IT201800010184A1 - Utensile per braccio robotico atto a manipolare pacchi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“UTENSILE PER BRACCIO ROBOTICO ATTO A MANIPOLARE PACCHI”

La presente invenzione riguarda un utensile di presa per braccio robotico atto a manipolare pacchi, in particolare scatole.

L’utensile di presa comprende un corpo allungato avente una flangia di fissaggio al braccio robotico, e due unità montate sulla barra trasversale e singolarmente provviste di mezzi di trattenuta a aspirazione e di una forca di sollevamento.

DE 10324755 A1 descrive un utensile per robot manipolatore comprendente un elemento di supporto principale e fissaggio al robot manipolatore, collegati lungo un asse di collegamento, ed un solo gruppo di presa avente un organo di trattenuta provvisto di ventose pneumatiche estendentesi ortogonalmente all’asse di collegamento, e un piano di appoggio a rulli ortogonale rispetto all’organo di trattenuta.

US 2015/314972 A1 riguarda un dispositivo per movimentare unità impilate sul piano di carico di un mezzo di trasporto. Esso descrive un utensile per robot manipolatore comprendente una testa girevole collegata ad un braccio del robot manipolatore lungo un asse di collegamento, e due gruppi di presa provvisti di ventose pneumatiche mobili l’uno rispetto all’altro, la cui distanza può essere regolata in base alle esigenze di presa, e mobili verticalmente insieme. Un primo gruppo di presa, estendentesi parallelamente all’asse di collegamento è dotato di ventose fissate verticalmente su una forca di sollevamento; un secondo gruppo di presa, estendentesi ortogonalmente all’asse di collegamento, è dotato di ventose fissate orizzontalmente su una guida mobile sulla forca di sollevamento grazie allo stelo di un cilindro idraulico.

US 2015/0274447 A1 riguarda un dispositivo per caricare e scaricare un mezzo di trasporto. Esso descrive, in particolare, un robot manipolatore comprendente un braccio portante alla sua estremità libera un utensile. L’utensile è formato da una pluralità di unità di presa, ognuna avente, su di una piastra anteriore, una coppia di ventose pneumatiche e una forca di sollevamento. Le ventose della coppia sono mosse in direzione perpendicolare alla piastra anteriore mediante rispettivi cilindri a doppio effetto. La forca di sollevamento, che è a forma di vassoio a quattro punte, è mobile parallelamente alla piastra anteriore in direzione ortogonale alle ventose. Le unità di presa descritte nel robot manipolatore secondo US 2015/0274447 A1 non sono mobili trasversalmente l’una all’altra.

WO 2014088415 A1, simile a US 2015/314972 A1, riguarda un dispositivo per movimentare unità impilate sul piano di carico di un mezzo di trasporto. Esso descrive un utensile per robot manipolatore comprendente un elemento di supporto principale e fissaggio al robot manipolatore 104 tramite una testa girevole, ed un solo gruppo di presa provvisto di ventose pneumatiche mobile grazie ad un dispositivo di estensione rispetto ad un ripiano prolungabile. Il gruppo di presa è mobile verticalmente mediante un cinematismo a parallelogramma.

WO 2017025955 A1, simile a WO 2014088415 A1, riguarda un dispositivo per movimentare pacchi. Esso descrive un utensile per robot manipolatore comprendente un solo gruppo di presa, provvisto di ventose pneumatiche, mobile grazie ad un dispositivo di estensione 86 rispetto ad una piattaforma di supporto. Il dispositivo di estensione è un cinematismo a parallelogramma. Il documento della tecnica anteriore più vicino alla presente invenzione US 2015/0274447 A1.

Tuttavia, l’utensile lì descritto non permette di afferrare lateralmente un pacco e spostarlo.

Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un utensile per braccio robotico comprendente una coppia di unità di presa mutuamente mobili trasversalmente.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di poter regolare la distanza trasversale fra le unità di presa secondo le necessità.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di permettere di afferrare lateralmente un pacco e spostarlo.

Pertanto, l’invenzione fornisce un utensile per braccio robotico atto a manipolare pacchi, in particolare scatole, comprendente un corpo allungato con una faccia anteriore e una faccia posteriore, una flangia fissata centralmente nella faccia posteriore del corpo allungato, per il suo collegamento ad un braccio robotico, e due unità di presa, sporgenti dalla faccia anteriore del corpo allungato, singolarmente provviste di mezzi di trattenuta ad aspirazione e di una forca di sollevamento, in cui il corpo allungato include un binario estendentesi sulla faccia anteriore del corpo allungato e le due unità di presa sono sincronicamente mobili in mutuo avvicinamento e allontanamento.

Le caratteristiche sopra indicate sono particolarmente favorevoli per la realizzazione della presa laterale di una scatola o simile.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di forme di realizzazione dell’utensile per braccio robotico atto a manipolare pacchi secondo l’invenzione, illustrato a titolo di esempio indicativo e non limitativo negli uniti disegni in cui:

- Figura 1 è una vista prospettica generale di un braccio robotico che impiega un utensile secondo la presente invenzione;

- Figura 2 è una vista prospettica di un’unità di presa dell’utensile secondo la presente invenzione, avente mezzi di trattenuta a ventosa;

- Figura 3 e figura 4 sono viste prospettiche di una prima forma di realizzazione dell’utensile come mostrato nella figura 1 in due differenti posizioni delle unità di presa;

- Figura 5 è una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione dell’utensile secondo la presente invenzione;

- Figura 6 è una vista prospettica ingrandita di un mezzo di trattenuta a spugna per depressione alternativo ai mezzi di trattenuta a ventosa;

- Figura 7 è una vista prospettica schematica della prima forma di realizzazione di utensile, ma con i mezzi di trattenuta della figura 6, mostrante i gradi di libertà delle sue unità di presa;

- Figura 8 è una vista prospettica dal basso della prima forma di realizzazione dell’utensile come mostrato nelle figure 3 e 4;

- Figura 9 è una vista esemplificativa parziale anteriore, parzialmente in esploso della prima forma di realizzazione dell’utensile;

- Figure 10 a 12 sono rispettivamente una vista prospettica di una flangia, dotata di sensore, per il fissaggio dell’utensile al braccio robotico, una vista laterale anteriore e una sezione ricavata secondo le linee A-A della figura 11; - Figura 13 è uno schema generale di un sistema di azionamento elettromeccanico di componenti dell’utensile secondo la presente invenzione; - Figura 14 è uno schema generale di un sistema di azionamento pneumatico di componenti dell’utensile secondo la presente invenzione;

- Figure 15a, 15b, 15c e 15d mostrano viste laterali successive di manipolazione di una scatola mediante l’utensile della presente invenzione; - Figure 16 e 17 sono una vista prospettica e una vista laterale della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco con due unità di presa;

- Figure 18 e 19 sono una vista prospettica e una vista laterale della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco con una sola unità di presa; e

- Figura 20 è una vista prospettica della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco con le forche di entrambe le unità di presa.

Si faccia inizialmente riferimento alla figura 1 che è una vista prospettica generale di un braccio robotico che impiega un utensile secondo la presente invenzione. In essa con 1 è indicato l’utensile collegato mediante una sua flangia 2 ad un braccio robotico indicato genericamente con BR. Il braccio robotico può essere uno di qualsiasi tipo noto, quale ad esempio un robot KUKA. L’utensile 1 è mostrato mentre manipola un pacco, in particolare una scatola S.

L’utensile 1 ha un corpo allungato 3 e due unità di presa indicate rispettivamente con 4 e 40. Le unità di presa 4, 40, come quella mostrata singolarmente nella vista prospettica della prima forma di realizzazione dell’utensile della figura 2, sono montate sul corpo 3 dell’utensile come rappresentato nelle figure 3 e 4 che sono viste prospettiche con due differenti posizioni delle unità di presa 4, 40.

Il corpo allungato 3 ha una faccia anteriore 30, una faccia posteriore 31, una faccia superiore 32, una faccia inferiore 33 e due facce laterali 34, 35.

La flangia 2, fissata centralmente nella faccia posteriore 31 del corpo allungato 3 mediante una piastra 20 con mezzi adatti non mostrati, serve al collegamento del corpo allungato 3 al braccio robotico RB.

Come mostrato nelle figure 10 a 12, che sono rispettivamente una vista prospettica della flangia 2 di collegamento dell’utensile al braccio robotico, una vista laterale anteriore e una sezione ricavata secondo le linee A-A della figura 11, la flangia 20 è dotata di un sensore di forza 21 a croce di Malta. Il sensore di forza 21, previa opportuna calibrazione e identificazione dei pesi dell’utensile può essere usato per stimare il peso del pacco afferrato.

Come mostrato nella figura 2, dove è rappresentata la prima forma di realizzazione dell’unità di presa 4 sostanzialmente identica all’unità di presa 40, l’unità di presa 4 ha una struttura di supporto 41 a forma di L. Un primo lato 42 della L è provvisto anteriormente di una rotaia 43 per sostenere due mezzi di trattenuta 44, 45 ad aspirazione. I mezzi di trattenuta 44, 45 qui rappresentati sono a ventosa pneumatica e non saranno descritti ulteriormente perché generalmente noti. Un secondo lato della L, indicato con 46, fornisce una guida per il movimento di una forca di sollevamento 47. Le forche di sollevamento 47 hanno scivoli 66 alle estremità anteriori per facilitare la presa dei pacchi. Il secondo lato 46 della struttura di supporto 41 è ricurvo verso l’alto con una porzione 38 parallela al primo lato 42 della L. Nella cavità 39 formata fra il primo lato 42 della L e la porzione 38 del secondo lato 46 della L è inserito il corpo allungato 3, come mostrato nelle figure 3 e 4. In particolare, la faccia anteriore 30 del corpo allungato 3 include un binario 36 estendentesi nel senso della sua lunghezza, e le due unità di presa 4, 40 sono sincronicamente mobili in mutuo avvicinamento (figura 3) e allontanamento (figura 4).

Nella figura 5 è mostrata una seconda forma di realizzazione che differisce dalla prima perché il primo lato 42’ della struttura di supporto 41’ ad L è accorciato rispetto al primo lato 42 della struttura di supporto 41 ad L della prima forma di realizzazione. Data la ridotta lunghezza del lato 42’ sono presenti soltanto i mezzi di trattenuta 44. L’una o l’altra forma di realizzazione possono essere scelte a seconda del massimo dimensione e peso del pacco e in caso di vincoli sulla dimensione dell’utensile stesso. Parti uguali a quelle della prima forma di realizzazione sono contrassegnate con gli stessi numeri di riferimento.

Nella figura 6 è mostrata una vista prospettica di un mezzo di trattenuta a spugna 5 per depressione alternativo ai mezzi di trattenuta a ventosa 44, 45. Essendo di tipo noto, i mezzi di trattenuta a spugna 5 non sono descritti in ulteriore dettaglio.

Si faccia riferimento adesso alla figura 7 che è una vista prospettica schematica della prima forma di realizzazione di utensile mostrante i gradi di libertà delle sue unità di presa 4, 40. Come già detto, le unità di presa 4, 40 sono in grado di avvicinarsi e allontanarsi mutuamente sul corpo allungato 3 secondo la freccia a doppia punta indicata con F. Su ogni unità di presa 4, 40, sono mostrati mezzi di trattenuta a spugna per depressione indicati genericamente con 5, 5’. Mezzi di trattenuta prossimali 5, cioè più vicini al corpo allungato 3 sono mobili lungo la rotaia 43 secondo le frecce G che sono mostrate orientate verso l’alto; esse saranno orientate verso il basso in una corsa di ritorno. Mezzi di trattenuta distali 5’ sono mobili secondo la freccia G e sono mostrati anche ruotati secondo la freccia curva H. Inoltre, le forche di sollevamento 47 sono mobili nella guida realizzata nella struttura di supporto 41 nella direzione della freccia L, anche questa nei due versi di spostamento. Si faccia adesso riferimento alla figura 8 che è una vista prospettica dal basso della prima forma di realizzazione dell’utensile, come mostrato nelle figure 3 e 4, e alla figura 9 che è una vista esemplificativa parziale anteriore, parzialmente in esploso della prima forma di realizzazione dell’utensile. Con l’aiuto di queste figure vengono descritti i dispositivi di azionamento dell’utensile. Le unità di presa 4, 40 sono impegnate con il binario 36 e fatte avvicinare e allontanare mutuamente mediante una vite 6 e rispettive madreviti non mostrate in dettaglio nelle figure. La vite 6, che ha una porzione sinistrorsa 60 per l’unità di presa 40 e una porzione destrorsa 61 per l’unità di presa 4, è mossa da un motoriduttore indicato complessivamente con 62, avente un attuatore 63 e un riduttore 64. Le porzioni 60 e 61 della vite 6 hanno filettatura di verso opposto per permettere il moto di mutuo avvicinamento e, rispettivamente, allontanamento delle unità di presa 40 e 4. Lo spostamento delle forche di sollevamento 47 risulterà chiaro dalla descrizione della loro costituzione. Esse sono realizzate con una coppia di longheroni 48, tenuti insieme da perni 49 e sostenenti girevolmente una doppia serie di rulli di scorrimento indicati genericamente con 50. Fissate sotto i longheroni sono cremagliere 51 in presa con coppie di pignoni 52 montati su un alberino 53 mosso da un rispettivo attuatore 54 mediante trasmissione flessibile 55.

Nella figura 13 è mostrato uno schema semplificato degli azionamenti meccanici della vite 6, delle forche di sollevamento 47 e dei mezzi di trattenuta 44, 45 per la loro rotazione, come spiegata qui di seguito. Lo schema della figura 13 mostra che è necessario un’unità di controllo 7 dei motori, e in essa sono indicati con 70 il driver o circuito di comando del motoriduttore 62 per l’azionamento della vite 6 di avvicinamento e allontanamento delle unità di presa 4, 40, con 71 e 72 i driver o circuiti di comando dei motoriduttori 54 per l’azionamento delle forche di sollevamento 47, e con 73 e 74 i driver o circuiti di comando di servomotori 59 per la rotazione dei mezzi di trattenuta 44, 45. I mezzi di trattenuta ad aspirazione 44, 45 sono mobili secondo i gradi di libertà rappresentati nella figura 7 mediante un sistema di azionamento pneumatico che comprende un’elettrovalvola deviatore indicata genericamente con 56 che aziona un cilindro pneumatico come quelli indicati con 57 che si riferiscono ai mezzi di trattenuta distali 45. Il cilindro pneumatico può essere sostituito da un altro tipo di attuatore, ad esempio un attuatore lineare elettrico. I mezzi di trattenuta sono infatti montati su un carrello indicato genericamente con 58. Sul carrello 58 ogni mezzo di trattenuta 44, 45 è imperniato con un alberino 65 che gli permette di ruotare di 90°, come mostrato nella figura 7 mediante il servomotore 59. Ogni mezzo di trattenuta 44, 45 funziona pneumaticamente grazie ad un impianto mostrato nella figura 14. In essa è indicato con 8 un controllore pneumatico, con 80 un compressore, genericamente con 56 l’elettrovalvola deviatore per comandare i cilindri pneumatici indicati genericamente con 57 dei mezzi di trattenuta per aspirazione 44, 45. Il controllore pneumatico 8 controlla anche il funzionamento di aspirazione dei mezzi di trattenuta 44, 45 ognuno dei quali comprende un’elettrovalvola indicata genericamente con 81, un venturimetro indicato genericamente con 82 e un sensore indicato genericamente con 83 per i rispettivi mezzi di trattenuta per aspirazione 44, 45.

Con riferimento alle figure 15a a 15d, viene mostrata schematicamente, a titolo di esempio, la presa dal basso di una scatola S mediante l’utensile 1. Nella figura 15a è mostrato l’avvicinamento dell’utensile 1 alla scatola S, nella figura 15b la presa mediante i mezzi di trattenuta 44, 45 per aspirazione, nella figura 15c il sollevamento della scatola S mediante lo spostamento verso l’alto dei mezzi di trattenuta 44, 45 per aspirazione, e nella figura 15d l’inserimento delle forche di sollevamento 47 sotto la scatola S.

La presa dal basso viene eseguita sfruttando in modo coordinato sia i mezzi di trattenuta che le forche di sollevamento di sollevamento.

Le unità di presa 4, 40 dell’utensile 1 vengono configurati in base alle dimensioni del lato della scatola S da afferrare variando la loro distanza in modo da rientrare nell’impronta laterale della scatola S. Nel caso di una scatola di piccole dimensioni, può essere utilizzata anche una sola delle unità di presa. L’utensile di presa viene avvicinato alla scatola da sollevare lateralmente e, una volta a contatto, vengono attivati i mezzi di trattenuta 44, 45 in modo da creare un vincolo stabile. Un vacuostato 83 o un sensore di prossimità per ciascuno dei mezzi di presa a depressione consente di stabilire se la presa è stabile. I mezzi di trattenuta a depressione 44, 45 vengono sollevati di pochi centimetri, creando lo spazio sufficiente all’inserimento delle forche di sollevamento 47. Le due forche di sollevamento 47 vengono quindi fatte avanzare fino ad arrivare all’estremità della scatola S. Nel caso di presa con una sola delle unità di presa, ovvero per oggetti di piccola dimensione, verrà fatto avanzare singolarmente la corrispondente forca di sollevamento. Le due forche di sollevamento 47, una volta distese, possono anche essere utilizzate per stringere lateralmente una scatola S.

Una presa dall’alto può essere eseguita utilizzando i mezzi di trattenuta 44, 45 ad aspirazione variandone la distanza in base alle dimensioni della scatola da movimentare.

Con riferimento alle figure 16 e 17, che sono una vista prospettica e una vista laterale della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco o scatola con due unità di presa, è mostrato che il pacco può essere trattenuto anche superiormente con la rotazione dei mezzi di trattenuta distali.

Con riferimento alle figure 18 e 19, che sono una vista prospettica e una vista laterale della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco o scatola di dimensioni ridotte, è mostrato che può essere usata una sola unità di presa.

Inoltre, nel caso di scatole con peso ridotto si può anche utilizzare l’utensile in configurazione verticale senza l’ausilio delle forche ma utilizzando solamente i mezzi di trattenuta ad aspirazione.

Dovrebbe essere evidente che altre modalità di presa possono essere usate grazie alla versatilità fornita da unità di presa mutuamente avvicinabili e allontanabili. Si faccia per esempio riferimento alla figura 20 che è una vista prospettica della prima forma di realizzazione dell’utensile impegnato nella presa di un pacco con le forche di entrambe le unità di presa. Le forche 47 dell’utensile 1 presentano nel loro lato interno strisce di gomma 67. Queste strisce di gomma 67 agevolano la presa di una scatola S fra le forche. La pressione esercitata nella presa è rilevata da sensori uniformemente distribuiti nelle strisce stesse.

Altre modalità di presa non sono descritte, solo per motivi di concisione, l’ambito di protezione essendo quello definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Utensile per braccio robotico atto a manipolare pacchi, in particolare scatole (S), comprendente: un corpo allungato (3) avente una faccia anteriore (30), una faccia posteriore (31), una faccia superiore (32), una faccia inferiore (33) e due facce laterali (34, 35), una flangia (2) fissata centralmente nella faccia posteriore (31) del corpo allungato (3), per il collegamento del corpo allungato (3) ad un braccio robotico (BR), e due unità di presa (4, 40), sporgenti dalla faccia anteriore (30) del corpo allungato (3), singolarmente provviste di almeno un mezzo di trattenuta ad aspirazione (44, 45; 5, 5’) e di una forca di sollevamento (47), caratterizzato dal fatto che il corpo allungato (3) include un binario (36) estendentesi sulla faccia anteriore (30) del corpo allungato (3), e le due unità di presa (4, 40) sono sincronicamente mobili in mutuo avvicinamento e allontanamento.
2. 2. Utensile secondo la rivendicazione 1, in cui ogni unità di presa (4, 40) ha una struttura di supporto (41) a forma di L, comprendente un primo lato (42) prospiciente la faccia anteriore (30) del corpo allungato (3), lato (42) che è provvisto anteriormente di una rotaia (43) per sostenere l’almeno un mezzo di trattenuta ad aspirazione (44, 45; 5, 5’), ed un secondo lato (46), prospiciente la faccia inferiore (33) del corpo allungato (3), che fornisce una guida per il movimento della forca di sollevamento (47) perpendicolarmente al corpo allungato (3).
3. 3. Utensile secondo la rivendicazione 1, in cui le due unità di presa (4, 40) sono mosse mediante una vite (6) con filettatura sinistrorsa (60) e, rispettivamente, destrorsa (61), prevista al di sotto della faccia inferiore (33) del corpo allungato (3) e azionata da un motoriduttore (62) montato su una faccia laterale (35) del corpo allungato (3).
4. 4. Utensile secondo la rivendicazione 2, in cui ogni forca di sollevamento (47) comprende una coppia di longheroni laterali (48) per il sostegno di serie di rulli (50) di appoggio dei pacchi, i longheroni laterali (48) avendo inferiormente rispettive cremagliere (51) in presa con una coppia di pignoni (52) montati in detta guida per il movimento della forca di sollevamento (47), ogni coppia di pignoni (52) essendo mossa da un rispettivo attuatore (54).
5. 5. Utensile secondo la rivendicazione 4, ogni coppia di pignoni (52) è mossa mediante una trasmissione flessibile (55).
6. 6. Utensile secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi di trattenuta (44, 45; 5, 5’) ad aspirazione sotto forma di piastre sono in numero di due, uno prossimale (44; 5) ed uno distale (45; 5’) rispetto al corpo allungato (3) e sono provvisti di relativi carrelli (58) impegnati con detta rotaia (43) mediante attuatori scelti fra cilindri pneumatici (57) e attuatori lineari elettrici.
7. 7. Utensile secondo la rivendicazione 6, in cui ogni mezzo di trattenuta (44, 45; 5, 5’) ad aspirazione distale è dotato di un alberino (65) per la sua rotazione rispetto al carrello (58) mediante un servomotore (59).
8. 8. Utensile secondo la rivendicazione 6, in cui i mezzi di trattenuta (44, 45; 5, 5’) ad aspirazione sono scelti dal gruppo comprendente ventose di suzione (44, 45) e spugne a depressione (5, 5’).
9. 9. Utensile secondo la rivendicazione 1, in cui la flangia (2) comprende un sensore (21) per il rilevamento del peso della scatola (S) manipolata.