ES2339766T3 - Manipulador cinematico paralelo y metodo de funcionamiento del mismo, que incluye accionadores emparejados. - Google Patents
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Abstract
Un robot industrial incluyendo un manipulador cinemático paralelo incluyendo una plataforma estacionaria, una plataforma móvil (20; 418), y tres brazos que conectan la plataforma estacionaria con la plataforma móvil (20; 418), incluyendo el primer brazo una primera parte de brazo (6; 47) y una segunda parte de brazo articulado (8; 420), incluyendo el segundo brazo una primera parte de brazo (7; 48) y una segunda parte de brazo articulado (9; 422), e incluyendo cada brazo un accionador (3, 4, 5; 41, 42, 43) a saber, un primer, un segundo y un tercer accionador respectivamente para mover el brazo en relación a la plataforma estacionaria, donde el tercer brazo (10; 49) incluye una sola articulación (19; 417) que conecta el tercer brazo con la plataforma móvil (20; 418) mediante juntas respectivas (19A, 19B, 417B) y la primera parte de brazo (6; 47) del primer brazo incluye un cuarto accionador adicional (21; 419) dispuesto para girar la segunda parte de brazo articulado (8; 420) del primer brazo alrededor de un primer eje (A) basculando por ello la plataforma (20; 418) alrededor de un primer eje de basculamiento, la primera parte de brazo (7; 48) del segundo brazo se ha previsto incluyendo un quinto accionador adicional (22; 421) dispuesto para girar la segunda parte de brazo (9; 422) del segundo brazo alrededor de un segundo eje (B) basculando por ello la plataforma (20; 418) alrededor de un segundo eje de basculamiento, caracterizado porque la segunda parte de brazo (8; 420) del primer brazo incluye tres articulaciones (14; 15, 16; 412, 413, 414) montadas, en su extremo respectivo, en la segunda parte de brazo (8; 420) del primer brazo mediante elementos (11, 12; 410) y juntas respectivas (14A, 15A; 23A; 16A) teniendo cada una al menos dos grados de libertad, y montadas, en su otro extremo respectivo, en la plataforma móvil (20; 418) con juntas respectivas (14B, 15B, 16B; 412B, 413B, 414B) teniendo cada una al menos dos grados de libertad; la segunda parte de brazo (9; 48) del segundo brazo incluye dos articulaciones (17, 18; 415, 416) montadas, en su extremo respectivo, en la segunda parte de brazo (9; 422) del segundo brazo mediante un elemento (13; 411) y juntas respectivas (17A, 18A) teniendo cada una al menos dos grados de libertad y montadas, en su otro extremo respectivo, en la plataforma móvil (20; 418) con juntas respectivas (17B, 18B; 415B, 416B) que tienen al menos dos grados de libertad y porque, al bascular, la plataforma (20; 418) se hace bascular alrededor de un eje arbitrario obteniendo cinco grados de libertad.
Description
Manipulador cinemático paralelo y método de
funcionamiento del mismo, que incluye accionadores emparejados.
La presente invención se refiere a un robot
industrial, incluyendo un manipulador y una unidad de control que
tiene medios para operar automáticamente el manipulador. El
manipulador incluye un manipulador cinemático paralelo incluyendo
al menos tres brazos, incluyendo cada uno una disposición de
articulación. Las tres disposiciones de articulación soportan
conjuntamente, directa o indirectamente, un elemento operativo de
plataforma dispuesto para ejecutar la función deseada.
La expresión "manipulador cinemático
paralelo", PKM, se define como un manipulador incluyendo un
primer elemento estacionario, un segundo elemento móvil (plataforma)
y al menos tres brazos. Cada brazo incluye una primera parte de
brazo de soporte y una segunda parte de brazo, constando ésta última
de una disposición de articulación conectada a la plataforma móvil.
Cada primera parte de brazo es accionada por unos medios de
accionamiento dispuestos preferiblemente en el elemento estacionario
para reducir la masa móvil. Estas disposiciones de articulación
transfieren fuerzas debido al accionamiento de las primeras partes
de brazo de soporte al manipular la plataforma móvil.
El robot de tipo conocido llamado robot SCARA es
un manipulador cinemático serie usado primariamente para mover y
girar objetos sin cambiar la inclinación de los objetos. El
manipulador incluye articulaciones cinemáticas acopladas en serie.
Estos robots tienen normalmente cuatro grados de libertad en las
direcciones x, y, z y \varphi_{z} (rotación del objeto
alrededor de un eje paralelo al eje z). Para manipular el objeto en
el plano xy se usan dos brazos acoplados en serie y que trabajan en
el plano xy. Para lograr movimiento en la dirección z se usa un
dispositivo de movimiento lineal. Este dispositivo está dispuesto
después de los brazos acoplados en serie o antes de los brazos
acoplados en serie. En el primer caso, los brazos acoplados en
serie deben mover el conjunto de accionamiento para el movimiento z,
y en el último caso el conjunto de accionamiento para el movimiento
z debe mover los brazos acoplados en serie. El conjunto de
accionamiento para el movimiento \varphi_{z} siempre estará
situado en el extremo final de la cadena cinemática del robot.
Varias propiedades relativas al robot SCARA se
mejoran con un robot, que manipula un objeto mediante operación en
paralelo, es decir un manipulador cinemático paralelo, PKM. Según la
descripción anterior, un robot cinemático de serie incluye una masa
grande y así se adapta a frecuencias naturales mecánicas bajas, la
exactitud es limitada y se requieren pares motores grandes para
hacer posibles los movimientos de alta aceleración, sacudida y
velocidad.
Un robot cinemático paralelo es un diseño que
ofrece un alto grado de capacidad de carga, alta rigidez, altas
frecuencias naturales y bajo peso. Se requieren tres brazos que
trabajan en paralelo para lograr la manipulación de una plataforma
en tres grados de libertad, es decir, las direcciones x, y y z en un
sistema de coordenadas cartesianas. Se requieren seis brazos que
trabajan en paralelo para lograr la manipulación de una plataforma
en los seis grados de libertad, es decir las direcciones x, y, z y
el ángulo de rotación/inclinación de un objeto colocado en la
plataforma.
Idealmente, un objeto debería ser manipulado por
un total de seis articulaciones separadas, que transfieren
solamente fuerzas de compresión y de tracción al objeto manipulado
para lograr una manipulación rígida y exacta. Generalmente, el PKM
incluye de tres a seis primeras partes de brazo. Como un ejemplo, un
manipulador con cuatro brazos diseñado para cuatro grados de
libertad tiene segundas partes de brazo que comparten la seis
articulaciones separadas. Esto solamente es posible con ciertas
combinaciones de las articulaciones, como por ejemplo, 2/2/1/1 o
3/1/1/1. 2/2/1/1 significa que dos primeras partes de brazo de
soporte están conectadas a la respectiva segunda parte de brazo,
que incluye dos articulaciones y otras dos primeras partes de brazo
de soporte están conectadas a la respectiva segunda parte de brazo,
que incluye una sola articulación.
Un manipulador conocido manipula una plataforma,
que no cambia la inclinación en toda la zona de trabajo. El robot
tiene tres primeras partes de brazo de soporte, cada una conectada a
una segunda parte de brazo, en paralelismo cinemático. A partir de
este robot, es conocido disponer un total de seis articulaciones
opcionalmente distribuidas en tres primeras partes de brazo según
las combinaciones 2/2/2 o 3/2/1.
Un dispositivo conocido para movimiento relativo
de un primer elemento en relación a un segundo elemento según la
combinación 2/2/2 se describe en la solicitud internacional WO
99/58301. Los tres brazos incluyen una primera parte de brazo de
soporte conectada a una segunda parte de brazo, que incluye una
disposición de articulación. El primer elemento se describe como
estacionario y el segundo elemento es manipulado en las direcciones
x, y y z por medios de accionamiento. Cada disposición de
articulación está conectada a una primera parte de brazo de soporte
y al segundo elemento, respectivamente, por medio de juntas de 2 o 3
grados de libertad. Cada medio de accionamiento incluye una porción
estacionaria y una porción rotativa, donde la porción estacionaria
está incluida en el primer elemento estacionario. Usando los números
de referencia en el documento, cada medio de accionamiento tiene su
porción rotativa conectada a las primeras partes de brazo 6, 7 y 8.
Los medios de accionamiento 3 pivotan la primera parte de brazo 6 y
los medios de accionamiento 4 pivotan la primera parte de brazo 7
alrededor del mismo eje geométrico 37. Los terceros medios de
accionamiento 5 pivotan la primera parte de brazo 8 alrededor de un
eje geométrico 38, que es no paralelo con el eje de pivote 37. Los
terceros medios de accionamiento 5 implican que, al pivote de la
parte de brazo de soporte 7 por medio de los medios de
accionamiento 4, también la parte de brazo de soporte 8 lo
acompañará como consecuencia del hecho de que un eje 53 y también
una rueda dentada 10 acompañarán el movimiento de pivote. Así, los
medios de accionamiento 4 y 5 deben acelerar más y están más
fuertemente cargados en comparación con los medios de accionamiento
3. En consecuencia, este diseño de manipulador necesita tres diseños
diferentes de medios de accionamiento con tres dimensiones de
accionamiento diferentes. Esto hace más complicado el diseño y que
el manipulador sea relativamente caro de procesar. Otra consecuencia
es que los primeros medios de movimiento soportan el momento de
inercia más alto y habrá una distribución no uniforme del momento
de inercia en el manipulador. Además, las frecuencias naturales
mecánicas serán inferiores a causa de la masa extra que el eje 2
tiene que girar, lo que da un control menos exacto a frecuencias de
movimiento más altas.
Un dispositivo para movimiento relativo de un
primer y un segundo elemento según la segunda combinación 3/2/1 se
describe en la solicitud internacional WO 97/33726. El dispositivo
incluye un manipulador incluyendo tres brazos dispuestos para
conectar una plataforma estacionaria y otra móvil. Cada brazo
incluye una primera parte de brazo de soporte y una segunda parte
de brazo conectadas una a otra, donde la respectiva segunda parte
de brazo incluye una disposición de articulación. Tres accionadores
están fijados a la plataforma estacionaria y accionan una primera
parte de brazo cada uno. Una primera parte de brazo de soporte está
conectada a una disposición de articulación de segunda parte de
brazo incluyendo tres articulaciones en paralelo. Otra primera
parte de brazo está conectada a una disposición de articulación
doble y otra primera parte de brazo está conectada a una sola
articulación, donde todas las articulaciones están conectadas a la
plataforma móvil.
El documento US 5.539.291 representa un
manipulador cinemático paralelo. Un soporte sostiene una parte de
brazo de soporte biaxial controlable. Esta parte de brazo soporta, a
su vez, una segunda parte de brazo, que sostiene un objeto móvil.
Un primer y un tercer brazo de soporte que pivotan alrededor de un
eje común de pivote, están conectados al objeto móvil mediante
brazos exteriores incluyendo correas con la función de una
combinación entre una parte de brazo y una cuarta articulación. Los
brazos exteriores y el segundo brazo de soporte están dispuestos
para transmitir fuerzas de compresión y de tracción así como
momentos de torsión. El resultado es un diseño relativamente
voluminoso de un manipulador con un volumen operativo limitado.
Además, el manipulador representado tiene menos rigidez, menor
exactitud y frecuencias naturales mecánicas muy inferiores en
comparación con un manipulador incluyendo partes de brazo que
transmiten solamente fuerzas de compresión y de tracción.
El documento US 6.047.610 describe un
manipulador robótico serie/paralelo híbrido incluyendo una
plataforma base, sobre la que se montan dos articulaciones de cinco
barras en articulaciones base rotativas. Las dos articulaciones
están conectadas a una plataforma móvil y están montadas
rotativamente en la articulación base rotativa, logrando por ello
cinco grados de libertad de la plataforma móvil, tres de traslación
y dos de rotación.
El documento
DE-A-19 710 171 describe un robot
industrial y un método según los preámbulos de las reivindicaciones
1 y 13, respectivamente.
Los inconvenientes anteriores se resuelven,
según un primer aspecto de la invención, en un robot industrial que
tiene las características definidas en la reivindicación 1.
Según una característica de la invención, el
primer accionador está adaptado para movimiento lineal. Según una
característica de la invención, el tercer brazo articulado incluye
una junta unida a la plataforma móvil. Según una característica de
la invención, la junta está unida en línea con juntas que conectan
la parte de brazo articulado y la plataforma móvil. Según una
característica de la invención, la junta está unida en línea con
juntas que conectan la parte de brazo articulado a la plataforma
móvil.
Los inconvenientes anteriores se resuelven según
un segundo aspecto de la invención en un método definido en la
reivindicación 9.
Realizaciones preferidas se definen en las
reivindicaciones dependientes.
El problema anterior se resuelve, según un
tercer aspecto de la invención, con el uso de un robot industrial
según cualquiera de las reivindicaciones 1-8 para
realizar el método según cualquier reivindicación
9-14 para la compensación exacta de sus movimientos
debidos a los movimientos de la plataforma estacionaria, donde la
plataforma estacionaria está dispuesta en un barco, véase la
reivindicación 15.
En muchos contextos, por ejemplo al montar cajas
de engranajes, limpiar piezas fundidas, maquinar bloques de motor,
rectificar álabes de turbina y hélices de vehículos, alinear cohetes
en guardacostas, y alinear partes del cuerpo en operaciones
ortopédicas, se necesita un robot que tiene cinco grados de
libertad, donde los dos grados de libertad para orientación
solamente tienen que tener un rango operativo de \pm 45 grados.
En estos casos, entonces es ventajoso no introducir una muñeca
separada en un robot cinemático paralelo, pero que sea capaz de
manipular todos los grados de libertad con el mecanismo cinemático
paralelo. Esto da lugar a una estructura de robot mucho más ligera
y elimina todos los problemas que pueden surgir cuando el motor
opera eléctricamente cerca del objeto que se ha de manipular. A
causa de la estructura de robot más ligera, se requiere menos
movimiento de accionamiento en los accionadores, lo que proporciona
un robot más ligero y mayor seguridad personal debido a una masa
móvil más pequeña. La masa móvil más pequeña también permite
manipular el robot más rápidamente y con precisión más alta y, por
ejemplo durante las aplicaciones de montaje, se puede lograr un
control mucho más eficiente de la fuerza. La ausencia de motores
cerca del objeto manipulado para su orientación permite que el
robot trabaje en entornos severos, por ejemplo en un entorno marino
o en un entorno de fundición, y facilita su disposición un entorno
robótico estéril en un entorno hospitalario.
En un robot cinemático paralelo completo, se
manipula una plataforma con seis vástagos articulados, de los que
cada uno solamente transmite fuerzas en una dirección axial (no se
obtienen momentos de curva o movimientos torsionales en los
vástagos articulados). Para manipular la posición de la plataforma,
los vástagos articulados están conectados en grupos a tres
accionadores, o con dos vástagos articulados en cada grupo
(configuración 2/2/2) o con tres vástagos articulados en un primer
grupo, dos en un segundo grupo y uno en un tercer grupo
(configuración 3/2/1). Para manipular también, al mismo tiempo, dos
ángulos de orientación de la plataforma, se requieren cuatro grupos
con un accionador para cada grupo, y se obtiene una configuración
2/1/1/1/1. Para accionadores con brazos de pivote, se precisan
cinco brazos, donde cada brazo está conectado a un grupo de
vástagos articulados. Sin embargo, el gran número de brazos hará que
el robot sea alto y difícil de usar, por ejemplo, en aplicaciones
marinas o en quirófanos. Para evitar este problema, en han
introducido, en cambio, accionadores emparejados según el
dispositivo descrito en esta solicitud de patente, colocando y
ajustando angularmente dichos accionadores una plataforma de
accionador en la que está montado un grupo de vástagos articulados.
En su forma más simple, los accionadores que se usan para colocar y
que mueven grupos de dos o más vástagos articulados se complementan
con un accionador rotativo que tiene su eje de rotación
esencialmente perpendicular al plano basculante tendido/creado por
dos de los vástagos articulados incluidos en el grupo en cuestión.
Esto hará que el accionador suplementario desplace en paralelo dos
vástagos articulados uno con relación a otro, dando origen por lo
tanto a un cambio en la orientación de la plataforma manipulada.
El control incluye un modelo cinemático del
robot con cinco grados de libertad. Con este modelo, las posiciones
del accionador (o ángulos del accionador) son calculadas en función
de la posición y orientación de la herramienta que esté montada en
la plataforma móvil. En un programa, son posiciones y orientaciones
dadas que la herramienta ha de asumir, por ejemplo, al fresar un
bloque motor para un coche. Entre estas posiciones programadas con
orientaciones asociadas se interpola un recorrido para la posición y
orientación de la herramienta, con una resolución de 0,01 segundos.
Con la ayuda del modelo cinemático, las posiciones y/o los ángulos
correspondientes del accionador son calculadas y suministradas al
servo de cada accionador como referencias de posición, y usando
filtros de referencia y servo algoritmos óptimos, la herramienta
llevará a cabo su trabajo con alta precisión. Además de un modelo
cinemático, también se precisa un modelo dinámico para el control
de rampas de aceleración y deceleración de modo que el servo
referencia siempre pueda ser rastreada con la instalada. Además, en
control de fuerza, se requiere un servo grupo cartesiano externo,
que asegura que la herramienta aplique la fuerza contra el objeto
de trabajo requerido para corte exacto del material.
Mediante el control exacto de la posición y
orientación de la herramienta u objeto que es manejado por el
robot, se puede llevar a cabo diferentes operaciones con alta
precisión y velocidad. Además, si se monta un sensor de fuerza de
seis ejes entre la herramienta/objeto y la plataforma manipulada, la
fuerza y el momento se pueden controlar para precisión con respecto
a la fuerza/par de 5 GDL entre la herramienta y el objeto de
trabajo. Durante el montaje, esto se puede usar para detectar
rápidamente las fuerzas y momentos que actúan, por ejemplo, entre
dos partes de una caja de engranajes durante su montaje. Estas
fuerzas y momentos pueden ser usados entonces rápidamente para dar
a las dos partes los movimientos relativos correctos para un
montaje rápido. Durante el maquinado, la alta rigidez del robot
puede ser utilizada directamente, por ejemplo, para fresar un plano
de un bloque motor para un coche sin que el robot ceda a las fuerzas
de la herramienta. Si el robot se usa para tomar y alinear un
cohete, por ejemplo, en una corveta, el robot se puede colocar
exactamente en la posición de toma y colocarlo y orientarlo
exactamente en la posición de disparo. Además, a causa de su
rigidez y pequeña masa móvil, el robot puede compensar exactamente
sus movimientos para los movimientos del barco producidos por mar
agitada.
Como se ha mencionado anteriormente, esta
solución será más compacta, y la debilidad en dos brazos extra para
el basculamiento no se tiene que tomar en consideración en el caso
de un robot que tenga brazos. Además, se facilitará la introducción
de topes mecánicos de posición final y conmutadores de limite para
los ejes 4 y 5 de los ejes. Otra ventaja es que el rango operativo
será algo mayor cuando haya riesgo de colisión entre los brazos del
accionador y los vástagos articulados en el caso de un robot de
brazos. En el caso de un robot lineal, la solución también será
menos cara dado que un accionador rotacional es menos caro de
instalar que un eje lineal extra que debe tener un rango de trabajo
completo más un rango extra para bascular en las posiciones de
extremo.
La figura 1a es un manipulador cinemático
paralelo según la invención que tiene cinco grados de libertad.
Las figuras 1b y 1c, respectivamente, son un
sistema de coordenadas.
La figura 2 es el robot I de la figura 1 con un
grupo alternativo de articulaciones articuladas.
La figura 3 es un manipulador cinemático
paralelo según la invención que tiene seis grados de libertad.
La figura 4 es un PKM según la invención
incluyendo accionadores lineales.
La figura 5 es un manipulador cinemático
paralelo alternativo según la invención.
La figura 6 es el robot en la figura 5 con un
ángulo de basculamiento cambiado.
La figura 7 es el robot en la figura 5 con un
ángulo de basculamiento cambiado.
La figura 8-14 representa la
configuración del movimiento del robot en la figura 15a y 15b;
respectivamente es un manipulador cinemático paralelo alternativo
incluyendo cuatro accionadores.
La figura 1a representa una primera versión de
la estructura cinemática paralela cubierta por la invención. Para
colocar la plataforma móvil 20 se usan tres estructuras de conexión
paralelas, que son movidas por tres brazos montados en los
accionadores rotativos 3, 4 y 5. Estos accionadores están montados
fijamente en una columna central 2 fijada en el suelo con el pie 1.
El robot también se puede poner boca abajo, por lo que el pie está
montado más próximo al accionador 5. El accionador 3 pivota el brazo
6, en el que está montado un cuarto accionador 21. Este accionador
puede girar la parte exterior de brazo 8 alrededor de un eje A
sustancialmente concéntrico con las partes de brazo 6 y 8. Cuando
la parte de brazo 8 se gire, los elementos 11 y 12 pivotarán. Este
movimiento de pivote hace que la articulación 14 se mueva con
relación a las articulaciones 15 y 16. La articulación 14 está
montada en el elemento 11 con una junta 14A que tiene al menos dos
grados de libertad y las articulaciones 15 y 16 están montadas en
el elemento 12 con las juntas 15A y 16A, que también tienen al
menos dos grados de libertad cada una. En sus otros extremos, las
articulaciones 14, 15 y 16 están montadas en la plataforma móvil 20
con las juntas 14B, 15B y 16B, que también tienen al menos dos
grados de libertad. Con esta disposición, las rotaciones de la
parte de brazo 8 con la ayuda del accionador 21 darán origen a
basculamiento de la plataforma 20. De forma correspondiente, las
rotaciones de la parte de brazo 9 con el accionador 22 alrededor de
un eje B originarán el basculamiento de la plataforma 20, pero
alrededor de otro eje de basculamiento. El accionador 22 está
montado en la parte de brazo 7, que se hace girar alrededor de la
columna 2 por el accionador 4. En la parte de brazo 9 está montado
el elemento 13, en que están fijadas las juntas 17A y 18A. En sus
otros extremos, las articulaciones 17 y 18 están montadas en la
plataforma 20 mediante las juntas 17B y 18B. También las juntas
17A, 17B, 18A y 18B tienen al menos dos grados de libertad.
Finalmente, se usan accionadores para girar el brazo 10, que está
conectado a la plataforma 20 mediante la junta 19A, la articulación
19 y la junta 19B. Una realización favorable es que todas las
juntas B tengan dos grados de libertad para pivotar las
articulaciones en todas las direcciones y que todas las juntas A
tengan tres grados de libertad.
Dado que el accionador 21 bascula la plataforma
20 alrededor de un eje basculante y el accionador 22 bascula
alrededor de otro eje de basculamiento, estos dos accionadores harán
posible el basculamiento de la plataforma alrededor de un eje
arbitrario dentro del rango operativo de basculamiento. Este rango
operativo es limitado por la geometría de articulación y puede
llegar a \pm 45 grados.
Como alternativa, la junta 19B está unida a la
plataforma 20 en línea con las juntas 17B y 18B o en línea con las
juntas 14B y 15B. Cada una de las alternativas da una reorientación
bien definida alrededor del eje z del robot.
La figura 1b es un sistema de coordenadas unido
en el primer brazo 6 en la figura 1a. El eje X coincide con la
articulación 14, el eje Y coincide con el eje de rotación de
accionador 21 y el eje Z coincide con el elemento 11. Para hacer
posible el basculamiento, la geometría de articulación se debe
disponer de modo que el elemento 11 sea proyectable en el plano
XZ.
La figura 1c es el mismo sistema de coordenadas
que en la figura 1b representando las articulaciones 14 y 15. Para
hacer posible el basculamiento, la geometría de articulación debe
estar dispuesta de modo que el elemento 11 sea proyectable en el
plano YZ.
Al colocar la plataforma, las articulaciones 15
y 16 controlarán la orientación de la plataforma con relación a la
dirección del elemento 12. Esto significa que se obtiene dependencia
entre la orientación de la plataforma y el ángulo de accionador 3.
Para reducir esta dependencia, la geometría de articulación de las
articulaciones 15 y 16 se puede cambiar de modo que estas
articulaciones reciban una junta común hacia el elemento 12 según
la figura 2. Así, en esta figura, ambas articulaciones 15 y 16 están
montadas en la junta 23A con tres grados de libertad. Se añaden
vectores 100, 101, 102, 103, 104 y 105 a la figura. De otro modo, la
estructura en la figura 2 es idéntica a la de la figura 1.
La figura 3 representa la posibilidad de obtener
seis grados de libertad en la estructura descrita. Aquí, un
accionador 24 está montado en el brazo 10, accionador que, mediante
el eje 10, la unidad de engranaje en V con los piñones 27 y 28, la
junta cardánica 28, la articulación 29, la junta cardánica 29B y el
eje 31, proporciona un rango operativo rotacional infinito para la
plataforma secundaria 32. En principio, la figura 3 es un robot
incluyendo un accionador en cada brazo. Se supone que el accionador
24 está incluido dentro del brazo 10. Se representa en el brazo
para mostrar el principio.
La figura 4 representa cómo se puede usar el
mismo concepto para bascular la plataforma manipulada en un
manipulador cinemático paralelo con accionadores lineales para
colocar la plataforma. El manipulador incluye aquí tres
accionadores lineales 41, 42, 43, que pueden ser del tipo de
accionamiento directo o incluir alguna forma de transmisión para
transformar un movimiento de giro de los motores 44, 45 y 46 en
movimientos lineales de los vehículos 47, 48 y 49. En el vehículo
41 se ha montado un accionador rotativo 419, girando dicho
accionador mediante el eje 420 el elemento 410 con el fin de obtener
un movimiento basculante de la plataforma 418 mediante las
articulaciones 412, 413 y 414. De forma correspondiente, el
accionador rotativo 421 está montado en el vehículo 48 y, mediante
el eje 422, el elemento 411 y las articulaciones 415 y 416, el
accionador 421 puede realizar un movimiento basculante de la
plataforma 418, pero alrededor de un eje de basculamiento
diferente. El vehículo 49 está conectado mediante la articulación
417 a la plataforma 418 y se usa para su colocación. Con una
disposición según la figura 3, sin embargo, la articulación 417
puede ser usada para girar una plataforma secundaria. Dado que el
eje de salida del accionador para esta rotación puede estar alineado
en una dirección favorable, la unidad de engranaje en V con los
piñones 26 y 27 no se necesita en este caso. Además, permitiendo
que las articulaciones 413 y 414 compartan una junta hacia el
elemento 410, se puede obtener la misma disposición de articulación
que en la figura 2.
La figura 5 representa un método de simulación
de la realización según la figura 1, pero con accionadores montados
en la parte inferior en la columna 2 para obtener un rango operativo
libre debajo del techo en una instalación para manejar cohetes en
una aplicación militar marina. Además, la junta 19B está montada en
la parte inferior de la plataforma móvil 20.
Las figuras 6 y 7 muestran el robot en dos
ángulos de basculamiento diferentes de la plataforma. La estructura
de robot es la misma que en la figura 5. La configuración de
movimiento del robot según la figura 5 se ilustra en las figuras
8-14.
Las figuras 15a y 15b, respectivamente, son un
manipulador cinemático paralelo alternativo incluyendo cuatro
accionadores.
Claims (15)
1. Un robot industrial incluyendo un manipulador
cinemático paralelo incluyendo una plataforma estacionaria, una
plataforma móvil (20; 418), y tres brazos que conectan la plataforma
estacionaria con la plataforma móvil (20; 418), incluyendo el
primer brazo una primera parte de brazo (6; 47) y una segunda parte
de brazo articulado (8; 420), incluyendo el segundo brazo una
primera parte de brazo (7; 48) y una segunda parte de brazo
articulado (9; 422), e incluyendo cada brazo un accionador (3, 4, 5;
41, 42, 43) a saber, un primer, un segundo y un tercer accionador
respectivamente para mover el brazo en relación a la plataforma
estacionaria, donde el tercer brazo (10; 49) incluye una sola
articulación (19; 417) que conecta el tercer brazo con la
plataforma móvil (20; 418) mediante juntas respectivas (19A, 19B,
417B) y la primera parte de brazo (6; 47) del primer brazo incluye
un cuarto accionador adicional (21; 419) dispuesto para girar la
segunda parte de brazo articulado (8; 420) del primer brazo
alrededor de un primer eje (A) basculando por ello la plataforma
(20; 418) alrededor de un primer eje de basculamiento, la primera
parte de brazo (7; 48) del segundo brazo se ha previsto incluyendo
un quinto accionador adicional (22; 421) dispuesto para girar la
segunda parte de brazo (9; 422) del segundo brazo alrededor de un
segundo eje (B) basculando por ello la plataforma (20; 418)
alrededor de un segundo eje de basculamiento, caracterizado
porque la segunda parte de brazo (8; 420) del primer brazo incluye
tres articulaciones (14; 15, 16; 412, 413, 414) montadas, en su
extremo respectivo, en la segunda parte de brazo (8; 420) del
primer brazo mediante elementos (11, 12; 410) y juntas respectivas
(14A, 15A; 23A; 16A) teniendo cada una al menos dos grados de
libertad, y montadas, en su otro extremo respectivo, en la
plataforma móvil (20; 418) con juntas respectivas (14B, 15B, 16B;
412B, 413B, 414B) teniendo cada una al menos dos grados de libertad;
la segunda parte de brazo (9; 48) del segundo brazo incluye dos
articulaciones (17, 18; 415, 416) montadas, en su extremo
respectivo, en la segunda parte de brazo (9; 422) del segundo brazo
mediante un elemento (13; 411) y juntas respectivas (17A, 18A)
teniendo cada una al menos dos grados de libertad y montadas, en su
otro extremo respectivo, en la plataforma móvil (20; 418) con
juntas respectivas (17B, 18B; 415B, 416B) que tienen al menos dos
grados de libertad y porque, al bascular, la plataforma (20; 418)
se hace bascular alrededor de un eje arbitrario obteniendo cinco
grados de libertad.
2. Un robot industrial según la reivindicación
1, donde los accionadores primero, segundo y tercero (3, 4, 5)
están adaptados para movimiento rotativo.
3. Un robot industrial según la reivindicación
2, donde el primer accionador (3) del primer brazo (6, 8), el
primer accionador (4) del segundo brazo (7, 9), y el primer
accionador (5) del tercer brazo (10) están dispuestos con ejes de
rotación coincidentes.
4. Un robot industrial según cualquier
reivindicación 1-3, donde el tercer brazo (10)
incluye un sexto accionador adicional (24).
5. Un robot industrial según la reivindicación
4, donde una plataforma secundaria (32) dispuesta en la plataforma
móvil (20) está adaptada para ser girada por el sexto accionador
(24).
6. Un robot industrial según la reivindicación
1, donde el primer, el segundo o el tercer accionador
respectivamente (41, 42, 43) del brazo respectivo está adaptado a
movimiento lineal.
7. Un robot industrial según la reivindicación
1, donde la junta que une el tercer brazo a la plataforma móvil
está en línea con las juntas que conectan las articulaciones del
segundo brazo y la plataforma móvil.
8. Un robot industrial según la reivindicación
1, donde la junta que une el tercer brazo a la plataforma móvil
está en línea con las juntas que conectan las articulaciones del
primer brazo a la plataforma móvil.
9. Un método de operar un robot industrial
incluyendo un manipulador cinemático paralelo incluyendo una
plataforma estacionaria, una plataforma móvil (20; 418), y tres
brazos que conectan la plataforma estacionaria con la plataforma
móvil (20; 418), incluyendo el primer brazo una primera parte de
brazo (6; 47) y una segunda parte de brazo articulado (8; 420),
incluyendo el segundo brazo una primera parte de brazo (7; 48) y una
segunda parte de brazo articulado (9; 422), e incluyendo cada brazo
un accionador (3, 4, 5; 41, 42, 43), a saber, un primer, un segundo
y un tercer accionador respectivamente para mover el brazo en
relación a la plataforma estacionaria, por lo que el tercer brazo
(10; 49) incluye una sola articulación (19; 417) que conecta el
tercer brazo con la plataforma móvil (20; 418) mediante juntas
respectivas (19A, 19B) y la primera parte de brazo (6; 47) del
primer brazo incluye un cuarto accionador adicional (21; 419)
dispuesto para girar la segunda parte de brazo articulado (8; 420)
del primer brazo alrededor de un primer eje (A) basculando por ello
la plataforma (20; 418) alrededor de un primer eje de basculamiento,
la primera parte de brazo (7; 48) del segundo brazo se ha previsto
incluyendo un quinto accionador adicional (22; 421) dispuesto para
girar la segunda parte de brazo (9; 422) del segundo brazo alrededor
de un segundo eje (B) basculando por ello la plataforma (20; 418)
alrededor de un segundo eje de basculamiento, caracterizado
porque la segunda parte de brazo (8; 420) del primer brazo incluye
tres articulaciones (14, 15, 16; 412, 413, 414) montadas, en su
extremo respectivo, en la segunda parte de brazo (8; 420) del primer
brazo mediante elementos (11, 12; 410) y juntas respectivas (14A,
15A; 23A; 16A) teniendo cada una al menos dos grados de libertad, y
montadas, en su otro extremo respectivo, en la plataforma móvil
(20; 418) con juntas respectivas (14B, 15B, 16B; 412B, 413B, 414B)
teniendo cada una al menos dos grados de libertad; la segunda parte
de brazo (9; 48) del segundo brazo incluye dos articulaciones (17,
18; 415, 416) montadas, en su extremo respectivo, en la segunda
parte de brazo (9; 422) del segundo brazo mediante un elemento (13;
411) y juntas respectivas (17A, 18A) teniendo cada una al menos dos
grados de libertad y montadas, en su otro extremo respectivo, en la
plataforma móvil (20; 418) con juntas respectivas (178, 18B; 415B,
416B) que tienen al menos dos grados de libertad y porque, al
bascular, la plataforma (20; 418) se hace bascular alrededor de un
eje arbitrario obteniendo cinco grados de libertad.
10. Un método según la reivindicación 9, donde
el primer accionador (3, 4, 5) del brazo respectivo se pone en
movimiento rotacional.
11. Un método según la reivindicación 10,
incluyendo disponer el primer accionador (3) del primer brazo (6),
el primer accionador (4) del segundo brazo (7) y el primer
accionador (5) del tercer brazo (10) con ejes de rotación
coincidentes.
12. Método según la reivindicación 9, donde un
sexto accionador adicional (24) incluido en el tercer brazo (10) se
pone en movimiento rotacional.
13. Un método según la reivindicación 12, donde
el sexto accionador (24) se ha previsto para hacer girar una
plataforma secundaria (32) dispuesta en la plataforma móvil (20)
obteniendo seis grados de libertad.
14. Un método según la reivindicación 9, donde
el primer accionador (41, 42, 43) del brazo respectivo se pone en
movimiento lineal.
15. Uso del robot industrial según cualquiera de
las reivindicaciones 1-8 para realizar el método
según cualquier reivindicación 1-14 para
compensación exacta de sus movimientos debido a los movimientos de
la plataforma estacionaria y donde la plataforma estacionaria está
dispuesta en un barco.
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Family Cites Families (4)
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| US20040013509A1 (en) * | 1999-08-05 | 2004-01-22 | Roy Shambhu Nath | Parallel kinematics mechanism with a concentric spherical joint |
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