IT202000008170A1

IT202000008170A1 - Cambia utensile elettrico

Info

Publication number: IT202000008170A1
Application number: IT102020000008170A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Bellandi
Original assignee: Gimatic S R L
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-04-17
Publication date: 2021-10-17

Description

Cambia utensile elettrico

DESCRIZIONE

Campo dell?invenzione

La presente invenzione si riferisce a un cambia utensile elettrico, in particolare un cambia utensile per applicazioni EOAT (end of arm tooling) che consente l?accoppiamento rimovibile di utensili ad un manipolatore robotizzato.

Stato dell?arte

Nel settore dell?automazione industriale ? noto l?uso di dispositivi cambia utensile, o pi? semplicemente cambia utensile, che permettono ad un manipolatore robotizzato, ad esempio un braccio articolato, di prelevare e movimentare di volta in volta l?utensile richiesto per una data lavorazione.

La presente invenzione si riferisce in particolare ai cambia utensile che comprendono:

- una porzione cosiddetta lato utensile, destinata ad essere fissata all?utensile che deve essere prelevato e movimentato, e

- una porzione cosiddetta lato robot, destinata ad essere fissata al manipolatore per muoversi in modo solidale con esso, e configurata per ricevere e trattenere la porzione lato utensile per il tempo necessario.

Il documento DE 102016222506 a nome della Richiedente descrive un esempio di cambia utensile di questo tipo, ad azionamento elettrico.

In questa tipologia di cambia utensile nella porzione lato robot sono alloggiati gli organi preposti al bloccaggio reversibile della porzione lato utensile. Tradizionalmente sono definiti ?ad azionamento rapido? i cambia utensile nei quali gli organi di bloccaggio si muovono ad elevata velocit? per agganciare e sganciare rapidamente, ad esempio in meno di 1 secondo, la porzione lato utensile.

Ad esempio la ditta tedesca SCHUNK GmbH & Co KG vende con il nome ?Electric Tool Changer EWS? un cambia utensile ad azionamento elettrico descritto in dettaglio nella scheda tecnica reperibile al seguente indirizzo internet:http://www.schunk.com/schunk_files/attachments/OM_AU_EWS__EN.p df.

I documenti US 8132816, US 8209840, US 8747288 e US 2012/0277080, a nome ATI Industrial Automation, descrivono altri esempi di cambia utensile ad azionamento elettrico. In particolare, US 8132816 descrive un cambia utensile caratterizzato dal fatto che l?asse di rotazione dell?albero del motore elettrico, che ? l?attuatore, ? ortogonale alla direzione di accoppiamento della porzione lato utensile con la porzione lato robot, cio? la direzione di inserimento di una porzione nell?altra.

Una delle configurazioni pi? diffuse ? quella in cui gli organi preposti al bloccaggio sono sfere metalliche alloggiate nella porzione lato robot e movibili selettivamente tra:

- una posizione di bloccaggio, in corrispondenza della quale le sfere impegnano una corrispondente sede o una gola della porzione lato utensile, per impedirne lo sfilamento, e

- una posizione inattiva, in corrispondenza della quale le sfere non impegnano la porzione lato utensile, che risulta pertanto non trattenuta e separabile dalla porzione lato robot.

In pratica le sfere sono alloggiate in apposite sedi nella porzione lato robot e sono movibili tra una posizione ritratta, ovvero la posizione inattiva, in corrispondenza della quale non sporgono o sporgono solo in parte dalle rispettive sedi, e una posizione sporgente, ovvero la posizione di bloccaggio, in corrispondenza della quale sporgono dalle rispettive sedi quanto basta per impegnare la porzione lato utensile e realizzare con essa un accoppiamento di forma, simile a un sottosquadro.

Lo spostamento delle sfere ? ottenibile usando attuatori, che nel presente caso sono elettrici.

La Richiedente ha riscontrato che le soluzioni come quella descritta in US 8132816, ad assi ortogonali, sono spesso affette da questo inconveniente: il motore elettrico sporge lateralmente dal cambia utensile e, in generale, ? difficile costruire un cambia utensile ad assi ortogonali che abbia ingombri laterali minimi, cio? minimi ingombri in direzione trasversale alla direzione di accoppiamento della porzione maschio con la porzione femmina. Questo crea problemi operativi, nel momento in cui l?utensile e il manipolatore si trovano ad operare in spazi angusti, come ad esempio in uno stampo; in questi casi ? auspicabile che il cambia utensile non limiti l?operativit? del manipolatore a causa dei suoi ingombri.

Altre soluzioni note alla tecnica sono descritte in WO 2014/045390, JP H03 22889U, US 2018/257221 e in JP H0241884.

Sommario dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? pertanto quello di mettere a disposizione un cambia utensile elettrico che, a parit? di prestazioni rispetto alle soluzioni tradizionali, risulti particolarmente compatto.

La presente invenzione concerne pertanto un cambia utensile elettrico secondo la rivendicazione 1.

In particolare la presente invenzione concerne un cambia utensile comprendente:

- una prima porzione definita porzione lato robot, avente un asse longitudinale, fissabile a un manipolatore;

- una seconda porzione definita porzione lato utensile, fissabile a un utensile e attestabile contro la porzione lato robot lungo detto asse longitudinale, che pertanto costituisce l?asse lungo il quale avviene l?accoppiamento delle due porzioni;

- mezzi di bloccaggio della porzione lato utensile sulla porzione lato robot, e un attuatore dei mezzi di bloccaggio.

I mezzi di bloccaggio sono selettivamente movibili dall?attuatore tra una posizione di bloccaggio, in corrispondenza della quale impegnano la porzione lato utensile attestata contro la porzione lato robot, impedendo la separazione delle due porzioni del cambia utensile, e una posizione di sbloccaggio, in corrispondenza della quale non impegnano la porzione lato utensile, che pu? pertanto essere separata dalla porzione lato robot.

L?attuatore dei mezzi di bloccaggio ? un motore elettrico il cui albero di azionamento ruota su un asse di rotazione parallelo all?asse longitudinale e non ortogonale o sghembo rispetto ad esso.

Questa configurazione comporta, a parit? di prestazioni, ingombri ridotti rispetto alle soluzioni con assi ortogonali o sghembi: il motore elettrico ? posizionabile immediatamente a fianco dei mezzi di bloccaggio e si estende parallelamente all?asse longitudinale, mentre trasversalmente occupa uno spazio minimo, dato che i motori si estendono principalmente in lunghezza.

Preferibilmente i mezzi di bloccaggio comprendono una pluralit? di sfere alloggiate in corrispondenti sedi ricavate nella porzione lato robot. Le sfere agiscono da elementi di ritenuta: nella posizione di bloccaggio le sfere sporgono almeno in parte dalle rispettive sedi e impegnano una gola o corrispondenti nicchie ricavate nella porzione lato utensile, calzata sulla porzione lato robot, realizzando un sottosquadro; nella posizione di sbloccaggio, invece, le sfere non sporgono dalle rispettive sedi e non impegnano la gola o le nicchie della porzione lato utensile. In pratica le sfere si chiudono contro la porzione lato utensile, per bloccarla contro la porzione lato robot, e si aprono per permettere lo sgancio.

Nella forma di realizzazione preferita le sfere sono movibili radialmente rispetto all?asse longitudinale, nelle rispettive sedi. Preferibilmente le sfere sono disposte attorno all?asse longitudinale secondo un passo regolare, ad esempio con angoli al centro di 120?, oppure 90?, 45?, ecc., a seconda del numero di sfere.

Preferibilmente i mezzi di bloccaggio comprendono un elemento anulare di comando disposto sulla porzione lato robot, in posizione radialmente pi? esterna rispetto alle sfere, e movibile dal motore elettrico tra una prima posizione, in corrispondenza della quale costringe le sfere nella posizione di bloccaggio, e una seconda posizione, in corrispondenza della quale le sfere si trovano nella posizione di sbloccaggio. In pratica gli spostamenti dell?elemento anulare di comando sono impartiti dal motore elettrico e determinano la posizione delle sfere.

Pi? preferibilmente le sedi delle sfere sono fori passanti radiali ricavati in un elemento o una parete della porzione lato robot e l?elemento anulare di comando comprende una porzione circolare che circonda le sedi ed ? provvista di:

- incavi nei quali le sfere sono accolte nella posizione di sblocco, e - rampe o piani inclinati sui quali le sfere si attestano nella posizione di bloccaggio. In pratica le rampe o piani inclinati sono radialmente pi? interni rispetto agli incavi.

Sono possibili due varianti costruttive. In una prima variante le rampe o i piani inclinati si sviluppano ciascuno su un piano non ortogonale alla direzione radiale. In questa variante le rampe o i piani inclinati formano un angolo diverso da 90?. In una seconda variante, invece, le rampe o piani inclinati si sviluppano ciascuno su un piano ortogonale alla direzione radiale.

Preferibilmente l?elemento anulare di comando ? montato sulla porzione lato robot ed ? girevole rispetto ad essa sull?asse longitudinale tra:

- una prima posizione angolare, corrispondente alla posizione di bloccaggio, in cui le sfere si attestano contro le rampe o i piani inclinati e questi sono a loro volta allineati alle sedi delle sfere, e contestualmente gli incavi sono angolarmente disallineati rispetto alle sedi delle sfere, e

- una seconda posizione angolare, corrispondente alla posizione di sblocco, in cui le sfere sono almeno in parte ricevute negli incavi dell?elemento anulare di comando allineati con le sedi delle sfere, e contestualmente le rampe o i piani inclinati sono angolarmente disallineati rispetto alle sedi delle sfere.

In questa configurazione l?elemento anulare di comando ? ruotato dal motore elettrico, alternativamente nei due sensi per bloccare/sbloccare la porzione lato utensile, di un angolo ?. Tale angolo ? pari all?angolo al centro definito tra gli incavi e le rampe/ i piani inclinati, dove il centro ? sull?asse longitudinale.

Nella forma di realizzazione preferita la porzione lato robot comprende un elemento a tazza nel quale si inserisce una porzione maschio della porzione lato utensile. Le sedi delle sfere sono fori ricavati radialmente attraverso la parete laterale dell?elemento a tazza. L?elemento anulare di comando ? calzato scorrevole sull?elemento a tazza e previene la fuoriuscita delle sfere dalle rispettive sedi verso l?esterno. La fuoriuscita delle sfere verso l?interno ? invece impedita realizzando le sedi rastremate, cio? pi? strette dalla parte pi? vicina all?asse longitudinale, quanto basta comunque a permettere che una parte delle sfere possa sporgere (nella posizione di bloccaggio).

Preferibilmente l?elemento anulare di comando comprende una porzione lobata o leva accoppiata al motore elettrico per mezzo di un accoppiamento eccentrico.

Preferibilmente il cambia utensile comprende mezzi di trasmissione che impartiscono all?elemento anulare di comando rotazioni sull?asse longitudinale, nei due sensi, in risposta alle rotazioni impartite dall?albero di azionamento del motore elettrico, nei due sensi. In questa forma di realizzazione, quindi, l?accoppiamento tra il motore elettrico e l?elemento anulare di comando non ? diretto, ma avviene appunto attraverso i mezzi di trasmissione.

I mezzi di trasmissione comprendono un elemento di spinta funzionalmente interposto tra il motore elettrico e l?elemento anulare di comando. L?elemento di spinta ? girevole attorno all?asse di rotazione dell?albero di azionamento del motore elettrico, in modo eccentrico, cio? descrive un arco di circonferenza, in risposta alle rotazioni impartite dallo stesso albero di azionamento, e applica una coppia sull?elemento anulare di comando. Questa coppia determina lo scorrimento in rotazione dell?elemento anulare di comando sulla porzione lato robot.

L?accoppiamento eccentrico tra i mezzi di bloccaggio e il motore elettrico fa s? che la posizione di bloccaggio risulta stabile anche in caso di disattivazione del motore elettrico, ad esempio in caso di black-out elettrico.

Preferibilmente i mezzi di trasmissione comprendono anche ingranaggi, interposti tra l?elemento di spinta e l?albero di azionamento del motore elettrico, che definiscono il rapporto di trasmissione desiderato tra questi componenti.

Preferibilmente l?elemento anulare di comando ? leggermente elastico per compensare i giochi tra i diversi componenti del cambia utensile, dovuti alle tolleranze di fabbricazione.

Il cambia utensile comprende un dispositivo per la connessione elettrica di linee elettriche in arrivo alla porzione lato robot con corrispondenti linee elettriche della porzione lato utensile, destinate all?alimentazione elettrica proprio dell?utensile. Pi? preferibilmente il dispositivo comprende due connettori, uno per ciascuna delle due porzioni del cambia utensile, montati coassiali lungo l?asse longitudinale; questo permette di far passare i cavi attraverso il cambia utensile, sostanzialmente lungo il suo asse longitudinale, e non all?esterno dove possono costituire un pericolo per gli operatori che si trovano a lavorare nei pressi del robot in funzione. Accoppiando la porzione lato utensile alla porzione lato robot i due connettori vengono funzionalmente accoppiati, per dare continuit? alle linee elettriche e, viceversa, quando le due porzioni del cambia utensile vengono separate, anche i connettori vengono separati.

Breve elenco delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno meglio evidenziati dall?esame della seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, col supporto dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 ? una vista in prospettiva di un cambia utensile secondo la presente invenzione, con la porzione lato robot e la porzione lato utensile separate;

- la figura 2 ? una vista in prospettiva del cambia utensile mostrato in figura 1, con la porzione lato robot e la porzione lato utensile accoppiate;

- la figura 3 ? una vista esplosa della sola porzione lato robot del cambia utensile mostrato in figura 1;

- la figura 4 ? una vista in sezione longitudinale della porzione lato robot del cambia utensile mostrato in figura 1;

- la figura 5 ? una vista in sezione trasversale della porzione lato robot del cambia utensile mostrato in figura 1, in una prima configurazione;

- la figura 6 ? una vista in sezione trasversale della porzione lato robot del cambia utensile mostrato in figura 1, in una seconda configurazione;

- la figura 7 ? una vista in prospettiva del cambia utensile mostrato in figura 1, con la porzione lato robot e la porzione lato utensile separate, e di componenti accessori;

- la figura 8 ? una vista in prospettiva e in sezione longitudinale parziale del cambia utensile mostrato in figura 1, con la porzione lato robot e la porzione lato utensile accoppiate, e con componenti accessori montati;

- la figura 9 ? una vista in sezione trasversale della porzione lato robot di una seconda forma di realizzazione del cambia utensile secondo la presente invenzione, in una prima configurazione;

- la figura 10 ? una vista in sezione trasversale della porzione lato robot della seconda forma di realizzazione del cambia utensile secondo la presente invenzione, in una seconda configurazione;

- la figura 11 ? un ingrandimento di una porzione della figura 9.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Con riferimento a tutte le figure allegate, con il numero 100 ? indicato un cambia utensile secondo la presente invenzione, comprendente una porzione lato robot 1 e una porzione lato utensile 2. La porzione lato robot 1 ? destinata ad essere fissata ad un manipolatore industriale, ad esempio un braccio robotizzato, e la porzione lato utensile 2 ? destinata ad essere fissata a un utensile che deve essere montato in modo intercambiabile sul manipolatore, ad esempio una pinza, un elemento di presa, una tenaglia, una ventosa o, in generale, qualsiasi utensile previsto nel settore dell?automazione industriale EOAT.

Con il riferimento Z-Z ? indicato un asse, d?ora in avanti chiamato asse longitudinale, di accoppiamento delle porzioni 1 e 2, cio? l?asse lungo il quale la porzione lato utensile 2 viene inserita almeno in parte nella porzione lato robot 1. In particolare, la figura 1 mostra le due porzioni 1 e 2 separate, ad esempio in avvicinamento o in allontanamento, mentre la figura 2 mostra le due porzioni 1 e 2 funzionalmente accoppiate, corrispondente a una configurazione in cui l?utensile ? montato sul manipolatore ed ? pronto per l?uso.

La porzione lato utensile 2 ? provvista di una porzione maschio 3 inseribile in un corrispondente primo vano 4 della porzione lato robot, preferibilmente passante. Preferibilmente la porzione maschio 3 e il primo vano 4 hanno forme complementari; nell?esempio mostrato nelle figure sono circolari.

Come mostrato nelle figure, la porzione lato utensile 2 si estende attorno a un secondo vano 4?, cio? ? sostanzialmente toroidale.

La porzione lato robot 1 ? provvista di una pluralit? di sfere 5 alloggiate in corrispondenti sedi e movibili tra una posizione ritratta, in corrispondenza della quale le sfere 5 non sporgono dalla propria sede, e una posizione estesa, in corrispondenza della quale le sfere 5 sporgono almeno in parte dalla propria sede. La porzione lato utensile 2 comprende una gola, fori o nicchie 6? di accoglimento delle sfere 5 ricavate nella porzione maschio 3; quando le sfere 5 si trovano nella posizione estesa, una parte di esse viene accolta nelle nicchie 6? presenti sulla porzione lato utensile 2, rendendo impossibile separare le due porzioni 1 e 2 ma, al contrario, bloccando la porzione lato utensile 2 sulla porzione lato robot 1.

Sulla porzione lato robot 1 sono presenti mezzi di allineamento la cui funzione ? facilitare il corretto allineamento tra le parti 1 e 2 durante l?avvicinamento, e garantire che le nicchie di accoglimento 6? sulla porzione lato utensile 2 si portino in allineamento con le corrispondenti sfere 5. Nell?esempio mostrato nelle figure i mezzi di allineamento comprendono due spine 7 che sporgono a sbalzo dalla porzione lato robot 1, in particolare dal primo vano 4, e due corrispondenti fori o scanalature presenti nella porzione lato utensile 2. Le due spine 7 individuano una direzione di allineamento sia in senso radiale, rispetto all?asse Z-Z, sia in direzione angolare tra le sfere 5 e le nicchie di accoglimento 6?.

La forma di realizzazione mostrata nelle figure ? provvista di connessioni pneumatiche, anche se, in generale, un cambia utensile secondo la presente invenzione ? realizzabile a prescindere da questa caratteristica. Le connessioni pneumatiche servono ad alimentare aria compressa (o il vuoto) all?utensile associato alla porzione 2, utilizzando condotti interni al cambia utensile 100 e non tubi esterni.

Nell?esempio mostrato nelle figure la porzione lato utensile 2 ? provvista lateralmente di raccordi 8 per l?innesto di linee di distribuzione dell?aria compressa all?utensile. I raccordi 8 sono collegati a ugelli (non visibili) presenti nella porzione maschio 3, per mezzo di canalizzazioni interne alla porzione lato utensile 2. Gli ugelli della porzione lato utensile 2 sono accolti in corrispondenti ugelli 9 della porzione lato robot 1, presenti nel primo vano 4, con i quali realizzano la connessione di fluido, a tenuta. Gli ugelli 9 sono a loro volta collegati a raccordi 10 presenti lateralmente sulla porzione lato robot 1, attraverso canalizzazioni interne. In definitiva, quindi, quando le due porzioni 1 e 2 sono accoppiate i raccordi 8 della porzione lato utensile 2 si trovano in connessione di fluido coi corrispondenti raccordi 10 della porzione lato robot 1.

Con particolare riferimento alla figura 3, la porzione lato robot 1 comprende un corpo 11 nel quale sono alloggiati i componenti. Nel primo vano 4 ? alloggiato un elemento a tazza 12 nel quale sono ricavate sedi 6 delle sfere 5. Le sedi 6 sono fori radiali passanti ricavati attraverso la parete laterale dell?elemento a tazza 12, cio? sono fori 6 rivolti verso l?asse longitudinale Z-Z. Un collare 13 con funzione di carena o copertura ? posizionabile sull?elemento a tazza 12 per coprire gli spigoli. Con il riferimento 9 sono indicate le guarnizioni O-ring degli ugelli 9 disposti circonferenzialmente nell?elemento a tazza 12. Chiaramente, quando la porzione lato utensile 2 ? correttamente inserita nel primo vano 4 della porzione lato robot 1, le sedi 6 e le nicchie 6? si fronteggiano e sono allineate in direzione radiale.

Con il riferimento 14 ? indicato un elemento anulare di comando la cui funzione, come verr? descritto sotto, ? quella di spingere le sfere 5 nelle rispettive nicchie 6? per bloccare la porzione lato utensile 2 sulla porzione lato robot 1. L?elemento anulare di comando 14 ? girevole nei due sensi sul proprio piano di giacitura, ortogonale all?asse longitudinale Z-Z, in pratica la superficie superiore dell?elemento a tazza 12.

L?elemento anulare di comando 14 ? azionato da un motore elettrico 16 alloggiato nel corpo 11 e disposto con il proprio albero di azionamento 17 parallelo all?asse longitudinale Z-Z. In altre parole l?asse di rotazione dell?albero di azionamento 17 del motore elettrico 16 ? parallelo all?asse longitudinale Z-Z di inserimento della porzione lato utensile 2 nella porzione lato robot 1. Con il riferimento 18 sono complessivamente indicati ingranaggi accoppiati a cascata per definire il rapporto di trasmissione desiderato; gli ingranaggi 18 sono funzionalmente accoppiati all?albero di azionamento 17 del motore elettrico 16 e ad un elemento di spinta 22. Gli ingranaggi 18 sono racchiusi in un involucro definito da due blocchetti 19 e 20 che vengono avvitati al corpo 11 e ai quali il motore elettrico 16 ? inferiormente fissato tramite le viti. Le rotazioni impartite agli ingranaggi 18 dal motore elettrico 16 sono impartite all?elemento di spinta 22, che ? montato in modo eccentrico sull?ingranaggio 23, in particolare nel foro 24.

In pratica, quindi, gli ingranaggi 18 definiscono un sistema di trasmissione, ma ci? che conta ? che le rotazioni impartite dal motore elettrico 16 causano la rotazione dell?elemento di spinta 22 attorno a un asse parallelo all?asse longitudinale Z-Z, in modo tale che l?elemento di spinta percorre una traiettoria circolare.

Questo aspetto ? facilmente intuibile osservando la figura 4, che mostra una sezione longitudinale della porzione lato robot 1 considerata su un piano verticale contenente l?asse Z-Z: l?asse di rotazione dell?albero di azionamento 17 del motore elettrico 16 ? indicato con 26, l?asse di rotazione dell?ingranaggio 23 ? indicato con 27, e l?asse geometrico dell?elemento di spinta 22 ? indicato con 28. L?asse geometrico 28 ruota attorno all?asse 27, cio? l?elemento di spinta 22 resta parallelo all?asse longitudinale Z-Z, ma ruota attorno al centro di rotazione dell?ingranaggio 23 sul quale ? montato secondo quello che in questa domanda di brevetto ? definito come accoppiamento eccentrico. In sostanza ? previsto un braccio tra l?asse geometrico dell?elemento di spinta 22 e l?asse di rotazione 26 del motore elettrico 16.

? proprio grazie all?accoppiamento eccentrico appena descritto che il cambia utensile 100 risulta irreversibile, nel senso che anche nel caso in cui il motore elettrico 16 smettesse di funzionare, per malfunzionamento o mancanza di alimentazione elettrica, l?elemento anulare di comando 14 non verrebbe spinto in rotazione dalle sfere 5, nella posizione di sblocco. Questo garantisce che la porzione lato utensile 2 non possa sganciarsi in modo indesiderato dalla porzione lato robot 1, a vantaggio della sicurezza.

Con il riferimento 25 ? indicata la scheda elettronica di controllo del motore elettrico 16. Il motore ? azionabile nei due sensi di rotazione, o in alternativa pu? girare sempre nello stesso senso: per esempio 200? di rotazione per effettuare il blocco e 160? per effettuare lo sblocco.

Preferibilmente, come mostrato nelle figure, l?elemento di spinta 22 ? provvisto di un perno 27 sul quale ? montato un rullo 26 girevole folle. Il rullo 26 ? quindi girevole sia sull?asse geometrico 28 dell?elemento di spinta, sia sull?asse 27 di rotazione dell?ingranaggio 23.

L?elemento anulare di comando 14 comprende una porzione sostanzialmente circolare 14? e una porzione lobata 14?, definibile anche leva, integrale con la porzione circolare 14?.

La porzione circolare 14? a sua volta comprende:

- incavi 29 nei quali le sfere 5 sono accolti quando la porzione lato utensile 2 deve essere inserita nella porzione lato robot 1, oppure separata da questa, cio? quando la porzione lato robot 1 si trova nella configurazione/posizione di sblocco;

- rampe 30, cio? superfici inclinate e rastremate, adiacenti agli incavi 29, la cui funzione ? quella di spingere le sfere 5 almeno in parte fuori dalle rispettive sedi 6, per portare la porzione lato robot nella configurazione/posizione di bloccaggio, in corrispondenza della quale la porzione lato utensile 2 non ? separabile. Le rampe 30 raccordano gli incavi 29 alla circonferenza interna dell?elemento anulare di comando 14. Nell?esempio mostrato nelle figure 1-8 le rampe 30 si sviluppano ciascuna su un piano inclinato, non ortogonale alla direzione radiale.

La porzione lobata 14? ? cava e calza sull?elemento di spinta 22, nel senso che la porzione lobata 14? definisce una guida 31 nella quale si inserisce l?elemento di spinta 22. In una forma di realizzazione alternativa, non mostrata nelle figure, la porzione lobata 14? ? piena e l?elemento di spinta 22 ? imperniato in essa.

In figura 5 la porzione lato robot 1 ? mostrata nella configurazione/posizione di sblocco, con le sfere 5 alloggiate nelle rispettive sedi 6 dell?elemento a tazza 12, e ivi trattenute dall?elemento anulare di comando 14. Le sfere 5 non possono cadere dall?elemento a tazza 12 proprio perch? esternamente trattenute dall?elemento anulare di comando 14.

In figura 6 la porzione lato robot 1 ? mostrata nella configurazione/posizione di bloccaggio, con le sfere 5 parzialmente sporgenti dalle rispettive sedi 6, verso l?interno, cio? verso l?asse longitudinale Z-Z, a causa della spinta esercitata dalle rampe 30 dell?elemento anulare di comando 14. Le sfere 6 non possono cadere all?interno dell?elemento a tazza 12 perch? le sedi 6 sono leggermente rastremate, cio? si stringono in direzione dell?asse Z-Z. Pertanto le sfere 5 possono al pi? sporgere come mostrato in figura 6, ma non possono andare oltre.

Le sfere 5, le corrispondenti nicchie 6? presenti sulla porzione lato utensile 2, l?elemento anulare di comando 14 e l?elemento di spinta 22 insieme definiscono i mezzi di bloccaggio della porzione lato utensile 2 sulla porzione lato robot 1, attivabili e disattivabili dal motore elettrico 16 per bloccare le due porzioni 1 e 2 una contro l?altra, o per permetterne la separazione.

Il confronto tra le figure 5 e 6 permette di comprendere il funzionamento del cambia utensile 100.

A partire dalla posizione di sblocco mostrata in figura 5, il motore elettrico 16 viene attivato, cio? il relativo albero di azionamento 17 compie una rotazione. La cascata di ingranaggi 18 trasmette la rotazione all?ingranaggio 23 secondo il rapporto di trasmissione definito dal rapporto del numero di denti degli ingranaggi. A sua volta l?ingranaggio 23 trasmette la rotazione all?elemento di spinta 22 ad esso imperniato. Dato che l?elemento di spinta 22 impegna la guida 31 ricavata nella porzione lobata 14? dell?elemento anulare di comando 14, durante la rotazione l?elemento di spinta 22 impartisce a sua volta una spinta sulla porzione lobata 14?, causando la rotazione di tutto l?elemento anulare di comando 14 sull?asse longitudinale Z-Z.

Nell?esempio mostrato nelle figure 5 e 6 l?elemento anulare di comando 14 ? stato ruotato di un angolo ?; in altre parole l?angolo ? corrisponde alla rotazione che ? necessario impartire all?elemento anulare di comando 14 per portare il cambia utensile 100 dalla posizione di bloccaggio a quella di sblocco, e viceversa, impartendo rotazioni in senso opposto.

Osservando la figura 6 si pu? notare che gli incavi 29 non sono pi? allineati con le sfere 5, ma sono sfalsati angolarmente di un angolo uguale all?angolo ?; le sfere 5 si trovano in battuta sulle rampe 30, pertanto le rampe 30 e i rispettivi incavi 29 definiscono un angolo al centro pari ad ?.

Preferibilmente nella guida 31 sono ricavati avvallamenti 32 che definiscono posizioni stabili per l?elemento di spinta 22. Gli avvallamenti contribuiscono ad evitare che la porzione lato robot 1 possa accidentalmente passare alla configurazione di sblocco quando il motore elettrico 16 non viene alimentato, ad esempio a causa di un black-out.

Nell?esempio mostrato nelle figure il rullo 26 ruotando facilita l?interazione tra l?elemento di spinta 22 e la guida 31.

Quando le sfere 5 sporgono parzialmente dalle rispettive sedi 6 verso l?asse longitudinale Z-Z e la porzione lato utensile 2 ? inserita nel primo vano 4, la porzione sporgente delle sfere 5 ? inserita nelle nicchie 6? presenti nella porzione maschio 3 della porzione lato utensile 2.

Vantaggiosamente, come si pu? osservare nelle figure, disporre il motore 16 con il relativo asse di rotazione 26 parallelo all?asse longitudinale Z-Z permette di minimizzare gli ingombri del cambia utensile 100 proprio in direzione longitudinale. Il cambia utensile 100 risulta estremamente compatto, a parit? di prestazioni rispetto a un cambia utensile ad assi ortogonali, cio? con motore elettrico disposto con asse di rotazione ortogonale all?asse longitudinale.

Ad esempio l?elemento anulare di comando 14 ? ottenibile da una piastra metallica, con lavorazione dal pieno o con taglio laser.

Preferibilmente l?elemento anulare di comando 14 ? leggermente elastico, caratteristica questa che consente di ottenere un automatico recupero dei giochi eventualmente presenti tra le parti, dovuti alle tolleranze di fabbricazione, e permette anche di applicare un precarico sull?elemento di spinta 22.

Le figure 7 e 8 mostrano il cambia utensile 100 accessoriato con un dispositivo 33 di connessione elettrica, che comprende un primo connettore 34 fissabile alla porzione lato robot 1 nel primo vano 4 e un secondo connettore 35 fissabile alla porzione lato utensile 2, nel secondo vano 4?. I connettori 34 e 35 sono fissabili alle rispettive porzioni 1 e 2 del cambia utensile 100 per mezzo di viti 36.

Al primo connettore 34 confluiscono linee elettriche 37?, e sul secondo connettore confluiscono linee elettriche 37? che devono essere collegate ciascuna con una corrispondente linea elettrica 37?. Per questa ragione il secondo connettore 35 ? provvisto di spinotti di collegamento 38, ciascuno collegato ad una linea 37?, e il primo connettore 34 ? provvisto di corrispondenti spinotti di collegamento 39.

Dati che i connettori 34 e 35 sono coassiali, cio? predisposti lungo l?asse longitudinale Z-Z, quando la porzione lato utensile 2 viene inserita nel vano 4 della porzione lato robot 1, i due connettori 34 e 35 vengono funzionalmente accoppiati, cio? gli spinotti 38 e 39 vengono elettricamente collegati per dare continuit? alle linee elettriche 37? e 37?. Quando la porzione lato utensile 2 viene separata dalla porzione lato robot 1 anche i connettori 34 e 35 si separano.

Il dispositivo 33 permette vantaggiosamente di posizionare le linee elettriche 37? e 37? attraverso il vano 4. Questo consente di utilizzare, per l?alimentazione elettrica degli utensili, le linee elettriche 37? direttamente dal centro del polso del robot sul quale il cambia utensile 100 ? montato, evitando di movimentare le linee elettriche (i cavi elettrici) attorno al robot durante le rotazioni del cambia utensile. In altre parole questa soluzione permette di non avere cavi elettrici ingombranti e pericolosi che circondano l?utensile, a vantaggio della sicurezza delle persone che operano nei pressi dell?utensile stesso.

Preferibilmente una o pi? linee elettriche 37? e/o 37? comprendono tastatori a molla.

Le figure 9-11 mostrano una seconda forma di realizzazione 101 del cambia utensile secondo la presente invenzione, che si differenzia dalla prima forma di realizzazione 100 solamente per la forma dell?elemento anulare di comando 14, come verr? ora spiegato.

In particolare la figura 9 ? una vista in piano della porzione lato robot 1 nella configurazione di bloccaggio, cio? con le sfere 5 parzialmente sporgenti dalle rispettive sedi 6 verso l?asse longitudinale Z-Z (che passa per il centro del vano 4), mentre la figura 10 ? una vista in piano della porzione lato robot 1 nella configurazione di sblocco, cio? con le sfere 5 completamente accolte nelle rispettive sedi 6 ricavate nell?elemento a tazza 12.

La figura 11 ? un ingrandimento di una porzione della figura 9, nella quale ? mostrata una sfera 5.

Con riferimento alle figure 9-11, in questa forma di realizzazione le rampe 30? adiacenti agli incavi 29 ricavate sull?elemento anulare di comando 14 sono tangenti (piano T) alla direzione radiale (linea tratteggiata R), cio? le rampe 30? si sviluppano ciascuna su un piano ortogonale al diametro del vano 4 passante per l?asse longitudinale Z-Z, come visibile al meglio nelle figure 9 e 11. Questa configurazione comporta il fatto che in nessuna posizione dell?elemento anulare di comando 14 si genera su di esso una coppia che possa provocarne la rotazione; il motivo ? semplice: le sfere 5 possono trasmettere spinte solo in direzione radiale, ma dato che le rampe 30? sono ortogonali a tale direzione, non si generano sull?elemento anulare di comando 14 spinte non radiali. Il risultato ? che l?elemento anulare di comando 14 non pu? accidentalmente ruotare e liberare la porzione lato utensile 2.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un cambia utensile (100, 101) comprendente: - una porzione lato robot (1), avente un asse longitudinale (Z-Z), fissabile a un manipolatore; - una porzione lato utensile (2), fissabile a un utensile e attestabile contro la porzione lato robot (1) lungo detto asse longitudinale (Z-Z); - mezzi (5) di bloccaggio della porzione lato utensile (2) sulla porzione lato robot (1); - un attuatore dei mezzi di bloccaggio (5); in cui i mezzi di bloccaggio (5, 14) sono selettivamente movibili tra una posizione di bloccaggio, in corrispondenza della quale impegnano la porzione lato utensile (2) attestata contro la porzione lato robot (1), impedendo la separazione dalla porzione lato robot (1), e una posizione di sbloccaggio, in corrispondenza della quale non impegnano la porzione lato utensile (2), consentendone il distacco dalla porzione lato robot (1), in cui l?attuatore dei mezzi di bloccaggio (5, 14) ? un motore elettrico (16) avente un albero di azionamento (17) girevole su un asse di rotazione (26) parallelo all?asse longitudinale (Z-Z), caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo (33) di connessione elettrica provvisto di un primo connettore (34) montabile sulla porzione lato robot (1) e un secondo connettore (35) montabile sulla porzione lato utensile (2), in cui i connettori (34, 25) supportano corrispondenti linee elettriche (37?, 37?) e sono collegabili/scollegabili insieme alle porzioni lato robot (1) e lato utensile (2), e in cui la porzione lato robot (1) si estende attorno a un primo vano (4) coassiale all?asse longitudinale (Z-Z) e il primo connettore (34) ? installabile in detto primo vano (4) e/o in cui la porzione lato utensile (2) si estende attorno a un secondo vano (4?) coassiale all?asse longitudinale (Z-Z) e il secondo connettore (35) ? installabile in detto secondo vano (4?).
2. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 1, in cui i mezzi di bloccaggio (5, 14) comprendono una pluralit? di sfere (5) alloggiate in corrispondenti sedi (6) ricavate nella porzione lato robot (1), e in cui nella posizione di bloccaggio le sfere (5) sporgono almeno in parte dalle rispettive sedi (6) e impegnano una gola o corrispondenti nicchie (6?) ricavate nella porzione lato utensile (2), calzata sulla porzione lato robot (1), realizzando un sottosquadro, e nella posizione di sbloccaggio le sfere (5) non sporgono dalle rispettive sedi (6) e non impegnano detta gola o dette nicchie (6?) della porzione lato utensile (2).
3. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 2, in cui le sfere (5) sono movibili radialmente rispetto all?asse longitudinale (Z-Z).
4. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 2 o la rivendicazione 3, in cui i mezzi di bloccaggio (5, 14) comprendono un elemento anulare di comando (14) disposto sulla porzione lato robot (1) in posizione radialmente pi? esterna rispetto alle sfere (5) e movibile dal motore elettrico (16) tra una prima posizione, in corrispondenza della quale costringe le sfere (5) nella posizione di bloccaggio, e una seconda posizione, in corrispondenza della quale le sfere (5) si trovano nella posizione di sbloccaggio.
5. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 4, in cui le sedi (6) delle sfere (5) sono fori passanti radiali ricavati in un elemento (12) della porzione lato robot (1) e l?elemento anulare di comando (14) comprende una porzione circolare (14?) che circonda le sedi (6) ed ? provvista di: - incavi (29) nei quali le sfere (5) sono accolte nella posizione di sblocco, e - rampe o piani inclinati (30, 30?) sui quali le sfere (5) si attestano nella posizione di blocco.
6. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 5, in cui: - le rampe o piani inclinati (30) si sviluppano ciascuno su un piano non ortogonale alla direzione radiale (R), oppure - le rampe o piani inclinati (30?) si sviluppano ciascuno su un piano (T) ortogonale alla direzione radiale (R).
7. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 5 o la rivendicazione 6, in cui l?elemento anulare di comando (14) ? montato sulla porzione lato robot (1) ed ? girevole rispetto ad essa sull?asse longitudinale (Z-Z) tra: - una prima posizione angolare, corrispondente alla posizione di blocco, in cui le sfere (5) si attestano contro dette rampe o detti piani inclinati (30, 30?) e questi sono a loro volta allineati alle sedi (6) delle sfere (5), e gli incavi (29) sono angolarmente disallineati rispetto alle sedi (6) delle sfere (5), e - una seconda posizione angolare, corrispondente alla posizione di sblocco, in cui le sfere (5) sono almeno in parte ricevute negli incavi (29) dell?elemento anulare di comando (14) allineati con le sedi (6) delle sfere (5), e dette rampe o detti piani inclinati (30, 30?) sono angolarmente disallineati rispetto alle sedi (6) delle sfere (5).
8. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 7, in cui l?elemento anulare di comando (14) ? ruotato dal motore elettrico (16), alternativamente nei due sensi per bloccare/sbloccare la porzione lato utensile (2), di un angolo (?) uguale all?angolo al centro (sull?asse longitudinale Z-Z) definito dagli incavi (29) e da dette rampe o detti piani inclinati (30, 30?).
9. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-8, in cui la porzione lato robot (1) comprende un elemento a tazza (12) nel quale si inserisce una porzione maschio (3) della porzione lato utensile (2), e in cui le sedi (6) delle sfere (5) sono fori ricavati radialmente attraverso la parete laterale dell?elemento a tazza (12), e l?elemento anulare di comando (14) ? calzato scorrevole sull?elemento a tazza (12) e previene la fuoriuscita delle sfere (5) dalle rispettive sedi (6) verso l?esterno.
10. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-9, in cui l?elemento anulare di comando (14) comprende una porzione lobata o leva (14?) accoppiata al motore elettrico (16) per mezzo di un accoppiamento eccentrico.
11. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-10, comprendente mezzi di trasmissione (18, 22) per impartire all?elemento anulare di comando (14) rotazioni sull?asse longitudinale (Z-Z), nei due sensi, in risposta alle rotazioni impartite dall?albero di azionamento (17) del motore elettrico (16), nei due sensi.
12. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 11, in cui detti mezzi di trasmissione comprendono un elemento di spinta (22) funzionalmente interposto tra il motore elettrico (16) e l?elemento anulare di comando (14), in cui l?elemento di spinta (22) ? girevole attorno all?asse di rotazione (26) dell?albero di azionamento (17) del motore elettrico (16), in modo eccentrico, in risposta alle rotazioni impartite dallo stesso albero di azionamento (17), e applica una coppia sull?elemento anulare di comando (14).
13. Cambia utensile (100, 101) secondo la rivendicazione 12, in cui i mezzi di trasmissione comprendono inoltre ingranaggi (18) interposti tra l?elemento di spinta (22) e l?albero di azionamento (17) del motore elettrico (16) per definire un rapporto di trasmissione tra questi componenti.
14. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-13, in cui l?elemento anulare di comando (14) presenta una minima elasticit? per compensare i giochi tra i componenti del cambia utensile dovuti alle tolleranze di fabbricazione.
15. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-14, in cui la posizione di bloccaggio dei mezzi di bloccaggio (5, 14) ? stabile anche in caso di disattivazione del motore elettrico (16).
16. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-15, comprendente un dispositivo (33) di connessione elettrica provvisto di un primo connettore (34) montabile sulla porzione lato robot (1) e un secondo connettore (35) montabile sulla porzione lato utensile (2), in cui il primo connettore (34) e il secondo connettore (35) supportano ciascuno almeno una linea elettrica (37?, 37?) e sono funzionalmente accoppiabili per collegare elettricamente tra loro corrispondenti linee elettriche (37?, 37?), e sono separabili per scollegare le linee elettriche (37?, 37?), in cui il primo connettore (34) e il secondo connettore (35) sono montati in corrispondenza dell?asse longitudinale (Z-Z).
17. Cambia utensile (100, 101) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui le linee elettriche (37, 37?) collegate per mezzo del dispositivo di connessione elettrica (33) attraversano le due porzioni (1, 2) del cambia utensile sostanzialmente lungo l?asse longitudinale (Z-Z).