Robot paralelo con cuatro grados de libertad que comprende cuatro cadenas cinemáticas articuladas (1),

estando cada una de dichas cadenas cinemáticas articuladas (1) unida por un primer extremo a una plataforma móvil (3) configurada para portar una herramienta (4) y por un segundo extremo a un elemento fijo (5). Dicha plataforma móvil (3) está constituida por un elemento rígido, es decir, no flexible, o un elemento formado por la unión de una serie de miembros de tal modo que dicha unión sea rígida y no permita un movimiento relativo entre los diferentes miembros, formando por lo tanto un único elemento desde un punto de vista mecánico

Robot paralelo con cuatro grados de libertad.

Objeto de la invención

El robot de la invención tiene por objeto mover una plataforma que porta una herramienta para la manipulación de objetos o para la realización de acciones pick & place, con cuatro grados de libertad (tres traslaciones y un giro en torno a una dirección vertical), con aceleraciones y velocidades muy altas en cualquier dirección.

Antecedentes de la invención

Un robot paralelo comprende un soporte fijo o placa base sobre el cual se montan unos actuadores que, actúan sobre unos brazos articulados o cadenas cinemáticas que se unen a una plataforma móvil, en la cual se dispone la correspondiente herramienta.

En las publicaciones de patente estadounidenses US-A-4976582 y US 6729202 se describen robots paralelos con tres grados de libertad y en la publicación de patente europea EP-A-1084802 se describe un robot paralelo con cuatro grados de libertad, en concreto, tres traslaciones y un giro.

Los robots paralelos con cuatro grados de libertad, tres traslaciones y un giro en torno a una dirección principal, son muy adecuados para realizar tareas de manipulación o ensamblaje de piezas, y son mas sencillos, rápidos y baratos que robots paralelos más complejos, por ejemplo con 6 grados de libertad. A priori, se podría pensar en la definición de un robot paralelo de cuatro grados de libertad a partir de uno de complejidad inferior, como podría ser un robot de tres grados de libertad. Por ejemplo, en la publicación de Patente US 4.976.582 se describe la posibilidad de obtener un cuarto grado de libertad mediante la incorporación de una cuarta cadena cinemática que acciona directamente el cuarto grado de libertad (el giro de la herramienta), pero una solución de este tipo hace que este robot no presente una estructura paralela, por lo que queda fuera del campo de aplicación de la invención.

EP-A-1084802 describe un robot paralelo en el cual las uniones de la plataforma móvil son del tipo articulación, lo que permite alcanzar altas velocidades y aceleraciones. En concreto comprende cuatro cadenas cinemáticas, unidas por un lado a la plataforma móvil y por el otro, a través de actuadores rotativos, a la placa base.La plataforma móvil esta constituida por dos barras que se unen en sus extremos a las cuatro cadenas cinemáticas y una barra adicional, montada entre las dos primeras barras a través de uniones articuladas. La barra adicional es la que porta la herramienta. Con esta plataforma móvil se puede obtener una rotación de la herramienta de pm 45º. Para conseguir una rotación mayor, es preciso incorporar elementos adicionales, por ejemplo, coronas dentadas.

Además, este diseño tiene un comportamiento poco homogéneo. Para compensar esta limitación, el propio titular de la Patente EP 1 084 802 desarrolló una nueva configuración descrita en la publicación: "I4: a new parallel mechanism for SCARA motions" Proc. of IEEE ICRA: Int. Conf. on Robotics and Automation, Taipei, Taiwan, September 14-19, 2003. En esta nueva configuración, la plataforma móvil comprende uniones prismáticas en lugar de uniones articuladas y las coronas dentadas se sustituyen por piñones-cremallera, reduciendo así los riesgos de colisión entre los elementos de la plataforma móvil.

La publicación WO-A-2006/087399 propone una solución a los problemas antes mencionados mediante una plataforma móvil constituida por cuatro elementos vinculados entre sí por uniones articuladas y cuatro cadenas cinemáticas formadas por cuatro barras paralelas siendo al menos dos paralelas y unidas mediante juntas de rotación esféricas.

Dicha solución presenta como desventajas el hecho de que la plataforma móvil debe ser montada uniendo los diferentes elementos que la constituyen, así como que el funcionamiento y realización de las juntas de rotación esféricas difícilmente corresponden con los valores teóricos.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un robot paralelo, capaz de mover una plataforma en la que porta una herramienta con cuatro grados de libertad, tres traslaciones y un giro en torno a una dirección vertical, el cual comprende cuatro cadenas cinemáticas articuladas o brazos articulados, pudiendo ser éstos iguales. Cada una de estas cadenas cinemáticas está unida por un primer extremo a una plataforma móvil, por ejemplo de forma poligonal, preferentemente de forma cuadrada. En dicha plataforma móvil puede situarse una herramienta. Por un segundo extremo las cadenas cinemáticas articuladas se unen a un elemento fijo.

De acuerdo con la invención dicha plataforma móvil está constituida por un elemento rígido. Por elemento rígido se entiende un único elemento no flexible, o un elemento formado por la unión de una serie de miembros de tal modo que dicha unión sea rígida y no permita un movimiento relativo entre los diferentes miembros, formando por lo tanto un único elemento desde un punto de vista mecánico.

De esta manera se consigue que la realización sea más sencilla al evitar la unión de los diferentes elementos de la plataforma móvil mediante juntas esféricas u otro tipo de juntas. Como ya se ha mencionado, la plataforma de la presente invención es rígida, es decir, constituida por un único elemento rígido o por una pluralidad de ellos unidos sin que exista ningún grado de libertad en la unión. El modelado cinemático de la plataforma, por lo tanto, se simplifica al no tener ésta ningún grado de libertad. Por último, el desgaste o riesgo de rotura de la plataforma móvil queda minimizado por la ausencia de movimiento relativo entre los diferentes elementos de la misma.

Cada cadena cinemática articulada de la presente invención puede comprender dos primeras barras paralelas unidas por sus extremos mediante respectivas primeras juntas de rotación a dos segundas barras paralelas. Una de las primeras barras estará situada en la proximidad de la plataforma móvil y la otra en la proximidad del elemento fijo. Las dos segundas barras unirán las dos primeras barras en la dirección del elemento fijo a la plataforma móvil. Dicha unión de las primeras barras y las segundas barras forma un paralelogramo articulado. Los lados de dicho paralelogramo articulado, es decir, las primeras barras y segundas barras, quedan todos contenidos en un mismo plano. Esta configuración se mantiene tanto en la posición de reposo como en el movimiento de la cadena cinemática. Esto es debido a que los ejes de giro de las citadas primeras juntas de rotación son todos paralelos y a su vez perpendiculares al plano que contiene las primeras y segundas barras.

Las dos primeras barras pueden comprender en su zona media unas segundas juntas de rotación con sus ejes de giro paralelos entre sí. Una primera de las segundas de rotación está configurada para unirse a la plataforma móvil y una segunda de las segundas juntas de rotación configurada para unirse al elemento fijo.

Los ejes de giro de las segundas juntas de rotación pueden ser paralelos a los ejes formados por las dos primeras barras, permitiendo un movimiento de rotación en torno al eje que definen las propias primeras barras.

La primera de las segundas juntas de rotación, de cada una de las cadenas cinemáticas articuladas puede estar unida a la plataforma móvil mediante una barra articulada y a través de una cuarta junta de rotación, siendo los ejes de giro de cada una de las cuartas juntas de rotación paralelos entre sí. De esta forma, la barra articulada se une por un extremo a la plataforma móvil (a través de la cuarta junta de rotación) y por otro extremo a la cadena cinemática articulada (a través de la primera de las segundas juntas de rotación).

Los ejes de giro de las cuartas juntas de rotación pueden ser perpendiculares al plano de la plataforma móvil. Se contempla como posibilidad de que la segunda de las segundas juntas de rotación, de cada cadena cinemática articulada del robot paralelo esté unida al elemento fijo mediante un actuador lineal o junta prismática.

Dicho elemento fijo puede estar formado por cuatro barras fijas en las que deslizan las juntas prismáticas mencionadas anteriormente. Cada cadena cinemática articulada estará montada mediante la segunda de las segundas juntas de rotación a la junta prismática correspondiente, según un eje paralelo a la extensión de una de las primeras barras. La posición de dichas barras fijas puede ser horizontal, vertical o inclinada respecto...

1. Robot paralelo con cuatro grados de libertad que comprende cuatro cadenas cinemáticas articuladas (1), estando cada una de dichas cadenas cinemáticas articuladas (1) unida por un primer extremo a una plataforma móvil (3) configurada para portar una herramienta (4) y por un segundo extremo a un elemento fijo (5)

caracterizado porque

dicha plataforma móvil (3) está constituida por un elemento rígido.

2. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según la reivindicación 1, caracterizado porque cada cadena cinemática articulada (1) comprende dos primeras barras (6, 7) paralelas, unidas por sus extremos mediante respectivas primeras juntas de rotación (8) a dos segundas barras (9, 10) paralelas, formando dichas primeras barras (6, 7) y segundas barras (9, 10) un paralelogramo articulado de manera que las primeras barras y segundas barras quedan todas en un mismo plano, siendo los ejes de giro (11) de dichas primeras juntas de rotación (8) paralelos y perpendiculares al plano formado por las primeras barras (6, 7) y segundas barras (9, 10).

3. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según la reivindicación 2, caracterizado porque las dos primeras barras (6, 7) comprenden cada una en una zona media de dichas primeras barras unas segundas juntas de rotación (12, 13), con sus ejes de giro paralelos entre sí, estando una primera de las segundas juntas de rotación (12) configurada para unirse a la plataforma móvil (3) y una segunda de las segundas juntas de rotación (13) configurada para unirse al elemento fijo (5).

4. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según reivindicación 3, en el cual los ejes de giro de las segundas juntas de rotación (12, 13) son paralelos a los ejes formados por las propias primeras barras (6, 7).

5. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque la primera de las segundas juntas de rotación (12), de cada una de las cadenas cinemáticas articuladas (1), está unida a la plataforma móvil (3) mediante una barra articulada (14) a través de una cuarta junta de rotación (17, siendo los ejes de giro de cada una de las cuartas juntas de rotación (17) paralelos entre sí.

6. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según reivindicación 5 en el cual los ejes de giro de las cuartas juntas de rotación (17) son perpendiculares al plano de la plataforma móvil (3).

7. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según una cualquiera de las reivindicaciones 2-6, caracterizado porque la segunda de las segundas juntas de rotación (13), de cada cadena cinemática articulada (1), está unida al elemento fijo (5) mediante juntas prismáticas (15).

8. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según la reivindicación 7, caracterizado porque el elemento fijo (5) comprende cuatro barras fijas sobre las que están montados de forma deslizable las juntas prismáticas (15) para cada una de las cadenas cinemáticas articuladas (1), estando cada cadena cinemática articulada (1) montada mediante la segunda de las segundas juntas de rotación (13) a la junta prismática (15) correspondiente, según un eje paralelo a la extensión de una de las primeras barras (6, 7).

9. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según una cualquiera de las reivindicaciones 7-8, caracterizado porque las cuatro barras fijas son horizontales.

10. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según una cualquiera de las reivindicaciones 7-8, caracterizado porque las cuatro barras fijas son verticales.

11. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según una cualquiera de las reivindicaciones 7-8, caracterizado porque las cuatro barras fijas son inclinadas respecto un plano horizontal y un plano vertical.

12. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según una cualquiera de las reivindicaciones 2-6, caracterizado porque las cadenas cinemáticas articuladas (1) están unidas al elemento fijo (5) mediante barras articuladas (18) que se unen por un primer extremo a la segunda de las segundas juntas de rotación (13), de cada cadena cinemática articulada (1) y por un segundo extremo a terceras juntas de rotación (16) motorizadas, fijadas dichas terceras juntas de rotación (16) motorizadas al elemento fijo (5).

13. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según la reivindicación 12, caracterizado porque los ejes de rotación de las terceras juntas de rotación (16) motorizadas de cada cadena cinemática articulada (1) es paralelo a los ejes de giro de las segundas juntas de rotación (12, 13).

14. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según la reivindicación 12, caracterizado porque los ejes de rotación de las terceras juntas de rotación (16) son paralelos a los ejes de giro de las cuartas juntas de rotación (17).

15. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1-14, caracterizado porque las cuatro cadenas cinemáticas articuladas (1) son iguales.

16. Robot paralelo con cuatro grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque la plataforma móvil (3) porta una herramienta (4).