DISPOSITIVO DE MANIPULACIÓN PARALELA CON DOS GRADOS DE LIBERTAD.

Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad Objeto de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad, usado principalmente en la manipulación de objetos, también denominado "pick-and-place" (coger y colocar). Dichos grados de libertad se refieren a dos movimientos de traslación según un eje vertical y horizontal. Antecedentes de la invención Los robots con dos grados de libertad usados para tareas de coger y colocar se diseñan para tener dos movimientos de traslación. Dependiendo principalmente de la aplicación, la plataforma móvil del robot mantiene la orientación o no. Los robots con dos grados de libertad, que realizan dos movimientos de traslación y mantienen constante la orientación de la plataforma, se usan de forma mucho más extendida en la industria. La restricción que permite mantener constante la orientación de la plataforma se consigue por medio de un paralelogramo plano que sólo permite un movimiento de traslación circular entre sólidos. Esta articulación compuesta se conoce como junta [Hervé J.M., "Analyse structurelle des mécanismes par groupes de déplacements", Mechanism and Machine Theory, vol. 13, páginas 437 - 450, 1978]. De esta forma, el mecanismo propuesto por Brogårdh [Brogårdh T., patente US n° 6.301.988 B1, "Device for relative movement of two elements", 2001] y mostrado en la figura 1, una conexión situada entre los impulsores prismáticos y el elemento terminal garantiza la orientación de este elemento terminal. Las figuras 1A y 1B muestran las dos posibles representaciones diferentes para la articulación . La figura 1A muestra la representación completa, cuatro juntas cilíndricas en cadenas cerradas. La figura 1B muestra la representación simplificada de la articulación. Estos mecanismos también pueden crearse usando actuadores giratorios en lugar de actuadores prismáticos, como se muestra en la figura 2. La representación de junta en la figura 2 muestra que el control de movimiento de estas arquitecturas se hace por medio de la articulación , unida a uno de los actuadores giratorios. Sin embargo, es posible cambiar la posición del paralelogramo plano, como se muestra en el mecanismo de la figura 2, para aumentar el volumen de trabajo y evitar las posiciones singulares de la junta . Otra posibilidad para el mecanismo representado en la figura 2 es diseñarlo usando la disposición lambda. En este caso, se define una posición particular de la articulación que conecta los dos sólidos. De hecho, la junta no se coloca en el extremo de la parte, sino a lo largo de la pata. Un ejemplo bien conocido que usa esta configuración es la plataforma Stewart [Stewart D., "A platform with 6 degrees of freedom", en Proc. Inst Mech. Ing., páginas 371 - 386, vol. 180, (parte 1,15), 1965]. La ventaja de la configuración lambda es modificar el tipo del actuador, figura 3A, o reducir el tamaño de la plataforma, figura 3B. Este tipo de arquitectura está más adaptado a la manipulación de cargas pesadas que a movimientos de alta velocidad. El documento de EP-A-1870214 revela un dispositivo de manipulación con cuatro grados de libertad que comprende un bastidor, una plataforma con un elemento terminal, cuatro brazos de bastidor accionados independientemente unos de otros, cada uno ligado a una plataforma de bastidor, estando los brazos contenidos en dos planos ortogonales. Finalmente, el mecanismo sobrerrestringido propuesto por Liu [Liu X. J., Kim J., "Two novel parallel mechanisms with less than six degrees of freedom and the applications", en Proceedings of the WORKSHOP on Fundamental Issues and Future Research Directions for Parallel Mechanisms and Manipulators, ciudad de Quebec, Quebec, Canadá, octubre, páginas 172 -177, 2002], usa articulaciones que conectan la plataforma con dos actuadores prismáticos situados en posición vertical, vistos en la figura 4A y 4B. Esta configuración se usó también para construir una máquina de fresado híbrida, figura 4B, con el tercer eje en la mesa móvil. Su representación gráfica correspondiente de junta y lazo se representa en la figura 4C. La aplicación principal de este tipo de robots es la manipulación de objetos que requiere ciclos de operación cortos. Sin embargo, todos los mecanismos presentados están construidos en un plano. Por ese motivo, la rigidez de estos mecanismos a lo largo del eje transversal se garantiza mediante las patas del robot, que han de ser rígidas a lo largo de este eje para minimizar las vibraciones y desviaciones. Ello conduce a piezas pesadas que perjudican la dinámica del robot. Esta desventaja importante conduce a dificultades para alcanzar aceleraciones elevadas y en consecuencia para alcanzar ciclos de operación cortos. Otra consecuencia de esta desventaja son las vibraciones 2   implicadas en una arquitectura plana que conducen a una falta de precisión. Breve descripción de la invención La presente invención proporciona un dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad como se define en la reivindicación 1; dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad que comprende un bastidor, un primer brazo de bastidor, un segundo brazo de bastidor, un primer brazo de plataforma, un segundo brazo de plataforma, una plataforma y un accionador terminal. Cada brazo de plataforma tiene un primer extremo y un segundo extremo. De forma similar, cada brazo de bastidor tiene un primer extremo y un segundo extremo. La unión de dicho dispositivo de manipulación es tal que el primer extremo del primer y segundo brazos del bastidor está conectado al bastidor. El segundo extremo del primer brazo de bastidor está conectado al primer extremo del primer brazo de plataforma. De forma similar, el segundo extremo del segundo brazo de bastidor está conectado al primer extremo del segundo brazo de plataforma. Medios de articulación posibles son juntas esféricas. La unión de un brazo de bastidor y un brazo de plataforma puede entenderse como una cadena cinemática que está conectada a la plataforma y al bastidor sobre sus extremos correspondientes. El accionador terminal está conectado a la plataforma. El primer brazo de bastidor y el segundo brazo de bastidor se accionan de forma independiente entre sí. Dichos brazos de bastidor pueden accionarse, por ejemplo, mediante motores. Cada brazo de bastidor puede tener un motor que puede producir un movimiento diferente al movimiento del otro brazo de bastidor. Según la presente invención, el dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad comprende además un tercer brazo de bastidor y un cuarto brazo de bastidor, con sus correspondientes brazos de plataforma, que son un tercer brazo de plataforma y un cuarto brazo de plataforma. La unión del tercer brazo de bastidor y el cuarto brazo de bastidor a sus correspondientes brazos de plataforma, el tercer y cuarto brazo de plataforma, es igual a la realizada sobre el primer y segundo brazos de bastidor. La invención añade dos cadenas cinemáticas adicionales, iguales a las descritas previamente. Sin embargo, dichos tercer y cuarto brazos de bastidor están conectados al bastidor con juntas de revolución. El tercer brazo de bastidor y el cuarto brazo de bastidor están acoplados, de modo que el giro del tercer brazo de bastidor es igual en magnitud y con sentido opuesto al giro del cuarto brazo de bastidor. Esto significa que cuando el tercer brazo de bastidor gira 30º en sentido horario por ejemplo, el cuarto brazo de bastidor gira 30º en sentido antihorario. De forma alternativa, una velocidad de giro de 1 rad/s en sentido horario del tercer brazo de bastidor se corresponde a una velocidad de giro de 1 rad/s en sentido antihorario del cuarto brazo de bastidor. La configuración de dichos primer y segundo brazos de bastidor y dichos tercer y cuarto brazos de bastidor es tal que el primer brazo de bastidor y el segundo brazo de bastidor están contenidos en un primer plano y el tercer brazo de bastidor y cuarto brazo de bastidor están contenidos en un segundo plano, siendo el primer plano y el segundo plano ortogonales. El acoplamiento del tercer y cuarto brazos de bastidor implica que el primer y segundo brazos de plataforma y la plataforma están contenidos en el primer plano (definido en el párrafo anterior). Los dispositivos de manipulación paralela con dos grados de libertad existentes están construidos en un plano. Por ese motivo, la rigidez de estos mecanismos a lo largo del eje transversal se garantiza mediante las patas del robot, que han de ser rígidas a lo largo de este eje para minimizar las vibraciones y desviaciones y aumentar la precisión de posicionamiento. Ello conduce a piezas pesadas que perjudican la dinámica del robot. Esta construcción particular del dispositivo de manipulación limita los grados de libertad del dispositivo de manipulación... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad que comprende un bastidor (1), un primer brazo de bastidor (3), un segundo brazo de bastidor (3), estando accionado cada brazo de bastidor (3, 3) de forma independiente entre sí, cada brazo de bastidor (3, 3) con un primer extremo y un segundo extremo, un primer brazo de plataforma (5), un segundo brazo de plataforma (5), cada brazo de plataforma (5, 5) con un primer extremo y un segundo extremo, una plataforma (6) y un accionador terminal, estando el primer extremo del primer brazo de bastidor (3) y el primer extremo del segundo brazo de bastidor (3) conectados al bastidor (1) y estando el segundo extremo del primer brazo de bastidor (3) conectado a un primer extremo del primer brazo de plataforma (5) y el segundo extremo del segundo brazo de bastidor (3) conectado a un primer extremo del segundo brazo de plataforma (5), estando el segundo extremo del primer brazo de plataforma (5) y el segundo extremo del segundo brazo de plataforma (5) conectados a la plataforma (6), y estando la plataforma (6) unida al accionador terminal, en el que el dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad comprende además un tercer brazo de bastidor (4) y un cuarto brazo de bastidor (4), cada brazo de bastidor (4, 4) con un primer extremo y un segundo extremo, y un tercer brazo de plataforma (5) y un cuarto brazo de plataforma (5), cada brazo de plataforma (5, 5) con un primer extremo y un segundo extremo, estando el primer extremo del tercer brazo de bastidor (4) y el primer extremo del cuarto brazo de bastidor (4) conectados al bastidor (1) con juntas de revolución (8), el segundo extremo del tercer brazo de bastidor (4) conectado al primer extremo del tercer brazo de plataforma (5), el segundo extremo del cuarto brazo de bastidor (4) conectado al primer extremo del cuarto brazo de plataforma (5), y el segundo extremo del tercer brazo de plataforma (5) y el segundo extremo del cuarto brazo de plataforma (5) conectado a la plataforma (6), estando acoplados el tercer brazo de bastidor (4) y el cuarto brazo de bastidor (4), de modo que el giro del tercer brazo de bastidor (4) es igual en magnitud y con sentido opuesto al giro del cuarto brazo de bastidor (4), estando dichos primer brazo de bastidor (3) y segundo brazo de bastidor (3) contenidos en un primer plano y estando dichos tercer brazo de bastidor (4) y cuarto brazo de bastidor (4) contenidos en un segundo plano, siendo el primer plano y el segundo plano ortogonales, el acoplamiento del tercer y cuarto brazos de bastidor implica que el primer y segundo brazos de plataforma (5, 5) y la plataforma (6) estén contenidos en el primer plano. 2. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según la reivindicación 1, caracterizado porque la plataforma (6) es rígida. 3. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, caracterizado porque cada junta de revolución (8) comprende un engranaje (9), teniendo los engranajes (9) del tercer brazo de bastidor (4) y cuarto brazo de bastidor (4) una relación de radios igual a 1. 4. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, caracterizado porque cada junta de revolución (8) comprende dos poleas (11), teniendo las poleas (11) del tercer brazo de bastidor (4) y cuarto brazo de bastidor (4) igual diámetro y al menos una correa cruzada (10) fijada sobre dichas poleas (11). 5. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, caracterizado porque dicho dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad comprende dos patas (12, 12), que consisten en una primera pata (12) y una segunda pata (12), teniendo cada pata (12, 12) un primer extremo y un segundo extremo, estando conectada dicha primera pata (12) al tercer brazo de bastidor (4) mediante una junta de revolución (13) sobre el primer extremo y al bastidor (1) mediante una junta prismática (14) sobre el segundo extremo y estando conectada dicha segunda pata (12) al cuarto brazo de bastidor (4) mediante una junta de revolución (13) sobre el primer extremo y al bastidor (1) mediante una junta prismática (14) sobre el segundo extremo, siendo la primera pata (12) y la segunda pata (12) de la misma longitud y estando el segundo extremo de la primera pata (12) y el segundo extremo de la segunda pata (12) conectados entre sí sobre la junta prismática (14). 6. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 5, caracterizado porque juntas esféricas (7) conectan el primer brazo de bastidor (3) y el primer brazo de plataforma (5), el segundo brazo de bastidor (3) y el segundo brazo de plataforma (5), el tercer brazo de bastidor (4) y el tercer brazo de plataforma (5) y el cuarto brazo de bastidor (4) y el cuarto brazo de plataforma (5). 7. Dispositivo de manipulación paralela con dos grados de libertad según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 6, caracterizado porque las juntas esféricas (7) conectan los brazos de plataforma (5, 5, 5, 5) y la plataforma (6). 6   7   8   9     11   12   13   14