Un muñón robotizado de ejes múltiples y aparato de colocación de fibra que incorpora el mismo y método relacionado.

Un muñón robotizado configurado para articularse alrededor de al menos tres ejes (130,

132, 134), el muñón robóticocomprende:

una primera sección (160);

una segunda sección (162) acoplada a la primera sección (160);

una tercera sección (164) acoplada a la segunda sección (162).

En la que cada una de la primera sección (160), la segunda sección (162) y la tercera sección (164) están configuradaspara articularse alrededor de al menos un eje de los al menos tres ejes (130, 132, 134), en el que un primer eje (130) delos al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje (130) de cabeceo, un segundo eje (132) de los al menos tres ejes(130, 132, 134) incluye un eje de balanceo relativo a la primera, segunda y tercera secciones (160, 162, 164), la tercerasección (164) está configurada para articularse alrededor de cada uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134), y almenos dos de los al menos tres ejes (130, 132; 132, 134; 130, 134) están orientado tal que no se intersecan entre sí; unabanda de fibra y mecanismo de entrega de mechas asociado con la tercera sección (164);

Un primer cojinete (176) para acomodar la rotación relativa alrededor de uno de los ejes (130, 132), en el que se formauna abertura (174) en un primer cojinete (176).

Un segundo cojinete (184) acoplado entre la segunda sección (162) y la tercera sección (164) para acomodar la rotaciónde la tercera sección (164) relativa a la segunda sección (162) alrededor de una de los al menos tres ejes (130, 132,134); y

Un material de sistema de redirección configurado para entregar un elemento de material alargado a la banda de fibra yel mecanismo de entrega de mecha a lo largo de una trayectoria de material que sigue a lo largo de al menos uno de losejes de rotación, en el que una porción de la trayectoria de material se extiende a través de la abertura (174) del primercojinete (176)

En el que el sistema de redirección del material incluye un primer mecanismo (170) de redirección localizado en unprimer lado del primer cojinete (176) y un segundo mecanismo (178) de redirección localizado en un segundo lado delprimer cojinete (176).

En el que se forma una abertura (182) en el segundo cojinete (184) y en el que el sistema de redirección de materialentrega el elemento de material alargado a lo largo de otra porción del trayecto de material que se extiende a través de laabertura (182) del segundo cojinete (184),y

En el que el segundo mecanismo (178) de redirección y un tercer mecanismo (186) de redirección están localizados yconfigurados para entregar el elemento de material alargado a lo largo de otra porción de trayectoria de material.

Un muñón robotizado de ejes múltiples y aparato de colocación de fibra que incorpora el mismo y método relacionado

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere en general a métodos de colocación de fibras y a máquinas de colocación de fibras, y, más específicamente, a sistemas redireccionadores de fibras y a muñones robotizados de ejes múltiples asociados utilizados con tales métodos y máquinas de colocación de fibra.

ANTECEDENTES

La colocación de fibras es generalmente una técnica de colocación de una banda de fibras, tal como una pluralidad de mechas de fibras impregnadas previamente, sobre la superficie de un mandril o sobre una pieza de trabajo superpuesta para formar una estructura compuesta. La colocación de fibras ofrece diversas ventajas en la formación de una estructura compuesta que incluyen la capacidad de colocar una banda de fibras bajo diversos ángulos, anchuras y longitudes sobre perfiles y superficies conformados de manera diversa. De este modo, la colocación de fibras permite la fabricación de estructuras compuestas que presentan formas y superficies complejas al tiempo que simultáneamente permiten que la banda de fibras sea colocada y orientada en una orientación y configuración estructuralmente deseada.

Los sistemas de colocación de fibras incluyen un suministro de mechas de fibra, denominados en el presente documento como fileta o conjunto de fileta. Se suministran mechas individuales de fibras desde el conjunto de fileta y se alimentan a un muñón robotizado que incluye un cabezal de colocación o entrega. El muñón robotizado permite convencionalmente el posicionamiento del cabezal de colocación articulando el muñón alrededor de ejes múltiples. Por ejemplo, un muñón robotizado de ejes múltiples puede permitir el movimiento alrededor de tres ejes ortogonales denominados convencionalmente guiñada, cabeceo y balanceo.

Al alimentar las mechas de fibras desde un conjunto de fileta hasta la colocación, resulta deseable mantener al menos un mínimo nivel de tensión dentro de las mechas de fibras de tal manera que permanezcan relativamente tensas. Sin semejante tensión, las mechas de fibras pueden retorcerse, desplazarse y/o resultar dañadas. En el mejor de los casos, tales resultados pueden provocar un retraso en el procedimiento de colocación de fibras y requerir mantenimiento adicional del sistema de colocación de fibras por un operador del mismo. Sin embargo, una mecha o segmento de fibras dañado o colocado inadecuadamente de cualquier otra manera puede finalmente dar como resultado una estructura compuesta defectuosa.

La trayectoria de fibras de las mechas individuales entre el conjunto de fileta y el cabezal de colocación incluye usualmente hacer pasar las mechas de fibras alrededor de uno o más rodillos redireccionadores. Los rodillos redireccionadores permiten que las mechas de fibras cambien sus direcciones y también se acomoden a las posiciones y orientaciones cambiantes del muñón robotizado cuando éste posiciona el cabezal de colocación para la aplicación de mechas de fibras a una superficie deseada. En algunos sistemas de la técnica anterior, los rodillos redireccionadores están acoplados a servomotores u otros dispositivos de posicionamiento para permitir el posicionamiento independiente de los rodillos redireccionadores en un intento de definir y redefinir la trayectoria de las mechas de fibras dependiendo de, por ejemplo, la posición y orientación del muñón robotizado y su cabezal de colocación asociado.

Sin embargo, el uso de tales rodillos redireccionadores no ha sido totalmente exitoso en el mantenimiento de las mechas de fibras en un estado relativamente tenso. Por ejemplo, cuando un muñón robotizado se posiciona a sí mismo en los límites de desplazamiento alrededor de sus ejes de guiñada, cabeceo y balanceo, la trayectoria de las mechas de fibras se alarga convencionalmente, provocando una longitud adicional del material que se ha de alimentar desde el conjunto de fileta para las mechas individuales. Sin embargo, cuando el muñón robotizado llega a estar relativamente más retraído en sus posiciones de guiñada, cabeceo y balanceo, la trayectoria de fibras es acorta o se contrae convencionalmente, provocando que las mechas de fibras individual muestren un cantidad de holgura entre el conjunto de fileta y el cabezal de colocación. Tal holgura puede finalmente dar como resultado que una mecha de fibras resulte inaceptablemente retorcida, dañada o desplazada con respecto a su trayectoria individual alrededor de los diversos rodillos redireccionadores.

Aunque se han usado mecanismos, tal como el sistema de posicionamiento por servomotor antes mencionado, en un intento de controlar mejor la trayectoria cambiante de las mechas de fibra, tales sistemas han tenido un éxito limitado y además introducen complejidades y costes adicionales en sistemas de colocación de fibra. Por ejemplo, tales mecanismos pueden requerir un control por ordenador complicado para correlacionar los movimientos de un mecanismo de esta clase con los movimientos del muñón robotizado y del cabezal de colocación. Adicionalmente, tales mecanismos introducen cuestiones adicionales de mantenimiento para el operador del equipo de colocación de fibra.

Un aspecto algo relacionado con relación a muñones robotizados de ejes múltiples incluye el equipamiento de numerosos cables eléctricos u otras canalizaciones de transmisión (por ejemplo, entubado hidráulico o neumático) acoplados con los diversos controles, sensores, motores y otros accionadores asociados con el muñón y el cabezal de colocación. De nuevo, cuando un muñón robotizado de ejes múltiples se articula mediante sus diversos rangos de movimiento, tales canalizaciones de transmisión presentan cierta cantidad de holgura con el fin de evitar una extensión excesiva y el fallo a tracción de las mismas. De este modo, con las canalizaciones de transmisión presentando holgura de vez en cuando, dependiendo de la posición del muñón robotizado, tales canalizaciones de transmisión pueden engancharse en un objeto protuberante o enredarse de alguna otra manera.

La publicación US 4750960 (A) muestra un sistema de bobinado para el bobinado de un filamento que incluye un carrete que tiene un soporte de carrete con un cabezal giratorio de bobinado. Una bobina para canalizar filamento está montada de manera giratoria en el cabezal y el cabezal se proporciona con una argolla que puede ser rotada en trayectoria circular para el bobinado de un mandril. El mandril es sostenido en una posición fija. Se conecta un brazo manipulador robotizado al carrete y clasifica el carrete en una pluralidad de posiciones alrededor del mandril fijo.

La publicación US 5645677 (A) muestra una máquina que es proporcionada para soltar / bobinar de manera simultanea una pluralidad de fibra para hilar, que incluye un caballete o plataforma que soporta una placa de mecanismo de transporte de cabezal para soltar / bobinar movible a lo largo de las direcciones X, Y, Z, al menos un cabezal para soltar / bobinar montado de manera giratoria en la placa de mecanismo alrededor de al menos un eje vertical y que comprende un rodillo para soltar / bobinar, un mecanismo para presentar sobre las fibras para hilar del rodillo a lo largo de al menos dos vueltas tangentes , mecanismo selectivo para conducir y cortar cada fibra para hilar y bobinas que sueltan las fibras para hilar.

A la vista de los inconvenientes de la técnica, sería ventajosos proporcionar un sistema de colocación de fibra, incluyendo un sistema redireccionador de fibras y un muñón robotizado, que minimice el cambio de longitud de la trayectoria de fibras entre, por ejemplo, un conjunto de fileta y un cabezal de colocación al tiempo que se acomoda a las diversas posiciones, orientaciones y configuraciones que puedan asumir el muñón robotizado y el cabezal de colocación.

Adicionalmente, sería ventajoso proporcionar un sistema de colocación de fibras que tenga un sistema redireccionador de fibras que no requiera mecanismos de posicionamiento adicionales tales como, por ejemplo, servomotores, con un control atendido por ordenador del mismo. Preferiblemente, sería ventajoso hacer que un sistema redireccionador de esta clase controle continua y automáticamente la trayectoria de fibra, basándose en la posición y orientación del muñón robotizado y del cabezal de colocación, sin un control independiente de los mecanismos redireccionadores.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Según un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de redirección de fibra para ser utilizado en asociación con un muñón robotizado y un sistema de colocación de fibra. El sistema de redirección de fibra inlcuye al menos un mecanismo... [Seguir leyendo]

1. Un muñón robotizado configurado para articularse alrededor de al menos tres ejes (130, 132, 134) , el muñón robótico comprende:

una primera sección (160) ;

una segunda sección (162) acoplada a la primera sección (160) ;

una tercera sección (164) acoplada a la segunda sección (162) .

En la que cada una de la primera sección (160) , la segunda sección (162) y la tercera sección (164) están configuradas para articularse alrededor de al menos un eje de los al menos tres ejes (130, 132, 134) , en el que un primer eje (130) de los al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje (130) de cabeceo, un segundo eje (132) de los al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje de balanceo relativo a la primera, segunda y tercera secciones (160, 162, 164) , la tercera sección (164) está configurada para articularse alrededor de cada uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134) , y al menos dos de los al menos tres ejes (130, 132; 132, 134; 130, 134) están orientado tal que no se intersecan entre sí; una banda de fibra y mecanismo de entrega de mechas asociado con la tercera sección (164) ;

Un primer cojinete (176) para acomodar la rotación relativa alrededor de uno de los ejes (130, 132) , en el que se forma una abertura (174) en un primer cojinete (176) .

Un segundo cojinete (184) acoplado entre la segunda sección (162) y la tercera sección (164) para acomodar la rotación de la tercera sección (164) relativa a la segunda sección (162) alrededor de una de los al menos tres ejes (130, 132, 134) ; y

Un material de sistema de redirección configurado para entregar un elemento de material alargado a la banda de fibra y el mecanismo de entrega de mecha a lo largo de una trayectoria de material que sigue a lo largo de al menos uno de los ejes de rotación, en el que una porción de la trayectoria de material se extiende a través de la abertura (174) del primer cojinete (176)

En el que el sistema de redirección del material incluye un primer mecanismo (170) de redirección localizado en un primer lado del primer cojinete (176) y un segundo mecanismo (178) de redirección localizado en un segundo lado del primer cojinete (176) .

En el que se forma una abertura (182) en el segundo cojinete (184) y en el que el sistema de redirección de material entrega el elemento de material alargado a lo largo de otra porción del trayecto de material que se extiende a través de la abertura (182) del segundo cojinete (184) ,

y

En el que el segundo mecanismo (178) de redirección y un tercer mecanismo (186) de redirección están localizados y configurados para entregar el elemento de material alargado a lo largo de otra porción de trayectoria de material.

2. El muñón robótico de la reivindicación 1, el primer mecanismo (170) de redirección localizado en un primer lado del primer cojinete (176) y el segundo mecanismo (178) de redirección localizado en un segundo lado del primer cojinete (176) lleva el material alargado a lo largo de la porción de trayectoria de material que se extiende a través de la abertura del primer cojinete.

3. El muñón robótico de la reivindicación 2, en el que el primer mecanismo (170) de redirección comprende al menos un primer conjunto (172A, 172B) de rodillos y en el que el segundo mecanismo (178) comprende al menos un segundo conjunto (180A, 180B) de rodillos.

4. El muñón robótico de la reivindicación 3, en el que cada uno del al menos primer conjunto (172A, 172B) de rodillos y el al menos segundo conjunto (180A, 180B) de rodillos están localizados y configurados para interconectarse con una pluralidad de mechas de fibra.

5. El muñón robótico de la reivindicación 4, en el que el segundo mecanismo (178) de redirección y el tercer mecanismo (186) de redirección están localizados y configurados para entregar el elemento de material alargado a lo largo de otro porción de la trayectoria de material que se extiende de manera sustancial a lo largo de uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134) .

6. El muñón robótico de la reivindicación 1, en el que el sistema de redirección está configurado para entregar el elemento de material alargado a lo largo de la trayectoria de material tal que pase a través de cada uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134) .

7. El muñón robótico de la reivindicación 6, en el que el eje (130) de cabeceo y el eje (132) de guiñada se definen para intersecar entre sí.

8. El muñón robótico de la reivindicación 7, en el que el eje (130) de cabeceo y el eje (134) de balanceo se definen para extenderse en direcciones de manera sustancialmente perpendiculares en planos separados no intersecantes.

9. El muñón robótico de la reivindicación 6, en el que el eje (132) de guiñada y el eje (134) de balanceo se definen para intersecar entre sí.

10. El muñón robótico de la reivindicación 1, en el que la banda de fibra y el mecanismo de entrega de mecha incluye un cabezal de colocación de material acoplado a la tercera sección (164) y configurado para disponer al menos una porción del elemento de material alargado en una superficie específica de una pieza de trabajo.

11. Un método para transportar un elemento de material alargado en asociación con un muñón robótico configurado para articularse alrededor de al menos tres ejes (130, 132, 134) en el que el muñón robótico incluye una primera sección (160) , una segunda sección (162) acoplada con la primera sección (160) y una tercera sección (164) acoplada con la segunda sección (162) , en el que un primer eje (130) de los al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje (130) de cabeceo, un segundo eje (132) de los al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje (132) de guiñada, y un tercer eje (134) de los al menos tres ejes (130, 132, 134) incluye un eje (134) de balanceo relativo a la primera, segunda y tercera secciones (160, 162, 164) en el que cada una de la primera sección (160) , la segunda sección (162) y tercera sección

(164) están configuradas para articularse alrededor de al menos uno de los tres ejes (130, 132, 134) y la tercera sección

(164) está configurada para articularse alrededor de cada uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134) , el método comprende:

orientar los al menos tres ejes (130, 132, 134) tal que los al menos dos ejes de los al menos tres ejes (130, 132; 132, 134; 130, 134) no intersecan entre sí.

Transportar el elemento de material alargado desde una primera localización a una segundo localización cercana a la primera sección (160) por un primer mecanismo (170) de redirección.

Transportar el elemento de material alargado desde una segunda localización a una tercera localización por un segundo mecanismo (178) de redirección de manera sustancia a lo largo de una trayectoria de material que sigue a lo largo de al menos uno de los tres ejes (130, 132, 134) en el que una porción de la trayectoria de material se entiende a través de una abertura (174) de un primer cojinete (176) acomodando la rotación relativa alrededor de uno de los ejes (130, 132) y a través de una abertura (182) de un segundo cojinete (184) acoplado entre la segunda sección (162) y una tercera sección (164) para acomodar la rotación de la tercera sección (164) relativa a la segunda sección (162) alrededor de uno de los al menos tres ejes (130, 132, 134) ;

Transportar el elemento de material alargado desde una tercera localización a una superficie específica de una pieza de trabajo por un tercer mecanismo (186) de redirección.