WO2010010214A1 - Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares - Google Patents

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    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B24B19/26—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group for grinding workpieces with arcuate surfaces, e.g. parts of car bodies, bumpers or magnetic recording heads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1684—Tracking a line or surface by means of sensors

Definitions

  • the present invention is related to the automation of works on large surfaces, for cleaning, polishing or similar operations, proposing a head intended to be coupled to a robot and which is capable of continuously controlling the position of the tool to adapt it with respect to the work surface, allowing to operate on all that surface in suitable conditions to obtain an efficient work, without needing to establish a specific programming of the surface.
  • a tool-carrying head is proposed to perform surface work by means of a robot, with characteristics that allow the automatic adaptation of the position of the tool to keep it constantly in the proper working position with respect to the application surface.
  • This head object of the invention consists of a tool-holder plate that is connected, by means of a force sensor, with respect to a coupling support to a robot arm, said tool-holder plate incorporating centrally a ball joint by means of which a disk is supported -working tool, allowing a variation of the position of said tilting tool-disk to adapt to the work surface.
  • distance detectors are incorporated in the tool-holder plate, which control the relative position between said tool-plate and the tool-disk, generating in turn an information that is applied to the government of the carrying robot arm, to correct positioning, so that the head remains perpendicular to the work surface.
  • the tool-holder plate incorporates multiple tool discs, with which a larger surface is covered by partial areas on the surface of job; the tool-holder plate being arranged in an articulated support with respect to the coupling support to the robot arm and in support on an actuator cylinder that operates according to the pressure of the support against said robot coupling support; so that, according to the distribution of the force of the different tool discs on the work surface, said actuator cylinder determines the position of the tool holder plate so that all the tool discs press with equal force on the work surface.
  • the tool can also be of a type that does not establish physical contact with the work surface, such as a laser, a thermal imager, etc., the distance detectors controlling the relative position of the coupling support to the carrier robot, with respect to the surface of work, to determine a drive of variation of the position so that the tool used constantly influences perpendicularly on each area of the mentioned work surface.
  • the distance detectors controlling the relative position of the coupling support to the carrier robot, with respect to the surface of work, to determine a drive of variation of the position so that the tool used constantly influences perpendicularly on each area of the mentioned work surface.
  • the head of the invention results in certain advantages that are certainly advantageous for the application to which it is intended, acquiring its own life and preferential character for automated work on irregular surfaces.
  • Figure 1 shows a schematic view of the head object of the invention.
  • Figure 2 is a perspective of said head of the invention in a practical application on the end of a robot arm.
  • Figure 3 is an enlarged view of the zone III indicated in the previous figure.
  • Figure 4 shows an example of application to adapt the working position of a tool without physical contact with the work surface, according to the concept of the invention.
  • Figure 5 is a perspective view of the head according to an embodiment with multiple tool discs and the tool holder plate articulated in relation to the coupling support to the robot arm.
  • Figure 6 is a sectional view of the head according to the embodiment of the previous figure.
  • the object of the invention relates to a head carrying a tool for robotically performing work on irregular surfaces, with an embodiment that allows the position of the tool to be adapted according to the configuration of each area of the work surface, for carry out the work with precision and effectiveness.
  • the head comprises a plate (1) that is connected, by means of a force sensor (2), with respect to a coupling support (3) on a carrier robot arm (4).
  • the plate (1) also has a ball joint centrally
  • the plate (1) there are also distance detectors (7), which control the position of the tool-disk (6) from different points with respect to said plate (1).
  • the force sensors (2) control the strength of said support, generating information that is applied to the governance of the carrying robot arm (4), correcting the thrust of the same so that the support force of the tool-disk (6) on the working surface remains constant.
  • the distance detectors (7) control the position of the tool disc (6), generating in turn an information that also applies to the government of the supporting robot arm (4), which based on said information corrects the positioning, so that the head remains perpendicular to the work surface.
  • the actuator cylinder (12) accuses that circumstance, correcting the position of the plate (1), making it swing on the joint (11), so that the pressure of the set of the tool discs (6) is uniform on the work surface, so that the performance of all of them result with the same effect of the action on the work surface.
  • the tool (8) without contact on the work surface is arranged on the support

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares, formado por un conjunto porta-herramienta que se acopla por medio de un soporte (3) a un brazo robot (4) portador, estando provisto el conjunto porta-herramienta con un sensor de fuerza (2) y detectores de distancia (7), mediante los cuales se establece un control que gobierna el accionamiento del brazo robot (4) para posicionar la herramienta de trabajo respecto de la superficie de operación.

Description

CABEZAL POSICIONADOR DE HERRAMIENTA SOBRE SUPERFICIES
IRREGULARES
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con la automatización de trabajos sobre grandes superficies, para operaciones de limpieza, pulido o similares, proponiendo un cabezal destinado a acoplarse en un robot y que es capaz de controlar de manera continua la posición de la herramienta para adaptarla respecto de la superficie de trabajo, permitiendo operar sobre toda esa superficie en condiciones adecuadas para obtener un trabajo eficiente, sin necesidad de establecer una programación especifica de la superficie.
Estado de la -técnica
En determinados sectores, como los de la aeronáutica, energía eólica, y otros semejantes, hay que realizar trabajos superficiales de limpieza, pulido, etc., sobre piezas de grandes dimensiones, las cuales presentan generalmente una superficie irregular, por lo que la programación de trabajos robotizados resulta muy complicada, recurriéndose por ello generalmente a la realización manual de dichos trabajos, con el inconveniente de costos y riesgos humanos que ello supone.
Objeto de la invención
De acuerdo con la invención se propone un cabezal portador de una herramienta para efectuar trabajos superficiales mediante un robot, con unas características que permiten adaptar automáticamente la posición de la herramienta para mantenerla de manera constante en la posición adecuada de trabajo respecto de la superficie de aplicación.
Este cabezal objeto de la invención consta de un plato porta-herramienta que va unido, mediante un sensor de fuerza, respecto de un soporte de acoplamiento a un brazo robot, incorporando dicho plato porta-herramienta centralmente una rótula mediante la que se sustenta un disco-herramienta de trabajo, permitiendo una variación de la posición de dicho disco-herramienta en inclinación para adaptarse a la superficie de trabajo.
Se obtiene asi una disposición con la que el sensor de fuerza controla el esfuerzo que el disco- herramienta ejerce sobre la superficie de trabajo, generando una información que se aplica al gobierno del brazo robot portante en relación con el empuje operativo, para que la fuerza del disco-herramienta sobre la superficie de trabajo se mantenga constante.
En el plato porta-herramienta van además incorporados unos detectores de distancia, los cuales controlan la posición relativa entre dicho plato porta- herramienta y el disco-herramienta, generando a su vez una información que se aplica al gobierno del brazo robot portante, para corregir el posicionamiento, de forma que el cabezal se mantenga perpendicular respecto de la superficie de trabajo.
En una realización práctica se prevé que el plato porta-herramienta incorpore múltiples discos- herramienta, con los cuales se cubre una superficie mayor mediante zonas parciales sobre la superficie de trabajo; disponiéndose el plato porta-herramienta en sujeción articulada respecto del soporte de acoplamiento al brazo robot y en apoyo sobre un cilindro actuador que opera en función de la presión del apoyo contra el mencionado soporte de acoplamiento al robot; de forma que, según la distribución de la fuerza de los distintos discos-herramienta sobre la superficie de trabajo, dicho cilindro actuador determina la posición del plato porta-herramienta para que todos los discos-herramienta presionen con igual fuerza sobre la superficie de trabajo.
La herramienta puede ser también de un tipo que no establezca contacto fisico con la superficie de trabajo, como un láser, una cámara termográfica, etc., controlando los detectores de distancia la posición relativa del soporte de acoplamiento al robot portador, respecto de la superficie de trabajo, para determinar un accionamiento de variación de la posición de forma que la herramienta utilizada incida constantemente de manera perpendicular sobre cada zona de la mencionada superficie de trabajo.
Por todo ello, el cabezal de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas para la aplicación a la que se halla destinado, adquiriendo vida propia y carácter preferente para trabajos automatizados sobre superficies irregulares.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra una vista esquemática del cabezal objeto de la invención.
La figura 2 es una perspectiva de dicho cabezal de la invención en una aplicación práctica sobre el extremo de un brazo robot.
La figura 3 es una vista ampliada de la zona III indicada en la figura anterior.
La figura 4 muestra un ejemplo de aplicación para adaptar la posición de trabajo de una herramienta sin contacto físico con la superficie de trabajo, según el concepto de la invención.
La figura 5 es una perspectiva del cabezal según una realización con múltiples discos-herramienta y el plato porta-herramienta unido de manera articulada respecto del soporte de acoplamiento al brazo robot.
La figura 6 es una vista en sección del cabezal según la realización de la figura anterior.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un cabezal portador de una herramienta para realiza trabajos de forma robotizada sobre superficies irregulares, con una realización que permite adaptar la posición de la herramienta en función de la configuración de cada zona de la superficie de trabajo, para llevar a cabo los trabajos con precisión y efectividad.
El cabezal comprende un plato (1) que va unido, por medio de un sensor de fuerza (2) , respecto de un soporte (3) de acoplamiento sobre un brazo robot (4) portador. El plato (1) posee además centralmente una rótula
(5) , sobre la cual se une un disco-herramienta (6) , el cual es susceptible de variar de posición hasta una inclinación de unos 15°, mediante la mencionada rótula (5), para adaptarse a la superficie de trabajo .
En el plato (1) van dispuestos también unos detectores de distancia (7) , los cuales controlan desde distintos puntos la posición del disco-herramienta (6) con respecto al mencionado plato (1) .
Con ello asi, cuando el disco-herramienta (6) apoya sobre una superficie de trabajo, los sensores de fuerza (2) controlan la fuerza de dicho apoyo, generando una información que se aplica al gobierno del brazo robot (4) portador, corrigiendo el esfuerzo de empuje del mismo para que la fuerza de apoyo del disco- herramienta (6) sobre la superpie de trabajo se mantenga constante.
Y por otra parte, los detectores de distancia (7) controlan la posición del disco-herramienta (6), generando a su vez una información que se aplica también al gobierno del brazo robot (4) portante, el cual en base a dicha información corrige el posicionamiento, para que el cabezal se mantenga perpendicular con respecto a la superficie de trabajo.
Según una realización (figuras 5 y 6) en el plato (1) se disponen incorporados múltiples discos- herramienta (6), mediante los cuales se cubre una mayor superficie, en zonas parciales, sobre la superficie de trabajo. Y por otra parte, dicho plato (1) con múltiples discos-herramienta (6), se establece unido al soporte
(3) mediante una articulación (11) , respecto de la cual puede bascular variando de inclinación, quedando dicho plato (1) apoyado sobre un cilindro actuador (12) que opera en función de la presión del apoyo que actúa sobre él.
De este modo, cuando el reparto de la presión de los discos-herramienta (6) sobre la superficie de trabajo no es uniforme, debido a las irregularidades de esa zona de trabajo en la zona de operación, el cilindro actuador (12) acusa esa circunstancia, corrigiendo la posición del plato (1) , haciéndole bascular sobre la articulación (11), para que la presión del conjunto de los discos-herramienta (6) sea uniforme sobre la superficie de trabajo, de forma que la actuación de todos ellos resulte con el mismo efecto de la acción sobre la superficie de trabajo.
El concepto del control para adaptar la posición de trabajo de una herramienta en función de la configuración de la superficie de trabajo, según el objeto de la invención, es de aplicación también para herramientas (8) que no establecen contacto físico con la superficie de trabajo, como un láser, una cámara termográfica, etc., como muestra la figura 4.
En este caso la herramienta (8) sin contacto sobre la superficie de trabajo, se dispone sobre el soporte
(3) de acoplamiento al brazo robot (4) portador, con unos detectores de distancia (9) dispuestos en dicho soporte (3) , para controlar desde distintos puntos la posición del mismo con respecto a la superficie de trabajo (10) correspondiente, de modo que, mediante la información que proporcionan dichos detectores de distancia (9), se corrige la posición, mediante el brazo robot (4) portador, para que la herramienta (8) incida perpendicularmente sobre la zona de operación en la mencionada superficie (10) de trabajo y a una distancia constante.

Claims

_ Q _REIVINDICACIONES
1.- Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares, del tipo destinado para realizar un seguimiento robotizado de una herramienta de trabajo sobre superficies irregulares, caracterizado porque consta de un conjunto porta-herramienta que posee un soporte (3) de acoplamiento a un brazo robot
(4) portador, yendo provisto dicho conjunto porta- herramienta con un sensor de fuerza (2) y detectores de distancia (7), mediante los cuales se establece un control que determina el posicionamiento de la herramienta de trabajo respecto de la superficie de operación.
2. - Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el conjunto porta- herramienta consta de un plato porta-herramienta (1) que va unido por medio del sensor de fuerza (2) respecto del soporte (3) de acoplamiento al brazo robot
(4) portador, incorporando el plato porta-herramienta (1) centralmente una rótula (5) y alrededor una distribución de detectores de distancia (7), disponiéndose unido a la rótula (5) un disco- herramienta (6), el cual se adapta a la superficie de trabajo por el juego que permite la mencionada rótula
(5) , variando la fuerza y la posición del empuje del mismo sobre la superficie de trabajo, mediante el brazo robot (4) , en función de la información que proporcionan el sensor de fuerza (2) y los detectores de distancia (7) .
3.- Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares, de acuerdo con las reivindicaciones primera y segunda, caracterizado porque las informaciones que proporcionan el sensor de fuerza (2) y los detectores de distancia (7), se aplican para gobernar el brazo robot (4) portador en el seguimiento del trabajo sobre la superficie de operación.
4.- Cabezal posicionador de herramienta sobre superficies irregulares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque sobre el soporte (3) de acoplamiento al brazo robot (4) portador es susceptible de incorporarse directamente una herramienta (8) sin contacto fisico sobre la superficie de trabajo, disponiéndose en el soporte (3) unos detectores de distancia (9), mediante los cuales se determina un control con respecto a la superficie de trabajo (10) correspondiente, para situar la herramienta (8) perpendicular a la misma y a una distancia constante.
5.- Cabezal posicionador de herramientas sobre superficies irregulares, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el conjunto porta- herramienta consta de un plato porta-herramienta (1) , en el cual van incorporados múltiples discos- herramienta (6), yendo dicho plato porta-herramienta (1) unido en articulación (11) respecto del soporte (3) de acoplamiento al brazo robot (4) y apoyado sobre un cilindro actuador (12) que opera, para corregir la posición del mencionado plato porta-herramienta (1), en función de la distribución de la fuerza de apoyo de los distintos discos-herramienta (6) sobre la superficie de trabajo.
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