MX2011003397A - Unidad sujetadora electrica con un dispositivo de funcionamiento torsional. - Google Patents

Abstract

Un sujetador eléctrico tiene un alojamiento con un motor. Un reductor se acopla con el motor. Un controlador se acopla eléctricamente con el motor para controlar el sujetador mediante el motor. Un dispositivo de funcionamiento se acopla con el motor. El dispositivo de funcionamiento absorbe energía de impacto creada por el dispositivo. Un mecanismo de unidad se acopla con el dispositivo de funcionamiento y con una mordaza movible en el alojamiento. Se acoplan dedos con la mordaza que abre y cierra para sujetar una pieza.

Description

UNIDAD SUJETADORA ELÉCTRICA CON UN DISPOSITIVO DE FUNCIONAMIENTO TORSIONAL CAMPO La presente descripción se refiere a un sujetador eléctrico que incluye una unidad con un dispositivo de cumplimiento torsional que tiene la capacidad de absorber energía de impacto.

ANTECEDENTES La mayoría de los sujetadores eléctricos en uso actual son unidades de servó motor que les proporciona la capacidad para desacelerar el motor impulsor. La desaceleración ocurre de manera tal que el desgaste se limita en los componentes impulsores. Esto reduce la posibilidad de atascar a los miembros sujetadores. Estos impulsores se construyen con costosos motores y dispositivos de retroalimentación, tales como codificadores y controladores, que son complejos y requieren programación significante. A fin de reducir el costo de un sujetador eléctrico, sería conveniente el utilizar un motor con escobillas CD (DC).

El motor CD sería cableado físicamente a un sujetador y operado a una posición de toque brusco o parada de emergencia, esto es, totalmente abierto/totalmente cerrado o sujeción de la parte. Aquí, el motor debe parar abruptamente cuando se encuentran estos topes bruscos. Desde una perspectiva de energía, el sistema que entra a la posición de tope brusco tiene, tanto energía eléctrica de impulso del motor que proporciona par de torsión para accionar el sujetador, así como energía cinética de los componentes del tren de impulso que se mueve a toda velocidad.

La desaceleración instantánea de la parada brusca provoca varios problemas mecánicos. Provoca carga de impacto en el reductor de engranajes, atascando y provocando el desgaste de la unidad sujetadora. Sobrecarga del reductor de engranaje provocará que ese desgaste a una velocidad acelerada haciéndolo inútil sobre un muy corto periodo de tiempo. Fractura de engranaje también se ha experimentado en unidades. Algo de la energía cinética va al atascamiento del dispositivo y crea desgaste en diversos componentes de impulso. Una vez que se atasca el impulso, se vuelve imposible que el motor desarrollo suficiente par de torsión de impulso eléctrico para invertir la dirección del impulso para destrabar el mecanismo. Adicionalmente, la desaceleración abrupta también tiene el efecto adverso en los cepillos del motor, provocando arcos eléctricos y un desgaste superior al normal de las escobillas. Este tipo de sujetador también debe energizarse en todo tiempo a fin de retener una parte de los dedos durante la sujeción. Si no se limita la corriente, el motor puede sobrecalentarse, lo que a su vez disminuirá su vida útil. En breve, utilizar un motor con escobillas CD económico tiene desventajas significantes.

COMPENDIO Un objeto de la presente descripción es proporcionar un sujetador con un motor eléctrico, que supere las desventajas anteriores. El sujetador requiere capturar la energía cinética de los topes bruscos, de manera tal que permita a todo el sistema desacelerar en una forma razonable. La energía de falla o impacto debe disiparse para asegurar una prolongada vida útil del motor, cabezal de engranajes y componentes de sujetador. Adicionalmente, los dedos no deben abrirse en una situación de pérdida de energía. También, la energía suministrada durante la sujeción debe estar dentro de un intervalo razonable, de manera tal que no sobrecaliente al motor.

De acuerdo con un aspecto de la descripción, un sujetador comprende un alojamiento con un motor eléctrico ubicado en el alojamiento. Una cabeza o cabezal de engranajes se acopla con el motor para suministrar una proporción de reducción de engranaje. Un controlador se acopla eléctricamente con el motor para controlar el sujetador, mediante el motor. Un dispositivo de cumplimiento se acopla entre el cabezal de engranajes y la unidad sujetadora. El dispositivo de cumplimiento, tal como un acoplamiento torsional, tiene la capacidad por absorber energía de impacto generada cuando el dispositivo alcanza un tope brusco. Un mecanismo impulsor se acopla con el dispositivo de cumplimiento. Se acoplan mordazas con el mecanismo impulsor y son móviles sobre el alojamiento. Se acoplan dedos con las mordazas para sujetar una parte en la pieza de trabajo. Adicionalmente, se proporciona el controlador, en caso de una falla de energía, con un circuito que proporciona fuerzas contraelectromotrices para asegurar que los dedos sujetadores no abran y dejen caer la pieza. La corriente se limita a la máxima requerida para sujetar, que a su vez mantiene frío al motor. La proporción para reducción de cabeza de engranajes puede estar en un intervalo de valores que permiten diferentes salidas de velocidad y par de torción que se traducen en tiempo de accionamiento del sujetador y fuerza de sujeción. Proporciones de reducción están en un intervalo de 15:1 a 400:1. Estas proporciones o relaciones de reducción son útiles en diversas aplicaciones de sujeción que requieren muy altas velocidades, altas fuerzas de sujeción o una combinación de velocidad y fuerza de sujeción. Una proporción de reducción útil es 53:1 .

En un segundo aspecto de la descripción, un sujetador comprende un alojamiento con un canal definido por un par de paredes del alojamiento. Un motor con escobillas se acopla con y ubica en el alojamiento. Un cabezal de engranajes se acopla con el motor. Un controlador se acopla eléctricamente con el motor. El controlador regula al sujetador, mediante el motor. Adicionalmente, el controlador se ubica en el alojamiento. Un acoplamiento torsional se conecta al motor. El acoplamiento torsional se ubica en el alojamiento. El acoplamiento torsional absorbe energía de impacto generada cuando el dispositivo alcanza un tope brusco. Un mecanismo impulsor se acopla con el acoplamiento torsional para impulsar un par de mordazas. Las mordazas se mueven en el canal del alojamiento. Un par de dedos tienen cada dedo acoplado con una de las mordazas para sujetar una parte o pieza.

Adicionales áreas de aplicabilidad serán aparentes de la descripción que aquí se proporciona. La descripción y ejemplos específicos en este resumen se pretenden para propósitos de ilustración solamente y no se pretende que limiten el alcance de la presente descripción.

DIBUJOS Los dibujos aquí descritos son para propósitos de ilustración solamente y no se pretende que limiten el alcance de la presente descripción en forma alguna.

La FIGURA 1 es una vista en perspectiva de un sujetador de acuerdo con la presente descripción.

La FIGURA 2 es una vista despiezada del sujetador de la FIGURA 1.

La FIGURA 3 es una vista en sección transversal de la FIGURA 1 .

La FIGURA 4 es una vista esquemática del controlador.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Pasando a las figuras, la FIGURA 1 ¡lustra un sujetador eléctrico y se designa con el número de referencia 10. El sujetador incluye un alojamiento 12 con un enchufe de conexión eléctrica 14, que se proyecta desde el alojamiento. Una fuente de energía (no mostrado) se acopla con la conexión 14. Un par de dedos sujetadores 16, 18 se extienden desde el alojamiento.

La FIGURA 2 ¡lustra una vista despiezada del aparato sujetador 10. El alojamiento 12 tiene una forma de caja rectangular total con un extremo que incluye un par de paredes 20, 22 que reciben las mordazas como se describió posteriormente. Las paredes definen un canal 24 que incluyen una pared base 26. Una abertura 27 se forma en la pared base 26 que permite acceso al alojamiento 12. El alojamiento 12 incluye una pared superior adicional 28 que incluye una abertura 29 para permitir paso del montaje motor al alojamiento 12. Adicionalmente, una cubierta 30 se sujeta a la abertura 29 por un anillo C 32 para mantener el montaje del motor dentro del alojamiento 12.

El sujetador 10 incluye un montaje de motor 34. El montaje de motor 34 incluye un motor eléctrico, aquí ¡lustrado como un motor con escobillas CD 35. Ordinariamente, el motor 35 incluye escobillas de grafito-carbón. El estilo de alta velocidad y bajo par de torsión del motor 35 requiere reducción mecánica. Otros motores, tales como de CA, de escobillas, sin escobillas, motores a pasos, inducción, motores vectoriales o semejantes también pueden emplearse. Aquí, el montaje de motor 34 incluye una cabeza o cabezal de engranajes 36.

La cabeza de engranajes 36 se acopla con el motor 35. La cabeza de engranajes 36 desarrolla menores velocidades y altos pares de torsión que los requeridos por el sujetador 10. La cabeza de engranajes 36 tiene menor relación de engranajes que. se utiliza para cumplir con las especificaciones de velocidad y par de torsión del sujetador 10. De acuerdo con esto, la relación de reducción es menor y es de retro impulso. La cabeza de engranajes tiene una relación de reducción de 15:1 a 400:1 . La relación de baja reducción de 15:1 , proporciona muy alta velocidad de accionamiento del sujetador y baja fuerza. La alta relación de reducción de 400:1 proporciona muy alta fuerza de sujeción con baja velocidad. Un valor de relación de reducción en algún punto medio proporciona buena velocidad con adecuada fuerza de sujeción.

El motor 35 y el cabezal de engranajes 36 se pasa a través de la pared superior 28 por la abertura 29. La base del motor 37 se apoya en una pared 38 dentro del alojamiento 12. La pared 38 incluye una abertura 40 así como orificios para perno 42. El eje del motor 46 se extiende a través de la abertura 40 en una abertura del alojamiento 44. La abertura del alojamiento 44 aloja un dispositivo de cumplimiento 50.

El dispositivo de cumplimiento 50 incluye una porción para recibir el eje del motor 46. Adicionalmente, el dispositivo de cumplimiento 50 incluye un husillo de salida 52 con un mecanismo impulsor 54. El mecanismo impulsor 54 puede ser un engranaje piñón, rótula o semejantes para propósitos de impulso. El dispositivo de cumplimiento 50 puede ser un acoplamiento torsional. El dispositivo de cumplimiento 50 permite que la energía de impacto se disperse sobre un largo periodo de tiempo. Esto provoca una carga de impacto enormemente reducida al disminuir la velocidad de desaceleración del motor 35. El acoplamiento torsional también almacena la energía de impacto. Esto permite que se utilice la energía cuando el motor se señaliza para ir en una dirección inversa. Energía almacenada se convierte en el par de torsión inverso para mejorar el impulso del sujetador en una dirección inversa cuando se dirige por el controlador.

La mayoría de los acoplamientos se diseña con mínima deflexión torsional y mínimo efecto retroactivo. Esto permite control de precisión de la ubicación de un dispositivo en movimiento. Sin embargo, con efecto retroactivo y alta rigidez torsional de acoplamientos comunes imparten fuerzas de impacto extremadamente altas al diseño descrito cuando se llega a un tope brusco. En el presente diseño, debe emplearse un acoplamiento con rigidez torsional extremadamente baja. Si el efecto retroactivo está presente, no afecta adversamente el desempeño. El actual acoplamiento tiene la capacidad de girar por aproximadamente un cumplimiento de 15 grados, para permitir una lenta desaceleración. Esto acoplado con diversas relaciones de reducción de cabeza de engranajes permite al motor desacelerar a través de una rotación parcial o hasta varias revoluciones del rotor del motor. Este largo recorrido de desaceleración reduce daño a los componentes de la caja de engranajes y escobillas para conmutación del motor. Además de baja rigidez torsional, el acoplamiento debe ser capaz de absorber esta energía sobre decenas de millones de ciclos, sin deterioro. Varios materiales de acoplamiento elastomericos, cuando se utilizan en bajos durómetros, pueden proporcionarse cumplimiento en estos tipos de acoplamientos, específicamente EPDM, neopreno o Hytrel, de E.l. DuPont de Nemours, pueden emplearse.

El mecanismo impulsor 54 se acopla con el acoplamiento de cumplimiento 50 e impulsa cremalleras 60 y 62 que se conectan a las mordazas 56 y 58. En este caso, las cremalleras se maquinan directamente en las mordazas para reducir el tamaño total de las mordazas. Las mordazas se deslizan en la pared base 26 en el canal 24 del alojamiento 12. De esta manera, conforme gira el husillo 52, las mordazas 56, 58 se mueven hacia y lejos entre sí, lo que a su vez mueve los dedos sujetadores 16, 18 hacia y lejos entre sí para sujetar una pieza o parte. Adicionalmente, una placa de cubierta 66 se acopla con y ubica en forma precisa en las paredes 20, 22 para retener las mordazas 56, 58 dentro del canal 24 del alojamiento 12. La placa de cubierta 66 tiene un pasador de eje 68 que centra el cojinete que sostiene radialmente el mecanismo de impulso 54.

Un controlador 70 se ubica a través de una abertura 72 en el alojamiento 12. El controlador 72 se sujeta dentro del alojamiento. El controlador 70 se acopla eléctricamente con el motor 35. El controlador 70 se energiza por la fuente de energía mediante el conectar 14. Adicionalmente, una placa de cubierta 74 se ubica en la parte superior del controlador 70 para retener el controlador 70 dentro del alojamiento 12. De esta manera, el sujetador se vuelve una unidad contenida que espera recibir energía de la fuente de energía.

Con referencia a la Figura 4, el controlador del motor sujetador 70 utiliza un microprocesador programable 401 y un impulsor motor 403 para provocar que el eje rotor 46 del motor CD 35 gire en una de dos direcciones de acuerdo con alimentaciones de control recibidas en el controlador 70.

En operación, una señal de solicitud para abrir o cerrar el sujetador con el motor CD 35, se recibe en las alimentaciones del controlador 451 y 453. Un lógico 1 (en esta modalidad un voltaje positivo) en la alimentación 451 con un lógico 0 (en esta modalidad, potencial de tierra) en la alimentación 453, indica una solicitud para impulsar el motor 35 en una dirección para abrir el sujetador. De manera similar, un lógico 0 en la alimentación 451 con un lógico 1 en la alimentación 453, indica una solicitud para cerrar el sujetador mediante el motor 35. El LED 431 iluminará cuando se reciba un comando abrir en la alimentación 451 , mientras que el LED 432 iluminará cuando se reciba un comando cerrado en la alimentación 453. Las solicitudes de comando en las alimentaciones 451 , 453 pasan entonces a través de la interfase de aislante óptico 405 a las alimentaciones 457 y 455 del microprocesador 401. El aislador óptico 405 esencialmente convierte el nivel de voltaje de las señales lógicas que aparecen en las alimentaciones 451 y 453 a un nivel adecuado para utilizar con el microprocesador 401 .

El microprocesador 401 es un dispositivo comercialmente disponible y en esta modalidad, comprende un Texas Instruments MSP430. El microprocesador 401 básicamente lee las alimentaciones de comandos en las terminales 455 y 457 y aplica una salida de señal de voltaje modulado en ancho de pulso (PWM = Pulse Width Modulated) en la terminal 459 y una señal lógica que indica dirección en la terminal 461. Después de que el microprocesador 401 genera la señal PWM en la salida 459 y una señal de indicación de dirección en la salida 461 , esas salidas se alimentan al circuito de desmultiplexado 407 que dirige la señal PWM a una de la alimentación 463 o 465 del impulsor del controlador motor 403, dependiendo de la señal que indica dirección en la salida del microprocesador 461 .

La señal PWM permite la operación del motor 35 con baja energía. El motor 35 está con energía completa cuando opera. La baja energía se requiere para sujetar una pieza o parte. De esta manera, a baja energía, en una condición detenida o frenada, el motor no se sobrecalienta. Ordinariamente, la energía se reduce a aproximadamente 30% de la energía completa mientras que el sujetador está abierto o cerrado.

El impulsor motor 403 esencialmente es una versión electrónica de un puente H, un montaje impulsor motor bien conocido en la técnica. En esta modalidad, el elemento impulsor motor 403 es un dispositivo comercialmente disponible de Apex--modelo SA53. Como es bien conocido, un montaje de puente H generalmente se emplea para invertir la polaridad de la señal de impulso al motor. Por lo tanto, el impulsor motor 403 coloca la señal de voltaje PWM en cualquier salida 467 ó 469, dependiendo de que alimentación de impulsor 463 o 465 recibe la señal PWM. La señal de voltaje PWM en la salida 467 o 469 se convierte entonces a un nivel de voltaje sustancialmente constante por un filtro de alisado o integración que comprende inductores 420 y 422 y el capacitor 424. Por lo tanto, el motor 35 gira su eje rotor 46 en una dirección de acuerdo con la polaridad de la señal de voltaje a través de las alimentaciones de impulso del motor 471 y 473.

De acuerdo con esto, la energía se suministra al. controlador 70. El controlador 70 se comunica con el motor 35 que a su vez gira el acoplamiento torsional 50 y a su vez, el mecanismo de impulso 54 que mueve las mordazas 56, 58 así como los dedos 16, 18 hacia y lejos entre sí, para sujetar y liberar una parte. De esta manera, el motor 35 se opera entre completamente abierto o completamente cerrado para sujetar o liberar la parte. De acuerdo con esto, conforme el sujetador 10 llega a la posición totalmente abierta o totalmente cerrada, el motor 35 debe detenerse abruptamente cuando se encuentran estos topes bruscos. Conforme esto ocurre, el acoplamiento torsional 50 gira absorbiendo la energía creada en los topes bruscos. Adicionalmente, el acoplamiento torsional desacelera el motor y conforme se libera el acoplamiento, la energía impulsa la cabeza de engranajes y el motor en una dirección inversa que abre los dedos. La señal PWM se utiliza para reducir sustancialmente la corriente al motor, mientras que el sujetador está abierto o cerrado. El motor es capaz de mantener la fuerza de sujeción y mantener la temperatura del motor baja, mientras que el motor está estacionario al reducir la energía mientras que está detenido. De esta manera, el controlador es muy simple e incluye un diseño de bucle abierto.

Cuando se pierde la energía al sujetador 10 y está sujetando una parte o pieza, el acoplamiento torsional 50 libera su energía impulsando el cabezal de engranajes 36 y el motor 35 hacia atrás. Conforme el motor 35 y el cabezal de engranajes 36 empiezan a girar hacia atrás, su energía cinética puede permitir que el motor 35 y el cabezal de engranajes 36 en un sistema de baja fricción, recorran más allá del punto de sujeción. Esto puede permitir que los dedos del sujetador 16, 18 se abran dejando caer la parte.

A fin de remediar esta situación, el elemento de cortocircuito 409 (Figura 4) se coloca como se muestra respecto a las líneas de impulso de motor 471 y 473. En la modalidad mostrada, el elemento de cortocircuito 409 esencialmente es un circuito de relé cuya bobina 411 normalmente se acopla entre potencial positivo y tierra. En esta condición de encendido, el contacto de transferencia del relé 413 conecta la terminal 481 con la terminal 471 de esta manera aplicando la salida del impulsor 467 a la alimentación de impulso del motor 471. En caso de que se pierda la energía, la bobina del relé 41 1 descargará a través del diodo Zener protector 415 y el contacto de transferencia pasará a la condición de apagado, en donde la terminal 485 se acopla a la terminal 471 haciendo cortocircuito a través de las alimentaciones de impulso 471 , 473 al motor 35. El mantener el flujo de corriente a través de la bobina del relé 41 1 en el estado energizado normal, mantiene limpios los contactos del contacto de transferencia 413. Este arreglo permite que el motor 35 produzca una fuerza contra electromotriz (EMF) que suministra efectivamente una fuerza torsional para contraatacar el desembobinado o contraimpulso del acoplamiento torsional 50. Esto reduce la proporción de abertura de los dedos 16, 18, mientras que evita que las mordazas 56, 58 vayan más allá del punto de sujeción. De esta manera, la fuerza contra electromotriz se multiplica por la cabeza de engranajes 36 para proporcionar una fuerza de resistencia sustancial contra abertura de los dedos.

La descripción simplemente es de naturaleza ejemplar y de esta manera variaciones que no se apartan de la esencia de la descripción, se pretenden dentro del alcance de la descripción. Estas variaciones no habrán de considerarse como una separación del espíritu y el alcance de la descripción.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1 . Un sujetador, caracterizado porque comprende: un alojamiento; un motor ubicado en el alojamiento; un cabezal de engranajes acoplado con el motor; un controlador acoplado eléctricamente con el motor, para controlar el sujetador mediante el motor; un dispositivo de cumplimiento acoplado con el motor, el dispositivo de cumplimiento absorbe energía de impacto; un mecanismo de impulso acoplado con el dispositivo de cumplimiento; una mordaza como mínimo acoplada con el mecanismo de impulso, la mordaza como mínimo es móvil en el alojamiento; y dedos acoplados con la mordaza como mínimo, para sujetar una parte o pieza.

2. El sujetador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el dispositivo de cumplimiento además comprende un acoplamiento torsional.

3. El sujetador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el cabezal de engranajes es un cabezal de engranajes de relación de reducción.

4. El sujetador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el controlador, durante falla de energía, incluye un circuito que proporciona fuerza contra electromotriz para asegurar que los dedos no abran dejando caer la parte sujeta.

5. El sujetador de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el cabezal de engranajes tiene una relación de reducción de 15:1 a 400:1 .

6. El sujetador de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque el controlador, mientras que el motor es estacionario, incluye un circuito para reducir sustancialmente corriente y de esta manera la energía ai motor para evitar sobrecalentamiento mientras que mantiene la porción del sujetador.

7. Un sujetador, caracterizado porque comprende: un alojamiento, un canal definido por un par de paredes del alojamiento; un motor con escobillas acoplado con y ubicado en el alojamiento; un cabezal de engranajes acoplado con el motor; un controlador acoplado eléctricamente con el motor, el controlador controla el sujetador mediante el motor y el controlador está ubicado en el alojamiento; un acoplamiento torsional acoplado con el motor, el acoplamiento torsional se ubica en el alojamiento; el acoplamiento torsional absorbe energía de impacto; un mecanismo de impulso acoplado con el acoplamiento torsional para impulsar un par de mordazas, las mordazas se mueven en el canal del alojamiento; un par de dedos, cada dedo acoplado con una de las mordazas para sujetar una parte.

8. El sujetador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el controlador durante falla de energía incluye un circuito que proporciona fuerza contra electromotriz para asegurar que los dedos no se abran dejando caer el ítem sujeto.

9. El sujetador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque la proporción o relación de reducción de engranajes está entre 15: 1 a 400:1.

10. El sujetador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el controlador, mientras que el motor es estacionario, incluye un circuito para reducir sustancialmente la corriente y de esta manera energizar al motor, para evitar sobrecalentamiento mientras que mantiene la porción de sujetador.