DISPOSITIVO PARA LA MANIPULACIÓN Y/O ELABORACIÓN DE OBJETOS.

Dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos, que comprende:

- al menos un primer brazo (2) que comprende una primera extremidad (2a) de sostén de una herramienta (3); - medios de sostén y movimiento (4) del primer brazo (2); donde los medios de sostén y movimiento (4) comprenden al menos un primer motor eléctrico lineal (5), que se extiende por un recorrido cerrado (P), para mover el primer brazo (2) a lo largo de una trayectoria circular (⟨1), y al menos un segundo motor eléctrico lineal (6), que se extiende por un recorrido arqueado (S), para mover el primer brazo (2) a lo largo de una trayectoria semicircular (⟨2)

Campo Técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos.

En particular, la presente invención puede ser aplicada al sector industrial en sistemas de movimiento de objetos de una masa pequeña cuyo peso es de unos pocos kilogramos, y para los cuales hace falta realizar movimientos rápidos y precisos.

Técnica Existente

La presente invención puede aplicarse a sistemas para recoger y colocar productos, conocidos como sistemas “pick and place”, en líneas de empaquetado o ensamblado de productos, en máquinas para separar y/o clasificar productos

o en sistemas de manipulación de productos.

En el caso específico, la presente invención puede usarse en el campo médico para el movimiento y la manipulación de instrumentos quirúrgicos, o en el campo de elaboraciones mecánicas para mover herramientas tales como fresas, brocas para taladrar, pinzas o similares, o para el movimiento y la puntería de instrumentos de precisión en general, tales como, por ejemplo, instrumentos láser.

Como es sabido, tales sistemas usan brazos robóticos compuestos por una pluralidad de mecanismos de enlace articulado, los cuales en correspondencia de una de sus extremidades sostienen una herramienta, tal como una pinza, una ventosa o un instrumento de elaboración.

En particular, en aplicaciones de “pick and place, el objeto, situado arriba de un plano horizontal o de una cinta transportadora es tomado y movido, paralelo al plano de trabajo o con su orientación diferente a la del plano, para ser depositado dentro de un alojamiento especial o sobre una segunda cinta transportadora.

Las arquitecturas robóticas que fueron desarrolladas en la técnica conocida esencialmente son de dos tipos: brazos de tipo tradicional (generalmente antropomórficos) o robots que tienen mecanismos de cinemática paralela.

En términos generales, ambas soluciones usan actuadores tradicionales, típicamente constituidos por un motor eléctrico acoplado a un reductor mecánico que adapta las características de par de torsión-velocidad a las requeridas por la aplicación, generalmente reduciendo la cantidad de revoluciones y aumentando el valor de par de torsión.

Las limitaciones de las estructuras antropomórficas esencialmente están dadas por el hecho que los actuadores están distribuidos a lo largo de la cadena cinemática que constituye el brazo, implicando así masas considerables en movimiento y limitando la dinámica de funcionamiento y, por consiguiente, la velocidad operativa de toda la línea de producción. Cabe recordar que las velocidades de elaboración requeridas son del orden de 150-200 recogidas por minuto por cada brazo.

Sin embargo, las estructuras tradicionales exhiben mayores volúmenes trabajo y en general requieren algoritmos de control que son más simples de realizar.

Las máquinas de cinemática paralela eliminan dicha limitación dinámica concentrando todos los actuadores en la zona de robot que queda fija, transfiriendo el movimiento al objeto a través de una estructura mecánica compleja de enlaces mecánicos, que a menudo comprenden más de un brazo, que de todos modos es liviana y rígida.

No obstante este método brinde niveles dinámicos elevados, los robots de cinemática paralela sólo permiten llevar a cabo un volumen de elaboración reducido. Por otro lado, la presencia en el volumen de trabajo de zonas prohibidas que deben ser evitadas durante el funcionamiento para no provocar que se bloquee la estructura reduce adicionalmente la zona de trabajo útil. Finalmente, la complejidad de la estructura complica de modo considerable la realización de los algoritmos de control.

Para ambas soluciones existe la restricción de tener que proporcionar actuadores con reductores mecánicos que aparte de representar un costo adicional, complican los trabajos de mantenimiento, convierten la estructura en menos rígida, aumentan el ruido y las vibraciones del sistema, reducen la fiabilidad del sistema y complican los procesos de control.

El documento WO 2007/131686 da a conocer una estructura de sustentación para una unidad de maquinado, dicha estructura de sustentación teniendo un dispositivo tipo travesaño sobre el cual está instalado un dispositivo rotativo con posibilidad de girar alrededor de un eje de rotación. Dispuesto sobre el dispositivo rotativo hay un dispositivo giratorio que tiene un brazo guía que posee una primera extremidad y una segunda extremidad y puede ser girado alrededor de un eje giratorio que corre transversalmente al eje de rotación y está situado en una región de su primera extremidad. Un conducto tipo manguito está instalado en extensión del brazo guía de manera de poderlo desplazar más allá de su segunda extremidad.

El objetivo de la presente invención es el de eliminar los inconvenientes que exhiben las soluciones de la técnica existente.

En particular, el objetivo de la presente invención es el de realizar un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos que combine los volúmenes de trabajo característicos de estructuras antropomórficas con la precisión y las dinámicas de elevado nivel de las máquinas de cinemática paralela.

En otros términos, un objetivo de la presente invención es el de realizar un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos que permita una reducción de las masas en movimiento, en particular en la zona más cercana al objeto, brindando dinámicas de altas prestaciones, un volumen de trabajo decididamente grande y una estructura de control sumamente sencilla.

Asimismo, otro objetivo de la presente invención es el de realizar un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos provisto de una estructura cinemática simplificada, puesto que no posee órganos mecánicos suplementarios tales como, por ejemplo, reductores, sistemas de rosca, sistemas para la conversión de movimiento de circular a rectilíneo, etc., lo cual conduce a una reducción de los costos, una mayor fiabilidad del sistema, un mejor control de la fuerza y par de torsión y algoritmos de control extremadamente simplificados.

Revelación de la Invención

Ahora se realizará una descripción, a título ejemplificador y no limitativo, de una ejecución preferente y no exclusiva de un dispositivo de manipulación de objetos, exhibido en las figuras de los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos, según la presente invención;

- la figura 2 es una vista lateral del dispositivo de la figura 1;

- la figura 3 es una vista lateral de una variante del dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos, de conformidad con la presente invención.

Haciendo referencia a las figuras de los dibujos, el número 1 denota un dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos de conformidad con la presente invención.

El dispositivo (1) comprende al menos un primer brazo (2) que exhibe una primera extremidad (2a), la cual primera extremidad (2a) sostiene una herramienta (3).

Ventajosamente, la herramienta (3) está asociada a la primera extremidad (2a) del brazo (2) por medio de una conexión abisagrada, preferentemente articulada, que le permite a la herramienta (3) realizar un movimiento circular y curvo en todas las direcciones en un espacio definido alrededor de la primera extremidad (2a) del brazo (2).

Ventajosamente, la herramienta (3) puede ser un instrumento de sujeción, tal como una pinza o una ventosa, o bien una herramienta de elaboración, tal como un taladro, una fresa, un láser o cualquier otro tipo de instrumento mecánico

o de precisión, en función de las necesidades.

El dispositivo (1) además comprende medios de sostén y movimiento (4) del primer brazo (2), que sostienen el primer brazo (2) y lo mueven a lo largo de al menos una trayectoria circular (º1) y al menos una trayectoria arqueada (º2).

Los medios de sostén y movimiento (4) comprenden al menos un primer motor eléctrico lineal (5) para facilitar la rotación del primer brazo (2) a lo largo de la trayectoria circular (º1) y al menos un segundo motor eléctrico lineal (6) para facilitar la oscilación del primer brazo (2) a lo largo de la trayectoria arqueada (º2).

Ventajosamente,... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para la manipulación y/o elaboración de objetos, que comprende:

- al menos un primer brazo (2) que comprende una primera extremidad (2a) de sostén de una herramienta (3);

- medios de sostén y movimiento (4) del primer brazo (2);

donde los medios de sostén y movimiento (4) comprenden al menos un primer motor eléctrico lineal (5), que se extiende por un recorrido cerrado (P), para mover el primer brazo (2) a lo largo de una trayectoria circular (º1), y al menos un segundo motor eléctrico lineal (6), que se extiende por un recorrido arqueado (S), para mover el primer brazo (2) a lo largo de una trayectoria semicircular (º2).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, donde el primer motor eléctrico lineal (5) es curvo y se extiende a lo largo de un recorrido circular (P); el primer motor eléctrico lineal (5) comprendiendo un rotor circular (7) y un estator (8) concéntrico al rotor (7).

3. Dispositivo según una de las precedentes reivindicaciones, donde el segundo motor eléctrico lineal (6) está dispuesto por encima del primer motor eléctrico lineal (5), uniendo entre sí dos porciones diametralmente opuestas

(19) del primer motor eléctrico lineal (5).

4. Dispositivo según una de las precedentes reivindicaciones, donde el segundo motor eléctrico lineal (6) comprende un estator (9) definido por una guía arqueada que comprende una pluralidad de imanes permanentes, y un rotor (10) definido por un cursor móvil en deslizamiento sobre la guía, y que en su interior comprende al menos un bobinado eléctrico.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, donde el primer brazo (2) está asociado al cursor móvil; el cursor provocando la oscilación del primer brazo (2) sobre un plano diametral del primer motor eléctrico lineal (5).

6. Dispositivo según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde el primer brazo (2) es móvil axialmente a lo largo de una dirección (Z) paralela a un eje longitudinal (2c) del primer brazo (2).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, donde el primer brazo (2) comprende una porción deslizante (21) y un tercer motor eléctrico lineal (11), que actúa directamente sobre la porción deslizante (21), para provocar la traslación de la misma porción deslizante (21) a lo largo de la dirección (Z) paralela al eje longitudinal (2c) del primer brazo (2).

8. Dispositivo según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, donde la herramienta (3) está conectada de manera articulada a la primera extremidad (2a) del primer brazo (2), para moverse según una pluralidad de direcciones.

9. Dispositivo según una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, el cual comprende un segundo brazo (12), que coopera con el primer brazo (2) para mover la herramienta (3).

10. Dispositivo según las reivindicaciones 4 y 9, donde el primer brazo (3) y el segundo brazo (12) están dispuestos paralelos entre sí y asociados al cursor del segundo motor eléctrico lineal (6).

11. Dispositivo según la reivindicación 9 o 10, donde el primer brazo (2) y el segundo brazo (12) son móviles en deslizamiento a lo largo de una dirección (Z) paralela a sus respectivos ejes longitudinales (2c y 12c).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 9 a 11, donde el segundo brazo (12) comprende una porción deslizante (22) y un cuarto motor eléctrico lineal (13), que actúa directamente sobre la misma porción deslizante (22) para trasladar dicha porción deslizante (22) según una dirección paralela (Z) a un eje longitudinal (12c) del segundo brazo (12).

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones de 9 a 12, donde el primer brazo (2) y el segundo brazo (12) soportan, en correspondencia de sus respectivas primeras extremidades (2a y 12a), medios de sostén y movimiento

(15) de una herramienta (3).

14. Dispositivo según la reivindicación 13, donde los medios de sostén y movimiento (15) son articulados.