Dispositivo motorizado compensado dinámicamente para ajustar la posición de una pieza móvil respecto de un bastidor.

Dispositivo motorizado de ajuste de la posición de un primer equipo denominado equipo principal (10),

que se monta móvil con uno o varios grados de libertad de movimiento de rotación y/o traslación con respecto a un soporte (13) montado sobre la estructura (12). Dicho dispositivo se compone de:

- Un segundo equipo, denominado equipo de compensación (15), montado con movimiento de rotación y/o traslación que puede desplazarse con respecto al soporte con el(los) mismo(s) grado(s) de libertad que el equipo principal (10) pero en sentido opuesto, y se caracteriza por estar constituido de:

- Un dispositivo motorizado, denominado de accionamiento compensado (18, 28, 38), que está conectado tanto al equipo principal (10) como al equipo de compensación, siendo al mismo tiempo dicho dispositivo de accionamiento compensado independiente de la estructura (12) y del soporte (13), y adaptado para poder desplazar el equipo principal (10) y el equipo de compensación (15) uno con respecto al otro y en sentido opuesto según distintos grados de libertad de movimiento con respecto al soporte (13); el equipo de compensación (15) y el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) están, al mismo tiempo, adaptados para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en el soporte por los desplazamientos con respecto a éste último del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15).

caracterizado porque:

- el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) está adaptado para poder ajustar y establecer una posición relativa del equipo de compensación (15) con respecto al equipo principal (10),

- y por disponer de un dispositivo de retorno (14, 25, 40) del equipo principal (10) a una posición denominada posición nominal, con respecto al soporte (13) y/o un dispositivo de retorno (16, 26, 47) del equipo de compensación (15) a una posición, denominada posición nominal, con respecto al soporte; dicho(s) dispositivo(s) (14, 16, 25, 26, 40, 47) está(n) asimismo adaptado(s) para permitir los desplazamientos relativos del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15) entre ellos y de cada uno de ellos con respecto al soporte (13) mediante el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38); el/los dispositivo(s) de retorno (14, 16, 25, 26, 40, 47) esta(n) igualmente adaptado(s) para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en la estructura (13) por los desplazamientos del equipo principal (10) y del equipo de compensación con respecto al soporte (13).

Dispositivo motorizado compensado dinámicamente para ajustar la posición de una pieza móvil respecto de un bastidor

La presente invención describe un dispositivo motorizado de ajuste de la posición, con respecto a una estructura, de un primer equipo móvil, denominado equipo principal, con movimiento de rotación y/o traslación, que se monta sobre un soporte, acoplado, a su vez, a dicha estructura o armazón.

Existe una gran cantidad de sistemas mecánicos en los que es necesario ajustar la posición de un equipo móvil con respecto a una estructura, y un gran número de soluciones que permiten realizar dichos ajustes; la solución consiste normalmente en la modificación de la posición del equipo móvil con respecto a una estructura, con uno o varios grados de libertad de movimiento. Este tipo de ajustes no suele tener ninguna dificultad técnica en particular y puede ser realizado por medio de cualquier accionador motorizado (cilindro hidráulico o neumático, motor

o servomotor eléctrico…)

En algunas aplicaciones, especialmente en los sistemas ópticos, y más concretamente en los utilizados en los sistemas espaciales, (satélites artificiales, sondas espaciales...) , es necesario realizar este ajuste de posición con una gran precisión y rapidez, teniendo en cuenta que la masa en movimiento puede ser relativamente importante (normalmente varios centenares de gramos) .

Este tipo de ajuste de posición debe ser, además, compatible con su entorno y en particular con el entorno espacial y debe ser, a su vez, respetuoso con el mismo. A este respecto, el inventor ha observado que los dispositivos de ajuste motorizados conocidos hasta la fecha tienen todos el efecto de inducir esfuerzos de reacción en la estructura, y dicho efecto, denominado también rechazo, aunque considerado hasta el momento como inevitable, es inaceptable si se encuentra cerca o dentro de un instrumento de gran precisión.

Por lo tanto, el documento US 5277076 describe el funcionamiento de un mecanismo que controla los desplazamientos rotatorios de una plataforma con respecto a una estructura. Para ello se acopla un órgano de reacción en torno a un eje paralelo al eje de rotación de la plataforma, con respecto a la estructura. Unos motores colocados en la estructura controlan los desplazamientos oscilatorios del órgano de reacción. Unos elementos mecánicos flexibles unen de forma mecánica el órgano de reacción con la plataforma de tal manera que ésta última se desplaza en sentido opuesto con respecto al órgano de reacción. Si bien este documento tiene el propósito de evitar las reacciones provocadas en la estructura, en realidad los motores provocan necesariamente este tipo de reacciones. Del mismo modo, el documento US 5283682 detalla un sistema parecido, que presenta los mismos inconvenientes.

El documento US 3952217 describe un mecanismo que provoca el movimiento oscilatorio de un espejo, minimizando al mismo tiempo las alteraciones en el vehículo que lo soporta. El soporte del espejo tiene un movimiento oscilatorio sobre unas extremidades, sobre las cuales se monta igualmente un cuadro de equilibrio que tiene un movimiento oscilatorio con respecto a dichas extremidades. El soporte de espejo lleva muelles de lámina o ballesta que llegan hasta los topes del cuadro de equilibrio, con el fin de provocar los desplazamientos oscilatorios de uno de los dos elementos con respecto al otro. Al mismo tiempo se intercala un motor par entre el soporte del espejo y el cuadro de equilibrio que provoca dichos movimientos oscilatorios. Para modificar la posición angular media del cuadro de equilibrio con respecto a la estructura se ha previsto un motor; este dispositivo no permite los movimientos oscilatorios libres no controlados del soporte de espejo con respecto al cuadro de equilibrio y viceversa, ni ajustes de posición de gran precisión.

Ahora bien, el inventor ha estipulado que, sin embargo, actualmente se puede crear un dispositivo de ajuste como el mencionado anteriormente que no someta la estructura a alteraciones como vibraciones o esfuerzos. El invento pretende, por tanto, ofrecer un dispositivo motorizado de ajuste que incorpore esta propiedad.

El propósito del invento es ofrecer igualmente un dispositivo que presente las cualidades mencionadas anteriormente en cuanto a precisión, velocidad y masa en movimiento.

El invento tiene el propósito de proporcionar un dispositivo que presente una vida útil y una fiabilidad importantes, y en particular, que sean compatibles con su explotación en un sistema espacial.

El invento pretende igualmente alcanzar estos objetivos de forma simple y económica, y poder ser compatible con su explotación a escala industrial.

Para llevar esto a cabo, se ha ideado un dispositivo motorizado de ajuste, sobre un armazón o estructura, de un primer equipo móvil denominado equipo principal, con un grado de libertad de movimiento de rotación y traslación con respecto a un soporte colocado sobre la estructura o armazón. Dicho equipo se compone de:

- Un segundo equipo, denominado equipo de compensación, que tiene movimiento de rotación y/o traslación sobre el soporte, de manera que éste pueda ser desplazado sobre dicho soporte con un/os grado/os de libertad de movimiento similar/es al/los del equipo principal, pero en sentido opuesto.

- Un dispositivo motorizado, llamado dispositivo de accionamiento compensado, unido al equipo principal y al equipo de compensación, e independiente de la estructura y del soporte, adaptado para poder desplazar los dos equipos, tanto el principal como el de compensación, entre ellos y en sentido opuesto según el grado de libertad de movimiento que permita el soporte; el equipo de compensación y el dispositivo de accionamiento compensado han sido adaptados para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en el soporte por los movimientos de los equipos principal y de compensación con respecto a dicho soporte,

y se caracteriza por:

- que el dispositivo de accionamiento compensado está adaptado para poder controlar y establecer una posición relativa determinada del equipo de compensación con respecto al equipo principal.

- y porque dispone de un dispositivo de retorno a una posición del equipo principal, denominada posición nominal, con respecto al soporte y/o un dispositivo de retorno a una posición, denominada posición nominal, del equipo de compensación con respecto al soporte. El/los dispositivos de retorno está/n adaptados para permitir los desplazamientos relativos del equipo principal y el de compensación entre ellos y de cada uno de ellos con respecto al soporte mediante el dispositivo de accionamiento compensado. El/Los dispositivo/s de retorno está/n igualmente adaptados para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en el soporte por los desplazamientos de los equipos principal y de compensación con respecto al mismo.

Cabe señalar que se puede minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en el soporte por los desplazamientos de los equipos móviles principal y de compensación de diferentes formas. El equipo de compensación, el dispositivo de accionamiento motorizado compensado y todos los dispositivos de retorno pueden poseer un gran número (en realidad una infinidad) de variantes estructurales y funcionales, pudiendo cada una de ellas estar diseñada de acuerdo con el principio general de la dinámica para que presenten una resultante de reacción mínima, o incluso prácticamente nula. Para conseguir una resultante de reacción nula, podemos intervenir, en especial, en las propiedades de inercia del equipo de compensación (masa, momentos de inercia) con respecto a las del equipo principal, o bien en las trayectorias y aceleraciones (lineales y/o rotatorias) provocadas por el dispositivo de accionamiento compensado sobre el equipo de compensación con respecto a las del equipo principal,

o bien en las propiedades de inercia y en las trayectorias y aceleraciones del equipo de compensación al mismo tiempo. Si las propiedades de inercia son las mismas, las aceleraciones de los dos equipos con respecto al soporte también serán las mismas.

Si las propiedades de inercia de los dos equipos son diferentes, las aceleraciones de ambos con respecto al soporte también lo serán. En este caso, el dispositivo de accionamiento compensado se desplazará él mismo con respecto al soporte y participará en la compensación. Por ejemplo, puede ser ventajoso –en particular en los casos de dispositivos instalados en sistemas espaciales- utilizar un equipo de compensación de menor masa con el fin de minimizar la masa total del conjunto.

El dispositivo de accionamiento compensado... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo motorizado de ajuste de la posición de un primer equipo denominado equipo principal (10) , que se monta móvil con uno o varios grados de libertad de movimiento de rotación y/o traslación con respecto a un soporte (13) montado sobre la estructura (12) . Dicho dispositivo se compone de:

- Un segundo equipo, denominado equipo de compensación (15) , montado con movimiento de rotación y/o traslación que puede desplazarse con respecto al soporte con el (los) mismo (s) grado (s) de libertad que el equipo principal (10) pero en sentido opuesto, y se caracteriza por estar constituido de:

- Un dispositivo motorizado, denominado de accionamiento compensado (18, 28, 38) , que está conectado tanto al equipo principal (10) como al equipo de compensación, siendo al mismo tiempo dicho dispositivo de accionamiento compensado independiente de la estructura (12) y del soporte (13) , y adaptado para poder desplazar el equipo principal (10) y el equipo de compensación (15) uno con respecto al otro y en sentido opuesto según distintos grados de libertad de movimiento con respecto al soporte (13) ; el equipo de compensación (15) y el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) están, al mismo tiempo, adaptados para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en el soporte por los desplazamientos con respecto a éste último del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15) .

caracterizado porque:

- el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) está adaptado para poder ajustar y establecer una posición relativa del equipo de compensación (15) con respecto al equipo principal (10) ,

- y por disponer de un dispositivo de retorno (14, 25, 40) del equipo principal (10) a una posición denominada posición nominal, con respecto al soporte (13) y/o un dispositivo de retorno (16, 26, 47) del equipo de compensación (15) a una posición, denominada posición nominal, con respecto al soporte; dicho (s) dispositivo (s) (14, 16, 25, 26, 40, 47) está (n) asimismo adaptado (s) para permitir los desplazamientos relativos del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15) entre ellos y de cada uno de ellos con respecto al soporte (13) mediante el dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) ; el/los dispositivo (s) de retorno (14, 16, 25, 26, 40, 47) esta (n) igualmente adaptado (s) para minimizar la resultante de los esfuerzos de reacción provocados en la estructura (13) por los desplazamientos del equipo principal (10) y del equipo de compensación con respecto al soporte (13) .

2. Dispositivo diseñado según la solicitud 1, que se caracteriza por que el soporte (13) se monta móvil con respecto a la estructura (12) con el (los) mismo (s) grado (s) de libertad de montaje que el equipo principal (10) y el equipo de compensación (15) con respecto al soporte (13) , y en que está compuesto por un mecanismo de acoplamiento o montaje (17, 19, 29, 37 , 39, 44, 45, 46) del soporte (13) sobre la estructura (12) ; dicho mecanismo de montaje (17, 19, 29, 37 , 39, 44, 45, 46) une el soporte con la estructura e incluye, como mínimo, un órgano de retorno del soporte (19, 44) a una posición determinada, denominada posición nominal, con respecto a la estructura (12) .

3. Dispositivo diseñado según la solicitud 2, caracterizado por estar adaptado para absorber, al menos en parte, los esfuerzos de reacciones residuales provocadas en el soporte (13) por los desplazamientos del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15) según el grado de libertad de movimiento de cada uno de ellos.

4. Dispositivo diseñado según una de las solicitudes (2 o 3) , caracterizado por que el mecanismo de montaje se compone de un accionador motorizado como mínimo (19, 29, 39) , preparado para ajustar de forma precisa la posición del soporte (13) con respecto a la estructura (12) , uno o varios sensores de esfuerzos adaptados para emitir una señal representativa de los esfuerzos residuales de reacción causados en el soporte por los desplazamientos del equipo principal (10) y del equipo de compensación (15) , según el grado de libertad de movimiento de cada uno de ellos, y un dispositivo de regulación del movimiento adaptado para emitir una señal de control de cada accionador motorizado con el fin de poder modificar la posición del soporte (13) con respecto a la estructura (12) y minimizar así la transmisión de dichos esfuerzos de reacción en la estructura.

5. Dispositivo según una de las solicitudes 2 a 4, que se caracteriza por que dicho mecanismo de montaje dispone de al menos un órgano de amortiguación (45) que une el soporte (13) con la estructura (J 2) .

6. Dispositivo según una de las solicitudes 1 a 5, caracterizado por que tanto el equipo principal (10) como el equipo de compensación (15) se montan con movimiento de traslación en torno a un mismo eje de traslación (31) con respecto al soporte (13) .

7. Dispositivo según la solicitud 6, caracterizado por que el centro de gravedad del equipo principal (10) y el del equipo de compensación (15) están situados en torno al eje de traslación (31) y por que el dispositivo de accionamiento compensado (38) se compone de varios accionadores repartidos uniformemente en torno al eje de traslación (31) .

8. Dispositivo diseñado según las solicitudes 1 a 7, caracterizado por que el equipo principal (10) y el equipo de compensación (15) se montan con movimiento de rotación alrededor de un eje, también de rotación (11) , con respecto al soporte (13) .

9. Dispositivo diseñado según la solicitud 8, caracterizado por que tanto el equipo principal (10) como el equipo de compensación (15) se ajustan alrededor del eje de rotación (11) , y por que el dispositivo de accionamiento compensado (18a, 18b) está constituido por varios accionadores repartidos uniformemente alrededor de dicho eje de rotación (11) .

10. Mecanismo diseñado según las solicitudes 1 a 9, caracterizado por que el dispositivo de accionamiento compensado incorpora uno o varios accionadores motorizados (18, 38) , seleccionados entre varios accionadores, como un accionador piezo-eléctrico o electromagnético, un servomotor eléctrico que pone en marcha un sistema de tornillo sinfín/tuerca, un cilindro o un motor eléctrico.

11. Mecanismo diseñado según una de las solicitudes 1 a 10, caracterizado por incorporar un dispositivo de accionamiento compensado (18, 28, 38) unido solamente al equipo principal (10) y al de compensación (15) e intercalado, al menos de modo funcional, entre estos dos equipos móviles.

12. Dispositivo diseñado según las solicitudes 1 a 11, caracterizado por que el equipo de compensación (15) presenta las mismas propiedades de inercia que el equipo principal (10) según los diferentes modos de desplazamiento del mismo con respecto al soporte (13) .

13. Dispositivo diseñado según una de las solicitudes 1 a 12, caracterizado por incorporar un dispositivo de retorno elástico (14, 25, 40) del equipo principal (10) a una posición nominal con respecto al soporte (13) , y un dispositivo de retorno elástico (16, 26, 47) del equipo de compensación (15) a una posición nominal con respecto al soporte (13) , y porque ambos dispositivos de retorno elástico (14, 16, 25, 26, 40, 47) están adaptados para ejercer esfuerzos de retorno elástico con el mismo grado de amplitud de movimiento y en sentido opuesto, sea cual sea la posición del equipo principal (10) y el de compensación (15) .

14. Dispositivo diseñado según una de las solicitudes de 1 a 13, caracterizado por incorporar uno o varios sensores de posición (21) adaptados para emitir una señal representativa de la posición del equipo principal (10) con respecto a la estructura (12) , y/o uno o varios sensores de posición (22) adaptados para emitir una señal representativa de la posición del equipo de compensación (15) con respecto a la estructura (12) , y/o uno o varios sensores de posición

(23) adaptados para emitir una señal representativa de la posición del soporte (13) con respecto a la estructura (12) .

15. Instrumento óptico compuesto por no menos de un sistema óptico con un eje óptico cuya característica principal radica en que éste incluye al menos uno de los dispositivos descritos en las solicitudes 1 a 14 de ajuste de la posición de un órgano del sistema óptico con respecto a una estructura.