IT202100004247A1

IT202100004247A1 - Robot azionato a cavi

Info

Publication number: IT202100004247A1
Application number: IT102021000004247A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Monti
Original assignee: Marchesini Group Spa
Priority date: 2021-02-24
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-08-24
Also published as: US12103172B2; US20240109180A1; KR20230149301A; WO2022180492A1; EP4297935A1; CN116867613A

Description

ROBOT AZIONATO A CAVI

DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si inserisce nel settore tecnico riguardante i robot paralleli, in particolare i robot azionati a cavi.

I robot azionati a cavi utilizzano dei cavi per mantenere sospeso un elemento o un dispositivo e per movimentare l?elemento o dispositivo all?interno di uno spazio tridimensionale.

I robot azionati a cavi comprendono una struttura di base, o telaio, che ? fissa, un elemento mobile che viene mantenuto sospeso mediante una serie di cavi, e che deve essere movimentato in uno spazio tridimensionale rispetto alla struttura di base, mediante la movimentazione dei cavi, a seguito di un loro allungamento o accorciamento.

I robot azionati a cavi comprendono, al riguardo, un sistema di movimentazione per la movimentazione dei cavi, cio? per il loro allungamento o accorciamento. Usualmente, il sistema di movimentazione dei cavi comprende una serie di gruppi di movimentazione, uno per ogni cavo.

Ciascun gruppo di movimentazione comprende un elemento di avvolgimento del cavo, ad esempio un tamburo, attorno al quale il cavo viene avvolto o svolto, ed un organo motore per l?azionamento in rotazione dell?elemento di avvolgimento, in un verso di rotazione o nell?altro, per l?avvolgimento o svolgimento su di esso del cavo.

In questo modo ogni cavo, che ? collegato con una prima estremit? all?elemento mobile e con una seconda estremit? al tamburo, pu? essere accorciato (avvolto sul tamburo) o allungato (svolto dal tamburo) e quindi la sua lunghezza (estensione) tra il punto di fissaggio all?elemento mobile e il rispettivo tamburo pu? essere variata, o diminuita o aumentata.

Quindi, azionando opportunamente i vari motori, vale a dire azionando in rotazione i rispettivi tamburi ad essi collegati, dunque allungando o accorciando i vari cavi, ? possibile movimentare e spostare l?elemento mobile rispetto alla struttura di base, e variare la sua posizione in uno spazio di lavoro tridimensionale.

L?elemento mobile pu?, ad esempio, comprendere un utensile, oppure una piattaforma sulla quale ? montato un organo operativo predisposto per compiere determinate operazioni, come ad esempio la presa ed il rilascio di oggetto, o altre tipologie di operazioni o lavorazioni.

In questa tipologia di robot azionati a cavi risulta sovente necessario poter disporre di una alimentazione di corrente, o la necessit? di portare un segnale, ad esempio di comando o di controllo, direttamente sull?elemento mobile, per poter azionare o comandare i vari utensili, dispositivi o organi operativi su di esso predisposti.

Attualmente, una prima soluzione nota prevede di montare e predisporre una batteria, o un?altra tipologia di accumulatore di energia elettrica, direttamente sull?elemento mobile.

Questa soluzione, tuttavia, non risulta ottimale n? del tutto soddisfacente, in quanto il peso della batteria pu? incidere sulla movimentazione dell?elemento mobile.

Inoltre, una volta che la batteria ? esaurita, occorre procedere alla sua sostituzione, o nel caso in cui essa sia del tipo ricaricabile, ad una sua ricarica. Un?altra soluzione attualmente impiegata, consiste nell?utilizzo di strutture sospese a forma di catenaria o di bracci articolati che portano un cavo di alimentazione fino in corrispondenza dell?elemento mobile.

Anche una tale tipologia di soluzione presenta diversi inconvenienti.

In primo luogo, essa richiede un ingombro non trascurabile, in quanto la struttura di sostengo del cavo di alimentazione va ad occupare uno spazio all?interno della struttura di base entro il quale deve essere movimentato l?elemento mobile.

In secondo luogo, la movimentazione della struttura di sostegno del cavo di alimentazione deve essere coordinata con quella dell?elemento mobile per poterlo seguire nella sua movimentazione nello spazio rispetto alla struttura di base.

Scopo della presente invenzione ? pertanto quello di proporre un nuovo robot azionato a cavi in grado di risolvere gli inconvenienti di arte nota sopra evidenziati. In particolare, scopo della presente invenzione ? quello di proporre un nuovo robot azionato a cavi in grado di rendere disponibile una alimentazione elettrica, o un segnale di comando o controllo, direttamente in corrispondenza dell?elemento mobile in maniera semplice ed efficace, nonch? affidabile.

I citati scopi sono ottenuti in accordo ad un robot azionato a cavi secondo le rivendicazioni.

Le caratteristiche di una preferita, ma non esclusiva, forma di realizzazione del robot azionato a cavi proposto con la presente invenzione saranno esposte nella seguente descrizione eseguita con riferimento alle unite tavole di disegno nelle quali:

- la figura 1 illustra, secondo una vista in prospettiva e del tutto schematica, il robot azionato a cavi proposto dalla presente invenzione;

- la figura 2 illustra, secondo una vista in pianta parziale e parzialmente in spaccato, un elemento particolarmente significativo del robot azionato a cavi secondo l?invenzione, preposto per portare una alimentazione elettrica, e/o un segnale di comando o controllo direttamente all?elemento mobile;

- la figura 3 rappresenta la vista secondo il piano di sezione trasversale I-I di figura 2.

Con riferimento alle unite tavole di disegno, si ? indicato con (100) il robot azionato a cavi della presente invenzione, nel suo complesso.

Il robot azionato a cavi (100) ? schematicamente illustrato nella figura 1.

Esso comprende: una struttura di base (1); una pluralit? di cavi (C; C1) ed un elemento mobile (EM) che viene mantenuto sospeso mediante la pluralit? di cavi (C; C1).

L?elemento mobile (EM) ? stato illustrato in maniera stilizzata e del tutto schematica: esso pu? essere costituito da un organo di presa, un utensile, uno strumento, o altro organo operativo che per il relativo funzionamento deve poter essere alimentato con una corrente e/o tensione, oppure ricevere un segnale di comando per l?esecuzione di una determinata operazione e/o lavorazione.

L?elemento mobile pu? essere anche una piattaforma sulla quale sono predisposti gli organi / utensili / strumenti sopra citati.

Il robot azionato a cavo comprende poi un sistema di movimentazione (2) per la movimentazione dei cavi (C; C1), e quindi per la movimentazione nello spazio dell?elemento mobile (EM) rispetto alla struttura di base (1).

Il sistema di movimentazione (2) comprendente una pluralit? di elementi di avvolgimento (4) dei cavi (C; C1) che sono azionabili in rotazione per l?avvolgimento / svolgimento dei cavi (C; C1).

Al riguardo, i cavi (C; C1) comprendono una prima estremit? che ? collegata all?elemento mobile (EM) ed una seconda estremit? che ? collegata ad un rispettivo elemento di avvolgimento (4) del sistema di movimentazione (2).

Le peculiarit? del robot azionato a cavi (100) proposto dalla presente invenzione consistono nel fatto che almeno un cavo (C1) della pluralit? di cavi (C; C1) ? realizzato nel modo seguente.

Tale almeno un cavo (C1) (vedasi ad esempio la figura 2 e la figura 3) ? realizzato in maniera comprendere una anima centrale (5) ed una camicia esterna (6) di rivestimento.

In dettaglio, l?anima centrale (5) ? realizzata con un materiale conduttore tale da poter consentire la trasmissione di corrente elettrica e/o un segnale di comando fino ad una estremit? del cavo (C1) collegata all?elemento mobile (EM), mentre la camicia esterna (6) di rivestimento ? realizzata in materiale sintetico intrecciato tale da fornire al cavo (C1) resistenza a carichi di trazione e flessione.

In questo modo, grazie a questa particolare struttura del cavo (C1), in particolare all?anima centrale in materiale conduttore, con lo stesso cavo (C1) che ? utilizzato per la sospensione e movimentazione dell?elemento mobile, e quindi senza far ricorso ad accumulatori o batterie da predisporre sull?elemento mobile o sistemi esterni, ? possibile portare direttamente all?elemento mobile una alimentazione elettrica e/o un segnale di comando per il suo funzionamento.

Il cavo (C1), inoltre, grazie alla presenza della camicia esterna (6) di rivestimento realizzata in materiale sintetico intrecciato ? dotato di una sufficiente resistenza a carichi di trazione e flessione a cui esso pu? essere sottoposto durante il suo avvolgimento sul / svolgimento dal rispettivo elemento di avvolgimento per la movimentazione nello spazio dell?elemento mobile (EM) rispetto alla struttura di base (1).

Ulteriori altri aspetti particolari e vantaggiosi sono esposti nel seguito.

Il cavo (C1) pu? essere realizzato in maniera che la camicia esterna (6) di rivestimento comprende un primo strato interno (61) costituito da una pluralit? di primi trefoli (7) che sono disposti attorno all?anima centrale (5) e che sono intrecciati tra di loro a formare una prima treccia (610) avvolta attorno all?anima centrale (5).

In particolare, ognuno dei trefoli (7) della pluralit? di primi trefoli (7) ? costituito da una serie di monofilamenti (71) in materiale sintetico ad alta densit? tra loro intrecciati.

I monofilamenti (71) in materiale sintetico utilizzati hanno un elevato modulo elastico e un elevato rapporto forza-peso, al fine di rendere il cavo (C1) leggero ma allo stesso tempo resistente a carichi elevati (esempio almeno fino a 1-2kN), con un allungamento che rimane estremamente ridotto (inferiore al 2% a rottura). A tal riguardo, i monofilamenti (71) delle serie di monofilamenti (71) che formano i trefoli (7) della prima serie di trefoli (7) sono realizzati in polietilene ad alta densit?. Ulteriormente, secondo un altro aspetto preferito e vantaggioso, per conferire al cavo (C1) anche una resistenza all?usura, la camicia esterna (6) di rivestimento ? realizzata in maniera da comprende un secondo strato esterno (62) costituito da una pluralit? di secondi trefoli (8), che sono disposti attorno alla pluralit? di primi trefoli (7) che formano il primo strato interno (61), e che sono intrecciati tra di loro a formare una seconda treccia (620) avvolta attorno alla prima treccia (610) formata dalla pluralit? di primi trefoli (7) tra loro intrecciati.

In particolare, ognuno dei trefoli (8) della pluralit? di secondi trefoli (8) ? costituito da una serie di monofilamenti (81) in materiale sintetico ad alta tenacit? tra loro intrecciati.

Preferibilmente, i monofilamenti (81) della serie di monofilamenti (81) che formano i trefoli (8) della seconda serie di trefoli (8) sono realizzati in poliestere, in particolare in poliestere al 100%.

Grazie al doppio strato con i quali ? realizzata la camicia esterna di rivestimento, al cavo (C1) sar? quindi fornita una resistenza ad alti carichi, sia di flessione che trazione, con allungamento minimo, e, nel contempo, anche una resistenza all?usura.

Nella preferita ma non esclusiva forma di realizzazione illustrata in figura 3, il primo strato interno (61) della camicia esterna di rivestimento (6) ? formato da 8 trefoli (7) tra loro intrecciati di monofilamenti (71) di polietilene ad alta densit?, mentre il secondo strato esterno (62) della camicia esterna di rivestimento (6) ? formato da 14 trefoli (8) tra loro intrecciati di monofilamenti (81) di poliestere al 100%.

I due strati della camicia esterna di rivestimento possono essere realizzati anche con un numero diverso di trefoli.

Secondo un altro aspetto preferito, il cavo (C1) ? realizzato in modo che l?anima centrale (5) comprende una pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo.

In particolari, la pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo che formano l?anima centrale (5) sono tra loro avvolti a spirale.

Questo consente di fornire al cavo (C1) una maggiore flessibilit?, e quindi agevolarne l?avvolgimento / svolgimento dal rispettivo elemento di avvolgimento. La pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo che formano l?anima centrale (5) comprendono fili di rame.

Alternativamente, secondo un?altra possibile forma di realizzazione per il cavo (C1), l?anima centrale (5) pu? essere costituita da una pluralit? di trefoli (51) di fili di acciaio galvanizzato tra loro avvolti a spirale.

Secondo un altro aspetto preferito, il cavo (C1) pu? comprendere una camicia intermedia (50) in materiale isolante che ? interposta tra l?anima centrale (5) e la camicia esterna (6) di rivestimento del cavo (C1).

Ad esempio, la camicia intermedia (50) in materiale isolante pu? essere realizzata in PVC.

Ulteriormente, al fine di fornire una maggiore resistenza all?usura, il cavo (C1) pu? essere realizzato in maniera da comprendere uno strato di copertura (non illustrato nel dettaglio nelle figure proposte), disposto attorno alla camicia esterna (6) di rivestimento del cavo (C1), che ? realizzato in poliuretano.

Un ulteriore altro aspetto particolare dell?invenzione riguarda la modalit? con la quale pu? essere realizzato il sistema di movimentazione (2) dei cavi.

Come ad esempio illustrato in figura 1, anche se in modo molto schematico, il sistema di movimentazione (2) dei cavi comprende una pluralit? di gruppi di movimentazione (20) dei quali almeno uno di essi ? realizzato in modo da comprendere:

un telaio (21), che ? articolato ad una parte (11) della struttura di base (1) in maniera pivottante attorno un asse di articolazione verticale in modo che il telaio (21) possa ruotare attorno a tale asse di articolazione verticale rispetto alla struttura di base (1);

un motore (3), che ? montato sul telaio (21);

ed almeno un elemento di avvolgimento/svolgimento (4) (ad esempio un tamburo) di un rispettivo cavo (C; C1) della pluralit? di cavi (C; C1) che ? montato sul telaio (21) ed azionabile in rotazione mediante il motore (3).

In questo modo, per il cavo (C1), cio? quello realizzato nel modo in precedenza descritto, non sar? necessario utilizzare elementi di deviazione o guida-filo, in quanto esso sar? sempre correttamente orientato verso l?elemento mobile, dal momento che il telaio ? pivottante rispetto alla struttura di base, cio? ? ruotabile attorno ad un asse di articolazione verticale rispetto ad una parte della struttura di base, durante la movimentazione dell?elemento mobile nello spazio, ed il cavo non subir? deviazioni o torsioni.

Quindi, l?elemento di avvolgimento del cavo, ruotando con il telaio rispetto alla struttura di base, adeguer? automaticamente la sua orientazione e posizione alla posizione che di volta in volta assumer? l?elemento mobile, avendosi quindi in pratica un auto allineamento all?effettiva posizione assunta dell?elemento mobile. In sostanza, la porzione di cavo compresa tra l?elemento mobile e l?elemento di avvolgimento, risulter? sempre sostanzialmente perpendicolare all?asse di rotazione dell?elemento di avvolgimento.

In questo modo si eviter? l?insorgere di indesiderate ulteriori sollecitazioni in flessione e/o torsione del cavo che, nel tempo, potrebbero essere causa di usura e deterioramento.

Da quanto sopra descritto, risulta evidente come il robot azionato a cavi della presente invenzione risolva i problemi presenti nell?arte nota ed evidenziati in premessa, riuscendo a portare una alimentazione di corrente e/o un segnale di comando direttamente all?elemento mobile sfruttando almeno uno dei cavi utilizzati per mantenere sospeso e movimentare lo stesso elemento mobile.

Claims

RIVENDICAZIONI

1) Robot azionato a cavi (100) comprendente:

una struttura di base (1);

una pluralit? di cavi (C; C1);

un elemento mobile (EM) che viene mantenuto sospeso mediante la pluralit? di cavi (C; C1);

un sistema di movimentazione (2) per la movimentazione dei cavi (C; C1), e quindi per la movimentazione nello spazio dell?elemento mobile (EM) rispetto alla struttura di base (1), comprendente una pluralit? di elementi di avvolgimento (4) dei cavi (C; C1) che sono azionabili in rotazione per l?avvolgimento / svolgimento dei cavi (C; C1),

in cui i cavi (C; C1) comprendono una prima estremit? collegata all?elemento mobile (EM) ed una seconda estremit? collegata ad un rispettivo elemento di avvolgimento (4) del sistema di movimentazione (2);

caratterizzato dal fatto che almeno un cavo (C1) della pluralit? di cavi (C; C1) ? realizzato in maniera da comprendere una anima centrale (5) ed una camicia esterna (6) di rivestimento,

in cui l?anima centrale (5) ? realizzata con un materiale conduttore tale da poter consentire la trasmissione di corrente elettrica e/o un segnale di comando fino ad una estremit? del cavo (C1) collegata all?elemento mobile (EM);

in cui la camicia esterna (6) di rivestimento ? realizzata in materiale sintetico intrecciato tale da fornire al cavo (C1) resistenza a carichi di trazione e flessione.

2) Robot azionato a cavi (100) secondo la rivendicazione 1, in cui la camicia esterna (6) di rivestimento comprende un primo strato interno (61) comprendente una pluralit? di primi trefoli (7) che sono disposti attorno all?anima centrale (5) e che sono intrecciati tra di loro a formare una prima treccia (610) avvolta attorno all?anima centrale (5), in cui ognuno dei trefoli (7) della pluralit? di primi trefoli (7) ? costituito da una serie di monofilamenti (71) in materiale sintetico ad alta densit? tra loro intrecciati.

3) Robot azionato a cavi (100) secondo la rivendicazione 2, in cui i monofilamenti (71) in materiale sintetico ad alta densit? delle serie di monofilamenti (71) che formano i trefoli (7) della prima serie di trefoli (7) sono realizzati in polietilene ad alta densit?.

4) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 3, in cui la camicia esterna (6) di rivestimento comprende un secondo strato esterno (62) comprendente una pluralit? di secondi trefoli (8), che sono disposti attorno alla pluralit? di primi trefoli (7) che formano il primo strato interno (61), e che sono intrecciati tra di loro a formare una seconda treccia (620) avvolta attorno alla prima treccia (610) formata dalla pluralit? di primi trefoli (7) tra loro intrecciati, in cui ognuno dei trefoli (8) della pluralit? di secondi trefoli (8) ? costituito da una serie di monofilamenti (81) in materiale sintetico ad alta tenacit? tra loro intrecciati.

5) Robot azionato a cavi (100) secondo la rivendicazione 4, in cui i monofilamenti (81) in materiale sintetico ad alta tenacit? della serie di monofilamenti (81) che formano i trefoli (8) della seconda serie di trefoli (8) sono realizzati in poliestere.

6) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?anima centrale (5) comprende una pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo.

7) Robot azionato a cavi (100) secondo la rivendicazione 6, in cui la pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo che formano l?anima centrale (5) sono tra loro avvolti a spirale.

8) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6 e 7, in cui la pluralit? di fili (51) in materiale elettricamente conduttivo che formano l?anima centrale (5) comprendono fili di rame.

9) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l?anima centrale (5) ? costituita da una pluralit? di trefoli (51) di fili di acciaio galvanizzato tra loro avvolti a spirale.

10) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una camicia intermedia (50) in materiale isolante interposta tra l?anima centrale (5) e la camicia esterna (6) di rivestimento del cavo (C1).

11) Robot azionato a cavi (100) secondo la rivendicazione 10, in cui la camicia intermedia (50) in materiale isolante ? realizzata in PVC.

12) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno strato di copertura, disposto attorno alla camicia esterna (6) di rivestimento del cavo (C1), che ? realizzato in poliuretano.

13) Robot azionato a cavi (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema di movimentazione (2) dei cavi comprende una pluralit? di gruppi di movimentazione (20) dei quali almeno uno di essi ? realizzato in modo da comprendere: un telaio (21), che ? articolato ad una parte (11) della struttura di base (1) in maniera pivottante attorno un asse di articolazione verticale in modo che il telaio (21) possa ruotare attorno a tale asse di articolazione verticale rispetto alla struttura di base (1); un motore (3), che ? montato sul telaio (21); ed almeno un elemento di avvolgimento/svolgimento (4) di un rispettivo cavo (C; C1) della pluralit? di cavi (C; C1) che ? montato sul telaio (21) ed azionabile in rotazione mediante il motore (3).