ITMI20071791A1 - Robot industriale per il movimento ed il posizionamento di oggetti nello spazio - Google Patents

Description

“ROBOT INDUSTRIALE PER IL MOVIMENTO ED IL POSIZIONAMENTO DI OGGETTI NELLO SPAZIO”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce al campo dei robot industriali per il movimento ed il posizionamento di oggetti nello spazio.

Nel settore industriale per la presa, manipolazione e posizionamento di oggetti nello spazio sono noti robot industriali, quale ad esempio il robot “tripode”, come quello descritto nel brevetto US 4.976.582.

Tale robot comprende una base fissa sulla quale sono montati tre motori che azionano tre rispettivi bracci articolati collegati ad una piattaforma mobile, comunemente chiamata “polso”, sulla quale è montato l’elemento di presa dell’oggetto. Mediante l’azionamento dei tre motori, il polso è libero di muoversi nello spazio.

Nella base fissa è montato un quarto motore che aziona in rotazione un albero telescopico collegato, mediante giunti cardanici, all’elemento di presa. In questo modo all’elemento di presa può essere impartita una rotazione rispetto all’asse della piattaforma mobile. Tale sistema con albero telescopico per la rotazione dell’elemento di presa presenta diversi inconvenienti.

Infatti il gruppo albero telescopico risulta essere eccessivamente pesante ed ha una corsa limitata. Inoltre l' inclinazione dei giunti cardanici limita l’area di lavoro e quindi il movimento degli altri tre bracci articolati.

L’albero telescopico generalmente funziona con un sistema a ricircolo di sfere che necessita di un’adeguata lubrificazione e continua manutenzione. Tale tipo di lubrificazione oltre a comportare possibili perdite di olio, rende l’albero telescopico difficilmente lavabile e quindi non adatto per essere utilizzato nel settore alimentare per la movimentazione di prodotti alimentari.

Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un robot industriale che sia pratico, versatile, efficiente ed atto a garantire una buona libertà di spostamento.

Altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale robot che sia economico e di semplice realizzazione e manutenzione.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è di fornire un tale robot che sia adatto ad essere utilizzato nel settore alimentare.

Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione con le caratteristiche elencate nell’annessa rivendicazione indipendente 1.

Realizzazioni vantaggiose dell’invenzione appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.

Il robot industriale secondo l’invenzione comprende:

- una base fissa,

- una piattaforma mobile o polso collegato alla base fissa mediante un sistema articolato azionato da servomotori montati sulla base fissa, in modo che il polso possa muoversi nello spazio, e

- un elemento di presa montato girevole nel polso.

Per effettuare la rotazione dell’elemento di presa, il robot industriale comprende inoltre:

- una puleggia conduttrice azionata in rotazione da un servomotore montato sulla base fissa,

- una puleggia condotta montata girevole sul polso e solidale a detto elemento di presa, e

- un cavo avvolto attorno alla puleggia conduttrice e alla puleggia condotta per trasmettere il moto rotatorio dalla puleggia conduttrice alla puleggia condotta.

Appaiono evidenti i vantaggi del robot secondo l’invenzione che prevede un sistema di trasmissione di moto con pulegge che rinviano un cavo per trasmettere un moto rotatorio all’elemento di presa. Tale sistema di trasmissione di moto risulta più leggero, meno ingombrante e meno complesso rispetto all’albero telescopico della tecnica nota. Inoltre tale sistema non necessita né di lubrificazione, né di una continua manutenzione ed è facilmente lavabile, pertanto è particolarmente adatto ad essere utilizzato nel settore alimentare.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita ad una sua forma di realizzazione puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:

la Fig. 1 è una vista in prospettiva, illustrante il robot industriale secondo l’invenzione;

la Fig. 2 è un particolare ingrandito di Fig. 1, illustrante in maggiore dettaglio una puleggia motrice del robot secondo l’invenzione;

la Fig, 3 è un particolare ingrandito di Fig. 1, ma con un’angolazione diversa, illustrante in maggiore dettaglio una puleggia condotta disposta sul polso del robot secondo l' invenzione;

la Fig. 4 è una vista del robot di Fig. 1, in cui sono stati omessi i tre bracci articolati e la base fissa; e

la Fig. 5 è una vista come Fig. 4, ma illustrante una variante in cui il polso del robot è azionato da un solo cavo.

Con l’ausilio delle figure viene descritto il robot industriale secondo l’invenzione, indicato complessivamente con il numero di riferimento 100.

Per ora con riferimento a Fig. 1, il robot 100 comprende una base fissa 1 destinata ad essere fissata solidalmente ad una parte superiore, quale un tetto, un telaio o altro supporto. Dalla base 1 sporgono inferiormente tre staffe 10a, 10b, 10c disposte secondo i vertici di un triangolo equilatero.

Le staffe 10a, 10b, 10c supportano tre rispettivi servo-moto-riduttori 2a, 2b, 2c aventi assi di rotazione disposti su un piano orizzontale parallelo alla base 1. 1 servo-moto-riduttori 2a, 2b, 2c sono collegati a tre rispettivi bracci 20a, 20b, 20c aventi asse ortogonale rispetto all’asse di rotazione del rispettivo servo-motoriduttore. Ciascun braccio 20a, 20b, 20c può ruotare attorno all’asse del rispettivo servo-moto-riduttore 2a, 2b, 2c.

Ciascun braccio 20a, 20b, 20c è collegato, mediante una rispettiva coppia di aste parallele 2 1a, 21b, 2 1e, ad una piattaforma mobile 3, chiamata polso. Alle estremità di ciascuna asta 21a, 21b, 21c sono previsti snodi sferici che si connettono all’estremità dei bracci 20a, 20b, 20c e ai bordi del polso 3. In questo modo i bracci 20a, 20b, 20c, le aste 21 a, 21 b, 2 le ed il polso 3 formano un sistema articolato. Quindi il polso 3 si può muovere liberamente nello spazio, tramite l’azionamento dei servo-moto-riduttori 2a, 2b, 2c.

Nel polso 3 è montato girevole un elemento di presa 8, quale una ventosa, che sporge inferiormente da esso. Chiaramente l’elemento di presa 8 può anche essere una pinza o qualsiasi altro tipo di elemento atto a prelevare un oggetto.

Come meglio mostrato anche nelle Figg. 2 e 4, un quarto servo-motoriduttore 4 è fissato mediante una flangia 40 alla base 1. Il servo-moto-riduttore 4 ha un’asse di rotazione orizzontale. Il servo-moto-riduttore 4 presenta un sistema di ingranaggi 41 che consente un’inversione di 90° del moto di rotazione e mette in rotazione un albero 42 con asse verticale, cioè ortogonale all’asse di rotazione del servo-moto-riduttore 4. L’albero 42 è disposto al centro del triangolo equilatero formato dalle tre staffe 10a, 10b, 10c della base 1 e sporge inferiormente da essa.

L’albero 42 attraversa una piastra fissa 11 resa solidale alla base 1 mediante tre ponticelli 12 collegati alle staffe 10a, 10b, 10c della base 1. All’estremità dell’albero 42 è fissata una puleggia conduttrice 5. La puleggia conduttrice 5 presenta un corpo cilindrico filettato 50 disposto tra due flange discoidali 51, 52.

Alla piastra fìssa 11 sono fissati due blocchetti 13, 13’ che portano le estremità di due guaine 6, 6’. Entro le guaine 6, 6’ sono previsti tubi in materiale autolubrificante, quale teflon o simili.

Con riferimento a Fig. 3, sulla piattaforma del polso 3 è montato solidalmente un supporto 30 che prevede due gambe 31, 31’ che lo distanziano dal polso 3. Le gambe 31, 31 del supporto 3 accolgono le altre estremità delle guaine 6, 6’.

Tra il polso 3 e il supporto 30 è montata girevolmente una seconda puleggia 80 che presenta un’asse (non mostrato) che attraversa il polso 3 ed è solidale all’elemento di presa 8. In questo modo l’elemento di presa 8 può ruotare attorno al suo asse, solidalmente con la puleggia 80.

La seconda puleggia 80 presenta un corpo centrale cilindrico con filettatura sulla quale viene avvolto a spirale il tratto mediano di un cavo 7. La spira intermedia del cavo 7 potrebbe anche essere fissata rigidamente alla puleggia 80 per evitare slittamenti. Le due estremità del cavo 7 sono inserite nelle due guaine 6, 6 ’ e fuoriescono da esse in corrispondenza dei blocchetti 13, 13’ della piastra fissa 11 (Fig. 2).

Quindi i due tratti terminali del cavo 7 uscenti dalle guaine 6, 6’ vengono avvolti a spirale sulla filettatura del corpo centrale 50 della puleggia conduttrice 5 e le estremità del cavo 7 sono fissate alle rispettive flange 51, 52 della puleggia conduttrice. Preferibilmente ciascun tratto terminale del cavo 7 viene avvolto per due giri attorno al corpo centrale della puleggia conduttrice 5.

Le filettature sia della puleggia conduttrice 5 che della puleggia condotta 80 devono avere un profilo tale da accogliere in modo preciso la sezione del cavo 7, assicurando la più ampia superficie di contatto. La filettatura delle pulegge 5 ed 80 ha anche lo scopo di obbligare il cavo 7 ad avvolgersi in modo ordinato sulle pulegge 5, 80, durante la loro rotazione ad elevata velocità.

Nel supporto 30 è montato un cuscinetto a sfere (non mostrato) che accoglie girevolmente l’albero della puleggia 80. La funzione di tale cuscinetto è quella di annullare la coppia di ribaltamento che agisce sulla puleggia 80. Tale coppia è generata dalla tensione di posa, durante il posizionamento dell’oggetto trattenuto dall’elemento di presa 8, e dal movimento della puleggia 80 indotto dal cavo 7.

In questo modo, azionando in rotazione il servo-motore 4, viene fatto ruotare l’albero 42 che mette in rotazione la puleggia conduttrice 5. La rotazione della puleggia conduttrice 5 provoca lo scorrimento del cavo 7 entro le rispettive guaine 6, 6’, quindi la rotazione della puleggia condotta 80 che è solidale all’elemento di presa 8.

Per un funzionamento corretto di tale sistema di rotazione dell’elemento di presa 8 è necessario che il cavo 7 sia perfettamente tensionato. A tale scopo, come mostrato in Fig. 2 su ciascun blocchetto 13, 13’ della piastra fissa 11 è previsto un dispositivo di tensionamento 9 atto a tensionare il cavo 7.

Il dispositivo di tensionamento 9 prevede una vite di regolazione 90 forata e attraversata dal cavo 7. La vite di regolazione 90 si avvita nel rispettivo blocchetto 13, 13’.

Un cilindretto 91 è montato scorrevole nel rispettivo blocchetto 13, 13. Il cilindretto 91 è vincolato all’estremità della rispettiva guaina 6, 6’. Tra il cilindretto 91 e la vite di regolazione 90 è disposta una molla di compressione 92.

In questo modo, agendo sulla vite di regolazione 90 che si avvita nel blocchetto 13, 13’ si spinge la molla 92 e il cilindretto 91 solidale alla guaina 6, 6’, comprimendo la molla 92, e regolando la tensione del cavo 7.

In Fig. 5 è illustrata una variante realizzativa adatta per spostamenti angolari ridotti dell’organo di presa 8, in cui è prevista una sola guaina 6 che copre un solo tratto di cavo 7 che va dalla puleggia conduttrice 5 alla puleggia condotta 80.

In questo caso una prima estremità del cavo 7 è bloccata ad una flangia della puleggia conduttrice 5. Quindi il cavo 7 viene avvolto attorno alla puleggia conduttrice 5 e fatto passare attraverso il dispositivo di tensionamento 9 e attraverso la guaina 6.

Il cavo 7 uscente dalla guaina 6 si avvolge nella puleggia condotta 80 (come mostrato in Fig. 3) e l’altra estremità del cavo 7 è bloccata ad un dispositivo di bloccaggio e tensionamento 110. Per l’esattezza, l’estremità del cavo è vincolata ad un perno 111 montato scorrevole in un blocchetto 112 solidale alla piastra 3 del polso. Nel blocchetto 112 è montata una molla 113 che spinge il perno 111 verso l' esterno, fornendo la tensione necessaria al funzionamento e garantisce la manovra di ritorno nella posizione di partenza (angolo 0°) dell’organo di presa 8. La molla 113 si comprime e si distende in conformità al verso di rotazione della puleggia motrice 5 ad ogni ciclo di manovra.

Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Robot industriale ( 100) comprendente: - una base fissa (1), - una piattaforma mobile o polso (3) collegato alla base fissa (1) mediante un sistema articolato azionato da servomotori (2a, 2b, 2c) montati sulla base fìssa, in modo che il polso (3) possa muoversi nello spazio, e - un elemento di presa (8) montato girevole in detto polso (3), caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre: - una puleggia conduttrice (5) azionata in rotazione da un servomotore (4) montato sulla base fissa (1), - una puleggia condotta (80) montata girevole su detto polso (3) e solidale a detto elemento di presa (8), e - un cavo (7) avvolto attorno a detta puleggia conduttrice (5) e a detta puleggia condotta (80) per trasmettere il moto rotatorio da detta puleggia conduttrice (5) a detta puleggia condotta (80).
2. 2. Robot industriale (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che tale cavo di trasmissione (7) scorre entro almeno una guaina (6, 6’) disposta tra supporti (13, 13’) solidali alla base fissa (1) e supporti (31, 31) solidali al polso (3).
3. 3. Robot industriale (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta almeno una guaina (6, 6’) presenta al suo interno un tubo in materiale autolubrificante.
4. 4. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un dispositivo di tensionamento (9) atto a tensionare detto cavo (7).
5. 5. Robot industriale (100) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di tensionamento (9) comprende: - una vite di regolazione (90), attraversata dal cavo, e che si avita in detto supporto (13, 13’), - un cilindretto (91) attraversato dal cavo e montato scorrevole in detto supporto (13, 13’), e - una molla di compressione (92) interposta tra detta vite di regolazione (90) e detto cilindretto (91).
6. 6. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia conduttrice (5) comprende un corpo centrale cilindrico filettato (50) sul quale si avvolgono a spire i tratti terminali di detto cavo (7) e due flange discoidali (51, 52) nelle quali sono fissate le estremità di detto cavo (7).
7. 7. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia condotta (80) comprende un corpo centrale cilindrico filettato sul quale si avvolge a spire il tratto centrale di detto cavo (7).
8. 8. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia conduttrice (5) è solidale ad un albero (42) azionato in rotazione da un servomotore (4) fissato a detta base fìssa (1), tramite un ingranaggio (41) che esegue un’inversione di 90° del moto rotatorio del servomotore (4) rispetto al moto rotatorio dell’albero (42) della puleggia conduttrice (5).
9. 9. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia condotta (80) è disposta tra detto polso (8) ed una piastra di supporto (30) solidale a detto polso, detta piastra di supporto (30) prevedendo un cuscinetto a sfere in cui è montato girevole l’albero della puleggia condotta (80).
10. 10. Robot industriale (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto sistema articolato per la movimentazione del polso (3) comprende tre bracci oscillanti (20a, 20b, 20c) azionati in rotazione da rispettivi servomotori (2a, 2b, 2c) e collegati, mediante coppie di aste (21a, 21b, 21e), a detto polso (3), le estremità di dette aste (21a, 21b, 2 le) essendo collegate mediante snodi sferici a detti bracci oscillanti e a detto polso.