ITUB20159295A1

ITUB20159295A1 - Braccio articolato

Info

Publication number: ITUB20159295A1
Application number: ITUB2015A009295A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Testa; Carlo Pettenon
Original assignee: B N P Srl
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-01

Description

Domanda di brevetto per invenzione avente per titolo “Braccio articolato”

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un braccio articolato provvisto di dispositivo per la regolazione degli angoli di rotazione, la misurazione degli angoli di rotazione, la compensazione delia flessione dei bracci e versatilità d’installazione.

Stato dell'arte

Allo stato dell’arte è noto l’uso di bracci articolati con sospensione pneumatica per sollevare pesi e/o assorbire la coppia di reazione di utensili per operazioni di avvitatura nei moderni processi industriali. Il bilanciamento del peso è solitamente operato tramite cilindri pneumatici che permettono di manipolare gii accessori installati sui bracci con minimo sforzo.

Buona parte dei bracci articolati conosciuti sono costituiti da una struttura verticale fissata ad una colonna base, la quale viene fissata al pavimento o sopra strutture auto-stabili fisse o semoventi, oppure installate a soffitto attraverso sistemi di guide aeree. Alla colonna base è solitamente collegata una struttura a torre libera di ruotare sul proprio asse, denominata “struttura principale”.

Dalla struttura principale si protende una struttura mobile, usualmente in direzione orizzontale, ovvero parallela a pavimento. Tale struttura è usualmente provvista di una geometria a parallelogramma, d’ora in poi denominata “bracci”. In prodotti recenti, i bracci sono stati realizzati in metallo o in fibra di carbonio, quest’ultima con benefici strutturali e di peso. I bracci sono connessi alla struttura principale tramite cardini che supportano la rotazione dei bracci sia in direzione parallela al pavimento, ovvero lungo l’asse Y, sia in direzione verso l’alto e il basso, ovvero lungo l’asse Z. Il braccio direttamente connesso alla struttura principale è chiamato “braccio principale". Un secondo braccio chiamato “braccio terminale” è connesso al braccio principale tramite un cardine. Il braccio principale è spesso dotato di un tirante che permette al braccio terminale di rimanere sempre parallelo al pavimento, ovvero orizzontale, quando si effettua una movimentazione verso l’alto o verso il basso, ovvero lungo l’asse Z. La rotazione in direzione dell’asse Y della struttura principale e dei bracci è usualmente limitata tramite fermi di fine-corsa, installati sull’Interfaccia fra struttura principale e colonna base, denominata “cardine rotante” e sul cardine fra braccio principale e braccio terminale. In molti casi i suddetti finecorsa non possono essere regolati dall'operatore, per cui può accadere che la struttura principale e i bracci possano avere una eccessiva o una ridotta possibilità di rotazione, per cui potrebbero posizionarsi al di fuori dell’area di lavoro prevista. In altri casi i fine-corsa non sono sufficientemente dimensionati in base alla massa della struttura del braccio articolato unita a quella del carico da manovrare, per cui può accadere che ì fine-corsa possano deformarsi o rompersi se sottoposti a picchi di carico dovuti alla necessità di arrestare la massa complessiva de! braccio articolato e del carico da manovrare.

L’estremità del braccio terminale è provvista di una flangia idonea per l’installazione di vari tipologie di accessori per effettuare le lavorazioni richieste, quali prolunghe, mani di presa, interfacce per utensili. Quando viene applicato un carico attraverso l’accessorio installato sul braccio terminale i bracci sono soggetti a flessione causata dalla deformazione elastica del materiale di cui sono costituiti. Come conseguenza, la perpendicolarità dell’accessorio installato alla flangia del braccio terminale rispetto al piano orizzontale verrà compromessa.

Nelle più recenti postazioni di lavoro ergonomiche i bracci articolati vengono dotati di encoder rotativi per localizzare la posizione degli accessori installati sul braccio terminale tramite specifici dispositivi e software di localizzazione della posizione. Gli encoder vengono installati sui cardini del braccio attraverso specifici perni o fori. L’installazione dell’encoder sull’asse di rotazione della struttura principale risulta essere quella più difficoltosa, in quanto l’encoder necessita di essere installato il più possibile in posizione co-assiale con il cardine rotante della struttura principale, ma usualmente nella stessa posizione sono già presenti passaggi per altri servizi necessari al funzionamento del braccio articolato, quali tubi per l’alimentazione del cilindro pneumatico, In genere, gli encoder per la misurazione dell’angolo di rotazione della struttura principale vengono installati esternamente o non assialmente, per le ragioni sopra dette, con una riduzione nella precisione della misurazione.

Scopo del trovato oggetto della domanda di brevetto per invenzione

Scopo del trovato oggetto della presente domanda di brevetto per invenzione è quella di ovviare gli svantaggi dello stato dell’arte descritti in particolare prevedendo che il braccio articolato sia dotato di

- un sistema di fine corsa meccanico regolabile integrato nel cardine rotante della struttura principale nel cardine centrale fra i bracci,

- un fissaggio per encoder co-assiale con il centro del cardine rotante del cardine centrale della struttura principale,

- una flangia regolabile e reversibile alla sua estremità

In particolare il cardine rotante della struttura è dotato di un collare provvisto di una serie di fori filettati disposti in direzione radiale rispetto al centro del cardine rotante, due o più fermi di rotazione sono connessi al collare del cardine rotante tramite viti o bulloni. In aggiunta, un ulteriore fermo di rotazione fisso fornito di elementi smorzatori è connesso al collare del cardine rotante. Il cardine centrale fra i bracci è dotato di un disco provvisto di una serie di fori filettati disposti in direzione radiale rispetto al centro del cardine. Due fermi di rotazione forniti di elementi smorzatori sono connessi al disco forato tramite viti o bulloni. Sul lato posteriore del corpo del cardine centrale è connesso tramite viti un fermo di rotazione. Tale fermo di rotazione può essere disposto su due diverse posizioni, tramite sedi predisposte sul lato posteriore del corpo del cardine centrale.

Per ciò che concerne il fissaggio per encoder co-assiale con il centro del cardine rotante del cardine centrale della struttura principale, al centro del cardine è presente un albero cavo che permette il passaggio dei tubi di alimentazione dell’aria in pressione. All’albero cavo è connessa una valvola a due vie. Una via è connessa alla mandata del circuito principale dell’aria compressa, l’altra via è connessa all’unità di controllo pneumatico del braccio articolato. Alla parte inferiore della valvola a due vie è connessa un’interfaccia per l’installazione di un encoder rotativo. L’assieme di albero cavo-valvola a due vie-interfaccia encoder è installato all'interno del cardine rotante ed è accoppiato tramite cuscinetti per trasmettere la rotazione alla struttura principale.

Per ciò che attiene alla flangia regolabile e reversibile è installata all’estremità del braccio terminale, la flangia è comprensiva di due preti laterali lavorate con fori ed asole ed una piastra inferiore lavorata con fori. Le pareti laterali e la piastra sono connesse fra loro. La flangia assemblata è installata sul braccio terminale tramite un perno centrale e delle viti. Sul lato superiore della testa del braccio terminale sono presenti anche due bulloni di spinta con contro-dadi,

Breve descrizione dei disegni

I successivi aspetti ed altre caratteristiche del trovato oggetto della presente domanda di invenzione sono spiegati nella seguente descrizione, che sarà connessa alle Tavola 1-7 allegate, in cui:

Tavola 1

Figura 1 è una vista prospettica del braccio articolato che incorpora le caratteristiche del trovato oggetto della presente domanda di invenzione

Tavola 2

Figura 2 è sezione trasversale del cardine rotante della struttura principale, illustrata in Figura 1 con dettaglio del cardine rotante e dei dispositivi di controllo della rotazione con caratteristiche incorporate nella presente invenzione

Figura 2,1 e Figura 2.2 sono viste prospettiche del cardine rotante della struttura principale con dettagli per supportare la descrizione della Figura 2, con caratteristiche incorporate nella presente invenzione

Tavola 3

Figura 3 è una sezione trasversale del cardine centrale fra i bracci, illustrato anche in Figura 1 con caratteristiche incorporate nel trovato oggetto della presente domanda di invenzione

Tavola 4

Figura 4 e Figura 4.1 sono viste prospettiche del cardine centrale fra i bracci con dettagli a supporto della descrizione della Figura 3 con caratteristiche incorporate nella presente invenzione

Tavola 5

Figura 5 è una sezione trasversale del cardine rotante della struttura principale illustrato in Figura 1 e dei dispositivi di fissaggio dell’encoder con caratteristiche incorporate nella presente invenzione

Tavola 6

Figura 6 e Figura 6.1 sono viste prospettiche della flangia all’estremità del braccio terminale illustrato in figura 1 con caratteristiche incorporate nella presente invenzione Tavola 7

Figura 7, Figura 7.1 e Figura 7.2 sono rispettivamente una sezione trasversale, una vista prospettica con sezione trasversale e una vista prospettica della flangia all'estremità del braccio terminale a supporto della Figura 6 e Figura 6.1 con caratteristiche incorporate nella presente invenzione

Descrizione dettagliata delia soluzione oggetto di domanda di brevetto

In riferimento alla Figura 1 il braccio articolato 1 è costituito da una colonna base 3 che supporta un cardine rotante 2, una struttura principale 6 alla quale sono collegati una scatola del circuito pneumatico 5 ed un serbatoio dell’aria compressa 4. Un braccio principale 10 ed un tirante 11 sono direttamente connessi alla struttura principale 6. Al terminale frontale del braccio principale 10 è collegato un cardine centrale 7.

Il cardine centrale 7 è connesso ad un braccio terminale 8, che termina con una flangia 9, Con riferimento alla Figura 2, viene rappresentata una sezione del cardine rotante 2 con dettaglio dei fine-corsa di rotazione 30.

Un collare 18 del cardine rotante 2 è fornito di una serie di fori filettati equidistanti lavorati in direzione radiale rispetto al centro del cardine rotante. La distanza fra i fori e la loro quantità possono variare in funzione del diametro del collare del cardine rotante. Su un lato del collare 18 è installato un fine-corsa fisso 29 che incorpora elementi smorzatori 31. Gli elementi smorzatori 31 sono normalmente costruiti con materiale elastomerico, la cui durezza o materiale o forma possono variare. Inoltre, gli elementi ammortizzanti 31 possono essere rimpiazzati da altri dispositivi ammortizzanti, come ad esempio deceleratori meccanici. Sull’altro lato del collare 18 sono connessi due fine-corsa regolabili 30, i quali possono essere fissati in diverse posizioni lungo la circonferenza del collare 18 tramite viti fissate ai fori filettati radiali. Il grado di libertà di rotazione della struttura principale 6 può essere regolato modificando la posizione dei fine-corsa regolabili 30 lungo la circonferenza del collare 18. Facendo riferimento anche alla Figura 2.1 ed alla figura 2.2 è illustrato a titolo esemplificativo ma non esclusivo un esempio di come si possa modificare la disposizione dei fine corsa regolabili 30 per determinare i limiti della rotazione angoiar della struttura principale 6.

Facendo riferimento anche alla Figura 3, viene illustrata una sezione trasversale del cardine centrale 7 con dettagli dei fine corsa di rotazione 32.

I fine-corsa 32 incorporano elementi smorzatori 31, come descritto anche nella Figura 2, Figura 2.1 e Figura 2.2. Sul lato posteriore del corpo 34 de! cardine centrale 7 è collegato un fine-corsa 35, il quale può essere installato alternativamente sul lato destro o sul lato sinistro del lato posteriore del corpo 34 del cardine centrale, utilizzando le viti 36. In questa rappresentazione sono illustrate almeno 2 viti 36, ma il numero delle viti 36 potrebbe essere modificata in funzione delle dimensioni del fine-corsa 35. Quando il braccio terminale 8 viene ruotato fino alla fine dell’angolo di lavoro previsto, il fine-corsa 35 va in contatto con gli elementi smorzatori 31 connessi ai fine-corsa regolabili 32. Riferendosi anche alla Figura 4 e Figura 4.1 , i fine-corsa regolabili 32 possono essere posizionati lungo la circonferenza del disco 33 del cardine rotante, che è lavorato con una serie di fori filettati equidistanti disposti radialmente rispetto al centro del cardine 7. La distanza fra i fori filettati e la loro quantità può variare in funzione del diametro del disco del cardine rotante 33. I fine-corsa regolabili 32 sono connessi con il disco 33 del cardine rotante tramite viti che possono essere avvitate nei fori filettati presenti sul disco del cardine rotante. Facendo riferimento alla Figura 8 ed alla Figura 8.1 è illustrato un esempio di come sia possibile modificare la posizione dei fine-corsa regolabili 32 sul disco 33 del cardine rotante per determinare i limiti del grado di libertà di rotazione de! braccio terminale 8.

Facendo riferimento alla Figura 5, il braccio articolato 1 include un cardine rotante 2 nel quale un albero cavo 12 è rigidamente connesso ad una valvola a due vie 13. L’albero cavo 12 e la valvola a due vie 13 sono a loro volta connessi rigidamente alla colonna base 3 attraverso il dado a collare 23 e sono uniti alla struttura principale 6 attraverso i cuscinetti 22 che permettono la rotazione delia struttura principale 6 indipendentemente dall’albero cavo 12 ed alla valvola a due vie 13. La funzione della valvola a due vie 13 è di permettere il passaggio dell’aria compressa di alimentazione del braccio articolato 1. L’aria compressa proveniente dalla sorgente principale (ad esempio: dal circuito presente nell’impianto in cui verrà installato il braccio articolato 1) entra nell’ingresso 14 ed esce dall’uscita 16 attraverso un tubo che si collegherà al serbatoio 4, poi l’aria compressa in uscita dal serbatoio 4 entra nella scatola del circuito pneumatico 5 e tramite un altro tubo l’aria compressa esce dalla scatola del circuito pneumatico 5 ed entra nell’ingresso 15. Dall'ingresso 15 l’aria compressa attraversa la valvola a due vie 13 ed esce dall’uscita 17, che alimenterà tramite un altro tubo il freno di parcheggio pneumatico 21 del braccio articolato 1. In questo modo tutti I tubi di alimentazione del circuito pneumatico sono integrati e nascosti all'interno della colonna base 3 e dalla struttura principale 6. Nella parte inferiore del corpo della valvola a due vie 13 è connesso un perno 19 per l’installazione di un encoder rotativo 20. La struttura principale 6 potrà ruotare in assenza di ostacoli grazie all’installazione interna dei tubi di alimentazione e potrà supportare la misurazione dell’angolo di rotazione tramite l’installazione di encoder 20 in posizione coassiale con la struttura principale 6.

Facendo riferimento alla Figura 6 ed alla Figura 6.1 , sono illustrate viste prospettiche della flangia 9 del braccio terminale 8.

La figura 6 illustra la posizione che simula la condizione in cui il braccio articolato 1 viene installato con fissaggio al suolo e l’attrezzatura collegata alla flangia 9 sia protendente verso il suolo. La figura 6.1 illustra la posizione inversa, che viene utilizzata tipicamente quando il braccio articolato 1 è installato su guide aeree, posizionato a testa in giù. Facendo riferimento anche alla figura 7, alla Figura 7.1 ed alla Figura 7.2 sono rappresentate sezioni trasversali della flangia 9 con illustrazione di dettagli costruttivi. Il corpo flangia 49 è connesso al braccio terminale 8 ed è lavorato sui lati destro e sinistro con fori filettati per il fissaggio delle viti 52 ed un foro passante centrale per l'installazione del perno 50. In connessione con il corpo flangia 49 è presente una elemento di interfaccia 46, che è lavorata con forature multiple per adattamento a varie tipologie di attrezzatura. L’elemento di interfaccia 46 è connesso con due piastre laterali 47. La connessione fra l’elemento di interfaccia 46 e le piastre laterali 47 è illustrata a titolo esemplificativo ma non esclusivo con fissaggio tramite viti, ma potrebbe anche essere realizzata con modalità diverse, come ad esempio tramite incollaggio o come realizzazione da un unico corpo in materiale metallico o non metallico. L'assieme 53 dell’elemento di interfaccia 46 con le piastre laterali 47 è connesso al corpo flangia 49 tramite le viti 52 che mantengono l’assieme 53 in posizione fissa dopo la regolazione della perpendicolarità dell’attrezzatura. In aggiunta alle viti 52 è presente anche un perno 50 che svolge la funzione di fulcro per la rotazione dell’assieme 53 durante la fase di regolazione della perpendicolarità dell”attrezzatura. Per effettuare la regolazione della perpendicolarità dell’attrezzatura devono essere allentate le viti 52 ed i dadi del perno 54. In questo modo l’assieme 53 può ruotare sul perno 50 ed è possibile regolare il parallelismo della flangia di interfaccia 46 con il piano di lavoro. Per una maggiore precisione della regolazione del parallelismo della flangia di interfaccia 46 rispetto al piano di lavoro, è possibile agire avvitando o svitando le due viti di spinta 48 e successivamente fissandone la posizione con i dadi 51. Dopo la regolazione, andranno nuovamente fissate le viti laterali 52 ed i dadi In questo 54 del perno 50. L’assieme 53 può anche essere installato in posizione ruotata di 90° o di 180°, come illustrato in Figura 6.1 , per consentire l’installazione del braccio articolato 1 in configurazione sospesa. Per ruotare o invertire la posizione dell’assieme 53, devono essere rimosse le viti 52 e relative rondelle, le viti di spinta 48 e relativi dadi 51, mentre il perno 50 deve essere lasciato in posizione con i dadi 54 allentati. Una volta raggiunta la posizione di rotazione, le viti 52 e relative rondelle e le viti di spinta 48 con relativi dadi 51 vanno riposizionati e potrà essere effettuata la procedura di regolazione della perpendicolarità dell’assieme 53.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Braccio articolato costituito da un braccio terminale 8 al cui termine è posta una flangia 9, un braccio principale 10 e un tirante 11 detti braccio principale 10 e tirante 11 essendo direttamente connessi a una struttura principale 6 alla quale sono collegati una scatola del circuito pneumatico 5 e un serbatoio per aria compressa 4 detta struttura principale 6 essendo dotata di una base 3 che supporta un cardine rotante 2, caratterizzato dal fatto che - il cardine rotante 2 è dotato di dispositivi di fine corsa 30; - il braccio principale 10 presenta al terminale frontale un cardine centrale 7 detto cardine centrale 7 essendo costituito da un corpo 34, un disco 33 e elementi di fine corsa di rotazione regolabili 32; - la flangia 9 è costituita da un corpo 49 dotato sul lato destro e sinistro di fori filettati per il fissaggio delie viti ed un foro passante centrale per l'installazione di un perno 50 e detto corpo 49 è associato a interfaccia 46 presentante delle forature e connessa a due piastre laterali 47 detta interfaccia 46 e piastre laterali 47 costituenti un assieme 53 che risulta rotante sul perno 50.
2) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il cardine rotante 2 è dotato di un collare 18 detto collare 18 essendo fornito di una serie di fori filettati equidistanti lavorati in direzione radiale rispetto al centro.
3) Braccio articolato come da rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che su un primo lato del collare 18 è installato un primo fine-corsa fisso 29.
4) Braccio articolato come da rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che il primo fine-corsa fisso 29 incorpora elementi dispositivi ammortizzanti.
5) Braccio articolato come da rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che sul lato opposto del collare 18 rispetto alla posizione del primo fine-corsa fisso 29 sono connessi almeno due fine-corsa 30.
6) Braccio articolato come da rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che gli elementi fine-corsa 30 sono regolabili.
7) Braccio articolato come da rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che gli elementi fine-corsa 30 possono essere fissati in diverse posizioni lungo la circonferenza del collare 18 tramite viti fissate ai fori filettati radiali.
8) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che alla base del corpo 34 è collegato un elemento fine-corsa 35.
9) Braccio articolato come da rivendicazioni 8 caratterizzato dal fatto che l’elemento fine-corsa 35 può essere installato alternativamente sul lato destro o sul lato sinistro del lato posteriore del corpo 34.
10) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che gli elementi di fine corsa di rotazione regolabili 32 incorporano elementi smorzatori 31 .
11) Braccio articolato come da rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che gli elementi di fine corsa di rotazione regolabili 32 possono essere posizionati lungo la circonferenza del disco 33.
12) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il disco 33 presenta una serie di fori filettati equidistanti disposti radialmente rispetto al centro del cardine 7.
13) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che l’assieme 53 può anche essere installato in posizione ruotata di 90° o di 180° rispetto all’asse del perno 50.
14) Braccio articolato come da rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il cardine rotante 2 prevede un albero cavo 12 rigidamente connesso ad una valvola a due vie 13.
15) Braccio articolato come da rivendicazione 14 caratterizzato dal fatto che Γ albero cavo 12 e la valvola a due vie 13 sono a loro volta connessi rigidamente alia colonna base 3 attraverso il dado a collare 23 e sono uniti alla struttura principale 6 attraverso i cuscinetti 22.
16) Braccio articolato come da rivendicazioni 14,15 caratterizzato dal fatto che nella parte inferiore del corpo della valvola a due vie 13 è connesso un perno 19 per l’installazione di un encoder rotativo 20.