ITBO960263A1

ITBO960263A1 - ARTICULATED PARALLELOGRAM MANIPULATOR, WITH ACTUATOR ACTIVATED BY A CONTROL THAT CROSS ONE OF THE FOCUS AXES OF THE SAID

Info

Publication number: ITBO960263A1
Application number: IT96BO000263A
Authority: IT
Inventors: Valter Obici; Olio Daniele Dall
Original assignee: Cefla Coop
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1997-11-14
Also published as: ITBO960263A0; IT1285699B1

Description

dell'invenzione industriale, dal of the industrial invention, from

"Manipolatore a parallelogramma articolato, con attuatone azionato da un comando che attraversa uno degli assi di fulcro del detto parallelogramma" "Manipulator with articulated parallelogram, with actuator operated by a command that crosses one of the fulcrum axes of said parallelogram"

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

Per il trasferimento di prodotti da una stazione di lavoro ad una attigua, ad esempio per operazioni di incassettamento o di decassettamento di flaconi, bottiglie od altri prodotti, sono attualmente noti, tra l'altro, manipolatori a parallelogramma articolato, che con l'oscillazione dei loro bracci paralleli determinano la traslazione alternata di una guida verticale sulla quale scorre una slitta che porta un attuatore costituito da una testa afferratrice dei flaconi e che viene animata del necessario movimento alternato di salita e discesa da parte di un motoriduttore, attualmente montato a bordo della detta guida o d'altra parte mobile del manipolatore. Questo motoriduttore determina un aumento sensibile del peso dell'equipaggio mobile del manipolatore, coi problemi intuibili di tipo dinamico e statico che derivano da questa situazione e comporta anche la mobilità dei mezzi di alimentazione del detto motoriduttore , con problemi di affidabilità e di sicurezza. For the transfer of products from a work station to a neighboring one, for example for packing or unpacking operations of bottles, bottles or other products, there are currently known, among other things, manipulators with articulated parallelogram, which with the oscillation of their parallel arms determine the alternate translation of a vertical guide on which a slide carries an actuator consisting of a bottle gripping head and which is animated by the necessary alternating up and down movement by a gearmotor, currently mounted on board of said guide or on the other movable part of the manipulator. This gearmotor causes a significant increase in the weight of the mobile assembly of the manipulator, with the intuitive problems of a dynamic and static type that derive from this situation and also involves the mobility of the feeding means of said gearmotor, with problems of reliability and safety.

Il trovato propone di ovviare a questi inconvenienti con la seguente idea di soluzione. La slitta è collegata ad uno dei rami di almeno una cinghia dentata o di un mezzo equivalente, rinviata su pulegge dentate ad assi paralleli, poste sul complesso della guida. Una di tali pulegge è coassiale ad uno degli assi di articolazione della guida ad un braccio del parallelogramma, è liberamente girevole rispetto al detto asse di articolazione ed è solidale ad una puleggia coassiale e dentata, prossima al detto braccio ed a sua volta collegata con una cinghia dentata ad una uguale puleggia dentata calettata su un albero che attraversa girevolmente l'asse che fulcra il detto braccio alla struttura fissa di supporto o che sull'altra estremità porta una puleggia dentata collegata ad un motoriduttore a doppio senso di rotazione, sostenuto da un supporto fisso. Con questa soluzione, la slitta con la testa afferratrice viene azionata da un motoriduttore svincolato dall'equipaggio mobile del parallelogramma articolato ed il suo spostamento è strettamente legato alla rotazione di tale motoriduttore, mentre è del tutto indipendente dal movimento oscillatorio del parallelogramma. The invention proposes to obviate these drawbacks with the following solution idea. The slide is connected to one of the branches of at least one toothed belt or an equivalent means, conveyed on toothed pulleys with parallel axes, placed on the guide assembly. One of these pulleys is coaxial to one of the articulation axes of the guide to an arm of the parallelogram, is freely rotatable with respect to said articulation axis and is integral with a coaxial and toothed pulley, close to said arm and in turn connected with a toothed belt to an equal toothed pulley keyed on a shaft which rotatably crosses the axis which pivots the said arm to the fixed support structure or which on the other end carries a toothed pulley connected to a double direction of rotation gearmotor, supported by a fixed support. With this solution, the slide with the gripping head is operated by a gearmotor released from the mobile assembly of the articulated parallelogram and its displacement is strictly linked to the rotation of said gearmotor, while it is completely independent of the oscillatory movement of the parallelogram.

iiaggiori caratteristiche dei trovato, ed i vantaggi che ne derivano, appariranno meglio evidenti dalla seguente descrizione ·fatta con riferimento alle figure delle due tavole allegate di disegno, in cui: The further characteristics of the invention, and the advantages deriving from it, will become clearer from the following description made with reference to the figures of the two attached drawing tables, in which:

- la fig. 1 è una vista in elevazione frontale del manipolatore a parallelogramma articolato, perfezionato secondo il trovato e nella versione a portale, particolarmente adatta per il supporto di una testa afferratrice molto ingombrante e pesante; - fig. 1 is a front elevation view of the manipulator with articulated parallelogram, improved according to the invention and in the portal version, particularly suitable for supporting a very bulky and heavy gripping head;

- le figg. 2 e 3 sono viste rispettivamente in elevazione laterale e secondo la sezione II-III, del manipolatore di figura 1, - figs. 2 and 3 are views respectively in lateral elevation and according to section II-III, of the manipulator of figure 1,

Dalle figure si rileva che il manipolatore comprende una struttura a portale 1, verticale, i cui montanti portano sul fianco interno delle guide verticali 2-102 sulle quali scorre con la interposizione di mezzi a basso coefficiente di attrito una slitta 3 predisposta in qualsiasi adatto modo per il supporto di una testa afferratrice , non illustrata, che viene aperta e chiusa da un servocomando pneumatico o d’altro tipo, anch'esso non illustrato. Con 42 sono indicati dei tamponi di fine corsa verso l'alto della slitta 3. From the figures it can be seen that the manipulator comprises a vertical portal structure 1, the uprights of which carry on the inner side of the vertical guides 2-102 on which a slide 3 arranged in any suitable way slides with the interposition of low coefficient of friction means. for supporting a gripping head, not shown, which is opened and closed by a pneumatic or other type of servo control, also not shown. Reference 42 indicates the upward stroke limit pads of the slide 3.

I montanti della struttura a portale 1 sostengono girevolmente per mezzo di cuscinetti 4-104, un albero orizzontale 5 , prossimo all'architrave della detta struttura, le cui estremità sono sostenute girevoli per mezzo di cuscinetti 6-106, dall'estremità di bracci 7--107 uguali, paralleli e verticali, a loro volta calettati fissati con l'altra estremità su alberi 8-108 orizzontali, tra loro allineati assialmente e sostenuti per mezzo di rispettivi cuscinetti 9-109 da boccole 10--110 flangiate alle fiancate 11-111 di una struttura fissa di supporto. Sulle stesse fiancate 11-111 sono fissate delle boccole 12-112 allineate tra loro assialmente e poste col loro asse orizzontalmente e su un piano ideale verticale che contiene anche l'asse delle dette boccole 10-110 e tali boccole 12-112 sostengono girevolmente, per mezzo di cuscinetti 13-113, dei rispettivi alberi 14-114 ai quali sono calettate le estremità di bracci 15-115, uguali e paralleli a quelli 7-107 e che con l'altra estremità sostengono girevolmente per mezzo di cuscinetti 16-116, dei perni 17-117 fissi ai montanti della struttura a portale 1. L'asse dei perni 17-117 giace su un piano ideale verticale che contiene anche l'asse dell'albero 5. The uprights of the portal structure 1 rotatably support by means of bearings 4-104, a horizontal shaft 5, close to the architrave of said structure, the ends of which are rotatably supported by means of bearings 6-106, from the end of arms 7 --107 equal, parallel and vertical, in turn keyed and fixed with the other end on horizontal shafts 8-108, axially aligned with each other and supported by means of respective bearings 9-109 by bushings 10--110 flanged to the sides 11 -111 of a fixed support structure. Fixed on the same sides 11-111 are bushings 12-112 aligned axially with each other and placed with their axis horizontally and on an ideal vertical plane which also contains the axis of said bushings 10-110 and said bushings 12-112 rotatably support, by means of bearings 13-113, of the respective shafts 14-114 to which the ends of arms 15-115 are keyed, equal and parallel to those 7-107 and which with the other end rotatably support by means of bearings 16-116 , of the pins 17-117 fixed to the uprights of the portal structure 1. The axis of the pins 17-117 lies on an ideal vertical plane which also contains the axis of the shaft 5.

Sulla estremità degli alberi 8-108 e 14-114, che è all'esterno della relative boccole di supporto, sono calettate delle pulegge dentate uguali 18-118 e 19-119. La puleggia 18 è collegata a quella 19 da una cinghia dentata 20 e la puleggia 118 è collegata a quella 119 da una cinghia dentata 120 e tali cinghie (fig. 3) sono a loro volta collegate a pulegge dentate uguali 21-121 calettate sugli alberi di uscita 22-122 di riduttori 23-123 di uguali caratteristiche, flangiati alle fiancate di supporto 11-111 ed azionati da un comune motore elettrico 24 a doppio senso di rotazione, con encoder 124 (fig. 1). Con 25 è indicato in figura 3 un giunto di accoppiamento. On the end of shafts 8-108 and 14-114, which is outside the relative support bushings, identical toothed pulleys 18-118 and 19-119 are keyed. The pulley 18 is connected to that 19 by a toothed belt 20 and the pulley 118 is connected to that 119 by a toothed belt 120 and these belts (fig. 3) are in turn connected to identical toothed pulleys 21-121 keyed on the shafts output 22-122 of reducers 23-123 having the same characteristics, flanged to the support sides 11-111 and driven by a common electric motor 24 with double direction of rotation, with encoder 124 (fig. 1). Number 25 in Figure 3 indicates a coupling joint.

E' evidente dalle figure 2 e 3 come l'azionamento alterno del motore 24 determini il pendolamento dalla posizione indicata in figura 3 con segno continuo a quella indicata con segno a trattini e viceversa, della doppia struttura a parallelogramma articolato formata dalle coppie di bracci 7-107 e 15-115 e della struttura a portale 1 che è soggetta ad un movimento composito di sollevamento-abbassamento e di traslazione alterna. It is evident from Figures 2 and 3 how the alternating actuation of the motor 24 causes the oscillation from the position indicated in Figure 3 with a continuous sign to that indicated with a dashed sign and vice versa, of the double articulated parallelogram structure formed by the pairs of arms 7 -107 and 15-115 and of the portal structure 1 which is subjected to a composite movement of lifting-lowering and alternating translation.

La slitta 3 è collegata in corrispondenza dei fianchi, ad uno dei rami di una coppia di cinghie dentate o di mezzi equivalenti 26-126, parallele, uguali, rinviate su coppie di pulegge dentate ed uguali 27-127 calettate sull'albero 5 e su corrispondenti pulegge 28--128 uguali, girevoli con cuscinetti 29-129 su perni fissati ai montanti del portale 1. Le dette cinghie 26--126 sono tagliate nella zona di collegamento alla slitta e con le estremità sono fissate a pattini 30-130 e 31-131 montati sulla stessa slitta tutti od in parte con possibilità di registrazione, per il tansionamento delle dette cinghie. The slide 3 is connected at the sides, to one of the branches of a pair of toothed belts or equivalent means 26-126, parallel, identical, conveyed on pairs of toothed and identical pulleys 27-127 keyed on the shaft 5 and on corresponding identical pulleys 28--128, rotating with bearings 29-129 on pins fixed to the uprights of portal 1. Said belts 26--126 are cut in the area of connection to the slide and with the ends are fixed to shoes 30-130 and 31-131 mounted on the same slide all or in part with the possibility of adjustment, for the tensioning of said belts.

Il braccio 7 è distanziato dal vicino montante del portale 1 in modo tale che tra queste due parti possa essere collocata una trasmissione positiva di moto che comprende una puleggia dentata 32 calettata sull'albero 5 e collegata mediante cinghia dentata 33 ad una uguale puleggia dentata 34 calettata su un albero 35 che attraversa girevolmente con cuscinetti 36 l'albero 8 cavo e che sporge dall'estremità libera di questo dove porta calettata una puleggia dentata 37 collegata mediante una trasmissione positiva ad un motoriduttore 38 a doppio senso di rotazione e con encoder 138, posto su una qualsiasi adatta struttura fissa di supporto. Con 39 sono indicati dei galoppini montati sul braccio 7 per la tensione della cinghia 33. The arm 7 is spaced from the nearby upright of the portal 1 in such a way that a positive motion transmission can be placed between these two parts which comprises a toothed pulley 32 keyed on the shaft 5 and connected by means of a toothed belt 33 to an identical toothed pulley 34 keyed on a shaft 35 which rotatably crosses with bearings 36 the hollow shaft 8 and which protrudes from the free end of this where it carries a toothed pulley 37 connected by means of a positive transmission to a gearmotor 38 with double direction of rotation and with encoder 138 , placed on any suitable fixed support structure. Reference 39 indicates pulleys mounted on the arm 7 for tensioning the belt 33.

E' evidente che se il motore 38 rimane fermo, la posizione della slitta 3 sulle relative guide 2-102 non cambia in quanto la posizione angolare relativa delle pulegge 32 e 34 rimane immodificata. Il movimento della slitta 3 sulle relative guide dipende esclusivamente dalla rotazione del motoriduttore 38, mentre è del tutto indipendente dalla oscillazione dei bracci 7-107--15-115. Un microprocessore 40, programmabile attraverso l'unità tastiera-video 41, provvedere al necessario controllo dei motoriduttori 24-23-123 e 38 che per mezzo dei relativi encoder 124-138 e di adatti mezzi di alimentazione, ad esempio del tipo cosiddetto ad Inverter, possono essere azionati con controllo elettronico della velocità e della fase, per far sì che i bracci del manipolatore compiano l'oscillazione dell'entità di volta in volta necessaria e che in giusta fase la slitta 3 risulti animata del necessario movimento di sollevamento ed abbassamento. It is evident that if the motor 38 remains stationary, the position of the slide 3 on the relative guides 2-102 does not change since the relative angular position of the pulleys 32 and 34 remains unchanged. The movement of the slide 3 on the relative guides depends exclusively on the rotation of the gearmotor 38, while it is completely independent of the oscillation of the arms 7-107--15-115. A microprocessor 40, programmable through the keyboard-video unit 41, provides for the necessary control of the gearmotors 24-23-123 and 38 which by means of the relative encoders 124-138 and suitable power supply means, for example of the so-called inverter type , can be operated with electronic control of speed and phase, to ensure that the arms of the manipulator perform the oscillation of the amount required from time to time and that in the right phase the slide 3 is animated by the necessary lifting and lowering movement .

Nella figura 1, con 43-143 sono indicati dei tenditori per le cinghie 20-120, montati su piastre 44-144 sostenute con accoppiamento girevole dagli alberi 35-14 e 108-114. In Figure 1, 43-143 indicates tensioners for belts 20-120, mounted on plates 44-144 supported with a rotatable coupling by shafts 35-14 and 108-114.

Il manipolatore come descritto, deve intendersi protetto anche nella versione semplificata in cui la slitta 3 è montata a sbalzo sulla sola guida 2 posta su un relativo supporto rettilineo sostenuto dai soli bracci 7 e 15 azionati dal solo motoriduttore 24-23, cosi che il manipolatore stesso risulta in pratica formato dalla sola metà dei componenti posti alla destra dell'asse di mezzeria dell'apparato illustrato nella figura 1. Questa soluzione sarà impiegata quando la testa afferratrice da associare alla slitta 3 è di ingombro e di peso limitato. The manipulator as described must also be considered protected in the simplified version in which the slide 3 is cantilevered on the guide 2 alone placed on a relative straight support supported only by the arms 7 and 15 operated by the gearmotor 24-23 alone, so that the manipulator it is in practice formed by only half of the components placed to the right of the center line of the apparatus illustrated in Figure 1. This solution will be used when the gripping head to be associated with the slide 3 is of limited size and weight.

Secondo un'altra variante costruttiva del trovato, non illustrata, nell'ipotesi che la slitta 3 sia fissa sulle guide 2-102 o■direttamente sulla struttura 1, il Cineniatismo descritto può essere impiegato per comandare l'apertura e la chiusura della testa afferratrice , cosi che il manipolatore può funzionare senza il collegamento a sorgenti di alimentazione d'aria compressa o d'altro tipo. According to another constructive variant of the invention, not illustrated, in the hypothesis that the slide 3 is fixed on the guides 2-102 or directly on the structure 1, the described Kinetics can be used to control the opening and closing of the gripping head , so that the manipulator can operate without connection to compressed air or other sources of supply.

Resta pertanto inteso che al manipolatore come descritto, dotato di una testa afferratrice o di un qualsiasi altro attuatone, possono essere apportate numerose varianti e modifiche, soprattutto costruttive, senza per altro uscire dall'ambito del trovato, come sopra esposto, come illustrato e come a seguito rivendicato. Nelle rivendicazioni, i riferimenti riportati tra parentesi sono puramente indicativi e non limitativi dell'ambito di protezione delle medesime rivendicazioni. It is therefore understood that the manipulator as described, equipped with a gripping head or any other actuator, can be subjected to numerous variations and modifications, especially constructive ones, without however departing from the scope of the invention, as described above, as illustrated and as as claimed below. In the claims, the references shown in brackets are purely indicative and do not limit the scope of protection of the same claims.

Claims

CLAIMS 1) Manipulator with articulated parallelogram, of the type that includes at least one pair of equal and parallel vertical arms (7-15), constrained with one end to horizontal, parallel fulcrum shafts (8-14), placed on an ideal plane vertical and supported by a fixed support structure (11), being at least one of said shafts or both connected to alternating rotation means (18-19-20-21-22-23-24) and the said arms being articulated with the 'opposite end to a structure (1) with at least one vertical guide (2) on which a slide (3) which carries for example a gripping head slides longitudinally, characterized in that the means for moving said slide comprise at least one belt toothed (26) or an equivalent means, conveyed with the ends on a pair of toothed pulleys (27-28) with axes parallel to each other and to those of said arms, mounted on the structure that carries the said guide and one of these pulleys being keyed a on a shaft (5) which lies on the same axis of articulation of said structure to one of said arms but which is not influenced by the rotation of said axis and which, in correspondence with said arm, carries a toothed pulley or equivalent means ( 32) which with a toothed belt (33) is connected to an identical toothed pulley (34) keyed on a shaft (35) which axially crosses the hollow fulcrum shaft (8) of said arm, which protrudes from the bushing (10 ) supporting said hollow shaft and which with the external end is connected directly or interposed with a positive motion transmission to a fixed gearmotor (38), with double direction of rotation and with means (138) for controlling its speed and of the phase, so that the said slide can be animated with rectilinear-alternating movement by the said fixed gearmotor, and in a manner independent of the oscillation of the said arms. 2} Manipulator according to claim 1), in which the driving pulley (27) on which the belt (26) connected to the slide (3) is driven, is keyed on the same shaft (5) that realizes the articulation of the structure (1 ) with the guide of the slide, to one of the oscillating arms (7) of the articulated parallelogram, this shaft being supported rotatably by means of bearings (4-6) both by said structure and by said arm and between these two parts the said shaft has a free section on which the toothed pulley (32) is keyed which with a toothed belt (33) is connected to an identical toothed pulley (34) keyed on the shaft (35) which axially crosses the hollow fulcrum shaft (8) of said arm and that on the outside of said hollow shaft is connected to the gearmotor (38--138) for alternating drive of the slide. 3) Manipulator according to claim 1), characterized by being of the portal type, with the slide (3) which slides laterally on parallel guides (2-102) supported by the uprights of a portal structure (1), these uprights being articulated in lateral pairs of oscillating arms (7-107-15-115) whose fulcrum shafts are placed on a common vertical plane and carry respective toothed pulleys or equivalent means (18-118-19-119), of the same characteristics , which by means of belts (20-120) are connected to a common source of motion (23-123-24-124-25), being on the same uprights of the portal (1) mounted pairs of toothed pulleys (27-127 -28-128), identical, for the return of toothed belts (26-126) connected with a branch to said slide and in which the upper pulleys (27-127) are keyed on the common shaft (5) for articulation of the upper arms ( 7-107) to said portal, which is rotatably supported by these means by means of bearings (4-104 and 6-10G) and which carries the t transmission of motion (32-33-34) connected to the shaft (35) which axially crosses the hollow shaft (8) of the fulcrum of an upper arm and which is externally connected to the gearmotor (36-138) for the alternate movement of the sled. 4) Manipulator according to the preceding claims, in which the toothed belt (s) (26-126) connected to the slide (3) are interrupted at the point of connection to the slide itself and with the ends are fixed to shoes (30-130-31- 131) mounted on the same slide at least in part with the possibility of adjustment, to allow the necessary tensioning of said belts. 5) Manipulator according to the preceding claims, in which the arm (7) of the parallelogram, in correspondence with which the toothed belt (33) for driving the slide (3) is connected, carries the pulleys (39) for lateral containment and the tensioning of said belt. 6) Manipulator according to the preceding claims, in which the kinematic mechanism for remote control of the slide with the gripping head can be used differently to control the opening and closing of said head in the case in which it does not have to be provided with rectilinear movement - alternated but only lowered and raised and at the same time translated with the movement that derives from the oscillation of the articulated parallelogram to which it is associated. 7) Manipulator with articulated parallelogram, with gripping head or other actuator animated by alternating rectilinear motion or activated by a command that crosses one of the fulcrum axes of said parallelogram, made in particular, in whole or substantially, as described, as illustrated in the figures of the two tables bred for drawing and for the purposes set out above.