ES2831093B2 - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal - Google Patents

Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal Download PDF

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Del Pueyo Javier Lopez
Pereira Xabier Justo
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De Guerenu Elorza Ane Martinez
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  • Robotics (AREA)
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Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO ENTRE UN ROBOT Y UN CABEZAL
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con los interfaces de acoplamiento entre un robot y un cabezal que va montando en el extremo del robot a través del acoplamiento, proponiendo la invención un dispositivo de acoplamiento que permite absorber posibles errores de alineación que se puedan producir entre el cabezal y la pieza sobre la que trabaja el cabezal. La invención es de aplicación preferente para establecer el acoplamiento entre el extremo de un robot y un cabezal de inspección de piezas mediante técnicas no destructivas (NDT).
Estado de la técnica
Los robots son dispositivos ampliamente empleados en la industria. Generalmente en el extremo libre del robot va dispuesto un cabezal que comporta una herramienta para trabajar sobre una pieza, de manera que, en función del trabajo a realizar sobre la pieza, dicha herramienta puede ser de diferentes tipos, tal como por ejemplo una herramienta de inspección y medida, una herramienta de manipulación, una herramienta de mecanizado, o una herramienta de otro tipo.
Los robots por su propia configuración presentan un cierto grado de imprecisión en sus movimientos, es decir, son capaces de desplazar su extremo libre de forma rápida hasta un punto determinado, pero llegado ese punto necesitan de medios adicionales para poder corregir su posicionamiento y mejorar así su precisión. De acuerdo con ello, uno de esos medios son los interfaces de acoplamiento que se disponen entre el extremo libre del robot y el cabezal, los cuales permiten absorber pequeños errores de alineación que se puedan dar entre el cabezal y la pieza sobre la que se trabaja. Estos acoplamientos son en esencia mecanismos flexibles que dotan de una precisión de posicionamiento adicional a la que el robot posee en sí mismo.
Existen algunas aplicaciones en las que el posicionamiento del cabezal sobre la pieza requiere una gran precisión, tal como por ejemplo las aplicaciones de medición de propiedades mecánicas de piezas mediante el uso de técnicas no destructivas NDT.
Para dichas aplicaciones el cabezal comprende un sensor de ensayos no destructivos ("NDT”), que recopila información de las variables electromagnéticas de una pieza metálica a inspeccionar, y un yugo, que es una pieza de acero en forma de "U” invertida en la que se induce un campo magnético. Uno de los principales requerimientos para el buen funcionamiento del sensor NDT es el perfecto contacto del yugo con la pieza a medir, dicho contacto metal-metal debe ser puntual en los dos extremos inferiores del yugo. Para posicionar el cabezal sobre la pieza, el control del robot tiene información de la geometría en formato CAD de la pieza a medir, sin embargo, esta información no es suficiente para garantizar un contacto seguro y de calidad entre el cabezal y la pieza, por lo cual se requiere el empleo de un interfaz de acoplamiento entre el extremo libre del robot y el cabezal.
Por ejemplo, el documento US2008238418A1 hace referencia a un método y un aparato para estimar la dureza de una pieza de fundición (1) empleando el efecto Barkhausen. Dicho aparato comprende un brazo robótico (6) que soporta un cabezal sensor no destructivo (5) que comprende: un bobinado sensor (13); un electroimán (7) formado por un cuerpo ferromagnético en forma de U (9) y un bobinado (11) arrollado en dicho cuerpo (9); un marco formado por paredes (17) unido al brazo robótico (6); y al menos un muelle (15) interpuesto entre el electroimán (7) y las paredes (17).
Dicho muelle hace la función de interfaz de acoplamiento y permite corregir pequeñas desviaciones angulares que se dan entre el electroimán y la pieza cuya dureza se quiere medir, sin embargo, por su simplicidad el muelle no permite asegurar en todo momento un contacto puntual adecuado de los dos extremos inferiores del electroimán sobre la pieza, resultando por tanto necesario un interfaz de acoplamiento mejorado que permita asegurar dicho contacto.
Objeto de la invención
La invención se refiere a un dispositivo para permitir el acoplamiento del extremo libre de un robot a un cabezal que realiza operaciones sobre la superficie de trabajo de una pieza.
La invención resulta especialmente adecuada para aplicaciones de inspección de piezas mediante técnicas magnéticas, en las cuales se requiere asegurar el contacto entre el cabezal y la superficie de la pieza a inspeccionar. Si bien dicha aplicación no es limitativa, pudiendo emplearse el dispositivo en otras aplicaciones en las que se requiera un mecanismo flexible que sea capaz de adaptar la posición del cabezal a la superficie de trabajo.
El dispositivo de acoplamiento comprende:
• un cuerpo que tiene una primera parte extrema para acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema para acoplamiento del cabezal, comprendiendo el cuerpo:
o un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "y” aproximadamente perpendicular a la superficie de trabajo, y
o un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas para permitir un grado de libertad de rotación en torno a un eje "z” perpendicular al eje "y”, y
o en donde la primera parte extrema del cuerpo está asociada con la segunda parte extrema del cuerpo según una disposición en serie, primeramente a través de las pletinas horizontales y seguidamente a través de las pletinas oblicuas.
El mecanismo de rotación del dispositivo de acoplamiento es capaz de adaptar la posición del cabezal a la superficie de trabajo corrigiendo posibles desalineaciones debidas a errores de posicionamiento del robot y/o de fabricación de la superficie de la pieza. Además, el mecanismo de traslación vertical permite absorber el impacto que se produce en el contacto del cabezal con la superficie de trabajo debido al empuje ejercido por el robot en el momento de aproximación del cabezal hacia la superficie de trabajo.
Además, la disposición en serie permite que el primer mecanismo en actuar del dispositivo de acoplamiento sea el de rotación, asegurado primeramente un adecuado contacto entre el cabezal y la superficie de trabajo, y seguidamente el mecanismo de traslación vertical, absorbiendo el impacto del cabezal con la superficie de trabajo, de manera que dicha absorción se realiza una vez que el cabezal está correctamente posicionado sobre la superficie de trabajo, y por tanto no afecta al posicionamiento del cabezal sobre la superficie.
Según un ejemplo de realización preferente de la invención el dispositivo de acoplamiento tiene un tope físico para limitar el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y la rotación en torno al eje "z”, con lo que se reduce la tensión soportada por las pletinas impidiendo que se pueda producir su rotura.
De acuerdo con el ejemplo de realización preferente, la primera parte extrema consiste en una pieza en forma de "T” con una base superior a la cual es acoplable el extremo del robot y una prolongación central que proyecta verticalmente hacia abajo y a la cual están unidas las pletinas horizontales. La segunda parte extrema consiste en una pieza en forma de "U” invertida con una base superior y dos paredes extremas a cada una de las cuales está unida una de las pletinas oblicuas. En la base superior está definida una hendidura en la cual queda parcialmente ubicada la prolongación central de la primera parte extrema, definiendo así la hendidura el tope físico que limita el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y la rotación en torno al eje "z”.
De acuerdo con dicho ejemplo de realización preferente, el centro de rotación del mecanismo de rotación en el eje "z” está ubicado en la intersección de los planos imaginarios que definen cada una de las pletinas oblicuas, quedando el centro de rotación por debajo de la superficie de trabajo.
En función de la posición del centro de rotación en el eje "z” puede ser necesario dotar al dispositivo de un grado de libertad lateral. De acuerdo con ello, y según otro ejemplo de realización de la invención, el cuerpo adicionalmente comprende un mecanismo de traslación horizontal con unas pletinas verticales para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "x” aproximadamente paralelo a la superficie de trabajo, y por tanto perpendicular a los ejes "z” e "y”, y en donde la primera parte extrema del cuerpo está asociada con la segunda parte extrema del cuerpo según una disposición en serie, primeramente a través de las pletinas verticales, seguidamente a través de las pletinas horizontales y seguidamente a través de las pletinas oblicuas.
Preferentemente el cuerpo del dispositivo de acoplamiento es monolítico. Es decir, el cuerpo está fabricado en una única pieza, evitando una fabricación de diferentes partes que deban ser acopladas entre sí, y por tanto evitando que existan tolerancias entre las partes que limiten la precisión de posicionamiento del dispositivo.
Para aplicaciones de inspección de piezas mediante técnicas magnéticas, en las que se emplea un cabezal con un sensor NDT que es altamente sensible a la presencia de materiales magnéticos, se ha previsto que el cuerpo esté fabricado en un material paramagnético, y preferentemente en una aleación de aluminio.
Preferentemente el mecanismo de traslación vertical de ambos ejemplos de realización comprende dos conjuntos de al menos dos pletinas horizontales por cada conjunto, estando dispuestos los dos conjuntos en paralelo.
Aún más preferentemente, en ambos ejemplos de realización, el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de tres pletinas horizontales, mientras que el mecanismo de rotación tiene dos pletinas oblicuas.
Con todo ello, el dispositivo objeto de la invención resulta de unas características muy ventajosas para la conexión del cabezal al extremo libre del robot, adquiriendo vida propia y carácter preferente respecto de las soluciones convencionales.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra un ejemplo de un cabezal de inspección mediante técnicas magnéticas no destructivas.
La figura 2 muestra un ejemplo de la aproximación de un robot que lleva un cabezal como el de la figura anterior hacia la superficie de trabajo de una pieza que se quiere inspeccionar con el cabezal.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de un primer ejemplo de realización del dispositivo de acoplamiento de la invención.
La figura 4 muestra una vista frontal del dispositivo de la figura anterior.
La figura 5 muestra una vista en perspectiva de un segundo ejemplo de realización preferente del dispositivo de acoplamiento de la invención.
La figura 6 muestra una vista frontal del dispositivo de la figura anterior.
La figura 7 muestra una vista esquemática simplificada de la adaptación a la superficie de trabajo de un dispositivo según el segundo ejemplo de realización preferente de la invención.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo para el acoplamiento del extremo libre de un robot (no representado) a un cabezal (H, H’) que realiza operaciones sobre una superficie de trabajo (S).
En las figuras 3 y 4 se muestra un primer ejemplo de realización del dispositivo para el acoplamiento del cabezal (H) al extremo libre del robot que presenta tres grados de libertad, un primer grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje “x”, un segundo grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje “y”, y un tercer grado de libertad de rotación en torno a un eje “z”.
En las figuras 5, 6 y 7 se muestra un segundo ejemplo de realización preferente del dispositivo para el acoplamiento del cabezal (H’) al extremo libre del robot que presenta dos grados de libertad, un primer grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje “y”, y un segundo grado de libertad de rotación (a) en torno al eje “z”.
El dispositivo de acoplamiento es de aplicación preferente en la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas, y especialmente en la inspección de piezas mediante técnicas electromagnéticas empleando el efecto “Barkhausen”.
En la figura 1 se muestra un cabezal (H,H’) de inspección mediante técnicas magnéticas no destructivas que puede ser acoplado al dispositivo de la invención. El cabezal (H,H’) tiene dos partes fundamentales que son un sensor NDT (“Non destructiva testing”) y un yugo (Y) en el que va montado el sensor NDT, generalmente según una disposición ligeramente flotante del sensor NDT en el yugo (Y). El yugo (Y) se emplea para inducir un campo magnético en la superficie (S) de una pieza metálica a inspeccionar y el sensor NDT se emplea para recopilar información de variables electromagnéticas de la pieza.
El yugo (Y) es una pieza metálica, generalmente de una aleación de acero, que tiene una forma en “U” invertida con dos extremos inferiores (M). Uno de los principales requerimientos para el buen funcionamiento del sensor NDT es el perfecto contacto de los extremos (M) del yugo con la superficie (S) de la pieza a medir. El contacto metal-metal entre ambos (Y,S) deberá ser puntual en los dos extremos inferiores (M) del yugo (Y).
Para llevar a cabo la inspección de la pieza el robot traslada el cabezal (H,H’) en un movimiento de aproximación del conjunto yugo-sensor en una dirección cercana a la perpendicular de la superficie (S) de la pieza. Debido a posibles errores de posicionamiento del robot y/o de fabricación de la pieza, la superficie de contacto entre el yugo (Y) y la superficie (S) de la pieza presentará una desalineación respecto a su normal teórica.
Dicha desalineación puede ser compensada por el dispositivo de la invención con un giro (a) respecto al eje "z” que es perpendicular al plano formado por los ejes "x” e "y”. Tal y como se muestra en la figura 2, dicho giro (a) para la acomodación del yugo (Y) a la superficie (S) de la pieza tiene lugar al apoyar uno de los extremos (M) del yugo (Y) que actúa como pivote. Así, el centro de rotación (RZ) del yugo (Y) se desplaza desde una posición inicial (O) a una posición final (O’), experimentando un cierto desplazamiento lateral (AX), siendo necesario la incorporación de un grado de libertad que proporcione flexibilidad en la dirección del eje "x”.
Además de los grados de libertad de desplazamiento en el eje "x” y de rotación en el eje "z”, con el fin de absorber el impacto que genera el contacto metal-metal entre el yugo (Y) y la superficie (S) de la pieza, se precisa que el dispositivo de acoplamiento tenga otro grado de libertad en la dirección de aproximación del conjunto yugo-sensor en el eje "y”.
De acuerdo con el primer ejemplo de realización mostrado en las figuras 3 y 4, el dispositivo de acoplamiento comprende un cuerpo (10) con unas pletinas (13,14,15) que tiene una primera parte extrema (11) para acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema (12) para acoplamiento del cabezal (H). Para mejorar su comportamiento dinámico el cuerpo (10) preferentemente es bilateralmente simétrico.
El cuerpo (10) comprende un mecanismo de traslación horizontal con unas pletinas verticales (13) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "x”, que es aproximadamente paralelo a la superficie (S), un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales (14) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "y”, que es aproximadamente perpendicular a la superficie (S) y perpendicular al eje "x”, y un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas (15) para permitir un grado de libertad de rotación en torno al eje "z”, que es perpendicular al plano formado por los ejes "x” e "y”.
El cuerpo (10) adicionalmente comprende una primera parte intermedia (16) para conexión de las pletinas verticales (13) con las pletinas horizontales (14) y una segunda parte intermedia (17) para conexión de las pletinas horizontales (14) con las pletinas oblicuas (15).
La primera parte extrema (11) del cuerpo (10) está asociada con la segunda parte extrema (12) del cuerpo (10) según una disposición en serie.
Es decir, la disposición en serie es tal que, la primera parte extrema (11) está conectada con la segunda parte extrema (12) por medio de las partes intermedias (16,17). Concretamente la primera parte extrema (11) está conectada con la primera parte intermedia (16) a través de las pletinas verticales (13), la primera parte intermedia (16) está conectada con la segunda parte intermedia (17) a través de las pletinas horizontales (14), y la segunda parte intermedia (17) está conectada con la segunda parte extrema (12) a través de las pletinas oblicuas (15).
De acuerdo con ello, los tres grados de libertad están dispuestos en serie desde la segunda parte extrema (12) hasta la primera parte extrema (11) según el siguiente orden: pletinas oblicuas (15), pletinas horizontales (14) y pletinas verticales (13).
El orden de unión en serie de pletinas permite mejorar el comportamiento del dispositivo de acoplamiento. Una vez el cabezal (H) se ha alineado con la superficie (S) de la pieza a medir, el robot puede continuar su movimiento descendente en el eje "y”, al deformarse las pletinas horizontales (14) por flexión, sin que el contacto entre el cabezal (H) y la superficie (S) de la pieza se vea afectado.
Como se observa en detalle en la figura 4, la primera parte extrema (11) consiste en una pieza en forma de "U” invertida con una base superior (111) a la cual es acoplable el extremo del robot y dos brazos laterales (112) que proyectan verticalmente hacia abajo y a los cuales se conectan un extremo de las pletinas verticales (13), estando el otro extremo conectado a la primera parte intermedia (16).
La segunda parte intermedia (17) consiste en una pieza en forma de doble T con una prolongación central (171) que proyecta verticalmente hacia arriba y que termina en dos salientes laterales (172) y una base inferior (173) con dos salientes inferiores (174) que proyectan de forma oblicua hacia abajo. Las pletinas horizontales (14) están conectadas entre la prolongación central (171) de la segunda parte intermedia (17) y la primera parte intermedia (16).
La segunda parte extrema (12) consiste en una pieza en forma de "T” invertida con una prolongación central (121) que proyecta verticalmente hacia arriba y dos paredes extremas (122) que proyectan verticalmente hacia abajo y entre las cuales se dispone el cabezal (H). Las pletinas oblicuas (15) están conectadas entre las paredes extremas (122) de la segunda parte extrema (12) y la base inferior (173) de la segunda parte intermedia (17).
En la base superior (111) de la primera parte extrema (11) está definida una hendidura (113) en la que están alojados los salientes laterales (172) de la prolongación central (171) de la segunda parte intermedia (17), mientras que entre los dos salientes inferiores (174) de la segunda parte intermedia (17) se define una hendidura (175) en la que está alojada el extremo de la prolongación central (121) de la segunda parte extrema (12).
Así, la hendidura (113) de la primera parte extrema (11) hace de tope físico con una doble función, por un lado, el extremo de la prolongación central (171) limita el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y por otro lado, los salientes laterales (172) limitan el desplazamiento en la dirección del eje "x”. La distancia entre la primera parte intermedia (16) y los brazos laterales (112) de la primera parte extrema (11) también limitan el desplazamiento en la dirección del eje "x”,
Por otro lado, la hendidura (175) también hace de tope físico limitando la rotación en el eje "z” por el contacto entre los salientes inferiores (174) de la segunda parte intermedia (17) y el extremo de la prolongación central (121) de la segunda parte extrema (12).
Por motivos de peso, maniobrabilidad, aspectos dinámicos, y económicos, es preferible que el dispositivo sea lo más pequeño posible. Así, el dispositivo del segundo ejemplo de realización preferente tiene unas dimensiones reducidas y una configuración simplificada con respecto al primer ejemplo de realización, el cual permite obtener las mismas prestaciones que el dispositivo del primer ejemplo, pero eliminando la necesidad de tener un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "x”. Variando la posición del centro de rotación (RZ) en el eje "z” se puede llegar a minimizar el desplazamiento lateral (AX), lo que permite prescindir del grado de libertad en el eje "x”, ya que con dicha variación del centro de rotación (RZ) dicho desplazamiento lateral (AX) es muy pequeño en comparación los otros dos: desplazamiento en el eje "y”, y rotación en el eje "z”.
En el primer ejemplo de realización el centro de rotación (RZ) en el eje "z” queda por encima superficie (S) mientras que en el segundo ejemplo de realización el centro de rotación (RZ) en el eje "z” queda por debajo de la superficie (S), permitiendo así prescindir del grado de libertad en el eje "x”.
El dispositivo del segundo ejemplo de realización preferente mostrado en las figuras 5, 6 y 7 comprende un cuerpo (10’) con unas pletinas (14’,15’) que tiene una primera parte extrema (11’) para el acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema (12’) para el acoplamiento del cabezal (H’). Para mejorar su comportamiento dinámico el cuerpo (10’) preferentemente es bilateralmente simétrico.
El cuerpo (10’) comprende un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales (14’) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección del eje "y”, que es aproximadamente perpendicular a la superficie (S), y un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas (15’) para permitir un grado de libertad de rotación en torno al eje "z”, que es perpendicular al eje "y”.
El cuerpo (10’) adicionalmente comprende una parte intermedia (16’) para conexión de las pletinas horizontales (14’) con las pletinas oblicuas (15’).
La primera parte extrema (11') del cuerpo (10’) está asociada con la segunda parte extrema (12’) del cuerpo (10’) según una disposición en serie.
Es decir, la disposición en serie es tal que, la primera parte extrema (11’) está conectada con la segunda parte extrema (12’) por medio de la parte intermedia (16’). Concretamente la primera parte extrema (11’) está conectada con la parte intermedia (16’) a través de las pletinas horizontales (14’), y la parte intermedia (16’) está conectada con la segunda parte extrema (12’) a través de las pletinas oblicuas (15’).
De acuerdo con ello los dos grados de libertad están dispuestos en serie desde la segunda parte extrema (12’) hasta la primera parte extrema (11’) según el siguiente orden: pletinas oblicuas (15’) y pletinas horizontales (14’).
Al igual que en el primer ejemplo de realización, el orden de unión en serie de las pletinas permite mejorar el comportamiento del dispositivo de acoplamiento. Una vez el cabezal (H’) se ha alineado con la superficie (S) de la pieza a medir, el robot puede continuar su movimiento descendente en el eje "y”, al deformarse las pletinas horizontales (14’) por flexión, sin que el contacto entre el cabezal (H’) y la superficie (S) de la pieza se vea afectado.
Como se observa en detalle en la figura 6, la primera parte extrema (11’) consiste en una pieza en forma de “T” con una base superior (111’) a la cual es acoplable el extremo del robot y una prolongación central (112’) que proyecta verticalmente hacia abajo y a la cual están unidas las pletinas horizontales (14’).
La segunda parte extrema (12’) consiste en una pieza en forma de “U” invertida con una base superior (121’) y dos paredes extremas (122’) a cada una de las cuales está unida una de las pletinas oblicuas (15’). En la base superior (121’) está definida una hendidura (123’) en la cual queda parcialmente ubicada la prolongación central (112’) de la primera parte extrema (11’), de manera que dicha hendidura (123’) hace de tope físico con una doble función, por un lado, limita el desplazamiento en la dirección del eje “y”, y por otro lado la rotación en torno al eje “z”.
Entre las dos paredes extremas (122’) de la segunda parte extrema (12’) se dispone el cabezal (H’). De acuerdo con la aplicación preferente de la invención para la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas dicho cabezal comprende el conjunto yugo-sensor NDT.
Teniendo en cuenta la precisión que requiere el dispositivo para la aplicación preferente en la inspección de piezas mediante técnicas no destructivas, y con el fin de evitar errores e inexactitudes en el montaje del dispositivo, se ha previsto que el cuerpo (10, 10’) sea monolítico, es decir que esté fabricado en una única pieza sin uniones entre diferentes partes.
También de acuerdo con dicha aplicación preferente, y debido a la naturaleza de la medición y a la alta sensibilidad que tiene el sensor NDT a la presencia de materiales magnéticos en el entorno, el material del cuerpo (10, 10’) debe tener muy baja permeabilidad magnética, es decir, debe ser un material paramagnético.
Debido al propósito de corregir posibles errores de posicionamiento, desalineaciones angulares e imperfecciones en la geometría de la pieza, se opta por un material de alta elasticidad y alta tensión de fluencia, con el fin de garantizar una actuación óptima y alta resistencia a fatiga. En base a estas especificaciones, se escoge como material base para formar el dispositivo una aleación de aluminio (por ejemplo, Al 7075 T6) con tratamiento térmico. Su permeabilidad magnética relativa es muy cercana a la del aire.
En ambas realizaciones se han empleado dos tipos de uniones flexibles, todas ellas derivadas de las pletinas.
En el caso de la flexibilidad en las direcciones de los ejes "x” e "y”, se ha optado por el uso de pletinas (13,14,14’) empotradas en paralelo con el fin de permitir deformaciones únicamente por flexión, resultando en una unión con alta flexibilidad en la dirección de flexión y alta rigidez en cualquier otra dirección.
Por otro lado, para dotar al dispositivo del giro (a) respecto al eje "z”, se ha optado por una construcción RCR (Remote Centre of Rotation), formada por dos pletinas (15, 15’) que se unen virtualmente en un solo punto. La intersección de los planos imaginarios que definen cada una de las dos pletinas (15,15’) definen a su vez el centro de rotación (RZ) respecto al eje "z” del mecanismo de rotación.
En ambas realizaciones el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de tres pletinas horizontales (14,14’), estando dispuestos los dos conjuntos en paralelo, no obstante, un comportamiento cinemático similar se puede obtener con dos conjuntos de al menos dos pletinas horizontales (14,14’).
El número de pletinas seleccionado, así como su longitud, espesor, ángulo y otras variables de diseño son el resultado de un proceso iterativo de optimización cuyo objetivo son los desplazamientos máximos en giro (a) y en dirección vertical "y”; atendiendo a restricciones tales como tensiones máximas, limitaciones de fabricación, tamaño, peso y rigidez relativa entre distintas partes del dispositivo de acoplamiento.
El objetivo de conseguir desplazamientos máximos, unido con la restricción de tensión límite del material, se traduce en la obtención de rigideces pequeñas. Al tratarse de pletinas empotradas, la rigidez a flexión disminuye al reducir el espesor de las pletinas y al aumentar la longitud de las mismas. En menor medida, también disminuye al reducir el ancho. Por otro lado, para una misma deformación, la tensión crece linealmente con el espesor y decrece drásticamente al aumentar la longitud. Todo ello se traduce en una disminución del espesor (hasta un mínimo fabricable) y un aumento de la longitud para lograr una deformación máxima y tensión mínima.
Se ha previsto que las pletinas verticales (13) tengan un espesor entre 0.15mm - 0.35mm, y preferentemente 0,15mm, que las pletinas horizontales (14,14’) tengan un espesor entre 0,2mm-0,3mm, y preferentemente 0,25mm, y que las pletinas oblicuas (15,15’) tengan un espesor entre 0,2mm-0,25mm, y preferentemente 0,2mm.
La relación entre el desplazamiento en la dirección del eje "y” y la rotación en torno al eje "z” está comprendida entre 0,5-1,5 mm/deg.
Por último, los topes físicos definidos entre los mecanismos limitan la deformación máxima del dispositivo. Para garantizar que dichos límites se alcanzan al mismo tiempo, optimizando el funcionamiento del dispositivo, debe existir una relación muy concreta entre las rigideces individuales de cada unión flexible. Es por ello por lo que se emplean dos conjuntos de tres pletinas horizontales (14,14’) para el desplazamiento en el eje "y”, y sólo dos pletinas oblicuas (15, 15’) para la rotación en el eje "z”.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal (H, H’) que actúa sobre una superficie de trabajo (S), caracterizado por que comprende:
• un cuerpo (10,10’) que tiene una primera parte extrema (11, 11’) para acoplamiento con un extremo libre del robot y una segunda parte extrema (12, 12’) para acoplamiento del cabezal (H, H’), comprendiendo el cuerpo (10,10’):
o un mecanismo de traslación vertical con unas pletinas horizontales (14, 14’) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "y” aproximadamente perpendicular a la superficie de trabajo (S), y
o un mecanismo de rotación con unas pletinas oblicuas (15, 15’) para permitir un grado de libertad de rotación en torno a un eje "z” perpendicular al eje "y”, y
o en donde la primera parte extrema (11, 11') del cuerpo (10, 10’) está asociada con la segunda parte extrema (12, 12’) del cuerpo (10, 10’) según una disposición en serie, primeramente a través de las pletinas horizontales (14, 14’) y seguidamente a través de las pletinas oblicuas (15, 15').
2. - Dispositivo de acoplamiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que tiene un tope físico (154’) para limitar el desplazamiento en la dirección del eje "y”, y la rotación en torno al eje "z”.
3. - Dispositivo de acoplamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la primera parte extrema (11’) consiste en una pieza en forma de "T” con una base superior (111’) a la cual es acoplable el extremo del robot y una prolongación central (112’) que proyecta verticalmente hacia abajo y a la cual están unidas las pletinas horizontales (14’).
4. - Dispositivo de acoplamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la segunda parte extrema (12’) consiste en una pieza en forma de "U” invertida con una base superior (121’) y dos paredes extremas (122’) a cada una de las cuales está unida una de las pletinas oblicuas (15’).
5. - Dispositivo de acoplamiento según la reivindicación anterior, caracterizado por que en la base superior (121’) está definida una hendidura (123’) en la cual queda parcialmente ubicada la prolongación central (112’) de la primera parte extrema (11’).
6. - Dispositivo de acoplamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el centro de rotación (RZ) del mecanismo de rotación en el eje "z” está ubicado en la intersección de los planos imaginarios que definen cada una de las pletinas oblicuas (15’), quedando el centro de rotación (RZ) por debajo de la superficie de trabajo (S).
7. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según la reivindicación 1, caracterizado por que el cuerpo (10) adicionalmente comprende un mecanismo de traslación horizontal con pletinas verticales (13) para permitir un grado de libertad de desplazamiento en la dirección de un eje "x” aproximadamente paralelo a la superficie de trabajo (S), y por tanto perpendicular a los ejes "z” e "y”, y en donde la primera parte extrema (11) del cuerpo (10) está asociada con la segunda parte extrema (12) del cuerpo (10) según una disposición en serie primeramente a través de las pletinas verticales (13), seguidamente a través de las pletinas horizontales (14) y seguidamente a través de las pletinas oblicuas (15).
8. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo (10, 10’) es monolítico.
9. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el cuerpo (10, 10’) está fabricado en un material paramagnético, preferentemente el material paramagnético es una aleación de aluminio
10. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de al menos dos pletinas horizontales (14,14’) por cada conjunto, estando dispuestos los dos conjuntos en paralelo.
11. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según la reivindicación anteriores, caracterizado por que el mecanismo de traslación vertical comprende dos conjuntos de tres pletinas horizontales (14,14’).
12. - Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según la reivindicación anterior, caracterizado por el mecanismo de rotación tiene dos pletinas oblicuas (15, 15’).
13.- Dispositivo de acoplamiento entre un robot y un cabezal, según una cualquiera de las re iv ind icaciones anteriores, caracterizado por que las p letinas horizonta les (14,14 ’) tienen un espesor entre 0 ,2m m -0,3m m , y p re ferentem ente 0,25m m , y las p letinas ob licuas (15 ,15 ’) tienen un espesor entre 0 ,2m m -0,25m m , y pre ferentem ente 0,2mm.
14.- D ispositivo de acop lam ien to entre un robot y un cabezal, según una cua lqu ie ra de las re iv ind icaciones 7 a 13, caracterizado por que las p letinas vertica les (13) tienen un espesor entre 0.15m m - 0.35m m , y pre ferentem ente 0,15m m .
15.- D ispositivo de acop lam ien to entre un robot y un cabezal, según una cua lqu ie ra de las re iv ind icaciones anterio res caracterizado por que la re lación entre el desp lazam iento en la d irección del e je "y” y la rotación en torno al e je "z” está com prend ida entre 0,5-1,5 mm/deg.
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