzas, momentos de apriete, velocidades, caminos recorridos, etc. Las propiedades eléctricas pueden ser corrientes, tensiones, potencia, etc. Los datos de funcionamiento pueden determinarse por el controlador integrado -para los parámetros que se controlan por el propio controlador integrado- o a partir de los datos de sensores obtenidos del al menos un sensor.

Los datos históricos también pueden incluir entradas generadas parcial o totalmente por seres humanos, como la forma en que se eliminó un determinado fallo de funcionamiento o un registro de las acciones de mantenimiento con el número, fecha, frecuencia de las acciones de mantenimiento, y con los pasos individuales tomados durante el mantenimiento. La información sobre las averías puede generarse automáticamente. Si se cambia un módulo de hardware debido a reparaciones o mantenimiento, se sustituye por un módulo de hardware similar con una identidad diferente, que se registra por el sistema, de forma automática o manual. Si un módulo de hardware se repara pero permanece en su lugar, esto se registra en su historial.

El módulo de hardware puede ser un módulo manipulador que comprende dos eslabones mecánicos conectados por una junta, un actuador para fijar una posición de la junta y, por tanto, una posición relativa de los eslabones.

Esto diferencia los módulos de hardware activos -que tienen juntas- de los módulos pasivos, que no tienen juntas, pero pueden comprender cero, uno o más sensores, un controlador integrado, unidad de almacenamiento de datos y unidad de comunicación. Dicho módulo pasivo puede detectar la orientación en la que se acopla a un módulo de hardware adyacente, y puede comprender, en su unidad de almacenamiento de datos, parámetros de calibración en cuanto a su geometría.

El módulo de hardware puede ser un módulo manipulador que comprende dos eslabones mecánicos conectados por una junta rotativa, comprendiendo cada eslabón una interfaz adaptada para conectarlo a una interfaz de otro módulo de hardware, y en donde cuando la junta está en una primera posición las dos interfaces son paralelas entre sí, y cuando la junta está en una segunda posición girada 180° con respecto a la primera posición, las dos interfaces forman un ángulo recto entre sí.

En más en detalle, esto significa que a una primera interfaz se le puede asignar un primer plano que está en una relación espacial fija con la primera interfaz, y a la segunda interfaz se le puede asignar un segundo plano correspondiente, que está en una relación espacial fija con la segunda interfaz. Entonces, cuando la junta está en la primera posición los dos planos son paralelos entre sí, y cuando la junta está en la segunda posición, los dos planos forman un ángulo recto entre sí.

Un conjunto de al menos dos módulos de hardware, un primero y un segundo, pueden tener sus interfaces configuradas de forma que por las mismas interfaces, los módulos de hardware primero y segundo pueden estar conectados entre sí en una de al menos dos posiciones espaciales relativas diferentes, estando relacionadas las dos posiciones diferentes por una rotación de uno de los módulos de hardware en 180° y/o 90° con respecto al otro.

Cada interfaz comprende elementos de interfaz como elementos de conexión mecánica y eléctrica y de comunicación. Los elementos de la interfaz eléctrica pueden transmitir energía y también pueden funcionar o usarse como interfaces de comunicación.

Las interfaces pueden estar ubicadas normalmente en los extremos de los módulos, o en un módulo de hardware base del conjunto robótico. Cada módulo de hardware tiene al menos una y un máximo de cinco interfaces. Las interfaces son planas o en ángulo, preferentemente orientadas a 45°, lo que permite realizar conexiones rectas o en ángulo recto. Comprenden medios físicos para asegurar las funciones de conexión mecánica y eléctrica entre cada módulo. Cada interfaz puede enchufarse en al menos dos orientaciones diferentes, comprendiendo de ese modo al menos dos conjuntos de medios de conexión dispuestos simétricamente. La interfaz garantiza un posicionamiento preciso y una fuerte fijación de los módulos de hardware. Esta función se completa con un solo tipo de elementos o se divide, usando dos tipos de elementos diferentes:

• Ejemplos de conexiones mecánicas que usan un solo tipo de elemento son, pero no se limitan a: atomiNamiento, fijación, conexiones de orificios excéntricos.

• Ejemplo de conexiones mecánicas divididas: conexión magnética: asegurar / guiar la conexión física - debe combinarse con la conexión mecánica

El módulo de hardware base puede comprender un sensor de aceleración. Esto le permite determinar su orientación espacial, que puede depender, por ejemplo, si se monta en el suelo, pared o el techo. Esta información puede usarse para adaptar el control de movimiento de los módulos de hardware unidos al módulo de hardware base.

Las conexiones eléctricas pueden implementar

• Conexión de alimentación inductiva: se envía energía desde el (n-l)-ésimo módulo inteligente o desde un módulo de hardware base del conjunto robótico a través de un acoplamiento inductivo al n-ésimo módulo de hardware que puede usar esa energía para funcionar.

• Comunicación por línea eléctrica: se puede usar un bus de PLC / PLN / PDSL - DC - para la transmisión de datos a través de la misma conexión física que la fuente de alimentación. Esto reduce las necesidades de espacio y los costes de interfaz.

El módulo de hardware puede comprender una primera interfaz y una segunda interfaz, y un canal que pasa de la primera interfaz a la segunda interfaz a través del interior del módulo de hardware.

Este canal puede usarse para guiar hilos, cables, fibras, fluidos o sustancias que pueden fluir, etc., a través de un módulo de hardware o de una secuencia de módulos de hardware conectados.

En general, dicho canal puede ser externo (visible) o interno al módulo de hardware, preferentemente un canal interno o interior y más preferentemente con una posición central en el módulo. La función del canal permite personalizar el sistema o conjunto robótico: pueden añadirse cables o puede utilizarse el canal para conducir fluidos como el pegamento, resina, aceite, aire, vacío ... para dispensar y/o aspirar dichos fluidos. En el caso de un canal externo, podría fijarse externamente una vez montado el conjunto robótico gracias a un sistema de guiado. En el caso de un canal interno, puede ser del material del robot (acero, acero inoxidable, aluminio,...) y puede estar revestido para tener resistencia química a los fluidos, o para permitir un mejor flujo de fluidos o un paso más fácil de los cables. Los cables pueden ser cables eléctricos, fibras ópticas, filamentos de impresión 3D conductores, etc.....

La unidad de almacenamiento de datos puede almacenar datos de calibración que representan las posiciones y orientaciones relativas de la junta y los dos eslabones.

En particular, estos datos de calibración pueden representar posiciones y orientaciones relativas entre la junta y la primera interfaz, y entre el eslabón y la segunda interfaz, y datos de calibración relacionados con la propia junta, que reflejan errores o desviaciones de los valores nominales en la junta. Generalmente, los datos de calibración pueden expresarse en términos de valores absolutos o en términos de desviaciones o errores relativos con respecto a valores de referencia.

Para los módulos de hardware pasivos, que no comprenden un eslabón, los datos de calibración pueden representar posiciones y orientaciones relativas entre la primera y la segunda interfaz de eslabón.

Los datos de calibración también pueden definir procedimientos para adaptar los parámetros de calibración de acuerdo con las condiciones que afectan al módulo de hardware. Tales condiciones pueden comprender temperaturas, como la temperatura ambiente y la interna, cargas que actúan sobre el módulo de hardware, etc.

Los datos de calibración pueden determinarse después de la fabricación del módulo de hardware y/o posteriormente, mediante procedimientos de calibración específicos realizados en el módulo de hardware en un entorno de prueba. La calibración también puede realizarse con el módulo de hardware que se instala en combinación con otros módulos de hardware, ya sea mediante procedimientos de calibración específicos o con procedimientos basados en los datos de los sensores adquiridos durante el funcionamiento normal o productivo de los módulos de hardware.

El actuador puede comprender un motor que impulsa la posición de la junta a través de una transmisión, y un primer sensor de posición para medir una posición del actuador (del motor) en un lado de entrada de la transmisión (en el que la transmisión es impulsada por el motor) y un segundo sensor de posición para medir una posición del actuador en un lado de salida de la transmisión (donde la transmisión impulsa la junta), y un estimador de carga dispuesto para estimar una carga que actúa sobre la junta a partir de las posiciones del actuador en los lados de entrada y salida de la transmisión.

Esto puede hacerse mediante el estimador de carga que escala las posiciones del actuador en los lados de entrada y salida de la transmisión a una escala común, y estimando la carga a partir de la diferencia de las posiciones del actuador escaladas y de una tasa de resorte que representa una resiliencia de la transmisión (normalmente, las posiciones son posiciones rotativas). En otras palabras, una carga en la junta hace que la transmisión se flexione, mediante lo cual el grado al que se flexiona es una función de la carga y de la elasticidad o resistencia de la transmisión. El grado al que se flexiona da como resultado una diferencia de posiciones en la entrada y la salida de la transmisión. Al determinar esta diferencia, hay que tener en cuenta la relación de transmisión. Esto se hace escalando las posiciones o los cambios de posición. Por ejemplo, una posición en la entrada de la transmisión se multiplica por la relación de transmisión, dando como resultado una posición escalada correspondiente en la salida de la transmisión. Si esta posición escalada difiere de la posición medida en la salida, esta diferencia se debe a una carga en la junta que hace que se produzca la transmisión.

La medición de una carga en la junta puede usarse para detectar las fuerzas externas que actúan sobre un manipulador. Esto, a su vez, puede usarse para la detección de colisiones y el control de un robot para cumplir con las fuerzas externas. Esto, a su vez, puede ser necesario para cumplir los requisitos de seguridad de los acuerdos de colaboración entre humanos y robots.

El módulo de hardware puede incluir un freno dispuesto para inhibir el movimiento de la junta, siendo el freno un freno de fricción.

El freno puede configurarse para aplicar una fuerza de frenado o un par de torsión cuando el módulo de hardware se apaga y/o en el caso de una parada de emergencia. El freno de fricción puede estar configurado para sujetar la junta con una fuerza o par de torsión predeterminados, correspondiente a un par de frenado máximo predeterminado. Esto, a su vez, permite al usuario mover la junta, incluso cuando el módulo de hardware está apagado, aplicando manualmente un par de torsión mayor. Esta capacidad de mover un brazo robótico puede ser necesaria para los sistemas de colaboración hombre-máquina, como se especifica, por ejemplo, en la norma ISO/TS 15066.

El módulo de hardware puede incluir un freno dispuesto para inhibir el movimiento de la junta, estando dispuesto el freno para establecer un ajuste mecánico de forma que inhibe el movimiento de la junta.

El freno puede configurarse para bloquear el movimiento de la junta cuando el módulo de hardware se apaga y/o en caso de una parada de emergencia.

El freno permite una cantidad predeterminada de holgura. Si este es el caso, un usuario puede mover la junta dentro de un rango correspondiente a esta holgura, incluso cuando el módulo de hardware está apagado, aplicando manualmente un par de torsión a la junta. La holgura puede corresponder a, por ejemplo, un ángulo de junta de 1° o 2° o 5° o 10° o 15° o 20°.

Según la invención, se proporciona un módulo de hardware tal como se describe a continuación. Dicho módulo de hardware puede realizarse en combinación con uno o más elementos de los módulos de hardware mencionados anteriormente y/o en combinación con acoplamientos mecánicos según se menciona a continuación, o de forma totalmente independiente.

Según la invención, el módulo de hardware para un sistema robótico comprende dos eslabones mecánicos conectados por una junta rotativa y un conducto flexible, y un espacio de guía de conducto cilíndrico definido por un espacio hueco entre una pared de cilindro interior y una pared de cilindro exterior, extendiéndose las dos paredes del cilindro desde un primer extremo hasta un segundo extremo del espacio hueco y siendo coaxiales entre sí y con el eje de la junta, estando el conducto en un primer extremo unido al primer eslabón y guiado desde allí hacia el espacio hueco en el primer extremo del espacio hueco, y estando el conducto en un segundo extremo unido al segundo eslabón y guiado desde allí hacia el espacio hueco en el segundo extremo del espacio hueco, permitiendo la longitud del conducto entre el primer extremo y el segundo extremo una rotación relativa de al menos 180° o al menos 270° o al menos 360° o al menos 720° entre el primer eslabón y el segundo eslabón.

Esto permite mantener el conducto encerrado dentro del módulo de hardware. Los eslabones entre conductos de módulos de hardware adyacentes pueden implementarse como partes de interfaces del módulo de hardware, con el resultado de que todas las conexiones entre los módulos de hardware se realizan a través de las interfaces. El resultado son módulos de hardware totalmente modulares, sin necesidad de conductos, cables y similares que tienen que instalarse después de que los módulos de hardware se hayan ensamblado. Además, se evita el uso de anillos rozantes y sus desventajas.

La pared interior del cilindro puede rodear otros elementos de la junta, en particular, al menos uno del actuador, controlador integrado, unidad de almacenamiento de datos y unidad de comunicación.

El espacio hueco puede así disponerse en el exterior de la junta, permitiendo un diámetro relativamente grande, que a su vez permite un gran radio de curvatura del conducto.

El conducto puede estar dispuesto para llevar cables eléctricos para la energía y/o para la comunicación. El propio conducto puede ser un cable de este tipo. El conducto puede estar dispuesto para transportar sustancias que pueden fluir.

De acuerdo con la invención, el eje de junta intersecta la primera interfaz y/o la segunda interfaz.

El eje de junta puede formar un ángulo de 45° con respecto a un primer plano de interfaz y/o a un segundo plano de interfaz de la interfaz respectiva.

Además, se proporciona un acoplamiento mecánico como el que se describe a continuación. Dicho acoplamiento puede realizarse en combinación con los módulos de hardware mencionados anteriormente.

Un acoplamiento mecánico, preferentemente para el acoplamiento de módulos de hardware como se describe en el presente documento, comprende una primera interfaz con un primer plano de interfaz y una segunda interfaz con un segundo plano de interfaz, estando diseñadas la primera interfaz y la segunda interfaz para que se acoplen por el primer plano de interfaz que está colocado contra el segundo plano de interfaz, comprendiendo el acoplamiento mecánico uno o más acoplamientos de bloqueo cargados por resorte y uno o más acoplamientos de posicionamiento, en donde, cuando se establece el acoplamiento, los acoplamientos de bloqueo tiran del primer y segundo plano de interfaz uno contra el otro, y, con fuerzas que actúan paralelas al primer y segundo plano de interfaz, empujan las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento, una contra otra.

Debido a que los acoplamientos de bloqueo están cargados por resorte, se define la posición relativa estable resultante y la orientación entre la primera interfaz y la segunda interfaz

• por el primer y el segundo plano de interfaz, restringiendo un grado de libertad de traslación y dos de rotación entre las dos interfaces, y

• por las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento, restringiendo los dos grados de libertad de traslación y uno de rotación restantes.

En más en detalle, en cada uno de los uno o más acoplamientos de posicionamiento, una primera superficie de contacto de un primer elemento de acoplamiento de posicionamiento del acoplamiento de posicionamiento se empuja contra una segunda superficie de contacto de un segundo elemento de acoplamiento de posicionamiento del acoplamiento de posicionamiento. El primer elemento de acoplamiento de posicionamiento puede ser un pasador de bloqueo y el segundo elemento de acoplamiento de posicionamiento puede ser un orificio de bloqueo con una leva de fijación, o viceversa.

Los vectores normales de las primeras y segundas superficies de contacto suelen ser paralelos a los respectivos planos de interfaz primero y segundo. Por tanto, estas superficies de contacto no limitan la posición relativa de los asociados de acoplamiento en la dirección normal a los planos de interfaz. Estas superficies de contacto pueden deslizarse unas sobre otras en la dirección normal a los planos de interfaz, con la posición relativa de los asociados de acoplamiento, observados en una proyección sobre los planos de la interfaz, que se mantienen sin cambios. Cuando estas superficies de contacto se empujan unas contra otras, un vector de fuerza de contacto resultante es paralelo a los planos de interfaz.

Normalmente, los planos de interfaz se mecanizan como una única superficie en una sola pieza de material, normalmente de metal. Sin embargo, alternativamente, cada uno de ellos puede comprender varias superficies separadas pero coplanares.

El acoplamiento mecánico puede comprender al menos dos acoplamientos de bloqueo y al menos un acoplamiento de posicionamiento, estando dispuestos los al menos dos acoplamientos de bloqueo para ejercer un par de torsión entre la primera interfaz y la segunda interfaz, y definiendo el al menos un acoplamiento de posicionamiento la posición relativa de la primera interfaz y la segunda interfaz mediante superficies de contacto respectivas que se presionan entre sí por el par de torsión.

El acoplamiento mecánico puede comprender al menos dos acoplamientos de bloqueo y al menos dos acoplamientos de posicionamiento, estando dispuestos los al menos dos acoplamientos de bloqueo para ejercer un par de torsión entre la primera interfaz y la segunda interfaz, y definiendo los al menos dos acoplamientos de posicionamiento la posición relativa y la orientación de la primera interfaz y la segunda interfaz mediante, para al menos uno o para cada acoplamiento de posicionamiento, las respectivas superficies de contacto que se presionan una contra otra por el par de torsión.

Esta disposición permite una capacidad de repetición con gran precisión respecto a los ángulos relativos (o la orientación relativa) de los objetos o módulos que se acoplan juntos. Dos ángulos se definen con gran precisión por los planos de la interfaz que están en contacto entre sí. El ángulo restante, correspondiente a la rotación alrededor de un eje normal en los planos de la interfaz, está definido por los acoplamientos de posicionamiento.

Uno de los acoplamientos de posicionamiento puede comprender un pasador de posicionamiento central y un orificio de posicionamiento. Esto define la posición relativa en el plano de interfaz. La orientación relativa en la interfaz, alrededor del pasador central de posicionamiento, está definida por otro acoplamiento de posicionamiento que comprende un pasador de posicionamiento descentrado y el correspondiente orificio de posicionamiento, cuyas superficies de contacto se presionan una contra otra por el par de torsión.

Cada uno de los acoplamientos de posicionamiento puede incluir un pasador de posicionamiento descentrado y el correspondiente orificio de posicionamiento. Tanto la posición relativa como la orientación relativa en la interfaz se definen por sus superficies de contacto que se presionan una contra otra por el par de torsión.

El acoplamiento mecánico puede comprender cuatro acoplamientos de bloqueo y dos acoplamientos de posicionamiento, estando dispuestos los cuatro acoplamientos de bloqueo para ejercer un par de torsión entre la primera interfaz y la segunda interfaz, y definiendo los dos acoplamientos de posicionamiento la posición relativa y la orientación de la primera interfaz y la segunda interfaz mediante, para cada acoplamiento de posicionamiento, las respectivas superficies de contacto que se presionan una contra otra por el par de torsión.

Aquí también, uno de los acoplamientos de posicionamiento puede ser uno centrado y el otro descentrado, o ambos pueden estar descentrados.

Esta disposición permite una capacidad de repetición casi óptima con gran precisión respecto a los ángulos relativos (o la orientación relativa) de los objetos o módulos que se acoplan juntos. Los ángulos se definen como en la realización anterior. Los cuatro acoplamientos de bloqueo pueden disponerse de forma simétrica, generando un par de torsión para la rotación alrededor del eje normal en los planos de interfaz de manera simétrica también.

Las fuerzas ejercidas por los al menos dos acoplamientos de bloqueo y que actúan paralelamente al primer y segundo plano de interfaz se equilibran por las fuerzas que actúan donde las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento son empujadas una contra otra, y al menos una de las siguientes se mantiene:

• en uno o varios o todos los acoplamientos de posicionamiento, las fuerzas que actúan entre las superficies de contacto del acoplamiento de posicionamiento son al menos aproximadamente normales a las superficies de contacto;

• los acoplamientos de bloqueo definen un punto central de los acoplamientos de bloqueo, y la distancia de cada uno de los acoplamientos de posicionamiento al punto central de los acoplamientos de bloqueo es la misma; • la configuración de los acoplamientos de bloqueo y los acoplamientos de posicionamiento permite acoplar las interfaces en al menos dos posiciones espaciales relativas diferentes, estando relacionadas las dos posiciones diferentes por una rotación, alrededor de un eje normal al primer y segundo plano de interfaz, de una de las interfaces en 180° y/o 90° con respecto a la otra.

Si hay exactamente dos acoplamientos de bloqueo, entonces su punto central puede ser el punto medio entre ambos. Si hay tres o más, entonces el punto central puede ser el centro de gravedad del polígono convexo que tiene como vértices los acoplamientos de bloqueo.

La distancia de cada uno de los acoplamientos de bloqueo al punto central también puede ser la misma que la distancia de cada uno de los acoplamientos de posicionamiento al punto central.

La primera interfaz puede comprender un enchufe de conector, y la segunda interfaz puede comprender al menos una primera y una segunda clavija de conector, y la primera interfaz y la segunda interfaz pueden acoplarse entre sí, con el primer plano de interfaz colocado contra el segundo plano de interfaz, en al menos una primera posición relativa en la que el enchufe de conector se acopla a la primera clavija de conector y en una segunda posición relativa en la que el enchufe de conector se acopla a la segunda clavija de conector.

Entonces, el módulo de hardware que comprende la segunda interfaz puede determinar la posición relativa de la primera interfaz y de la segunda interfaz determinando cuál de las clavijas de conector está enganchada con el enchufe de conector. El controlador integrado puede configurarse para determinar esto.

La determinación automática de un modelo computacional del sistema robótico puede comprender los pasos de • determinar automáticamente una configuración física del sistema robótico determinando, para cada módulo de hardware del sistema robótico,

o una descripción del módulo de hardware asociada que comprenda una descripción de las características físicas del módulo de hardware;

o su relación geométrica con uno o más módulos de hardware adyacentes; o la identidad de uno o más módulos de hardware adyacentes.

La descripción del módulo de hardware puede recuperarse de una base de datos, es decir, un inventario, que es independiente del módulo de hardware, o como se almacena en el propio módulo de hardware.

La relación geométrica de un módulo de hardware con uno o más módulos de hardware adyacentes; puede determinarse a partir de la relación espacial entre las interfaces de los módulos de hardware. Junto con las posiciones de junta de cada módulo de hardware, se determina la configuración completa del eslabón cinemático formado por los módulos de hardware.

Las características físicas pueden comprender al menos los parámetros de un eslabón cinemático formado por los módulos de hardware, tal como los parámetros Denavit-Hartenberg. Estos pueden ser suficientes para la planificación de la trayectoria de movimiento. Las características físicas también pueden comprender modelos corporales 3D aproximados o exactos de los módulos de hardware. Estos pueden combinarse para formar un modelo 3D del sistema robótico que puede implementar la evitación de colisiones como parte de la planificación de la trayectoria de movimiento.

La conexión de un módulo manipulador en un sistema robótico modular puede proporcionar al menos dos tipos de información a una unidad central de cálculo y mando (CCC), tales como: La posición y las funciones de dichos módulos con respecto a dicho conjunto;

• Las características físicas de dichos módulos y sus tolerancias para dichas características físicas, en donde dichas características físicas pueden comprender el peso, o los intervalos de velocidad, o los intervalos de fuerza, o los intervalos de longitud de dichos módulos;

• Historial: mantenimiento, uso, número de ciclos realizados;

• Información transmitida por el propio módulo al inventario del módulo: biblioteca activa / actualizada.

El método para hacer funcionar el sistema robótico puede comprender, para determinar automáticamente la relación geométrica de un módulo de hardware con uno o más módulos de hardware adyacentes, la etapa de determinar en cuál de varias posibles posiciones espaciales relativas se encuentran dos módulos de hardware adyacentes,

• a partir de los sensores integrados en al menos una de las interfaces que conectan los módulos de hardware adyacentes; o

• a partir de la entrada del usuario.

El método para hacer funcionar el sistema robótico puede comprender la siguiente etapa para determinar automáticamente la identidad de uno o más módulos de hardware adyacentes:

• sensores dispuestos para observar los módulos de hardware que determinan la identidad de uno o más módulos de hardware.

La materia objeto de la invención se explicará con más detalle en el siguiente texto con referencia a ejemplos de realización que se ilustran en los dibujos adjuntos, que muestran esquemáticamente:

Fig. 1 elementos de un sistema robótico que no forma parte de la invención;

Fig. 2 un módulo manipulador que no forma parte de la invención,

Fig. 3 un módulo manipulador en una posición de junta diferente que no forma parte de la invención;

Fig. 4a otro módulo manipulador, en diferentes posiciones de junta que no forma parte de la invención;

Fig. 4b un módulo manipulador con una junta rotativa y lineal combinada que no forma parte de la invención; Fig. 5 una estructura física de un sistema o conjunto robótico que no forma parte de la invención;

Fig. 6 una estructura de interfaz de un sistema o conjunto robótico que no forma parte de la invención;

Fig. 7a-b correspondientes interfaces que no forman parte de la invención;

Fig. 8a-c acoplamientos de bloqueo de una interfaz que no forman parte de la invención; y

Fig. 9a-b un conducto guiado a través de un módulo de hardware.

En principio, las partes idénticas se proporcionan con los mismos símbolos de referencia en las figuras.

La Fig. 1 proporciona de forma esquemática una visión general de elementos de un sistema robótico que no forma parte de la invención, que comprende módulos de hardware 3 y módulos de software 4, denominados colectivamente "módulos". En el mundo real, los módulos de hardware 3 se combinan y configuran para funcionar como actuadores y sensores. Los módulos de hardware 3 pueden conectarse físicamente para formar manipuladores tal como brazos robóticos.

Los módulos de hardware 3 pueden ser módulos manipuladores 33, y un conjunto de módulos manipuladores 33 conectados, conectado a un módulo de hardware base 3b, forma un sistema robótico o conjunto robótico 3c.

Módulos de hardware

Un módulo de hardware 3 puede ser, p. ej., un módulo manipulador 33, un módulo de hardware base 3b, una unidad central de cálculo y mando (CCC) 10, o un módulo sensor 3 s, o un dispositivo heredado conectado y controlado a través de una unidad compatibilizadora o traductor 3a.

Un módulo manipulador 33, además de tener una unidad de computación como los otros tipos de módulos de hardware 3, comprende un actuador 39.

La Fig. 2 muestra esquemáticamente un módulo manipulador 33, que no es parte de la invención, con un controlador integrado 35 dispuesto para controlar un actuador 39, leer los datos de sensor de uno o más sensores 38, por ejemplo, para las fuerzas y los pares de torsión generados por o que actúan sobre el módulo manipulador, almacenar datos en y recuperar datos de una unidad de almacenamiento de datos local 36, y comunicarse a través de una unidad de comunicación 37 con otros módulos de hardware 3 y/o una unidad de control central.

El actuador 39 comprende un motor 393 que acciona una transmisión 394 que a su vez acciona la junta 34, es decir, establece la posición relativa de los eslabones unidos por la junta 34. Un primer sensor de posición 391 está dispuesto para medir la posición (angular) del actuador 39 entre el motor 393 y la transmisión 394, es decir, en un lado de entrada de la transmisión 394. Un primer sensor de posición 391 está dispuesto para medir la posición (angular) del actuador 39 entre la transmisión 394 y la junta 34, es decir, en un lado de salida de la transmisión 394.

El primer sensor de posición 391 puede ser un sensor incremental y puede usarse para controlar el motor 393. El segundo sensor de posición 392 puede ser un sensor de valor absoluto y puede usarse para medir una posición de la junta 34, especialmente al encender el módulo de hardware 3. Con esta combinación, la precisión del primer sensor de posición incremental 391 se complementa con la capacidad del segundo sensor de posición 392 para determinar la posición de la junta sin tener que mover la junta a una posición de referencia para establecer una referencia para el sensor incremental. Asimismo, una vez que el módulo de hardware 3 está encendido, las diferencias en las lecturas de los dos sensores, combinadas con información sobre una elasticidad o resiliencia de la transmisión 394, pueden usarse para determinar la carga que actúa sobre la junta 34. Un estimador de carga 395 está configurado para determinar dicha carga basándose en las lecturas del primer sensor de posición 391 y del segundo sensor de posición 392.

Un freno está dispuesto para inhibir el movimiento de la junta 34. Este evita que el módulo de hardware 3, y una combinación de módulos de hardware 3 que forma un brazo robótico, se mueva por su propio peso cuando se apaga. El freno puede disponerse para que se active automáticamente cuando el módulo de hardware 3 pierda energía o se apague de forma controlada. El freno puede ser un freno de fricción, y puede tener su fuerza de frenado limitada de tal manera que la junta 34 puede usarse por un operador. Como alternativa, el freno puede establecer un ajuste de forma mecánico que bloquea el movimiento relativo en la junta. En este caso, el freno puede permitir una cierta holgura, de nuevo para permitir que un operador mueva la junta 34 al menos hasta cierto punto.

Un canal 345 va de la primera interfaz 31 a la segunda interfaz 32. Este se dirige, al menos en una región de la junta 34, coaxialmente al eje de la junta 34. El canal 345 puede comprender dos secciones de tubo que se deslizan una dentro de la otra con una conexión hermética a fluidos. De esta forma, con dos o más módulos de hardware 3 acoplados por sus interfaces, se crea un canal que pasa por estos módulos de hardware 3.

La unidad de computación de un módulo manipulador 33 suele ser un controlador integrado 35. Se puede conectar físicamente un módulo manipulador, por medio de uno, dos o más conexiones físicas o interfaces 31, 32, a otros módulos manipuladores, que juntos forman un sistema o conjunto de manipuladores modulares. Una conexión física o interfaz 31, 32, comprende normalmente una interfaz mecánica con elementos de conexión mecánica para conectar el módulo manipulador a otros módulos manipuladores, y una interfaz eléctrica con elementos de conexión eléctrica para los enlaces de comunicación y de energía. El módulo manipulador 33 es capaz de comunicarse con estos otros módulos manipuladores, para determinar su identidad e intercambiar su identidad y parámetros con ellos y, opcionalmente, con una unidad CCC. Accionando el actuador 39, una relación geométrica entre dos o más interfaces mecánicas 31, 32, se puede ajustar. Para mayor brevedad, dicha relación puede describirse en términos de una posición de la junta del módulo manipulador. Si el módulo manipulador implementa una junta rotativa, entonces la posición de la junta se describe mediante un ángulo, y la relación geométrica entre las interfaces mecánicas puede ser determinada por este ángulo y las relaciones geométricas entre la junta y cada una de las interfaces mecánicas. Las principales tareas del controlador integrado 35 pueden ser:

identificación de las 3 características de los módulos de hardware: geometría, datos físicos...

determinación de la posición relativa o absoluta del módulo dentro del conjunto robótico mediante la unidad central de computación y mando 10;

transferencia de datos a una unidad central de computación y mando 10;

recepción, entendimiento y traducción en órdenes de acción desde la unidad central de computación y mando 10; accionamiento y regulación de uno o varios actuadores 39;

adición de nuevas funcionalidades a su propio software;

actualización de su software para mantener la compatibilidad con el software de la unidad central de computación y mando 10:

lectura, recopilación, procesamiento y almacenamiento de datos traducidos de los sensores;

recopilación, enumeración, comunicación y almacenamiento de datos - por ejemplo, para establecer los datos del historial con fines de mantenimiento y calibración

Cada módulo de hardware 3 conoce sus características y es capaz de describirse a sí mismo. Cada módulo se caracteriza por al menos dos tipos de parámetros entre

i) su posición en el conjunto robótico,

ii) su función (activa o pasiva), y en el caso de la función activa, la función exacta : junta, efector, brazo telescópico para su manipulación, encolado...

iii) sus propiedades geométricas: peso, inercia, longitud, diámetro, dimensiones externas, dimensiones del canal, - propiedades mecánicas dependiendo de la calidad de las piezas y de los materiales -iv) sus propiedades mecánicas/resistencia: velocidad, fuerza, par de torsión, dimensiones del movimiento, reactividad...

v) sus tolerancias con respecto a cada parámetro, dando una ventana de funcionamiento por módulo. Cada módulo enchufable inteligente es único y tiene su propio bucle de control,

vi) su historial: número de ciclos, fechas y acciones de mantenimiento, datos históricos relacionados con los sensores...

vii) sus datos de calibración

Cada módulo de hardware 3 puede entender e implementar las órdenes de la unidad central de computación y mando 10, y puede convertirlas en acción. Una acción puede ser un movimiento, pero también puede ser esperar, reposar, transferir datos, etc.

Los sensores 38 se accionan por la inteligencia integrada o el controlador integrado 35 del módulo. Sus funciones pueden ser una de tres tipos:

• posicionamiento: para accionar el (los) actuador(es) en función de la retroalimentación del sensor de posición; • control del sistema: apoyar la realización de una acción o dar indicaciones sobre el resultado de la acción;

• mantenimiento / fiabilidad:

o para dar indicaciones sobre el envejecimiento de los propios módulos;

o para dar indicaciones sobre otros módulos de hardware situados en las proximidades y observados por el (los) sensor(es);

Las lecturas de los sensores pueden transmitirse al controlador integrado 35 a través de canales alámbricos o inalámbricos. Ejemplos de propiedades medidas por sensores son la temperatura, humedad, acelerómetro, vibración, señales acústicas, etc.

El módulo manipulador 33 comprende dos eslabones mecánicos, un primer eslabón 31a y un segundo eslabón 32a, pudiéndose controlar una posición relativa entre estos eslabones a través del actuador 39. El primer eslabón 31a comprende una primera interfaz 31, y el segundo eslabón 32a comprende una segunda interfaz 32. Cada una de las interfaces 31,32 comprende elementos de interfaz 31b, 32b como elementos de conexión mecánica y eléctrica y de comunicación.

En el presente ejemplo, la junta 34 es una junta rotativa, y la primera interfaz 31 y la segunda interfaz 32 se encuentran en planos que forman un ángulo de esencialmente 45° con respecto al eje de rotación de la junta rotativa 34. Esto permite girar las dos interfaces desde una posición en la que están paralelas entre sí, como se muestra en la figura 2, hasta una posición en la que están en ángulo recto, como se muestra en la figura 3.

La Fig. 4a muestra otro módulo manipulador 33, que no es parte de la invención, en diferentes posiciones de la junta. Los elementos que se muestran esquemáticamente en la Fig. 3 están encajados o alojados dentro de los respectivos alojamientos del primer eslabón 31a y del segundo eslabón 32a.

La Fig. 4b muestra otro módulo manipulador 33, que no es parte de la invención, con una junta rotativa y lineal combinada. La segunda interfaz 32 puede ser rudimentaria en el sentido de que sólo comprende elementos de conexión mecánica. La segunda interfaz 32 está unida a un elemento cilíndrico alargado, que puede desplazarse linealmente o en traslación a lo largo de su eje cilíndrico y puede girar en torno a este eje.

La Fig. 5 muestra esquemáticamente una estructura física de un sistema o conjunto robótico, que no es parte de la invención, con los módulos manipuladores 33 conectados para formar una estructura secuencial, partiendo de un módulo de hardware base 3b. En otras realizaciones, que no se muestran, más de una secuencia de módulos manipuladores 33 puede basarse en el mismo módulo de hardware base 3b. En realizaciones adicionales, que no se muestran, los módulos manipuladores 33 o los módulos de hardware 3 tienen, en general, más de dos interfaces, por lo que se pueden montar con ellos estructuras en forma de árbol. La figura también muestra simbólicamente los diferentes tamaños de los módulos de hardware 3 y los tipos de interfaz correspondientes, que van de "Grande" (L) a "Medio" (M) a "Pequeño" (S) en este ejemplo. Generalmente, los tamaños y tipos de interfaz se reducen para los módulos de hardware 3 que están más alejados de la base 3b.

La Fig. 6 muestra esquemáticamente una estructura de interfaz de un sistema o conjunto robótico, que no forma parte de la invención: se ejecutan las líneas de alimentación 31p y las líneas de comunicación 31c, partiendo de una unidad central de computación y mando 10, secuencialmente a través de los módulos manipuladores 33. Las líneas de comunicación 31c pueden ser líneas físicamente separadas para las dos direcciones de comunicación, desde y hacia la unidad central de computación y mando 10, o ambas direcciones de comunicación pueden pasar a través de las mismas líneas físicas, por ejemplo, un bus de comunicación. En las realizaciones, las mismas líneas de comunicación 31c y el protocolo de comunicación que se ejecuta en estas líneas se usan para controlar el movimiento de los (de las juntas 34 de los) módulos de hardware 3, para transmitir los datos de los sensores y para leer o escribir los datos de estado, datos operacionales, datos históricos, etc.

Comunicación

La comunicación asegura la transmisión de señales de comunicación a través de los módulos manipuladores 33 del sistema o conjunto robótico y con la unidad central de computación y mando 10. Puede utilizar los buses que pasan por los módulos manipuladores 33, como Ethernet, Ethercat, (ISO 15745) CAN, medios de comunicación basados en fibra óptica o inalámbricos, por ejemplo, LTE, LTE Avanzado, Wi-Fi, Bluetooth, NFC o una combinación de los mismos. La comunicación puede ser con protocolos de difusión o con protocolos de punto a punto.

Los datos pueden intercambiarse continuamente o almacenarse hasta que sean necesarios para la ejecución de la acción.

Cada módulo tiene al menos un puerto transmisor y un puerto receptor para comunicarse con su vecino. Cuando un módulo de hardware 3 tiene dos o n vecinos, entonces el módulo puede estar equipado con dos o n transmisores, y dos o n receptores.

Las Fig. 7a y 7b muestran esquemáticamente cada una uno de un par de interfaces de acoplamiento, que no forman parte de la invención. Cada una de las figuras muestra esquemáticamente una primera interfaz 31. Una segunda interfaz de acoplamiento 32, configurada para acoplarse a la primera, tiene esencialmente el mismo aspecto, salvo que puede tener dos clavijas de conector, mientras que la primer sólo muestra un enchufe de conector 313 y un rectángulo vacío. Además, son posibles diversas configuraciones para asignar pasadores y orificios de bloqueo y posicionamiento a dos interfaces de acoplamiento, como se explica más adelante. Por lo tanto, las figuras muestran la ubicación de pasadores y orificios, y la asignación de un pasador u orificio a una interfaz concreta puede variar. Las interfaces se muestran en una vista sobre un plano de interfaz respectivo, visto desde el exterior del respectivo módulo de hardware.

La primera interfaz 31 comprende una serie de pasadores de bloqueo 311 y pasadores de posicionamiento 312, y un enchufe de conector 313. Estos elementos están dispuestos para sobresalir de un primer plano de interfaz 310, por lo demás llano o plano. La segunda interfaz 32 comprende los correspondientes orificios de bloqueo 321 y orificios de posicionamiento 322, y dos clavijas de conector. El enchufe de conector 313 y las clavijas de conector pueden estar montadas de forma elástica o resistente, para compensar las imprecisiones en su posición relativa sin imponer una carga lateral indebida (en el plano de interfaz) en los conectores eléctricos. Cuando las interfaces están acopladas, ■ los pasadores de bloqueo 311 se acoplan con los correspondientes orificios de bloqueo 321, formando cada par de pasadores de bloqueo 311 y los orificios de bloqueo 321 un acoplamiento de bloqueo; • los pasadores de posicionamiento 312 se acoplan con los correspondientes orificios de posicionamiento 322, formando cada par de pasadores de posicionamiento 312 y orificios de posicionamiento 322 un acoplamiento de posicionamiento; el enchufe de conector 313 se acopla a una de las clavijas de conector.

Normalmente, la segunda interfaz 32 está dispuesta en un módulo de hardware 3 que está más cerca de una base de un manipulador ensamblado a partir de un conjunto de dichos módulos de hardware 3.

El módulo de hardware 3 que comprende la interfaz con las dos clavijas de conector puede determinar cuál de sus clavijas de conector está enchufada en el enchufe de conector 313. A partir de esto, puede determinar en cuál de las dos posibles dos orientaciones relativas (giradas en 180°) se acoplan conjuntamente los dos módulos de hardware 3.

Para acoplar dos interfaces de acoplamiento, se elige una de las dos orientaciones relativas posibles, y el primer plano de interfaz 310 y el segundo plano de interfaz 320 se colocan uno contra el otro, con los pasadores de bloqueo 31 1 encajando en los orificios de bloqueo 321 y los pasadores de posicionamiento 312 encajando en los orificios de posicionamiento 322. En esto, los pasadores y orificios de posicionamiento pueden estar centrados o descentrados. Como se explica más adelante en relación con las figuras 8a-c, los conectores de bloqueo comprenden elementos de leva 3210 que se giran y, por lo tanto, primero tiran de los planos de interfaz entre sí y luego ejercen una fuerza relativa sobre las interfaces, en paralelo a los planos de la interfaz. Estas fuerzas de bloqueo individuales se suman para crear un par de torsión de bloqueo alrededor de un eje que es normal a los planos de interfaz. Este par de torsión empuja las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento 312, 322 una contra otra. Es decir, una superficie de contacto de un primer pasador de posicionamiento 312 se empuja contra una superficie de contacto de un correspondiente primer orificio de posicionamiento 322, y una superficie de contacto de un segundo pasador de posicionamiento 312 se empuja contra una superficie de contacto de un correspondiente segundo orificio de posicionamiento 322. La ubicación de estas superficies de contacto define la orientación relativa o la rotación de las dos interfaces alrededor de un eje normal a los planos de interfaz. También define la traslación relativa en las dos dimensiones paralelas a los planos de interfaz. La capacidad de repetición de la posición relativa y la orientación de los dos módulos de hardware 3 puede garantizarse por tanto mediante el mecanizado preciso de estas superficies de contacto.

En la realización de la figura 7a, los dos acoplamientos de posicionamiento están realizados cada uno por los correspondientes pasadores de posicionamiento descentrados 312 y los orificios de posicionamiento 322.

En la realización de la figura 7b, uno de los acoplamientos de posicionamiento se realiza mediante un pasador de posicionamiento descentrado 312 y un orificio de posicionamiento 322, y el otro mediante un pasador de posicionamiento central 312 y un orificio de posicionamiento 322. Este último puede ser hueco, conduciendo a un pasador de posicionamiento tubular 312. Un anillo de centrado puede estar dispuesto entre el pasador de posicionamiento central 312 y el orificio de posicionamiento central 322.

Existen diferentes configuraciones posibles para asignar pasadores y orificios a las dos interfaces. Este es el caso de los acoplamientos de bloqueo como también de los acoplamientos de posicionamiento.

Por ejemplo, en la Fig. 7a con cuatro acoplamientos de bloqueo, dos acoplamientos de bloqueo diametralmente opuestos tienen sus pasadores de bloqueo 311 en una interfaz, y los otros dos acoplamientos de bloqueo tienen sus pasadores de bloqueo 311 en la otra interfaz. Esto permite dos posiciones para acoplar las interfaces, giradas 180° una respecta a la otra en el plano de interfaz.

Por ejemplo, en la Fig. 7a con dos acoplamientos de posicionamiento descentrados, si uno tiene su primer pasador de posicionamiento 312 en una interfaz y el segundo pin de posicionamiento 312 en la otra interfaz, entonces sólo hay una posición en la que se pueden acoplar las interfaces. Si hay que tener dos posiciones, giradas 180° una respecto de la otra, entonces, o bien los dos pasadores de posicionamiento 312 deben estar en la misma interfaz, y los dos orificios de posicionamiento 322 en la otra, o bien sólo debe haber un pasador de posicionamiento 312 en total. En este último caso, debe haber un pasador de posicionamiento central y un orificio presente, como en la figura 7b, para definir completamente la posición y la orientación relativas.

La Fig. 8a-c muestra esquemáticamente el funcionamiento de un acoplamiento de bloqueo 311, 321, que no es parte de la invención. El pasador de bloqueo 311 comprende una escotadura de bloqueo 3110 con una primera superficie de bloqueo 3111, esencialmente normal al primer plano de interfaz 310, y una segunda superficie de bloqueo 3112, inclinada con respecto al primer plano de interfaz 310. Como se muestra, estas dos superficies de bloqueo pueden ser secciones separadas de una superficie cilíndrica. El pasador de bloqueo 311 está montado en la primera interfaz 31 mediante una suspensión de bloqueo elástica 3113. Esta suspensión de bloqueo permite que el pasador de bloqueo 311 se mueva, contra la fuerza de uno o varios elementos de resorte de bloqueo, tanto en paralelo al primer plano de interfaz 310 como normal al primer plano de interfaz 310. En el presente ejemplo, la suspensión de bloqueo 3113 es una pila de arandelas de resorte. En otras realizaciones, puede comprender resortes de elastómero.

El elemento de leva 3210 está dispuesto en la segunda interfaz 32 de manera giratoria alrededor de un eje esencialmente paralelo al segundo plano de interfaz 320. Comprende un resalto de leva 3211 que, al girar el elemento de leva 3210, interactúa con un pasador de bloqueo 311 que está presente en el orificio de bloqueo 321.

Antes de aparejar y acoplar las interfaces, el elemento de leva 3210 se mantiene en una posición desbloqueada definida mediante un mecanismo de acción rápida. En esta posición, que se muestra en la Fig. 8a, un pasador de bloqueo 311 puede introducirse en el orificio de bloqueo 321 sin ser obstaculizado por el elemento de leva 3210.

Las interfaces se acoplan alineando y acoplando los acoplamientos de bloqueo y posicionamiento y colocando el primer plano de interfaz 310 y el segundo plano de interfaz 320 uno contra otro. De este modo, se definen dos rotaciones relativas y una traslación relativa. El acoplamiento de las interfaces se realiza entonces mediante la rotación, en cada acoplamiento de bloqueo, del respectivo elemento de leva 3210, lo que hace que ocurra lo siguiente:

" se supera una fuerza de retención del mecanismo de acción rápida.

• el resalto de leva 3211 entra en contacto con la primera superficie de bloqueo 3111 y empuja el pasador de bloqueo 311 en una dirección paralela al primer plano de interfaz 310 y al segundo plano de interfaz 320, como se muestra en la Fig. 8b. El movimiento se detiene cuando las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento 312, 322 se tocan. De este modo, se definen las dos traslaciones relativas restantes y una rotación relativa en los planos de interfaz. El pasador de bloqueo 311 puede dejar paso, en la dirección paralela a las superficies de contacto, gracias a la suspensión elástica 3113, permitiendo una rotación adicional del elemento de leva 3210. Una superficie cilíndrica exterior del elemento de leva 3210 permanece en contacto con la primera superficie de bloqueo 3111, manteniendo la fuerza en los acoplamientos de posicionamiento.

• El resalto de leva 3211 entra en contacto con la segunda superficie de bloqueo 3112 y tira del pasador de bloqueo 311 en una dirección normal a los planos de interfaz 310, 320, como se muestra en la Fig. 8c. Este tira de los planos de interfaz 310, 320 uno contra el otro. De nuevo, el pasador de bloqueo 311 puede dejar paso, ahora en la dirección normal a las superficies de contacto, gracias a la suspensión elástica 3113, permitiendo una rotación adicional del elemento de leva 3210. Una sección de la superficie exterior del pasador de bloqueo 311 se desliza a lo largo de un borde interior 3114 del orificio de bloqueo 321 en la dirección normal a las superficies de contacto. Este borde interior 3114 define, en uno o varios puntos donde contacta con dicha superficie exterior, un eje paralelo a las superficies de contacto alrededor del cual gira el pasador de bloqueo 311 al dejar paso. La superficie cilíndrica exterior del elemento de leva 3210 entra en contacto con la segunda superficie de bloqueo 3112, manteniendo la fuerza que tira de los planos de interfaz 310, 320 uno contra otro. La superficie cilíndrica exterior del elemento de leva 3210 sigue ejerciendo la fuerza en la dirección paralela al primer plano de interfaz 310, manteniendo la fuerza en los acoplamientos de posicionamiento.

• El mismo mecanismo de acción rápida, o uno diferente, mantiene el elemento de leva 3210 en la posición de bloqueo resultante.

La Fig. 9a muestra esquemáticamente un conducto 343 guiado a través de un módulo manipulador 33 según la invención. El conducto 343 está unido en un extremo al primer eslabón 31a y en el otro al segundo eslabón 32a. El conducto 343 está guiado dentro de un espacio hueco cilíndrico entre una pared interior del cilindro 341 y una pared exterior del cilindro 342 (mostrada como retirada en la Fig. 9a, véase la Fig. 4a). Estos cilindros son coaxiales con la junta 34. Cuando la junta 34 se gira, los eslabones 31a, 32a se giran uno con respecto al otro y el conducto 343 se flexiona dentro del espacio hueco a medida que se mueven los puntos en los que se une a los eslabones 31a, 32a. La Fig. 9b muestra esquemáticamente una proyección plana de la trayectoria del conducto 343 en diferentes posiciones relativas de la junta 34. Estas diferentes posiciones se muestran esquemáticamente mediante diferentes posiciones horizontales relativas de una línea superior y una línea inferior, que representan el primer y el segundo eslabón.

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Un módulo de hardware (3) para un sistema robótico, que comprende dos eslabones mecánicos unidos por una junta rotativa (34) y un conducto flexible (343), y un espacio de guía del conducto cilíndrico definido por un espacio hueco entre una pared interior del cilindro (341) y una pared exterior del cilindro (342), extendiéndose las dos paredes del cilindro (341, 342) desde un primer extremo hasta un segundo extremo del espacio hueco y siendo coaxiales entre sí y con un eje de la junta, estando el conducto (343) en un primer extremo unido al primer eslabón (31a) y guiado desde allí hacia el espacio hueco en el primer extremo del espacio hueco, y estando el conducto (343) en un segundo extremo unido al segundo eslabón (32a) y guiado desde allí hacia el espacio hueco en el segundo extremo del espacio hueco, permitiendo la longitud del conducto (343) entre el primer extremo y el segundo extremo una rotación relativa de al menos 180° o al menos 270° o al menos 360° entre el primer eslabón (31a) y el segundo eslabón (32a), en donde el eje de la junta intersecta una primera interfaz (31) del módulo de hardware (3) y/o una segunda interfaz (32) del módulo de hardware (3).

2. El módulo de hardware (3) de la reivindicación 1, en donde la pared interior del cilindro (341) rodea otros elementos de la junta, en particular, al menos uno del actuador (39), el controlador integrado (35), la unidad de almacenamiento de datos (36) y la unidad de comunicación (37).

3. El módulo de hardware (3) de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende un acoplamiento mecánico, en donde la primera interfaz (31) comprende un primer plano de interfaz (310) y en donde la segunda interfaz (32) comprende un segundo plano de interfaz (320), estando diseñadas la primera interfaz (31) y la segunda interfaz (32) para que se acoplen por el primer plano de interfaz (3 10) que está colocado contra el segundo plano de interfaz (320), comprendiendo el acoplamiento mecánico uno o más acoplamientos de bloqueo cargado por resorte (31, 321) y uno o más acoplamientos de posicionamiento (312, 322), en donde, cuando se establece el acoplamiento, los acoplamientos de bloqueo (311, 321) tiran del primer y del segundo plano de interfaz (310, 320) uno contra otro y, con fuerzas que actúan paralelas al primer y al segundo plano de interfaz (310, 320), empujan las superficies de contacto de los acoplamientos de posicionamiento (312, 322) una contra otra.