ES2322036T3 - Robot industrial. - Google Patents

Abstract

Un robot industrial para mover un objeto en el espacio que comprende una plataforma estacionaria (3), una plataforma móvil (31) adaptada para soportar el objeto, y un primero (A), un segundo (B) y un tercer brazo (C) a los que están unidas las plataformas, en el que el primer brazo comprende un primer actuador (10), un primer brazo de soporte (13) influenciado por el primer actuador y giratorio alrededor de un primer eje, y una primera articulación (16, 17) montada sobre el primer brazo de soporte (13), el segundo brazo comprende un segundo actuador (11), un segundo brazo de soporte (14) influenciado por el segundo actuador y giratorio alrededor del primer eje, y una segunda articulación (18, 19) montada sobre el segundo brazo de soporte (14), y el tercer brazo comprende un tercer actuador (12), un tercer brazo de soporte (15) influenciado por el tercer actuador y giratorio alrededor de un segundo eje, y una tercera articulación (20) montada sobre el tercer brazo de soporte (15), caracterizado porque los enlaces en cada uno de la primera (16, 17) y segunda articulación (18, 19) comprende un triángulo donde la base está montada sobre la plataforma móvil (31).

Description

Robot industrial.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un robot industrial que comprende un manipulador y equipo de control, en el que el manipulador tiene tres brazos, teniendo cada brazo una articulación que soporta una plataforma móvil. El equipo de control comprende accionamientos y medios que incluyen un microprocesador y software para accionar y guiar el manipulador de la manera deseada. Para conseguir el movimiento deseado de la plataforma, las articulaciones comprenden enlaces o varillas que se conectan de forma articulada entre la plataforma y los brazos. Cada junta permite un movimiento en tres grados de libertad. Los brazos están fijados a actuadores estacionarios que permiten un movimiento en un grado de libertad. Este movimiento comprende rotación y traslación. La tarea de la plataforma es soportar directa o indirectamente herramientas u objetos para movimiento, medición, procesamiento, mecanizado, unión etc.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un robot industrial de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Se conoce a partir del documento WO-A-99/58 301 un robot de este tipo.

Técnica anterior

Un robot que comprende más de un brazo y en el que al menos dos brazos forman cadenas de uniones entre actuadores del robot y la plataforma que debe manipularse se designa como robot de brazos paralelos o un robot cinemático paralelo. Para un robot de brazos paralelos para movimiento de una plataforma con tres grados de libertad (por ejemplo, en direcciones x, y, z en un sistema cartesiano de coordenadas), se requieren tres brazos que trabajan en paralelo. Si deben manipularse todos los seis grados de libertad de la plataforma, x, y, z y la orientación de la herramienta), se requieren seis brazos que trabajan en paralelo. Cada brazo de este tipo comprende un brazo superior y un brazo inferior. En varias aplicaciones, se desea una manipulación con una combinación de grados de libertad para posicionamiento y grados de libertad para orientación. Una clase de tales aplicaciones es el trabajo interior en espacios estrechos. En ese caso, se desea a menudo tener un robot con dos grados de libertad para la orientación de la herramienta y solamente un grado de libertad para el posicionamiento radial.

Para obtener un sistema de brazo rígido con una capacidad de carga grande y un peso pequeño, los brazos inferiores del manipulador cinemático paralelo, más próximos a la plataforma manipulada, deberán constar de seis enlaces en total, los cuales solamente transfieren fuerzas de compresión y de tracción. Para un manipulador con tres grados de libertad y tres brazos, esto significa que deben distribuirse estos seis enlaces entre los brazos y esto solamente se puede realizar con dos combinaciones diferentes 2/2/2 o 3/2/1.

Para describir más fácilmente robots cinemáticos paralelos que comprenden enlaces, se introducen aquí algunas definiciones de diferentes enlaces:

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Enlace: un enlace es un miembro que une de forma móvil dos elementos y que permite en cada extremo, el movimiento en tres grados de libertad. Habitualmente consta de un miembro alargado rígido tal como, por ejemplo, una varilla que tiene una rótula en cada extremo. El enlace retiene los elementos a una distancia definida entre sí y solamente absorbe fuerzas de tracción o de compresión. Por lo tanto, un enlace no transfiere movimientos de torsión.

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Enlace doble: Un enlace doble es un miembro que une de forma móvil dos elementos, que permite en cada extremo el movimiento en tres grados de libertad, y que transfiere un momento en un plano entre los elementos. El enlace doble consta de un cuadrángulo, por ejemplo, con dos enlaces, de acuerdo con lo anterior, que forman una primera pareja de enlaces y los elementos que forman la segunda pareja de enlaces. En un caso especial, el enlace doble es un paralelogramo, en cuyo caso los dos elementos son forzados a moverse uno con respecto al otro. Puesto que todas las uniones permiten el movimiento en tres grados de libertad, esto implica que el enlace doble se puede retorcer. Por lo tanto, el enlace doble necesita ayuda de otras articulaciones para permanecer plano.

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Enlace doble bloqueado: Un enlace doble bloqueado es un miembro que une de forma móvil dos elementos que, en cada extremo, permite el movimiento en dos grados de libertad. El enlace doble bloqueado consta de un enlace doble de acuerdo con lo anterior, en el que al menos una diagonal está bloqueada. Esto se consigue, por ejemplo, introduciendo en el cuadrángulo un enlace adicional que no está paralelo a ninguno de los otros enlaces. Esto previene que los elementos sean desplazados, pero todavía el enlace doble bloqueado se puede retorcer.

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Enlace triple: Un enlace triple es un miembro que une de forma móvil dos elementos, que en cada extremo permite el movimiento en tres grados de libertad y que transfiere un momento en dos planos entre los elementos. El enlace triple consta habitualmente de dos enlaces dobles, orientados en planos diferentes, con un enlace común. En un caso especial, el enlace triple comprende un paralelogramo espacial que consta de tres enlaces paralelos de la misma longitud. Tal paralelogramo espacial se puede retorcer, pero mantiene los elementos orientados en planos paralelos.

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Triángulo: Un triángulo es un miembro que une de forma móvil dos elementos y que en un extremo (la base) permite el movimiento en un grado de libertad y en su otro extremo permite el movimiento en tres grados de libertad. El triángulo consta, por ejemplo, de un miembro rígido a la torsión que, en su base, está articulado a un primer elemento a través de un eje y en su otro extremo está articulado a un segundo elemento por medio de una rótula. Un triángulo puede constar también de dos enlaces de acuerdo con lo anterior, donde una de las uniones es común.

En el texto siguiente, un brazo para un robot debería significar una articulación soportada por un brazo de soporte. Por el concepto brazo de soporte debe entenderse un miembro rígido a la torsión que une de forma móvil dos elementos juntos y que, en ambos extremos, permiten el movimiento en un grado de libertad. El brazo de soporte consta, por ejemplo, de un tubo con una horquilla dispuesta en cada extremo a través del cual pasa un eje. En un caso especial, los ejes están paralelos, de manera que solamente se permite el movimiento de los elementos unidos por el brazo de soporte en un plano. Debería mencionarse que el movimiento comprende la rotación así como traslación. El brazo de soporte puede transferir, desde un elemento al otro, tanto fuerzas de tracción como de compresión, momento de torsión y momento de flexión.

Cuando se requiere el rango de trabajo en forma de una esfera o un elipsoide, se utiliza actualmente cinemática de serie, en la que las tres primeras uniones (ejes) son sustancialmente sensibles al posicionamiento de la herramientas y los otros ejes (más próximos a la herramienta) son sustancialmente sensibles a la orientación de la herramienta. La cinemática más comúnmente utilizada es, por lo tanto, la siguiente: el eje 1 hace girar toda la estructura del robot, el eje 2 hace girar un primer brazo en el plano vertical, el eje 3 hace girar un segundo brazo; también en el plano vertical, el eje 4 hace girar la herramienta alrededor de un eje en el centro del segundo brazo, el eje 5 hace girar la herramienta alrededor de un eje perpendicularmente al eje 4, y el eje 6 hace girar la herramienta alrededor de un eje perpendicular al eje 5. Esta construcción en serie del robot plantea los siguientes problemas.

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El robot se vuelve pesado, lo que limita su velocidad y necesita actuadores costosos y consumidores de energía (motores). Si, además, el robot debe montarse como un subsidiario en un manipulador maestro con el fin de guiar, por ejemplo, el robot en espacios estrechos, un robot pesado del tipo subsidiario proporciona un manipulador maestro todavía más pesado y más costoso.

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El robot se vuelve flexible y cuando se mueven objetos o herramientas, se obtiene un movimiento oscilante no deseado a lo largo de la trayectoria a lo largo de la cual debe realizarse el movimiento y cuando el movimiento debe detenerse, se producen los llamados sobreimpulsos. Este problema se incrementa adicionalmente en el caso de una configuración master/subsidiario, de manera que se deteriora también el rendimiento del manipulador maestro.

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El robot se vuelve elástico cuando deben generarse fuerzas entre la herramienta y el objeto, lo que perjudica la configuración maestro/subsidiario.

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Para los actuadores móviles montados en serie con sensores de medición asociados, se requiere cableado móvil, que reduce la fiabilidad de robots cinemáticos en serie.

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Es difícil obtener una alta exactitud del robot sin proporcionar soluciones muy costosas con componentes de precisión y conjunto de precisión del robot.

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Debido a que las longitudes del brazo y las relaciones geométricas del robot construida en serie dependen de la temperatura, el posicionamiento de la herramienta depende de la temperatura.

Todas estas limitaciones de los robots cinemáticos en serie utilizados actualmente se pueden eliminar con un robot cinemático paralelo que es accionado por articulaciones que trabajan en paralelo, que no necesitan soportarse unas con otras.

Un ejemplo de un robot de este tipo se conoce previamente a partir de la publicación de patente WO99/58301. este robot tiene, en su diseño básico, tres grados de libertad y comprende tres articulaciones que están conectadas en paralelo entre tres actuadores de rotación y una plataforma manipulada. Cada articulación consta de un brazo de pivote, que conectado a través de dos varillas articuladas que trabajan en paralelo a la plataforma manipulada. En ambos extremos de las varillas articuladas están colocadas uniones con dos o tres grados de libertad. El robot cinemático paralelo obtenido de esta manera tiene un rango de trabajo toroidal alrededor de una plataforma de base, sobre la que está montado el actuador. La plataforma manipulada no cambiará su ángulo de inclinación durante el posicionamiento y la extensión del rango de trabajo por encima y por debajo del robot está limitada por varillas articuladas en paralelo entre los brazos inferiores y la plataforma manipulada. Por esta razón, el robot no se puede diseñar para un rango de trabajo en forma de una esfera o elipsoide.

Un manipulador cinemático paralelo que es capaz de cambiar la inclinación de la plataforma manipulada y que tiene la posibilidad de proporcionar un rango de trabajo en forma de una esfera o un elipsoide se describe en la memoria descriptiva de la patente de los Estados Unidos US 4.651.589. Dos elementos están conectados aquí al menos a tres patas que están colocadas en planos separados. Cada una de las patas consta de dos partes, estando conectada cada parte en un extremo a la otra parte de la misma pata por una conexión esférica y en el otro extremo a uno de los dos elementos, pero no al elemento al que está conectada la otra parte de la misma pata, por una conexión de rotación. Sin embargo, esta estructura proporciona un rango de trabajo que es aproximadamente un semi-elipsoide y que, por lo tanto, no es suficiente para formar un robot capaz de trabajar en todas las direcciones con un rango de trabajo que corresponde a un elipsoide o esfera completa. En resumen, el manipulador descrito en el documento US 4.651.589 tiene las siguientes limitaciones:

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Un rango de trabajo pequeño (como máximo un semi-elipsoide).

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Puesto que las patas trabajan en planos diferentes, todos los ejes de rotación de los motores de accionamiento tienen diferentes direcciones, lo que hace imposible tener dos ejes de motor paralelos o coincidentes. Sin embargo, esto es necesario para obtener un accionamiento de motor sencillo que no requiere espacio, lo que es especialmente importante cuando el manipulador debe utilizarse como una muñeca con transmisiones entre, por una parte, motores en un extremo de un brazo de robot y, por otra parte, la muñeca en el otro extremo del mismo brazo de robot.

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La estructura está destinada solamente para manipuladores con motores de rotación que, a través de brazos de pivote, proporcionan a la plataforma manipulada sus movimientos. En varias aplicaciones es deseable utilizar actuadores lineales sin brazos de pivote, lo que no es posible con patas que trabajan en diferentes planos.

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Estas limitaciones, que son fundamentales para aplicaciones en la práctica, no están presentes en el robot cinemático paralelo de acuerdo con la presente invención, lo que es debido a los siguientes hechos:

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Dos articulaciones (que corresponden a las patas en el documento US 4.651.589) están trabajando en un plano común.

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Estas dos articulaciones pueden estar, por lo tanto, más próximas a la plataforma manipulada, cada una de las cuales tiene un conjunto de varias articuladas montadas sobre la plataforma manipulada con uniones donde una línea a través de estas uniones (llamada línea de guía) de un con junto de varillas articuladas está paralela a la línea de guía correspondiente del otro conjunto de varillas articuladas.

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Estas líneas de guía paralelas proporcionan una posibilidad de tener dos actuadores giratorios con ejes paralelos o coincidentes de rotación que, a través de brazos de pivote, manipulan las dos articulaciones.

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Esta configuración de los ejes del motor proporciona una posibilidad de obtener un rango de trabajo +/- 180 grados e incluso +/- 200 grados, lo que da como resultado un rango de trabajo del robot que corresponde a una esfera o elipsoide completo. Ninguna estructura cinemática paralela conocida anteriormente tiene un rango de trabajo de ángulo sólido tan grande.

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En el caso de ejes de rotación coincidentes, además, la plataforma manipulada puede ser girada un número infinito de vueltas alrededor del eje de rotación, que es entonces común a los dos motores, lo que hace posible programar siempre el robot para que adopte la trayectoria más próxima entre dos posiciones/orientaciones de la plataforma manipulada (no es necesario girar de nuevo una vuelta si, por ejemplo, una posición se encuentra al final de una vuelta y la posición siguiente se encuentra al comienzo de la misma vuelta.

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Además, con ejes de rotación coincidentes, éstos pueden ser accionados con transmisión es de tubos coaxiales, lo que permite tener los motores de accionamiento en un extremo de un brazo de rotor y los ejes para accionar las dos articulaciones en el otro extremo del brazo de robot.

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Las líneas de guía paralelas para las dos articulaciones permiten entonces la introducción de una tercera articulación con un conjunto de varillas articuladas que tiene una línea de guía que está perpendicular a las líneas de guía de los dos primeros conjuntos de varillas articuladas.

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Esto, a su vez, proporciona una posibilidad de introducir un tercer motor con un eje de rotación que está perpendicular a los ejes de rotación de los otros dos motores. De esta manera, se puede utilizar una sola transmisión de correa o una transmisión de tubo con una pareja de engranajes cónicos en una muñeca para transmitir par motor desde el motor en un extremo del brazo de robot hasta la tercera articulación.

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Las líneas de guía paralelas para los dos conjuntos de varillas articuladas proporcionan entonces una posibilidad de introducir, para el conjunto de varillas articuladas de la tercera articulación con una línea de guía que está perpendicular a las líneas de guía de los dos primeros conjuntos de varillas articuladas, tres varillas articuladas, de manera que un motor libremente giratorio para la tercera articulación será controlado siempre por los otros dos motores, de tal manera que la tercera articulación termina a medio camino entre las otras dos articulaciones, lo que da una configuración cinemática óptima, tanto con respecto a la magnitud del rango de trabajo como también a la rigidez y actuación del robot.

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Además, las líneas paralelas para las dos articulaciones proporcionan una posibilidad de montar los conjuntos de varillas articuladas con líneas de guía paralelas sobre actuadores lineales para obtener una actuación óptima en un plano. Montando entonces el tercer conjunto de varillas articuladas, con una línea de guía perpendicular a las otras líneas de guía, sobre un tercer actuador lineal, o bien directamente o a través de un brazo de pivote, se obtienen también una actuación óptima en el espacio entre los actuadores lineales.

Con esta configuración cinemática paralela, se obtiene un robot que tiene todas las ventajas que son características de un robot de brazos paralelos con seis enlaces a la plataforma manipulada y que, por lo tanto, resuelve los problemas de robots de brazos en serie descritos anteriormente. Al mismo tiempo, se imparte a este robot una agilidad, tan grande como la de un robot antropomórfico en serie, que implica que puede ser utilizado, por ejemplo, en espacios estrechos. Sin embargo, la agilidad permite utilizar esta estructura de robot también en otras aplicaciones. A continuación se dan algunos ejemplos de campos de aplicación de robots cinemáticos paralelos, compuestos de acuerdo con la estructura descrita en este documento de patente:

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Soldadura de arco, generalmente en configuración maestro/subsidiario, por ejemplo en módulos de buques.

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Soldadura por puntos, por ejemplo, en carcasas de ruedas.

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Encolado, cementación, pintura, por ejemplo dentro de compartimientos de motor, botes, fuselajes.

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Montaje, por ejemplo dentro de carrocerías de coches en una configuración maestro/subsidiario.

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Medición, por ejemplo, en bloques de motor, carcasas de cajas de cambios y carrocerías de automóviles.

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Rectificado, desbarbado, trituración, perforación, etc. por ejemplo, en bloques de motor, carcasas de cajas de cambio, cierta fundición.

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Corte con láser, corte con chorro de agua, por ejemplo en componentes de automóviles y aviones.

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Mecanizado, donde el robot se utiliza para insertar y extraer objetos en varios tipos de máquinas, por ejemplo máquinas de operaciones múltiples, máquinas de fundición, estampas y prensas de alta presión.

Resumen de la invención

El objeto de la presente invención es sugerir maneras y medios de producción de un robot cinemático paralelo que muestra un rango de trabajo grande y que previene que los brazos del robot sean sometidos a fuerzas desfavorables.

Esto se consigue por medio de un robot industrial como se define en la reivindicación 1.

Desde un primer aspecto de la invención, el manipulador comprende una articulación que permite al elemento móvil un movimiento en el espacio a lo largo de un esferoide, donde el radio se varía y con brazos giratorios. Desde un segundo aspecto de la invención, el manipulador comprende una articulación que permite el mismo movimiento, pero con brazos de soporte, cuyo movimiento implica traslación. En un caso especial, se hace referencia una traslación lineal recta.

El manipulador, que es común en todos los aspectos, comprende un primer brazo de soporte, un segundo brazo de soporte, y un tercer brazo de soporte. El tercer brazo de soporte se referirá a continuación también como el brazo de soporte central. Además de ser articulado alrededor de un primer eje, alrededor del cual está dispuesto el sistema de accionamiento, este brazo de soporte central está articulado también libremente alrededor de un segundo eje dispuesto sustancialmente en un plano perpendicular al eje de accionamiento. El método para impartir al brazo central solamente fuerzas transversales pequeñas compren de adaptar el brazo central, por conexiones a los otros brazos, para adoptar una posición entre éstos.

La invención comprende robots que están compuestos por un sistema de brazos cinemáticos paralelos accionado por actuadores. El sistema de brazos comprende tres articulaciones de trabajo paralelas (A, B, C) que conectan los actuadores (10, 11, 12B) a la plataforma (31) que debe ser manipulada. Más próxima a la plataforma (31) manipulada, la articulación comprende varillas articuladas (16, 17, 18, 19, 20, 21) y es la configuración de estas varillas articuladas junto con la configuración de los actuadores (10, 11, 12B) y la plataforma manipulada (31) lo que da al robot sus propiedades únicas. Para bloquear todos los seis grados de libertad de la plataforma manipulada, se utiliza un total de al menos seis varillas articuladas. De esta manera, cada varilla articulada solamente tendrá que transmitir fuerzas de tracción y de compresión, lo que permite a las varillas articuladas ser realizadas muy rígidas, ligeras y exactas.

Las articulaciones están montadas sobre la plataforma (31) por medio de uniones (23, 24, 26, 27, 29, 30) que tienen uno, dos o tres grados de libertad. Las varillas articuladas están distribuidas de tal manera que cada articulación comprende al menos dos varillas articuladas para formar conjuntos de varillas articuladas (16, 17, 18, 19,20, 21). Para obtener las fuerzas lo más pequeñas posible en las varillas articuladas con respecto a pares de torsión de la plataforma (3), las uniones que tienen las mismas articulaciones se montan lo más lejos posible entre sí sobre la plataforma. Un conjunto de varillas articuladas asociadas con la misma articulación se monta con un conjunto de uniones (23, 24; 26, 27; 29, 30) sobre la plataforma manipulada (31. En el otro extremo, las varillas articuladas de al menos dos de los tres conjuntos de varillas articuladas (16, 17; 18, 19) se montan sobre una unión común (22, 25). En el caso de que las uniones entre un conjunto de varillas articuladas y la plataforma solamente tengan un grado de libertad, los ejes de rotación de esas uniones (23, 24; 26, 27; 20, 21) que pertenecen al mismo conjunto de varillas articuladas deben coincidir. La unión común (22, 25, 29) para una pareja de varillas articuladas debería tener dos o tres grados de libertad y los dos o tres ejes de rotación de una unión común deberían coincidir con el fin de que el modelo cinemático del robot no sea demasiado complejo. Para obtener la imagen de carga más favorable en la unión común las varillas articuladas que se montan encima deberían apuntar hacia dentro hacia el centro de la unión, donde los dos o tres ejes de rotación se intersectan entre sí

La unión común (22, 25, 28) para un conjunto de varillas articuladas se puede montar o bien sobre un brazo de pivote (13, 14, 15) o sobre un carro (40, 41, 42) que se mueve a lo largo de una trayectoria (3, 3B). Los brazos de pivote y los carros son accionados por actuadores (10, 11, 12) dan lugar a una transferencia combinada y a un movimiento giratorio de la plataforma manipulada (31).

Sobre la base de este diseño fundamental de un robot cinemático paralelo, la invención comprende un número de formas de realización ventajosas.

La invención comprende la característica de que en dos de los tres conjuntos (16, 17; 18, 19) de varillas articuladas, los enlaces incluidos están montados sobre brazos de pivote (13, 14) con la ayuda de una unión (22, 25), que es común a cada conjunto de varillas articuladas. En sus otros extremos, los dos conjuntos (16, 17; 18, 19) de varillas articuladas están montadas sobre una plataforma (31) por medio de uniones de tal manera que las uniones (23, 24) que pertenecen a uno (16, 17) de los conjuntos de varillas articuladas están colocadas sobre una línea que está paralela a la línea correspondiente a través de las uniones (26, 27) del otro (18, 19) de los dos conjuntos de varillas articuladas. El concepto inventivo comprende también la característica de que estas líneas pueden ser coincidentes, lo que implica que las uniones (23, 24, 26, 27) de dos conjuntos de varillas articuladas hacia la plataforma (31) estén montadas a lo largo de una y la misma línea.

Adicionalmente, las líneas paralelas o coincidentes mencionadas anteriormente están paralelas a los ejes de rotación de los brazos (13, 14) sobre los que están montados los dos conjuntos (16, 17; 18, 19) de las varillas articuladas. Estos ejes de rotación son los mismos que los ejes de rotación de los actuadores que accionan estos brazos (13, 14). Además, en esta forma de realización, la tercera articulación (C) está montada entre un tercer actuador (12B) y la plataforma (31). El eje de rotación del tercer actuador (12B) se selecciona esencialmente perpendicular a los ejes de rotación de los otros dos actuadores (10, 11), lo que provoca que el tercer brazo (15) oscile en un plano perpendicular al plano en el que están oscilando los dos brazos (13, 14) mencionados anteriormente.

El concepto inventivo comprende también la característica de tener el tercer actuador (12B) pivotando libremente sobre la columna (13)por medio de un cojinete (12A), cuyo eje de rotación coincide preferentemente con los ejes de rotación de los dos primeros actuadores (10, 11). Introduciendo entonces una séptima varilla articulada (21C) en la plataforma (31) se puede bloquear el grado de libertad añadido a través de dicho cojinete (12A). Esta séptima varilla articulada es introducida adecuadamente en el tercer conjunto de varillas articuladas (20, 21, 21C), que está colocado entre el tercer brazo de pivote (15) y la plataforma (31). La tercera articulación (C) está configurada de tal forma que al menos dos de tres varillas articuladas incluidas en el conjunto de varillas articuladas se colocan paralelas. Para prevenir rotaciones de la plataforma (31) cuando el tercer brazo (15) está oscilando, la línea a través de las uniones (29, 30C, 30) que conecta el tercer conjunto de varillas articuladas (20, 21, 21C) a la plataforma (31) debería estar paralelo a la línea a través de las uniones (28A, 28C, 28B) que conectan el tercer conjunto de varillas articuladas (20, 21, 21C) al tercer brazo (15) y, al mismo tiempo, en paralelo al eje de rotación del tercer brazo (15) y al tercer actuador (12B). Al mismo tiempo, este diseño provocará que la plataforma (31) haga girar el tercer actuador (12B) sobre el cojinete (12A) sobre la columna 3, de tal manera que el tercer brazo (15) oscilará siempre en un plano que está perpendicular al plano, en el que están oscilando los dos primeros brazos (13, 14) y, además, el tercer brazo (15) estará situado siempre a medio camino entre los dos primeros brazos (13, 14), lo que proporciona un rango de trabajo máximo para el robot.

La invención comprende también montar el tercer actuador sobre otro actuador (12D) que es capaz de hacer girar el tercer actuador alrededor de un eje que está esencialmente perpendicular al eje de rotación del segundo actuador (12D).

También forma parte del concepto inventivo que al menos dos de los conjuntos (16, 17; 18, 19) de varillas articuladas están montados por medio de dichas uniones comunes (22, 25) sobre carros (40, 41) y que se provoca que la plataforma manipulada (31) se mueva controlando las posiciones de dichos carros con la ayuda de los actuadores (10, 11). Para evitar la rotación de la plataforma (31), los dos conjuntos (16, 17; 18, 19) de varillas articuladas están montados sobre la plataforma (31) por medio de uniones (23, 24; 26, 27) de tal manera que una línea (línea de guía) a través de las uniones (23, 24) que pertenecen a uno (16, 17) de los dos con juntos de varillas articuladas se coloca paralelo o coincide con una línea (línea de guía) correspondiente a través de las uniones (26, 27) que pertenecen al otro (18, 19) de los dos conjuntos de varillas articuladas. Además, dichos dos carros (40, 41) están montados de una manera adecuada de tal forma que los movimientos de los mismos son realizados en un plano perpendicular a las líneas de guía mencionadas anteriormente en una posición en la que la plataforma (31) está aproximadamente en el centro de su rango de trabajo. Para obtener un rango de trabajo bien utilizado, estos carros deberían moverse, además, a lo largo de trayectorias mutuamente paralelas.

También forma parte del concepto inventivo formar el tercer conjunto de varillas articuladas (30, 21) o bien en forma de un paralelogramo con dos uniones en cada extremo de las varillas articuladas o en forma de un paralelepípedo con dos uniones en cada extremo de las varillas articuladas o en forma de un triángulo equilátero o en forma de tres varillas articuladas, a lo sumo des de las cuales pueden estar paralelas. Las varillas (20, 21) articuladas incluidas en el tercer conjunto de varillas articuladas están montadas por uniones (29, 30) sobre la plataforma (31), de tal manera que una línea entre estas uniones se coloca perpendicularmente a las líneas paralelas descritas anteriormente para las uniones entre los dos primeros conjuntos (16, 17; 18, 19) de varillas articuladas y la plataforma (31). De esta manera, se evita la rotación de la plataforma cuando la plataforma es manipulada.

De acuerdo con la invención, para obtener un rango de trabajo grande de la forma de realización del robot con carros (40, 41, 42), el tercer conjunto (20, 21) de varillas articuladas puede estar montado sobre una disposición de brazo de palanca (15, 46, 44, 45) conectada al segundo y tercer carros (41, 42). El cometido de la disposición de brazo de palanca (45, 44, 46, 15) consiste en impartir movimientos grandes al conjunto (20, 21) de varillas articuladas, es decir, mover la plataforma manipulada (31) sustancialmente perpendicular a la dirección de movimiento de los carros (40, 41, 42). Además, para obtener un rango máximo de trabajo, las trayectorias lineales (3A, 3B), sobre las que se mueven los carros, están paralelas y están montadas de tal manera que las articulaciones (16, 17; 18, 19; 20, 21) son capaces de moverse entre trayectorias lineales.

El concepto inventivo comprende también montar sobre la plataforma manipulada (31) una muñeca con uno, dos o tres ejes. El concepto inventivo comprende también utilizar el robot como robot subsidiario para realizar varias operaciones dentro de un espacio (1) más o menos cerrado. Como un robot subsidiario, el robot se puede utilizar también como una muñeca para un robot mayor, en cuyo caso los movimientos del robot son sincronizados a los movimientos del robot mayor.

Breve descripción del dibujo

La invención se explicará con más detalle por medio de formas de realización con referencia al dibujo que se acompaña, en el que:

La figura 1 muestra un tipo de rango de trabajo (6) para el que el robot es especialmente adecuado.

La figura 2 muestra un robot de acuerdo con la invención con tres brazos de pivote, en e que dos de los ejes de rotación de los brazos de pivote coinciden para dar al robot un rango de trabajo que corresponde a un elipsoide completo o una esfera de acuerdo con la figura 1.

La figura 3 muestra un robot de acuerdo con la invención con dos trayectorias lineales, sobre las que son guiados tres carros para obtener un robot similar a un pórtico con un rango de trabajo ampliado, en el que las partes delantera y trasera del rango de trabajo tienen la forma de un semi-elipsoide o de una semi-esfera.

La figura 4 muestra un robot de acuerdo con la invención con tres brazos de pivote, en el que dos de los ejes de rotación de los brazos de pivote coinciden y en el que la plataforma manipulada comprende dos ejes ajustados angularmente. Sobre un eje están montadas cuatro de las uniones de la plataforma con un eje coincidente.

La figura 5 muestra un robot de acuerdo con la invención con cuatro motores para impartir un grado extra de libertad de rotación a la plataforma manipulada.

La figura 6 muestra una alternativa a la configuración de las varillas articuladas para la plataforma móvil 31.

Descripción de la forma de realización preferida

La figura 1 muestra esquemáticamente un caso que se produce con frecuencia cuando se utilizan robots industriales en un espacio más o menos cerrado. El espacio está limitado de acuerdo con la figura por paredes 1, sobre cuyo lado interior se pueden realizar operaciones tales como soldadura, pintura, rectificado, corte, medición, mecanizado, montaje, etc., como se indica por las flechas 2. Para mover el robot 4 al espacio en cuestión, se utiliza un manipulador externo con una estructura de columna 3, que es capaz de ser manipulado al menos hacia arriba y hacia abajo. Para permitir que el robot mueva la herramienta 5 a las posiciones y orientaciones mostradas por las flechas, se requiere un rango de trabajo 6 espaciado esférica o elípticamente para el robot. Además, la cinética del robot debería diseñarse de tal forma que el porta-herramientas, sobre el que está montada la herramienta 5, apunta aproximadamente radialmente hacia fuera desde el rango de trabajo esférico/elíptico 6. De esta manera, se aplicará menos demanda sobre la accesibilidad de la muñeca que debe dirigir la herramienta 5 de acuerdo con las flechas 2. Como se indica en la figura, se puede utilizar un robot convencional de tipo en serie con la llamada flexión hacia atrás. Sin embargo, tal robot tiene una pluralidad de inconvenientes, por ejemplo un peso grande, exactitud baja (absoluta, relativa, dependencia de la temperatura), flexibilidad considerable, tiempos de ciclo largos (baja aceleración, velocidad), y sensibilidad ambiental. Para solucionar estos inconvenientes, se puede utilizar un robot cinemático paralelo. Sin embargo, el requerimiento especial para el rango de trabajo requiere un tipo totalmente nuevo de cinemática paralela.

La figura 2 muestra una forma de realización un robot industrial cinemático paralelo de acuerdo con la invención, que cumple los requerimientos cinemáticos que se plantean para una aplicación con un rango de trabajo de acuerdo con la figura 1. La columna 3, que se utiliza para bajar el robot dentro del espacio donde debe trabajar, constituye al mismo tiempo la estructura de base del robot, sobre la que están montados los actuadores 10 y 11. El actuador 12B está conectado de forma articulada a la columna 3 a través del cojinete horizontal 12A, que tiene su eje de rotación coincidiendo con la línea central de la columna 3. La herramienta y la muñeca, que se muestran en la figura, están montadas sobre la plataforma manipulada 31. esta plataforma es manipulada por los actuadores 10, 11 y 12B con la ayuda de tres articulaciones A, B y C. La articulación A para el actuador 10 comprende el brazo inferior 12, a unión 22, los enlaces 16 y 17 y las uniones 23 y 24 que están montadas sobre la plataforma manipulada 31. De una manera correspondiente, la articulación B para el actuador 11 comprende el brazo inferior 14, la unión 25, los enlaces 18 y 19 y las uniones 26 y 27. La articulación C para el actuador 12B comprende el brazo inferior 15, las uniones 28A, 28B y 28C, las uniones 20, 21 y 21C así como las uniones 29, 30 y 30C. Las uniones 22 y 25 pueden estar diseñadas con dos o tres grados de libertad y las uniones 23, 24, 26, 27, 28A, 28B, 28C, 29, 30 y 30C pueden estar diseñadas con uno, dos o tres grados de libertad. En el caso de un grado de libertad, los ejes de rotación de las uniones que pertenecen a la misma articulación deben tener ejes paralelos coincidentes de rotación. En el caso de dos grados de libertad, se pueden utilizar uniones cardánicas u otras configuraciones de las uniones ajustadas angularmente, y en el caso de tres grados de libertad, se pueden utilizar uniones universales o rótulas. Para prevenir que se formen tensiones en la estructura del robot, para cada varilla articulada las uniones en un extremo deberían tener tres grados de libertad y las uniones en el otro extremo deberían tener dos o tres grados de libertad. Si se desea un robot extremadamente ligero y rápido, todas las uniones sobre la plataforma deberían diseñarse en forma de rótulas. Las uniones 22 y 25 constituyen un caso especial, siendo la tarea de estas uniones impartir a las varillas articuladas 16, 17 y 18, 19, respectivamente, ejes comunes de rotación con relación a los brazos 13 y 14, respectivamente. En el caso de rótulas, esto se puede con seguir de la manera más sencilla montando dos varillas articuladas sobre la misma bola o casquillo. El montaje se realiza con preferencia de tal manera que las varillas articuladas apuntan hacia dentro hacia el centro de la rótula. En el caso de una junta universal o junta cardánica, las dos varillas articuladas se montan adecuadamente sobre la misma carcasa de cojinete y de tal manera que apuntan hacia dentro hacia el centro cinemático de la junta.

Cuando un actuador 12B es girado, el brazo inferior 15 manipulará la plataforma 31, a través de las articulaciones 20, 21 y 21C, hacia arriba y hacia abajo en la figura. Este movimiento de la plataforma será un movimiento circular alrededor del eje dado por la línea de conexión entre el centro de la junta 22 y el centro de la junta 25. Si las uniones 22 y 25 pueden gestionar en una medida suficiente deflexiones angulares grandes (lo que se obtiene de una manera sencilla con juntas universales), la plataforma 31 puede ser girada alrededor de más de 180 grados por el brazo inferior 15. Cambiando entonces el ángulo entre los brazos inferiores 13 y 14 por medio de los actuadores 10 y 11, la línea de conexión entre el centro de la junta 22 y el centro de la junta 25 se moverá en la dirección radial con respecto a la columna 3, lo que da como resultado una traslación correspondiente del movimiento circular de la plataforma 31, lo que, a su vez, da lugar a un rango de trabajo elíptico del robot.

Entonces, si los brazos inferiores 13 y 14 son girados de forma sincronizada en la misma dirección, se obtendrá el rango de trabajo elíptico en todas las direcciones radialmente hacia fuera desde el centro de la columna 3. Esto presupone que el actuador 12B es girado alrededor del cojinete 12A, de tal manera que el brazo 15 está situado siempre entre los brazos 13 y 14. esto se garantiza de hecho por la estructura de enlace en la articulación C. Ajustando angularmente al menos una varilla articulada (21C), los brazos 13 y 14 harán girar el brazo 15, a través de la plataforma 31 y los enlaces 20, 21 y 21C, de tal manera que el brazo termina siempre a medio camino entre los brazos 13 y 14. De esta manera, se obtiene un rango de trabajo en forma de un elipsoide completo alrededor de la columna 3, que es un requerimiento realizado de acuerdo con la figura 1.

Para prevenir que la plataforma 31 gire alrededor de su vertical cuan do es manipulada, las uniones 23 y 24 son montadas sobre una línea que está paralela a una línea a través de las uniones 26 y 27. estas líneas están entonces paralelas a los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11. Para obtener un rango de trabajo simétrico, además, los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11 deberían coincidir. Otro requerimiento para prevenir rotaciones de la plataforma alrededor de su vertical es que una línea a través de las uniones 29, 30C y 30 está paralela a una línea a través de las uniones 28A, 28C y 28B (montadas sobre una estructura en T del brazo (15) que, a su vez, está paralela al eje de rotación del actuador 12B. Para que el brazo 15 esté siempre situado a medio camino entre los brazos 13 y 14, se requiere, además, que el eje de rotación del actuador 12B esté perpendicular a los ejes de rotación 10 y 11. esto significa, a su vez, que la línea a través de las uniones 29, 30 y 30C está perpendicular a la línea a través de las líneas 23 y 24 y la línea a través de las uniones 26 y 27.

Para reducir el peso del robot, los actuadores (adecuadamente los motores con engranaje) para hacer girar los brazos alrededor pueden estar localizados en la parte superior de la columna 3, de manera, por ejemplo, se utilizan transmisiones de tubos para aplicar movimientos de rotación a los brazos inferiores. Entonces debería ser posible considerar el robot como una muñeca para el manipulador que baja el robot al espacio en el que el robot debe trabajar. En casos en los que se desea tener una muñeca rígida y ligera para un robot convencional o para un robot de brazo paralelo, se podría aplicar directamente la estructura cinemática de la figura 2.

La figura 3 muestra una forma de realización, en la que la columna para bajar el robot al espacio en cuestión está sustituida por dos trayectorias lineales 3A y 3B, que están montadas en paralelo entre sí. Sobre otras trayectorias 3 existen tres carros 40, 41 y 42, que son accionados por los actuadores 10, 11 y 12, respectivamente. La propulsión se puede realizar por medio de tornillos esféricos o correas, pero otra posibilidad consiste en utilizar motores lineales. Las tres articulaciones A, B y C se conectan aquí a los carros 40, 41 y 42. Por lo tanto, la unión 22 está montada sobre el carro 40, la unión 25 sobre el carro 41 y la unión 28 sobre el carro 42 través del brazo 15, la unión 46, el enlace 44 y la unión 45. Esta disposición para la unión 28 se utiliza para obtener un movimiento de pivote del brazo 15, que se fija de forma articulada al soporte 43, que está montado sobre el carro 41. Cuando los carros 42 y 41 se mueven relativamente entre sí, el brazo 15 realizará un movimiento de pivote, lo que imparte un movimiento circular a la plataforma 31 alrededor de la línea que conecta la unión 25 a la unión 22. Esta línea puede ser entonces transferida y girada moviendo los carros 40 y 41 relativamente entre sí, lo que provoca un patrón de movimiento elipsoidal.

Para evitar rotaciones de la plataforma 31 alrededor de su vertical cuando la plataforma es manipulada, se plantean ciertos requerimientos sobre las articulaciones A, B y C. Por lo tanto, las uniones 23 y 24 y las uniones 26 y 27 deben montarse sobre la plataforma 31 de tal manera que una línea de guía a través de las líneas 23 y 24 se coloca paralela a una línea de guía correspondiente a través de las líneas 26 y 27. Estas líneas de guía deben estar entonces ambas perpendiculares a una línea a través de las líneas 29 y 30. Además, es deseable que los carros 40 y 41 se muevan a lo largo de un plano común a lo largo de planos paralelos y que las trayectorias de movimiento de los carros estén paralelas.

Con respecto a la articulación C, la unión 28 o bien puede estar montada directamente sobre el carro 42 o, como en la figura 3, sobre un brazo de palanca 15, que está montado de forma articulada sobre el soporte 43. El brazo 15 puede ser accionado, naturalmente, por un actuador de rotación que está montado sobre el carro 41, pero en ese caso se puede utilizar cableado móvil para alimentar y controlar el actuador 12. Una ventaja de la disposición de la figura 3 es que los actuadores 10, 11 y 12 están todos montados fijamente y que, por lo tanto, no se requiere cableado móvil, lo que proporciona una elevada fiabilidad y un bajo coste.

La figura 4 muestra una variante de la figura 2, con la diferencia de que las uniones 23, 24 y 26, 27, respectivamente, no sólo están montadas en paralelo sobre la plataforma 31, sino que, además, están montadas a lo largo de una línea recta. Esto proporciona una posibilidad de diseño de una plataforma sencilla, que solamente consta de dos ejes 31A y 31B ajustados angularmente, sobre los que se montan cojinetes de bolas o de rodillos. El eje vertical 31A, sobre el que se montan las uniones 23, 24, 26 y 27, está adecuadamente paralelo a la columna 3 y, por lo tanto, paralelo a los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11, mientras que el eje 31B ajustado angularmente está montado de una manera adecuada en el plano horizontal perpendicular al eje vertical y paralelo al eje de rotación del actuador 12B.

Cuando el actuador 12B es girado, los brazos inferiores 15 manipularán la plataforma 31 hacia arriba y hacia abajo en la figura a través de los enlaces 20, 21 y 21C. Este movimiento de la plataforma será un movimiento circular alrededor del eje dado por la línea de conexión entre el centro de la unión 22 y el centro de la unión 25. Entonces, cambiando el ángulo entre los brazos 13 y 14, por medio de los actuadores 10 y 11, la línea de conexión entre la unión 22 y el centro de la unión 25 será movida en una dirección radial con relación a la columna 3, lo que provoca una traslación correspondiente que es impartida al movimiento circular de la plataforma 31, lo que, a su vez, da lugar a un rango de trabajo elíptico del robot.

Entonces, si los brazos inferiores 13 y 14 se giran de forma sincronizada en la misma dirección, se obtendrá el rango de trabajo elíptico en todas direcciones radialmente fuera desde el centro de la columna 3. Esto presupone que el actuador 12B es girado alrededor del cojinete 12A, de tal manera que el brazo 15 estará situado siempre entre los brazos 13 y 14. Esto se garantiza por la estructura de enlace de la articulación C. Esta articulación comprende tres varillas articuladas 20, 21C y 21, que no están paralelas entre sí, contrariamente a la estructura de enlace correspondiente en la figura 2, donde dos varillas articuladas están paralelas. El objeto de esta estructura de tres enlaces, además de bloquear dos grados de libertad de la plataforma, consiste también en bloquear el grado de libertad que surge en la unión 12A. Por lo tanto, los tres enlaces 20, 21C y 21 provoca que los brazos 13 y 14 a través de la plataforma 31 y la articulación C hagan girar el actuador 12B alrededor de la unión 12A, de tal manera que el brazo 15 terminará siempre a medio camino entre los brazos 13 y 14. De esta manera, se obtiene un rango de trabajo en forma de un elipsoide completo alrededor de la columna 3, que es el requerimiento planteado de acuerdo con la figura 1. Las tres varillas articuladas 20, 21C y 21 están montadas entre el eje transversal de la plataforma 31B y la varilla 15B sobre el brazo 15. Este montaje se realiza de tal manera que una línea a través de las uniones 29, 30C y 30 está paralela a una línea correspondiente a través de las uniones 28A, 28C y 28B y de tal manera que estas líneas están paralelas a un eje de rotación del actuador 12B. Además, estas líneas están perpendiculares a los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11.

Para prevenir que la plataforma 31 gire alrededor de su vertical cuando es manipulada, las uniones 23 y 24 están montadas sobre una línea que está paralela a una línea a través de las uniones 26 y 27. Estas líneas están entonces perpendiculares a los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11. Para obtener un rango de trabajo simétrico, los ejes de rotación de los actuadores 10 y 11 deberían, demás, coincidir.

La figura 5 muestra otra variante de la estructura del robot de la figura 2. Aquí, el cojinete 12A está sustituido por un actuador giratorio 12D, que es capaz de hacer girar el actuador 12C alrededor de un eje perpendicular al eje de rotación del actuador 12C y coincidir con una línea central de la columna 3. este cuarto actuador proporciona una posibilidad de impartir a la plataforma 31 un cuarto grado de libertad, capaz de ser manipulada, que consiste en un movimiento de rotación alrededor de un eje que se extiende a través de la unión 29. La unión 29 es, en esta estructura, común a las varillas articuladas 20 y 21, que está montada en su otro extremo con las uniones 28A y 28B, respectivamente, sobre el brazo 15.

Cuando los actuadores 10 y 11 hacen girar los brazos 13 y 14, respectivamente, se impartirá un movimiento dirigido radialmente, como se ve aproximadamente desde la columna 3, a la plataforma 31. Cuando el actuador 12C hace girar el brazo 15, visto aproximadamente, impartirá un movimiento ascendente/descendente a la plata forma y cuando el actuador 12D hace figurar el actuador 12D, se obtiene una rotación de la plataforma 31 alrededor de un eje que se extiende desde la unión 29. La unión 29 tiene tres grados de libertad y las uniones 18A y 28B tienen uno, dos o tres grados de libertad. En el caso de un grado de libertad,. Las uniones 28A y 28B están montadas de tal manera que los ejes de rotación de estas uniones coinciden y se colocan paralelos al eje de rotación del actuador 12C.

La figura 6 muestra una alternativa a la configuración de las varillas articuladas para la plataforma móvil 31. aquí, una varilla articulada (21) han sido movida desde el brazo inferior 15 hasta el brazo inferior 14 y una varilla articulada ha sido removida desde el brazo inferior 15, que está ahora solamente conectada al brazo inferior a través de una articulación (20). Al mismo tiempo, el cojinete 12A ha sido removido y el actuador 12B es girado ahora alrededor por el actuador 11 a través del acoplamiento fijo 47. Los tres enlaces 18, 19 y 21 tienen una unión común 25 con el brazo inferior 14. En este diseño de disposiciones triangulares, las uniones 26, 27 y 30 puede ser también eliminadas (ningún grado de libertad entre las uniones 189, 19, 21 y la plataforma 31). Debería indicarse aquí que también las uniones 24 y 23 pueden ser simplificadas e implementadas con un grado de libertad a lo largo de un eje común.

La invención comprende robots que están compuestos de un sistema de brazos cinemáticos paralelos accionado por actuadores. El sistema de brazos comprende tres articulaciones A, B, C que trabajan en paralelo, que conectan los actuadores 10, 11, 12B a la plataforma 31 a manipular. Muy cerca de la plataforma manipulada 31, las articulaciones comprenden varillas articuladas 16, 17, 18, 19, 20, 21 y es la configuración de estas varillas articuladas junto con la configuración de los actuadores 10, 11, 12 y la plataforma manipulada 31 lo que da al robot sus propiedades únicas. Para bloquear todos los seis grados de libertad de la plataforma manipulada, se utiliza un total de al menos seis varillas articuladas. De esta manera, cara varilla articulada solamente necesitará transmitir fuerzas de tracción y de compresión, que permiten a las varillas articuladas ser realizadas muy rígida, ligeras y exactas.

Las varillas articuladas están montadas sobre la plataforma 31 con la ayuda de uniones 23, 24, 26, 27, 30 que tienen uno, dos o tres grados de libertad. Las varillas articuladas están distribuidas de tal forma que cada articulación comprende al menos dos varillas articuladas para formar conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19; 20, 21. Para obtener fuerzas lo más pequeñas posible en las varillas articuladas con respecto a momentos de torsión de la plataforma 31, estas uniones que pertenecen a la misma articulación están montadas sobre la plataforma lo más alejadas posible entre sí. Un conjunto de varillas articuladas que pertenecen a la misma articulación está montado con un conjunto de uniones 23, 24; 26, 27; 30, 31 sobre la plataforma manipulada. En el otro extremo, en al menos dos de los tres conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19, las varillas articuladas están montadas sobre una unión común 22, 25. En el caso de que las uniones entre un conjunto de varillas articuladas y la plataforma solamente tengan un grado de libertad, los ejes de rotación de esas uniones 23, 24; 26, 27; 20, 21, que pertenecen al mismo conjunto de varillas articuladas, coincidirán. La unión común 22, 25, 28 para una pareja de varillas articuladas deberá tener dos o tres grados de libertad y los dos o tres ejes de rotación de una unión común deberían coincidir con el fin de que el modelo cinemático del robot no sea demasiado complejo. Para obtener la imagen de carga más favorable en la unión común, las varillas articuladas que están montadas encima deberían apuntar hacia dentro hacia el centro de la unión, donde los dos o tres ejes de rotación se intersectan entre sí.

La unión común 22, 25, 28 para un conjunto de varillas articuladas puede estar montada o bien sobre un brazo de pivote 13, 14, 15 o sobre un carro 40, 41, 42 que se mueve a lo largo de una trayectoria 3A, 3B. Los brazos de pivote y los carros son accionados por actuadores 10, 11, 12 que, a través de las tres articulaciones A, B, C, dan lugar a una transferencia y a un movimiento de rotación combinados de la plataforma manipulada 31.

Sobre la base de este diseño básico de un robot cinemático paralelo, la invención comprende un número de formas de realización ventajosas.

El concepto inventivo comprende montar, en dos de los tres conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19, los enlaces incluidos sobre brazos de pivote 13, 14 con la ayuda de una unión 22, 25 que es común a cada conjunto de varillas articuladas. En sus otros extremos, los dos conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19 están montados sobre una plataforma 31 con uniones, de tal manera que esas uniones 23, 24, que pertenecen a uno de los conjuntos de varillas articuladas 16, 17, están colocadas sobre una línea que está paralela a una línea correspondiente a través de las uniones 26, 27 del otro 18, 19 de los dos conjuntos de varillas articuladas. También forma parte del concepto de la invención que estas líneas pueden coincidir, lo que significa que las uniones 23, 24, 26, 27 de ambos conjuntos de varillas articuladas hacia la plataforma 31 están montadas a lo largo de una y la misma línea.

Además, las líneas paralelas o coincidentes mencionadas anteriormente están paralelas a los ejes de rotación de los brazos 13, 14 sobre los que se montan los dos conjuntos de varillas articuladas 16, 17M; 18, 19. Estos ejes de rotación son los mismos que los ejes de rotación de los actuadores 10, 11 que accionan estos brazos 13, 14. Además, en esta forma de realización, la tercera articulación C está montada entre un tercer actuador 12B y la plataforma 31. El eje de rotación del tercer actuador 12B está seleccionado esencialmente perpendicular a los ejes de rotación del tercer brazo 15 para oscilar en un plano perpendicular al plano, en el que los dos brazos 13, 14 mencionados anteriormente están oscilando.

El concepto inventivo comprende también tener un tercer actuador 12B que pivota libremente sobre la columna 13 por medio de un cojinete 12A, cuyo eje de rotación coincide con preferencia con los ejes de rotación de los dos primeros actuadores 10, 11. Introduciendo entonces una séptima varilla articulada 21C para la plataforma 31, se puede bloquear el grado de libertad añadido a través de este cojinete 12A. Esta séptima varilla articulada es introducida de una manera adecuada en el tercer conjunto de varillas articuladas 20; 21, 21C, que está localizado entre el tercer brazo de pivote 15 y la plataforma 31. La tercera articulación C está configurada de tal manera que un máximo de dos de las tres varillas articuladas incluidas en el conjunto de varillas articuladas están paralelas. Para prevenir que se produzcan rotaciones de la plataforma 31 cuando el tercer brazo 15 está oscilando, la línea a través de estas uniones 29, 30C, 30 que conectan el tercer conjunto de varillas articuladas 20, 21, 21C a la plataforma 31 debería estar paralela a la línea a través de estas uniones 28A, 28C, 28B que conectan el tercer conjunto de varillas articuladas 20, 21, 21C al tercer brazo 15 y al mismo tiempo en paralelo al eje de rotación del tercer brazo 15 y el tercer actuador 12B. Al mismo tiempo, este diseño provocará que la plataforma 31 haga girar el tercer actuador 12A sobre el cojinete 12A sobre la columna 3, de tal manera que el tercer brazo 15 oscilará siempre en un plano que está perpendicular al plano en el que los dos primeros brazos 13, 14 están oscilando y, además, el tercer brazo 15 estará colocado siempre a medio camino entre los dos primeros brazos 13, 14, lo que proporciona al robot un rango de trabajo máximo.

También es parte de la invención que el tercer actuador 12C está montado sobre otro actuador 12D, que es capaz de hacer girar el tercer actuador alrededor de un eje que está esencialmente perpendicular al eje de rotación del segundo actuador 12D.

El concepto inventivo comprende también montar al menos dos de las varillas articuladas 16, 17; 18, 19 a través de dichas uniones comunes 22, 25 sobre carros 40, 41 y que provocan que la plataforma manipulada 31 se mueva controlando las posiciones de dichos carros con la ayuda de actuadores 10,11. Para evitar rotaciones de la plataforma, los dos conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19 están montados sobre la plataforma 31 a través de uniones 23, 24; 26, 27, de tal manera que una línea, una línea de guía, a través de esas uniones 23, 24 que pertenecen a uno 16, 17 de los dos conjuntos de varillas articuladas se coloca en paralelo o coincide con una línea, línea de guía, correspondiente, a través de estas uniones 26, 27 que pertenecen al otro 18, 19 de los dos conjuntos de varillas articuladas. Además, dichos dos carros 40, 41 están montados adecuadamente, de tal manera que son movimientos son realizados en un plano perpendicular a las líneas de guía mencionadas anteriormente en una posición en la que la plataforma 31 está aproximadamente en el centro de su rango de trabajo. Para obtener un rango de trabajo bien utilizado, el carro debería moverse, además, a lo largo de trayectorias mutuamente paralelas.

También forma parte del concepto de la invención diseñar el tercer conjunto de varillas articuladas 20, 21 o bien en forma de un paralelogramo con dos uniones en cada extremo de la varilla articulada, o en forma de un paralelepípedo con dos uniones en cada extremo de la varilla articulada o en forma de un triángulo equilátero, o en forma de tres varillas articuladas, al menos dos de las cuales pueden estar paralelas. Las varillas articuladas 20, 21 incluidas en el tercer conjunto de varillas articuladas están montadas a través de uniones 29, 30 sobre la plataforma 31, de tal manera que una línea a través de estas uniones se coloca perpendicular a las líneas paralelas descritas anteriormente para las uniones entre los dos primeros conjuntos de varillas articuladas 16, 17; 18, 19 y la plataforma 31. De esta manera, se evita la rotación de la plataforma 31 cuando se manipula la plataforma.

De acuerdo con la invención, para obtener un rango de trabajo mayor de la forma de realización de los carros 40, 41, 42 que muestran el robot, el tercer conjunto de varillas articuladas 20, 21 se puede montar sobre una disposición de brazo de palanca 15, 46, 44, 45 conectada al segundo y tercer carro 41, 42. La tarea de la disposición de brazos de palanca 45, 44, 46, 15 consiste en impartir movimientos grandes al conjunto de varillas articuladas 20, 21, es decir, mover la plataforma manipulada 31 sustancialmente perpendicular a la dirección del movimiento de los carros 40, 42, 42. Además, para obtener un rango de trabajo máximo, las trayectorias lineales 3A, 3B, sobre las que se mueven los carros, están paralelas y montadas de tal manera que las articulaciones 16, 17; 18, 19; 20; 21 se pueden mover entre las trayectorias lineales.

El concepto inventivo comprende también montar sobre la plataforma manipulada 31 una muñeca con uno, dos o tres ejes. También forma parte del concepto inventivo utilizar el robot como un robot subsidiario para realizar diferentes operaciones dentro de un espacio más o menos cerrado 1. Como un robot subsidiario, el robot puede ser utilizado también como una muñeca para un robot mayor, en cuyo caso los movimientos del robot están sincronizados con los movimientos del robot mayor.

Claims (5)

1. Un robot industrial para mover un objeto en el espacio que comprende una plataforma estacionaria (3), una plataforma móvil (31) adaptada para soportar el objeto, y un primero (A), un segundo (B) y un tercer brazo (C) a los que están unidas las plataformas, en el que el primer brazo comprende un primer actuador (10), un primer brazo de soporte (13) influenciado por el primer actuador y giratorio alrededor de un primer eje, y una primera articulación (16, 17) montada sobre el primer brazo de soporte (13), el segundo brazo comprende un segundo actuador (11), un segundo brazo de soporte (14) influenciado por el segundo actuador y giratorio alrededor del primer eje, y una segunda articulación (18, 19) montada sobre el segundo brazo de soporte (14), y el tercer brazo comprende un tercer actuador (12), un tercer brazo de soporte (15) influenciado por el tercer actuador y giratorio alrededor de un segundo eje, y una tercera articulación (20) montada sobre el tercer brazo de soporte (15), caracterizado porque los enlaces en cada uno de la primera (16, 17) y segunda articulación (18, 19) comprende un triángulo donde la base está montada sobre la plataforma móvil (31).

2. Un robot industrial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los enlaces en la tercera articulación (20) comprenden un triángulo con la base montada sobre el tercer brazo de soporte (15).

3. Un robot industrial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los enlaces en la tercera articulación (20) comprenden un triángulo con la base montada sobre la plataforma móvil (31).

4. Un robot industrial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la segunda articulación (18, 19) comprende un tercer enlace (21) montado sobre la plataforma móvil (31).

5. Un robot industrial de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la tercera articulación comprende un enlace doble bloqueado (20, 21, 21C).