ITTO20120425A1 - Manipolatore pneumatico bilanciato - Google Patents

Description

“Manipolatore pneumatico bilanciatoâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un manipolatore pneumatico bilanciato.

I manipolatori di questo genere sono largamente utilizzati nell’industria manifatturiera per sostenere e movimentare, in condizione bilanciata, vari utensili e dispositivi, tipicamente dispositivi di presa, saldatrici, avvitatrici, ecc., richiedendo ad un operatore uno sforzo manuale minimo.

Lo sviluppo tecnologico ha portato negli anni un miglioramento continuo di sensibilità per questi tipi di manipolatore che, a fronte di una sempre maggiore richiesta in termini di carichi manovrabili, hanno manifestato un problema di bilanciatura non costante.

Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi ad essa inerenti, verrà dapprima descritto un manipolatore pneumatico bilanciato di tipo tradizionale, facendo riferimento alle figure da 1 a 3. Un manipolatore pneumatico bilanciato 10 comprende un dispositivo di sostegno che include un gruppo 13 girevole attorno ad un asse verticale z ed un meccanismo a parallelogramma articolato 21, il quale include un braccio oscillante 24 infulcrato al gruppo girevole 13 attorno ad un asse di oscillazione orizzontale. L’azione di bilanciamento à ̈ data da un attuatore lineare pneumatico 22 che include un cilindro 22a infulcrato al gruppo girevole 13 ed uno stelo 22b infulcrato al braccio oscillante 24. Al meccanismo a parallelogramma articolato à ̈ montato un braccio orizzontale 36 girevole il quale sostiene un utensile quale un avvitatore, una saldatrice, un dispositivo di presa, ecc.

Con la suddetta configurazione si verifica l’inconveniente che la diversa inclinazione assunta dell’attuatore nelle diverse posizioni di lavoro comporta la trasmissione di forze aventi una componente orizzontale che cresce con la deviazione αdella retta d’azione dell’attuatore rispetto ad un asse verticale. Deviazioni angolari minime, dell’ordine di pochi gradi sessagesimali, si ripercuotono negativamente sulla bilanciatura, richiedendo uno sforzo manuale per la movimentazione tanto maggiore quanto più à ̈ ampia la deviazione angolare dell’attuatore dalla verticale. Lo sforzo manuale necessario aumenta così da un valore ottimale dell’ordine di 20-30 N a 100-150 N e più, quando la deviazione angolare rispetto alla verticale à ̈ massima. In tali condizioni il carico sostenuto diviene instabile e faticoso da manovrare, il che va a scapito della sicurezza e della precisione di movimento.

È scopo della presente invenzione realizzare un manipolatore pneumatico bilanciato in grado di ovviare all’inconveniente suddetto. In particolare si desidera realizzare un manipolatore che richieda uno sforzo manuale minimo e costante, indipendentemente dall’estensione dell’attuatore pneumatico.

Questo ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti secondo l’invenzione da un manipolatore pneumatico bilanciato avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1. Caratteristiche preferenziali sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata seguente, data a puro titolo di esempio non limitativo, facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un manipolatore bilanciato di tipo noto;

le figure 2 e 3 sono viste schematiche parziali che illustrano le diverse posizioni angolari assunte da un attuatore pneumatico in un bilanciatore del tipo noto della figura 1;

la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica parziale di un manipolatore penumatico bilanciato secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

la figura 5 Ã ̈ una vista ingrandita di un dettaglio del manipolatore della figura 4;

le figure 6 e 7 sono viste schematiche parziali che illustrano due diverse posizioni assunte da un attuatore pneumatico nel bilanciatore della figura 4; e

le figure 8 e 9 sono viste schematiche parziali che illustrano due diverse posizioni assunte da un attuatore pneumatico montato secondo una ulteriore forma di realizzazione dell’invenzione.

Facendo ora riferimento alla figura 4, un manipolatore indicato nel suo insieme con 10 comprende un dispositivo di sostegno 11 sul quale à ̈ montato un dispositivo di bilanciamento 20. Il dispositivo di sostegno 11 definisce un asse geometrico verticale z e, in questo esempio, comprende una colonna verticale inferiore fissa 12 ed un gruppo superiore 13 girevole intorno all’asse verticale z. La colonna inferiore 12 può essere solidale ad una base (non illustrata) fissabile ad un pavimento o ad un piano di supporto mobile (non illustrati). In altre applicazioni, il dispositivo di sostegno può fare parte di una struttura pensile, ad esempio sospesa ad un carrello scorrevole lungo vie di corsa. In tali altre applicazioni, il gruppo girevole 13 sarà inferiore rispetto ad una parte superiore non girevole. Nel testo che segue, termini ed espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali “superiore†ed “inferiore†vanno interpretati con riferimento all’esempio illustrato, ma non sono da intendersi come limitativi.

Nella forma di realizzazione illustrata in figura 4 il gruppo girevole 13 presenta una coppia di montanti verticali 15 (uno solo dei quali à ̈ visibile), paralleli ed equidistanziati attorno all’asse verticale z.

Il dispositivo di bilanciamento 20 Ã ̈ montato sul gruppo girevole 13 e comprende un meccanismo a parallelogramma articolato 21, un attuatore lineare pneumatico 22 e una slitta 23 montata in modo scorrevole sul gruppo girevole 13 del dispositivo di sostegno.

Nella parte alta dei montanti 15 à ̈ infulcrato, attorno ad un asse di oscillazione orizzontale x (indicato anche nelle figure 6 e 7), un braccio oscillante superiore 24 facente parte del meccanismo a parallelogramma articolato 21. L’attuatore pneumatico agisce tra un asse di collegamento inferiore a, solidale al gruppo girevole 13, ed un asse di collegamento superiore b definito dalla slitta 23. Preferibilmente l’attuatore 22 à ̈ un attuatore pneumatico a semplice effetto, con un cilindro 22a in questo esempio inferiore ed uno stelo estensibile 22b superiore. Più in particolare, nella forma di realizzazione illustrata il cilindro dell’attuatore à ̈ collegato all’asse di collegamento inferiore, mentre lo stelo 22b à ̈ collegato all’asse di collegamento superiore b. Con c à ̈ indicata (figure 6 e 7) la retta d’azione dell’attuatore, in questo esempio sostanzialmente verticale e parallela all’asse z. Nelle figure 4 e 5 à ̈ indicata con 29 un perno vincolato alla testa dello stelo 22b, infulcrata alla slitta 23 attorno all’asse orizzontale b.

All’estremità opposta del braccio oscillante 24 e del parallelogramma articolato 21 à ̈ montato, in modo di per sé noto, un perno verticale 25 attorno al quale può ruotare un braccio orizzontale 36. Tale braccio serve a sostenere svariati dispositivi, quali ad esempio utensili di presa, avvitatori, saldatrici, ecc.

Il meccanismo a parallelogramma articolato 21 comprende, oltre al braccio oscillante superiore 24, un secondo braccio o leva oscillante inferiore 26, il quale à ̈ parallelo al braccio superiore 24 ed ha le estremità (non illustrate) incernierate ai montanti 15. Due piastre di collegamento verticali 27a, 27b, parallele tra loro sono incernierate all’estremità di resistenza del meccanismo, dove à ̈ montato il perno verticale. Due ulteriori bielle di collegamento intermedie 28a, 28b sono incernierate ai bracci oscillanti superiore ed inferiore in modo di per sé noto. Il meccanismo a parallelogramma non differisce in modo apprezzabile da quelli di tipo noto, e pertanto non verrà qui descritto in maggiore dettaglio.

Come spiegato più avanti, l’attuatore lineare 22 agisce tra il gruppo girevole 13 e il meccanismo a parallelogramma 21 per provocare la rotazione del braccio 24 attorno all’asse di oscillazione orizzontale x, al fine di sollevare e abbassare, secondo movimenti di rototraslazione, il perno verticale 25 supportato all’estremità del meccanismo a parallelogramma opposta all’estremità vicino alla quale à ̈ montato l’attuatore 22. L’attuatore 22 non agisce direttamente sul braccio 24, ma tramite la slitta 23.

La slitta 23 à ̈ scorrevole lungo una prima guida lineare indicata schematicamente con 30 nelle figure 6 e 7, solidale al gruppo girevole 13 e parallela alla retta d’azione c dell’attuatore 22. Per un migliore equilibrio e distribuzione dei carichi, preferibilmente la prima guida 30 include una coppia di guide lineari parallele (o guide “di sostegno†), che si estendono parallelamente alla retta d’azione c dell’attuatore.

La slitta 23 presenta una seconda guida lineare 31, preferibilmente costituita da una seconda coppia di guide parallele rettilinee 31a, 31b le quali sono orientate perpendicolarmente alla prima guida o coppia di guide di sostegno 30. Lungo la seconda coppia di guide 31a, 31b si impegna un elemento mobile 32 montato sull’estremità del braccio oscillante superiore 24 dalla parte dell’attuatore 22. Preferibilmente le seconde guide 31a, 31b della slitta si presentano come una coppia di fenditure parallele e l’elemento mobile 32 comprende un rullo cilindrico 33 il quale à ̈ montato in modo folle attorno ad un asse orizzontale (illustrato in tratteggio con 35 nella figura 7) fissato nella posizione 34 all’estremità del braccio oscillante superiore 24. In tale forma di realizzazione, il montaggio del rullo cilindrico 33 à ̈ effettuato per mezzo di una coppia di cuscinetti volventi (non illustrati in dettaglio) distanziati lungo l’asse orizzontale 37 ed ciascuno un rispettivo anello esterno stazionario fissato al braccio 24, ed un rispettivo anello interno girevole bloccato ad una delle due estremità opposte del rullo 33.

Il rullo cilindrico 33 à ̈ preferibilmente accolto con un gioco verticale minimo predeterminato nella seconda guida 31 (o nelle seconde guide parallele 31a, 31b). Un gioco dell’ordine di qualche decimo di millimetro consente al rullo cilindrico di rotolare lungo le seconde guide 31a, 31b quando l’attuatore 22 si estende o si ritira, nel passare tra le posizioni alternative illustrate schematicamente nelle figure 6 e 7. Il contatto per rotolamento tra l’elemento mobile 32 e le seconde guide 31a, 31b riduce al minimo gli attriti tra la slitta e l’attuatore.

In una forma di realizzazione alternativa meno preferita (non illustrata), l’elemento di impegno mobile 32 può comprendere un pattino che si impegna a strisciamento, anziché a rotolamento, nella seconda guida o guide 31 presentate dalla slitta 23. A tale scopo, la guida (o guide) 31 potrà assumere forma diverse da quella di una o due fenditure, in funzione della forma del pattino (o pattini). La scelta della forma a fenditura à ̈ vantaggiosa in quanto assicura uno scambio ottimale di forze tra la slitta 23 e il braccio 24, e dà luogo ad un accoppiamento affidabile tra questi due organi, sfruttando la resistenza strutturale data da due aperture formate nel braccio 24.

Come illustrato schematicamente nella figura 7, l’estremità del braccio oscillante 24 à ̈ preferibilmente sdoppiata in due formazioni a piastre verticali parallele 24a, 24b, consentendo così un montaggio efficace dell’elemento di impegno mobile 32. Anche la slitta 23, nella forma di realizzazione preferita illustrata nella figura 7, comprensiva di una coppia di piastre metalliche parallele 23a, 23b, distanziate secondo una direzione orizzontale, in ciascuna delle quali à ̈ formata una delle due seconde guide per il rullo cilindrico 33 (o per un pattino scorrevole). Secondo una forma di realizzazione particolarmente preferita, che ottimizza gli spazi a disposizione e i collegamenti con l’attuatore e il gruppo superiore, ciascuna delle piastre della slitta ha sostanzialmente la forma di una L, della quale un tratto rettilineo o più lungo à ̈ accoppiato alla prima guida lineare 30, mentre un tratto più breve della L presenta la feritoia o seconda guida 31. Per realizzare la prima guida lineare 30 à ̈ particolarmente preferita una slitta a ricircolo di sfere.

Nelle figure 6 e 7 sono schematicamente illustrate due posizioni alternative opposte assunte dal manipolatore. L’estensione dell’attuatore comporta il passaggio dalla posizione della figura 6 alla figura 7, con conseguente spostamento della slitta 23 lungo la prima guida 30 e contemporaneo spostamento dell’elemento di impegno mobile 32 lungo la seconda guida 31 della slitta.

Grazie alla slitta, interposta tra l’attuatore e il braccio oscillante, e della perpendicolarità reciproca delle guide 30 e 31, l’attuatore trasmette al meccanismo a parallelogramma esclusivamente una forza verticale, cioà ̈ priva di componenti orizzontali. Ciò garantisce un bilanciamento costante del manipolatore in tutto il campo di escursione dell’attuatore, richiedendo all’operatore di applicare una forza manuale minima e costante nella manovra, che favorisce un uso preciso dell’utensile abbinato al manipolatore. Il manipolatore esibisce, in aggiunta, un comportamento particolarmente stabile che permette all’operatore di togliere temporaneamente entrambe le mani dal manipolatore, il quale resta fermo nella posizione raggiunta, a vantaggio della sicurezza oltre che della comodità di uso.

Si intende che l'invenzione non à ̈ limitata alle forme di realizzazione qui descritte ed illustrate, che sono da considerarsi come esempi di attuazione del manipolatore; l’invenzione à ̈ invece suscettibile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, dettagli costruttivi e di funzionamento. Ad esempio, come illustrato nelle figure 8 e 9, in un’ulteriore forma di realizzazione del manipolatore, la retta d’azione c dell’attuatore 22 potrà essere inclinata rispetto alla verticale, ad esempio di un angolo di 45°. Conseguentemente, la prima guida 30 sarà inclinata parallelamente alla retta c, e la seconda guida 31 perpendicolare a questa. Inoltre, il manipolatore potrà essere dotato di due attuatori pneumatici anziché uno solo. Ad esempio, due attuatori lineari pneumatici potranno essere montati paralleli, l’uno a fianco dell’altro con i rispettivi cilindri montati sul gruppo girevole 13 lungo l’asse a e i rispettivi steli solidali al perno 29 o a prolungamenti di questo sui due lati opposti del braccio oscillante 24.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Manipolatore pneumatico bilanciato, comprendente - un dispositivo di sostegno (11) che include un gruppo (13) girevole attorno ad un asse verticale (z); - un meccanismo a parallelogramma articolato (21), che include un braccio oscillante (24) infulcrato al gruppo girevole attorno ad un asse di oscillazione orizzontale (x); - almeno un attuatore lineare pneumatico (22), agente tra il gruppo girevole (13) e il meccanismo a parallelogramma articolato (21) per provocare la rotazione del braccio (24) attorno all’asse di oscillazione (x); caratterizzato dal fatto che il manipolatore comprende inoltre: - una slitta (23) collegata all’attuatore (22) e montata in modo scorrevole sul gruppo girevole (13) mediante primi mezzi di guida rettilinei (30) ed estesi in una prima direzione data (c); - secondi mezzi di guida rettilinei (31), solidali alla slitta (23) ed estesi in una seconda direzione perpendicolare alla prima direzione; - un elemento di impegno (32, 33), montato sul braccio oscillante (24), il quale elemento di impegno si impegna lungo i secondi mezzi di guida (31).
2. 2. Manipolatore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’elemento di impegno (32, 33) comprende un mezzo di rotolamento (33) il quale à ̈ montato girevole intorno ad un asse (35) solidale al braccio oscillante (24) e si impegna a rotolamento con i secondi mezzi di guida rettilinei (31) della slitta (23).
3. 3. Manipolatore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i secondi mezzi di guida (31) comprendono almeno una feritoia (31a, 31b).
4. 4. Manipolatore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che i secondi mezzi di guida comprendono una coppia di feritoie parallele (31a, 31b) distanziate l’una dall’altra in una direzione perpendicolare alla seconda direzione.
5. 5. Manipolatore secondo le rivendicazioni 2 e 4, caratterizzato dal fatto che il mezzo di rotolamento comprende un rullo cilindrico (33) che si impegna a rotolamento in entrambe le feritoie (31a, 31b).
6. 6. Manipolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i primi mezzi di guida si estendono in una direzione verticale, e i secondi mezzi di guida si estendono in una direzione orizzontale.
7. 7. Manipolatore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la slitta (23) comprende almeno un elemento rigido a forma di L, con un tratto più lungo accoppiato ai primi mezzi di guida (30) ed un lato più breve, perpendicolare al tratto più lungo, il quale presenta i secondi mezzi di guida (31).