ES2982531T3

ES2982531T3 - Un brazo robótico industrial

Info

Publication number: ES2982531T3
Application number: ES21206851T
Authority: ES
Inventors: Torgny Brogårdh; Adam Nilsson; Klas Nilsson
Original assignee: Cognibotics AB
Current assignee: Cognibotics AB
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2024-10-16
Anticipated expiration: 2039-01-11
Also published as: KR20240045373A; TWI765135B; KR20240111805A; EP3740350B1; JP2021181152A; CN113650000A; TWI844041B; US11453118B2; KR102716943B1; CN113650000B; US11865711B2; TW201932256A; CN111601685A; CN111601685B; JP7373212B2; WO2019138025A1; JP2021506612A; EP3974122A1; EP3974122C0; TW202239544A

Abstract

Un brazo robótico (500) para el movimiento de un efector terminal. El brazo robótico comprende un primer actuador (4) y una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta una plataforma de efector terminal, que proporciona un primer grado de libertad para posicionar la plataforma de efector terminal. El brazo robótico también comprende un segundo actuador (5; 5b) y una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma de efector terminal, que proporciona un segundo grado de libertad para posicionar la plataforma de efector terminal. El brazo robótico comprende además un tercer actuador (6; 6b, 512) y una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador (6; 6b) hasta la plataforma de efector terminal, que proporciona un tercer grado de libertad para posicionar la plataforma de efector terminal. El brazo robótico también comprende un cuarto actuador (50; 150) y una cuarta cadena cinemática configurada para transmitir un movimiento del cuarto actuador a un eje de orientación correspondiente (65) para un efector terminal (28). La cuarta cadena cinemática comprende un enlace de orientación (52, 57, 59; 202, 204, 207, 209; 284, 286; 251, 256, 258) montado en el conjunto de brazo interior a través de al menos un cojinete (53, 55; 206), y una transmisión de orientación (64B, 64A, 216; 64C, 64D, 64E; 100, 64A; 281, 279, 275; 260, 262, 264, 266, 271, 270) montada en la plataforma del efector final, en donde el enlace de orientación comprende un enlace de rotación del efector final (59; 209; 258; 281) y articulaciones (58, 60; 208, 210; 257, 259; 257, 259; 282, 280) que proporcionan al menos dos grados de libertad para cada articulación final del enlace de rotación del efector final. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Un brazo robótico industrial

Campo técnico

La presente divulgación pertenece al campo técnico de los brazos robóticos industriales y, en concreto, a los brazos robóticos ligeros para procesos muy rápidos, para movimientos extremadamente rápidos de objetos y para instalaciones de robots de alta seguridad.

Antecedentes

Las instalaciones de alta seguridad son necesarias, por ejemplo, para la colaboración directa entre humanos y robots y cuando resulta una ventaja trabajar con instalaciones de robots sin vallas. Observando el estado de la técnica, hay robots cinemáticos paralelos (como el robot Delta descrito en el documento WO1987003528A1), que tienen todos los actuadores montados en un soporte fijo y donde, por lo tanto, es posible obtener una estructura de peso ligero. Sin embargo, estos robots cinemáticos paralelos tienen la desventaja de que el sistema de brazos ocupa un espacio muy grande y que el espacio de trabajo es muy pequeño en relación con el espacio necesario para el sistema de brazos. Por lo tanto, estos robots solo se pueden utilizar para aplicaciones donde haya un gran espacio disponible para el sistema de brazos y donde sea suficiente con disponer de un espacio de trabajo muy restringido, especialmente en dirección vertical. Por tanto, el robot Delta se utiliza principalmente para operaciones de recogida y colocación sobre una superficie plana, tal como una cinta transportadora con mucho espacio para la estructura del brazo del robot.

En la solicitud de patente WO2014187486, se proponen estructuras paralelas delgadas, que permiten un espacio de trabajo más amplio en relación con el espacio necesario para el sistema de brazos en comparación, por ejemplo, con el robot Delta. En esta estructura de robot, un primer actuador acciona un primer brazo alrededor de un primer eje, una primera cadena cinemática está configurada para transmitir la rotación del primer brazo al movimiento de un efector final y la primera cadena cinemática tiene una primera varilla y una primera junta entre el primer brazo y la primera varilla. La primera junta tiene al menos dos grados de libertad (DOF) y una segunda junta está montada entre la primera varilla y el efector final. Para trabajar sin perder restricciones en los seis DOF del efector final, el diseño de acuerdo con el documento WO2014187486 se basa en la rigidez torsional de la primera varilla. Sin embargo, esto significa que tanto la primera junta como la segunda junta de la primera varilla deben tener dos DOF y no más, lo que a su vez significa que no será posible obtener un ángulo de inclinación constante del efector final más que en el medio del espacio de trabajo. Por lo tanto, el concepto de robot delgado de acuerdo con el documento WO2014187486 requiere una muñeca de dos DOF, incluso en operaciones simples de recogida y colocación sobre una superficie horizontal. Sin embargo, dicha muñeca añadirá un peso sustancial y el robot no presentará un sistema de brazos tan ligero como, por ejemplo, un robot Delta. Es más, se necesitará cableado para transmitir potencia y controlar los actuadores de la muñeca.

En la solicitud de patente WO2015188843, un robot cinemático paralelo comprende una base y un efector final que es móvil en relación con la base. Un primer actuador está unido a la base y conectado al efector final a través de una primera cadena cinemática que comprende un primer brazo, una primera varilla, una primera junta entre el primer brazo y la primera varilla, y una segunda junta entre la primera varilla y el efector final. Un segundo actuador está unido a la base y conectado al efector final a través de una segunda cadena cinemática que comprende un segundo brazo, una segunda varilla, una tercera junta, entre el segundo brazo y la segunda varilla, y una cuarta junta entre la segunda varilla y el efector final. Un tercer actuador está unido a la base o al primer brazo, y conectado al efector final a través de una tercera cadena cinemática que comprende una primera rueda dentada y una segunda rueda dentada, estando la primera y la segunda ruedas dentadas articuladas en cojinetes al efector final y engranándose entre sí. Al menos un elemento de la tercera cadena cinemática constituye un par cinemático con al menos un elemento de la primera cadena cinemática. Una cadena cinemática responsable de un movimiento de traslación del efector final se utiliza de este modo como una estructura de soporte para una cadena cinemática responsable de un movimiento de rotación del efector final.

A diferencia de las estructuras delgadas del documento WO2014187486, el documento WO2015188843 describe una estructura de robot que necesita un espacio muy grande para su sistema de brazos. Este contiene tres cadenas cinemáticas separadas que conectan directamente tres actuadores con la plataforma del efector final que se va a mover y, por lo tanto, se necesita un espacio significativo para tres brazos que oscilan en tres direcciones diferentes. Es más, el espacio de trabajo de la estructura de robot del documento WO2015188843 es mucho más pequeño que el de la estructura de robot de esta invención.

El documento WO2015188843 incluye una disposición para rotar una herramienta montada sobre la plataforma del efector final. La disposición de la figura 1 del documento WO2015188843 consiste en eslabones y engranajes que funcionan en serie. Estos eslabones están montados en dos de las tres cadenas cinemáticas separadas que conectan los actuadores con la plataforma del efector final y restringen la capacidad de posicionamiento ya limitada. Estas restricciones dependen del hecho de que los eslabones están montados en dos cadenas cinemáticas separadas, en cómo se realizan las conexiones de los eslabones de trabajo en serie, y en el hecho de que el rango de trabajo de los eslabones se reduce significativamente cuando los brazos rotan lejos de sus posiciones cero. En la figura 1 del documento WO2015188843, una rotación de la herramienta alrededor de un primer eje rotará simultáneamente la herramienta alrededor del segundo eje y, para compensarlo, el rango de rotación del segundo eje se perderá. Es más, la capacidad de rotación se reducirá en gran medida y logrará un gran desplazamiento cuanto más se aleje la plataforma del efector final del centro del espacio de trabajo. Sin embargo, la disposición de la figura 2 del documento WO2015188843 proporcionará grandes rangos de rotación, pero reducirá el espacio de trabajo limitado incluso más que el concepto descrito en la figura 1 del documento WO2015188843. Una razón para esto es la necesidad de juntas cardán en los eslabones entre los brazos y la plataforma del efector final. Es más, en la cadena cinemática utilizada, se necesitan varias etapas de engranaje conectadas en serie para rotar la herramienta. Esto aumentará el peso del brazo y la plataforma del efector final, incrementará la holgura y la fricción y los requisitos de mantenimiento serán mayores.

Sumario

Por tanto, un objeto de la divulgación es reducir al menos algunos de los inconvenientes de la técnica anterior. Otro objeto es proporcionar un brazo robótico ligero que sea adecuado para procesos muy rápidos, para movimientos extremadamente rápidos de objetos y/o para instalaciones de robots de alta seguridad. Estos y otros objetos se consiguen, al menos parcialmente, gracias al brazo robótico de acuerdo con la reivindicación independiente y por las realizaciones según las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con un primer aspecto, la divulgación se refiere a un brazo robótico para el movimiento del efector final. El brazo robótico comprende un primer actuador, configurado para rotar un conjunto de brazo interno alrededor de un primer eje de rotación. El conjunto de brazo interno comprende un eslabón de brazo que está conectado de forma rígida a una junta que está conectada a un primer eslabón de un varillaje de brazo externo, de tal manera que el varillaje de brazo externo está dispuesto de manera pivotante alrededor de un segundo eje de rotación de la junta. Estando el varillaje de brazo externo conectado a una plataforma del efector final, formando así una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un primer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final. El brazo robótico comprende además un segundo actuador, configurado para rotar el varillaje de brazo externo alrededor de un segundo eje de rotación, formando así una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un segundo grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final. El brazo robótico comprende, además, un tercer actuador, configurado para rotar un árbol alrededor de un tercer eje de rotación, de tal manera que el varillaje de brazo externo rote gracias a una junta alrededor del tercer eje de rotación, formando así una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un tercer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final. El varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos que incluyen el primer eslabón, conectado a la plataforma del efector final a través de los cojinetes del efector final montados en la plataforma del efector final, en donde el par externo de eslabones paralelos representa los únicos eslabones del brazo robótico que, a través de cojinetes, están conectados directamente a la plataforma del efector final.

Por tanto, el brazo robótico divulgado es aplicable industrialmente ya que tiene la capacidad de mantener constante el ángulo de inclinación del efector final. Esta importante característica se obtiene simultáneamente con una estructura de robot muy delgada y para un espacio de trabajo muy grande.

Según algunas realizaciones, el par externo de eslabones paralelos está conectado a la plataforma del efector final a través de solo dos cojinetes del efector final montados en la plataforma del efector final.

Según algunas realizaciones, la primera, segunda y tercera cadenas cinemáticas se conectan a la plataforma del efector final a través de solo los dos cojinetes del efector final, de los cuales, al menos uno de los cojinetes de efector final tiene solo 1 DOF.

Según algunas realizaciones, el brazo robótico comprende un cojinete de eslabón colocado a lo largo de un eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos.

Según algunas realizaciones, la junta de la tercera cadena cinemática comprende una junta acodada con cojinete y en donde el cojinete de eslabón está montado a lo largo del eslabón de accionamiento entre el cojinete del efector final del eslabón de accionamiento y la junta acodada.

Según algunas realizaciones, la junta acodada junto con el cojinete de eslabón y el cojinete del efector final proporcionan solo tres grados de libertad.

Según algunas realizaciones, la junta de la primera cadena cinemática es la única junta que está conectada de forma rígida al eslabón de brazo y conecta el conjunto de brazo interno al varillaje de brazo externo.

Según algunas realizaciones, la segunda cadena cinemática comprende un varillaje de brazo interno que incluye al menos un eslabón que está conectado al varillaje de brazo externo a través de cojinetes de conexión, y en donde el segundo actuador está configurado para mover el al menos un eslabón a través de al menos una junta de conexión interna conectada al al menos un eslabón.

Según algunas realizaciones, el varillaje de brazo interno comprende un par interno de eslabones paralelos que están conectados al par externo de eslabones paralelos del varillaje de brazo externo por medio de al menos un cojinete de conexión para cada conexión de eslabón de los respectivos eslabones, y donde el eje de rotación del al menos un cojinete de conexión está en ángulo recto con respecto a una línea central axial de cada eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos.

Según algunas realizaciones, comprendiendo el brazo robótico una barra rígida que conecta los cojinetes de conexión mecánicamente entre sí.

Según algunas realizaciones, el par interno de eslabones paralelos se monta a través de juntas sobre barras desplazadas de la barra rígida.

Según algunas realizaciones, un eje de rotación de cada cojinete de conexión coincide con una línea central del eslabón sobre el que está montado.

Según algunas realizaciones, el varillaje de brazo interno comprende un mecanismo de retroexcavadora que está dispuesto para rotar el varillaje de brazo externo alrededor del segundo eje de rotación.

Según algunas realizaciones, todos los ejes de rotación de los cojinetes del efector final son perpendiculares a un plano formado por las líneas centrales del par externo de eslabones paralelos.

Según algunas realizaciones, la tercera cadena cinemática comprende una transmisión interna conectada entre el tercer actuador y un eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos.

Según algunas realizaciones, la junta de brazo es hueca y, en donde el árbol está montado axialmente con cojinetes dentro de la junta de brazo hueca, el árbol está dispuesto para rotar por medio del tercer actuador.

Según algunas realizaciones, el tercer actuador está conectado directamente o mediante una rueda dentada de 90 grados a un extremo del árbol, en donde el tercer eje de rotación está alineado con una línea central del árbol, y donde simultáneamente un segundo eslabón del varillaje de brazo externo está directamente conectado al otro extremo del árbol a través de la junta de la tercera cadena cinemática.

Según algunas realizaciones, la primera cadena cinemática incluye solo dos juntas.

Según algunas realizaciones, la tercera cadena cinemática comprende solo un eslabón que conecta dos juntas.

Según algunas realizaciones, la segunda cadena cinemática comprende el varillaje de brazo interno que incluye al menos un eslabón que está conectado al varillaje de brazo externo a través de cojinetes de conexión, y en donde el segundo actuador está configurado para mover el al menos un eslabón a través de al menos una junta de conexión interna conectada al al menos un eslabón. Por lo tanto, el segundo actuador puede situarse en el soporte del robot, sin moverse con la estructura de brazo.

Según algunas realizaciones, el varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos conectados a la plataforma del efector final. El varillaje de brazo interno comprende un par interno de eslabones paralelos que están conectados al par externo de eslabones paralelos del varillaje de brazo externo. Así mismo, la segunda cadena cinemática está configurada para transmitir la rotación de una palanca a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final. Dado que el par externo de eslabones paralelos evita la rotación no deseada de la plataforma del efector final, no son necesarios movimientos de muñeca adicionales (actuadores y transmisión que añaden coste y peso), por ejemplo, en el caso industrialmente importante de cuatro grados de libertad para operaciones de recogida y colocación.

Según algunas realizaciones, el par externo de eslabones paralelos y el par interno de eslabones paralelos están conectados por medio de un cojinete de conexión para cada conexión de eslabón de los eslabones respectivos, y donde los ejes de rotación de los cojinetes de conexión están en ángulo recto con una línea central axial de cada eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos. De este modo, el varillaje de brazo externo se controla con precisión a través del varillaje de brazo interno sin ninguna incertidumbre con respecto a la cinemática de los puntos de conexión entre los eslabones de los varillajes de brazo interno y externo. El varillaje de brazo externo está conectado a través de dos juntas al conjunto de brazo interno, de modo que una línea de rotación a través de los centros de estas dos juntas permanezca vertical (u horizontal, dependiendo de la orientación del brazo) durante el posicionamiento.

Según algunas realizaciones, el brazo robótico comprende una barra rígida que conecta los cojinetes de conexión mecánicamente entre sí. De esta manera, se obtiene una solución mecánica más precisa para transmitir la dirección del eje de rotación del conjunto de brazo interno al eje de rotación del efector final a través del varillaje de brazo interno y externo conectados en serie. En una realización alternativa, los cojinetes del segundo par de cojinetes están conectados entre sí con una barra paralela a la barra del efector final.

Según algunas realizaciones, el par interno de eslabones paralelos está montado, a través de juntas esféricas, sobre las barras desplazadas de la barra rígida. Dado que la geometría de las juntas esféricas se puede realizar fácilmente con una precisión muy alta, se aumenta aún más la precisión para transmitir la dirección del eje de rotación del conjunto de brazo interno al eje de rotación del efector final a través de los varillajes de brazo interno y externo conectados en serie.

Según algunas realizaciones, la tercera cadena cinemática comprende una transmisión interna conectada entre el tercer actuador y un eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos. Por lo tanto, la parte interna y más portadora de carga del brazo robótico puede hacerse fuerte pero delgada, con la parte interna de la tercera cadena cinemática bien protegida.

Según algunas realizaciones, el brazo robótico comprende un cojinete de eslabón montado a lo largo del eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos. El eje de rotación del cojinete de eslabón coincide con un centro del eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos. El cojinete de eslabón se usa para evitar cualquier error de ángulo de inclinación no deseado del efector final provocado por la rotación de la transmisión interna. Por tanto, el cojinete de eslabón hace posible oscilar siempre el par de eslabones internos en dos direcciones con unos ángulos de inclinación constantes del efector final.

Según algunas realizaciones, el brazo robótico comprende los cojinetes del efector final que conectan el par externo de eslabones paralelos y la plataforma del efector final, donde los ejes de rotación de los cojinetes del efector final son perpendiculares a los centros del par externo de eslabones paralelos. Esto hace posible una estructura de brazo robótico muy delgada con una plataforma del efector final ligera. Debido a los cojinetes del efector final, el varillaje de brazo externo restringirá los seis DOF de la plataforma del efector final y no serán necesarios más eslabones entre el resto de la estructura del robot y la plataforma del efector final.

Según algunas realizaciones, los ejes de rotación de los cojinetes del efector final son paralelos a los ejes de rotación de los cojinetes de conexión. De este modo, se obtiene un control preciso para rotar el eje de la herramienta.

Según algunas realizaciones, el brazo robótico comprende cojinetes de conexión que conectan los eslabones del par externo de eslabones paralelos y los eslabones del par interno de eslabones paralelos, donde un eje de rotación de cada cojinete de conexión coincide con el centro del eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos. De este modo, se obtienen grados de libertad más reducidos y, por lo tanto, son menores los costes de fabricación de las conexiones de junta entre el varillaje de brazo externo y el varillaje de brazo interno.

Según algunas realizaciones, los eslabones del par interno de eslabones paralelos comprenden pares de eslabones paralelos, y estos pares de eslabones paralelos están montados con juntas esféricas a cada lado de los eslabones del par externo de eslabones paralelos. Esto hará posible aumentar aún más la precisión de la conexión entre el varillaje de brazo externo y el varillaje de brazo interno. Es más, se pueden usar soluciones de eslabón y junta más simples con un par de receptáculos.

Según algunas realizaciones, el conjunto de brazo interno comprende un eslabón de brazo que es hueco y un árbol montado axialmente con cojinetes dentro del eslabón de brazo hueco. El árbol está dispuesto para rotar por medio del tercer actuador. De este modo, se obtiene una solución de brazo interno muy compacta con transmisión interna para acoplar el varillaje de brazo externo. Es más, la transmisión interna que incluye dos cojinetes estará completamente protegida del entorno exterior. En algunas realizaciones, para rotar la línea o eje de rotación del par de cojinetes alrededor de un eje perpendicular a la línea o eje de rotación, el par de cojinetes puede montarse en el árbol que rota dentro del eslabón de brazo hueco y accionarse gracias a un actuador giratorio a través de un engranaje de 90 grados.

Según algunas realizaciones, un eslabón de accionamiento del varillaje de brazo externo está conectado al tercer actuador a través de un par de cojinetes cuyo eje de rotación común puede girar alrededor de un eje paralelo al eje central del conjunto de brazo interno. Por lo tanto, el brazo robótico será especialmente adecuado para aplicaciones en las que se necesita una transmisión de alta rigidez para el movimiento del efector final en la dirección del eje de rotación del primer eje. En otra realización, el eslabón de engranaje está conectado en un extremo a una palanca, que está montada sobre un cojinete con su eje de rotación paralelo a la barra del efector final. La palanca está conectada a un actuador giratorio a través de dos palancas más y un eslabón. Para rotar la línea o eje de rotación del par de cojinetes alrededor de un eje perpendicular a la línea o eje de rotación, en uno de los diseños, el par de cojinetes está montado sobre un cojinete con su eje de rotación paralelo al eje central del eslabón hueco del varillaje de brazo interno, y se emplea una palanca para rotar el par de cojinetes alrededor del eje de rotación del cojinete sobre el que está montado el par de cojinetes. La palanca está conectada a un actuador a través de un eslabón con juntas en cada extremo.

Según algunas realizaciones, la transmisión de eslabón incluye un árbol giratorio con una palanca en un extremo y donde la palanca está conectada a un eslabón de engranaje a través de una junta de al menos dos DOF. Esta realización es especialmente útil en aplicaciones donde se necesita un conjunto de brazo interno delgado, lo que significa que el brazo robótico necesita trabajar en un entorno restringido. Es más, esta solución tendrá la mayor eficiencia de transmisión para controlar el ángulo de rotación o cualquiera de los ángulos de inclinación del efector final. En un ejemplo de realización, la transmisión de engranajes está conectada a un actuador a través de una cadena cinemática y el eslabón de engranaje está conectado, por un extremo, a una palanca montada en un segundo árbol giratorio con su eje de rotación paralelo al eslabón hueco del conjunto de brazo interno.

De acuerdo con un segundo aspecto, la divulgación se refiere a un brazo robótico para colocar un efector final en tres grados de libertad, con ángulo de inclinación constante. El brazo robótico comprende una plataforma del efector final dispuesta para recibir el efector final. El brazo robótico comprende un primer actuador, configurado para rotar un conjunto de brazo interno alrededor de un primer eje de rotación. El conjunto de brazo interno está conectado a un varillaje de brazo externo dispuesto de manera pivotante alrededor de un segundo eje de rotación. El varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos que se conectan a través de cojinetes de efector final a la plataforma del efector final, formando así una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta la plataforma del efector final. El brazo robótico comprende un segundo actuador, configurado para rotar el varillaje de brazo externo alrededor del segundo eje de rotación. El varillaje de brazo externo está conectado, a través de juntas universales que incluyen cojinetes de conexión, a un varillaje de brazo interno que comprende un par interno de eslabones paralelos, formando así una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma del efector final. El brazo robótico también comprende un tercer actuador configurado para rotar un árbol alrededor de un tercer eje de rotación, de tal manera que el varillaje de brazo externo rote alrededor del tercer eje de rotación a través de una junta acodada, formando así una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador hasta la plataforma del efector final.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra una estructura de brazo robótico según algunas realizaciones, que permite accionar un efector final para que rote alrededor de un eje perpendicular al plano horizontal.

La figura 2A ilustra una estructura de brazo robótico según la presente invención.

La figura 2B ilustra un detalle de un tipo de junta universal montada sobre el árbol giratorio de la transmisión interna de la figura 2A.

La figura 3A ilustra un brazo robótico industrial según una primera realización, que permite que se accione un efector final para rotar alrededor de un eje perpendicular al plano horizontal. La figura 3B ilustra un brazo robótico industrial según una segunda realización, que incluye una transmisión de engranajes alternativa para rotar el efector final. La figura 3D ilustra una junta universal según algunas realizaciones.

La figura 4A ilustra un brazo robótico industrial según una tercera realización, donde la estructura principal está dispuesta con un eje de rotación común horizontal de los actuadores giratorios. La figura 4C ilustra un brazo robótico industrial según otra variante de la tercera realización.

Las figuras 6A y 6B ilustran un brazo robótico industrial según una quinta realización, que incluye un concepto de piñón y cremallera con una transmisión que incluye engranajes en ángulo recto y juntas cardán para obtener brazos robóticos de seis DOF con todos los actuadores fijados al soporte del robot.

Las figuras 10A, 10B ilustran un brazo robótico industrial según una séptima y octava realizaciones con un eje de rotación común horizontal de los actuadores giratorios.

La figura 11 ilustra una realización en la que los actuadores giratorios están dispuestos para obtener un eje de rotación común sin usar motores de árbol hueco, como se ilustra en las figuras 1-6.

La figura 12A ilustra una estructura principal alternativa del brazo robótico industrial de la figura 2A.

La figura 12B ilustra cómo se pueden utilizar los actuadores lineales, en este caso, en un varillaje, sin tener una palanca presente como en la figura 12<a>.

La figura 14A ilustra variantes de los tipos de juntas, los desplazamientos permitidos de las juntas y un mecanismo de retroexcavadora como parte de una segunda cadena cinemática.

La figura 14B ilustra una configuración de retroexcavadora alternativa que aumenta radicalmente el espacio de trabajo del brazo robótico.

Se señala que la numeración discontinua de las figuras resulta de la eliminación de figuras archivadas originalmente que no eran acordes con la presente invención.

Se señala además que las únicas figuras de conformidad con la presente invención son las figuras 2A, 2B, 12A, 12B, 14A y 14B y, en las figuras 3A y 3D, se ilustra una variante de implementación de junta de la invención.

Descripción detallada

Para obtener una estructura de robot ligera de un robot industrial, la invención hace uso de nuevas combinaciones de estructuras y transmisiones de robot paralelas. Los actuadores del brazo robótico pueden montarse sobre un soporte de robot fijo y, por tanto, el gran peso de los actuadores no necesita moverse gracias a la estructura del brazo. A continuación, se puede implementar una estructura de brazo del robot con solo componentes ligeros, como tubos de carbono, engranajes de carbono y cojinetes de carbono. Esto permite que el diseño del robot tenga una inercia mínima a la alta velocidad, aceleración y derivada de la aceleración. Es más, cuando no se instalan actuadores o se instalan menos en la propia estructura del brazo, puede ser mucho más fácil construir un robot que pueda trabajar en un entorno con riesgos de explosión como, por ejemplo, en plataformas petrolíferas y de gas y en sectores donde se manipulan explosivos. También puede ser más fácil construir robots que puedan trabajar en entornos hostiles como, por ejemplo, para equipos de manipulación de material al aire libre, sistemas de inspección de túneles y limpieza de vehículos.

El brazo robótico industrial divulgado resuelve el problema de cómo obtener unos ángulos de inclinación constantes del efector final del brazo robótico industrial y obtener simultáneamente un diseño delgado del brazo robótico. Esto hace posible que el brazo robótico realice operaciones de recogida y colocación con requisitos de espacio limitados sobre una superficie horizontal sin ninguna muñeca añadida para la compensación de los errores de inclinación del efector final. Es más, el brazo robótico según la presente invención puede incluir hasta seis grados de libertad (DOF) con todos los actuadores fijados al soporte. El efector final también puede denominarse herramienta.

Para mayor claridad en la siguiente descripción, nos referimos a una disposición normal y preferida cuando el posicionamiento es en las direcciones "x", "y" y "z" con respecto a un soporte de robot (no mostrado) de una plataforma del efector final, que proporciona una base para la(s) orientación(es) de la herramienta en uno (1) o varios DOF. Las orientaciones de la herramienta incluyen la rotación de la herramienta accionada por alguna transmisión de herramienta, ya sea alrededor de un árbol de conexión de herramienta en la plataforma del efector final o alrededor de algún eje perpendicular al árbol de conexión de herramienta, o en ambos, para cinco DOF. Para seis DOF, se puede agregar una rotación de herramienta de inclinación, o la inclinación de herramienta deseada puede formar uno de los ejes cuatro o cinco. En cualquier caso, resulta muy deseable que la plataforma del efector final se posicione sin un movimiento de inclinación (en este caso, no deseado), separando así el posicionamiento de la herramienta de la orientación de la herramienta. En principio, aunque se omite por claridad, se pueden unir varios efectores de extremo y mecanismos/transmisión de orientación de herramienta a la plataforma del efector final, por ejemplo, apuntando en diferentes direcciones y con diferentes tipos de herramientas montadas, transportando así diferentes herramientas para diferentes fines, y evitando la necesidad de usar intercambiadores de herramientas. Como será evidente a partir de la siguiente descripción, las diferentes transmisiones para la orientación de la herramienta se pueden combinar de modo que todos los actuadores aún se puedan fijar al soporte del robot. Por tanto, son posibles más de 6 DOF, pero por simplicidad no se explica en detalle.

Por ende, es posible la mejora del brazo robótico más allá de 3 DOF. Sin embargo, tales brazos robóticos que permiten más de 3 DOF no forman parte de la invención tal y como se define en las reivindicaciones, pero de todos modos, a continuación, en algunas ocasiones se explican para facilitar la comprensión de las figuras. Por ende, las descripciones, por ejemplo, de un cuarto actuador 50, 150 y una cuarta cadena cinemática no forman parte de las presentes reivindicaciones.

Es más, los brazos robóticos según las realizaciones de la presente divulgación hacen posible un diseño más delgado en comparación con un diseño de robot de acuerdo con los documentos WO2014187486 y WO2015188843, ya que solo se necesitan dos eslabones paralelos en la estructura de eslabones que conecta la plataforma del efector final con el conjunto de brazo interno.

En la presente divulgación, se define que un robot comprende un brazo robótico y un controlador de robot. Un brazo robótico comprende actuadores para realizar los movimientos del efector final. El controlador del robot, o un ordenador conectado al controlador del robot, puede comprender un programa con instrucciones para mover el efector final según el programa. El controlador del robot y/u ordenador comprenden memoria y procesador, el programa se guarda en la memoria. El brazo robótico es, por lo tanto, un robot programable. Sin embargo, el robot puede ser de varios tipos, por ejemplo, un robot industrial o un robot de servicio.

La figura 1 ilustra una realización básica del brazo robótico 500, que incluye una estructura según algunas realizaciones para obtener la rotación de la herramienta, pero excluyendo la inclinación de la herramienta.

El brazo robótico comprende un primer actuador 4 configurado para rotar un conjunto de brazo interno 1 alrededor de un primer eje de rotación 29. El conjunto de brazo interno 1 está conectado a un varillaje de brazo externo, que aquí comprende un eslabón de accionamiento 18. El varillaje de brazo externo está dispuesto de manera pivotante alrededor de un segundo eje de rotación 40. El varillaje de brazo externo está conectado a una plataforma del efector final 41, formando así una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta la plataforma del efector final. Esto proporciona un primer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final y, por lo tanto, también para el movimiento del efector final.

El brazo robótico 500 de la figura 1 también tiene un segundo actuador 5 configurado para rotar el varillaje de brazo externo alrededor del segundo eje de rotación 40, formando así una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma del efector final. Esto proporciona un segundo grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final. La segunda cadena cinemática puede diseñarse de diferentes maneras. Una posibilidad es disponer una segunda cadena cinemática de eslabones entre el segundo actuador 5 y el eslabón de accionamiento 18. Esta posibilidad se ejemplifica en la figura 1 con el eslabón de accionamiento conectado al conjunto de brazo interno 1 mediante un par de cojinetes (que rotan alrededor del segundo eje de rotación 40) que forman parte de la junta 16, y con una palanca 2 montada sobre el árbol de salida del segundo actuador 5 para rotar alrededor del primer eje de rotación 29. La palanca 2 está conectada al eslabón de accionamiento por medio de un varillaje de brazo interno que comprende un eslabón 12 con juntas 10, 14 en cada extremo.

Las juntas 10, 14 se representan como juntas esféricas con al menos dos grados de libertad, pero, por supuesto, son posibles otras realizaciones cinemáticamente equivalentes, como se explica más adelante respecto al eslabón de rotación del efector final.

Dicho de otra manera, la segunda cadena cinemática comprende el varillaje de brazo interno que incluye la palanca 2 y el eslabón 12 que se conecta al varillaje de brazo externo, incluyendo el varillaje de brazo externo el eslabón de accionamiento 18 que aquí (en la figura 1) está firmemente conectado a la plataforma del efector final 41 y a la barra 41A. Por tanto, la segunda cadena cinemática comprende el varillaje de brazo interno que incluye al menos un eslabón 12 que está conectado al varillaje de brazo externo a través de cojinetes de conexión 14. El segundo actuador está configurado para mover el al menos un eslabón 12 a través de al menos una junta de conexión interna 10 conectada al al menos un eslabón 12. Otra alternativa para accionar el segundo grado de libertad es montar el segundo actuador en el extremo del conjunto de brazo interno 1 con el árbol giratorio del segundo actuador en paralelo con el segundo eje de rotación 40. Esta disposición alternativa, con el segundo actuador etiquetado como 5b, se ilustra con líneas discontinuas ya que no es una realización preferida porque el actuador se mueve con la estructura de brazo, pero elimina la necesidad del varillaje del brazo interno, generando un diseño de brazo interno más compacto. En esta alternativa, la segunda cadena cinemática comprende la conexión mecánica con transmisiones opcionales entre el segundo actuador giratorio 5b y el eslabón de accionamiento 18. Por tanto, el segundo actuador 5, 5b mueve la plataforma del efector final 41 en una dirección que, en combinación con la primera cadena cinemática, proporciona un segundo grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final y, por lo tanto, también para el movimiento del efector final.

El brazo robótico 500 de la figura 1 también comprende un tercer actuador 6 configurado para rotar un árbol 3 alrededor de un tercer eje de rotación 33. El tercer actuador 6 está dispuesto para rotar el árbol 3 alrededor de un tercer eje de rotación de tal manera que el varillaje de brazo externo rote a través de una junta 161, formando así una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador hasta la plataforma del efector final. Esto proporciona un tercer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final.

La tercera cadena cinemática se puede diseñar de diferentes maneras. De acuerdo con una realización de ejemplo, una rueda de ángulo de 90 grados (no visible en la figura 1, pero el mismo concepto que se ilustra con el número de referencia 51 para accionar el cuarto DOF de más adelante) entre el árbol de salida del tercer actuador 6 y un árbol giratorio 3 dentro del conjunto de brazo interno 1. Este árbol 3 rotará entonces el eslabón de accionamiento 18 hacia arriba y hacia abajo alrededor del eje de rotación 33 y, por lo tanto, la plataforma del efector final 41 se moverá hacia arriba y hacia abajo. Otra realización alternativa es utilizar el tercer actuador (en este caso 6b, fijado al soporte del robot, ilustrado con líneas discontinuas, ya que no es una alternativa preferida) para girar los otros actuadores (montados en una placa 6c, el segundo actuador 5b alternativamente en el extremo del conjunto de brazo interno 1) alrededor de un eje de rotación 99 perpendicular al primer eje de rotación 29. El eje de rotación 99 que es perpendicular al eje de rotación 29 por definición permite dos disposiciones diferentes, posiblemente con actuadores duales 6b dispuestos para girar alrededor de un eje "x" e "y", respectivamente (suponiendo que el eje 29 apunte en la dirección "z"), que se puede emplear para mantener la capacidad de manipulación del efector final cuando el varillaje de brazo externo se estire completamente hacia adentro o hacia afuera (cerca de o siendo único, no permitido en las realizaciones preferidas). En cualquier caso, la tercera cadena cinemática comprende el conjunto de brazo interno 1 y un varillaje de brazo externo que consiste únicamente en el eslabón de accionamiento 18 unido a la barra de efector final 41A. En conjunto, la realización representada en la figura 1 permitirá un diseño de brazo de máxima inclinación, pero presentará una inclinación no deseada en la mayor parte del espacio de trabajo y, por lo tanto, se necesitan realizaciones adicionales (figuras 2 y posteriores) para la aplicabilidad industrial.

El brazo robótico 500 de la figura 1 también comprende un cuarto actuador 50 y una cuarta cadena cinemática. La cuarta cadena cinemática está configurada para transmitir un movimiento del cuarto actuador a un eje de orientación correspondiente para un efector final 28. El eje de orientación está definido por el árbol 65. La cuarta cadena cinemática comprende un varillaje de orientación 52, 57, 59 montado en el conjunto de brazo interno a través de al menos un cojinete 53. La cuarta cadena cinemática también comprende una transmisión de orientación 64B, 64A montada en la plataforma del efector final. El varillaje de orientación comprende un eslabón de rotación del efector final 59 y juntas 58, 60 que proporcionan al menos dos grados de libertad para cada junta de extremo del eslabón de rotación del efector final. En una realización, el eslabón de rotación del efector final 59 está conectado a una junta 58, 60 en cada extremo del eslabón de rotación del efector final 59, respectivamente. Por supuesto, las juntas 58, 60 se pueden conseguir de varias maneras que son cinemáticamente equivalentes a al menos dos grados de libertad con al menos dos grados de libertad.

El varillaje de orientación puede implementarse con diferentes estructuras de eslabón. En la figura 1, el cuarto actuador 50 está conectado a un engranaje en ángulo de 90 grados 51 que acciona un árbol 52, sobre el que está montada una palanca 57.

La transmisión de orientación también puede implementarse de diferentes maneras, por ejemplo, mediante engranajes de cremallera y piñón o mediante varillajes de retroexcavadora. En la figura 1, la transmisión de orientación se implementa con una transmisión de orientación que comprende ruedas dentadas 64A, 64B montadas en la plataforma del efector final 41. Con las implementaciones del varillaje de orientación y las transmisiones de orientación mostradas en la figura 1, el varillaje de orientación está montado en la junta 58 con el brazo de palanca 57 y la transmisión de orientación está montada en la junta 60 a través de un brazo de palanca 61 montado sobre la rueda dentada 64B. Por tanto, el cuarto actuador 50, debido a la segunda cadena cinemática, será capaz de rotar la rueda dentada 64A. Esto será posible incluso cuando el primer, segundo y tercer actuadores muevan la plataforma del efector final en tres direcciones diferentes, "x", "y" y "z". La rueda dentada 64A está conectada a un árbol 65 que rota en un cojinete 67. La transmisión de orientación comprende una conexión con el efector final 28, en esta realización denominada árbol 65, lo que proporciona al menos cuatro grados de libertad para el movimiento del efector final.

La figura 2A ilustra una estructura de un brazo robótico 500 incluido en algunas realizaciones de la divulgación, incluyendo el ángulo de inclinación de herramienta constante deseado, pero excluyendo la cuarta cadena cinemática para la rotación de la herramienta. Dicho de otra manera, esta estructura hace posible mover una herramienta 28 en las direcciones "x", "y" y "z" mientras se mantienen ángulos de inclinación constantes. Los tres actuadores 4, 5 y 6 tienen un eje de rotación vertical común, que aquí coincide con el primer eje de rotación 29. Los tres actuadores están dispuestos para mover la herramienta 28 de tal manera que una barra de efector final 41A de una plataforma del efector final 41 siempre será paralela al eje de rotación común de los actuadores. En más detalle, el brazo robótico 500 comprende un primer actuador 4 configurado para rotar el conjunto de brazo interno 1 alrededor del primer eje de rotación 29. La primera cadena cinemática está configurada aquí para transmitir la rotación del conjunto de brazo interno 1 a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final 41, que en la figura 2A solo incluye una barra de efector final 41A. Por ende, de acuerdo con la presente invención, la plataforma del efector final puede hacerse mucho más simple que en la técnica anterior mencionada, que solo incluye una barra en lugar de una plataforma del efector final más compleja.

La primera cadena cinemática comprende un varillaje de brazo externo que comprende un par externo de eslabones paralelos 17, 18 que, cada uno, en un extremo, está conectado a la plataforma del efector final 41. El primer eslabón 17 del par externo de eslabones paralelos 17, 18 está conectado por su otro extremo al conjunto de brazo interno 1. En este caso, el conjunto de brazo interno 1 está diseñado para oscilar en un plano horizontal, accionado por el primer actuador 4 alineado con el primer eje vertical o rotación 29. El conjunto de brazo interno 1 lleva los dos eslabones paralelos 17 y 18. Los dos eslabones paralelos 17, 18 están conectados por su extremo exterior a una barra de efector final vertical 41A de la plataforma del efector final 41, que a su vez lleva una herramienta 28, en las figuras ilustrada como una ventosa, a través de un árbol 27 que sobresale de la plataforma del efector final 41, aquí, la barra de efector final 41A. El primer eslabón 17 del par externo de eslabones está conectado al conjunto de brazo interno 1 por medio de una junta esférica 15 a través de las partes de fijación 7A y 7B. Las partes de fijación 7A, 7B son partes mecánicas rígidas como, por ejemplo, varillas de carbono que conectan de forma rígida la bola de la junta 15 con el conjunto de brazo interno 1. La junta 15 también podría implementarse como una junta universal con tres DOF. En algunas realizaciones, una, varias o todas las juntas 9, 10, 13, 14 y 15 son juntas esféricas, de cardán o universales. En algunas realizaciones, la junta 16 es una junta universal. En algunas realizaciones, una o ambas juntas 19 y 20 son juntas de bisagra.

El brazo robótico 500 de la figura 2A también comprende un segundo actuador 5 configurado para rotar una palanca 2 alrededor del primer eje de rotación 29. Una segunda cadena cinemática está configurada para transmitir la rotación de la palanca 2 a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final 41. La segunda cadena cinemática comprende un varillaje de brazo interno que comprende un par interno de eslabones paralelos 11, 12 conectados al varillaje de brazo externo, y por tanto, conectado, por ejemplo, entre los extremos, al par externo de eslabones paralelos 17, 18. Dicho de otra manera, la segunda cadena cinemática comprende el varillaje de brazo interno que comprende un par interno de eslabones paralelos 11, 12 y una palanca 2. El par interno de eslabones paralelos está conectado a la palanca y al varillaje de brazo externo que comprende el par externo de eslabones paralelos 17, 18. El segundo actuador 5 está dispuesto para rotar la palanca alrededor del primer eje de rotación 29. Así mismo, en algunas realizaciones, el varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos 17, 18 conectados a la plataforma del efector final 41. La segunda cadena cinemática está configurada para transmitir la rotación de la palanca 2 a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final.

El brazo robótico 500 comprende además un tercer actuador 6. Una tercera cadena cinemática está configurada para transmitir un movimiento del tercer actuador 6 a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final 41. La tercera cadena cinemática comprende una transmisión interna 3, 16 (161, figura 1) entre el tercer actuador 6 y el otro extremo del eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo. Dicho de otra manera, la tercera cadena cinemática comprende una transmisión interna conectada entre el tercer actuador y un eslabón de accionamiento del par externo de eslabones paralelos. El eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo está conectado aquí a un árbol giratorio 3 de la transmisión interna por medio de un tipo de junta universal 16. El árbol giratorio 3 está dispuesto para rotar dentro de un eslabón hueco 1A del conjunto de brazo interno 1, donde está soportado por un cojinete en cada extremo (no mostrado en la figura). El árbol giratorio 3 está conectado al tercer actuador 6 a través de un engranaje de ángulo de 90 grados (no mostrado en la figura) en el extremo interno del eslabón hueco 1A. El árbol saliente del tercer actuador 6 se ensambla a través de un árbol hueco del segundo actuador 5 para alcanzar el engranaje de 90 grados. Dicho de otra manera, el brazo robótico 500 comprende un conjunto de brazo interno que incluye un eslabón 1A que es hueco, y la transmisión interna de la tercera cadena cinemática incluye un árbol 3 montado axialmente con cojinetes dentro del eslabón hueco 1A. El árbol 3 está dispuesto para rotar por medio del tercer actuador 6. Al rotar el árbol giratorio 3, los eslabones paralelos 17 y 18 oscilarán hacia arriba y hacia abajo para obtener los movimientos verticales de la herramienta 28. Para hacer oscilar el varillaje de brazo externo en el plano horizontal, la palanca 2 está conectada al varillaje de brazo externo a través del varillaje de brazo interno. La palanca 2 está dispuesta para ser accionada por el segundo actuador 5 y está conectada a los eslabones 11 y 12 a través de una barra 8 y juntas esféricas 9 y 10. Las juntas 9, 10 también se denominan juntas de conexión interna. El varillaje de brazo interno está conectado al varillaje de brazo externo por medio de las juntas 13 y 14, las barras 23 y 24 y los cojinetes de conexión 21 y 22. En una realización de ejemplo, el par interno de eslabones paralelos 11, 12 está montado, a través de juntas esféricas 13, 14 en barras desplazadas 23, 24, en una barra rígida 25. Entre los cojinetes 21 y 22, la barra 25 está conectada a los cojinetes 21, 22, que limitan la barra del efector final 41A de la plataforma del efector final 41 para que siempre sea vertical. Simultáneamente, la barra 25 se puede utilizar para obtener una tensión previa en las conexiones con los eslabones 17 y 18 del varillaje de brazo externo, lo que significa una holgura reducida en los cojinetes 19, 20, 21,22 y en las juntas 15 y 16. Es decir, los cojinetes se conectan en los extremos de los eslabones 17, 18 del varillaje de brazo externo. Por tanto, en una realización de ejemplo, el brazo robótico 500 comprende la barra rígida 25 que conecta los cojinetes de conexión 21, 22 mecánicamente entre sí.

El varillaje de brazo externo está conectado a la barra del efector final 41A por medio de los cojinetes del efector final 19 y 20. Es más, los cojinetes del efector final 19, 20 conectan el par externo de eslabones paralelos 17, 18 y la plataforma del efector final 41, donde los ejes de rotación 36, 37 de los cojinetes del efector final 19, 20 son perpendiculares a los centros del par externo de eslabones paralelos 17, 18.

Para garantizar que la barra del efector final 41A de la plataforma del efector final 41 tenga un ángulo de inclinación constante, de modo que la herramienta 28, por ejemplo, una ventosa, siempre pueda recoger y colocar artículos con un ángulo vertical en relación con el plano horizontal, el diseño del brazo robótico 500 puede incluir uno o más de los siguientes:

- el primer eje de rotación común 29 para el primer actuador 4, el segundo actuador 5 y el tercer actuador 6 es vertical.

- La barra 8 y el montaje de las juntas 9 y 10 se ensamblan de tal manera que el eje 30 que pasa por los centros de las juntas 9 y 10 siempre es paralelo al primer eje de rotación 29.

- Los eslabones 11 y 12 tienen la misma longitud, lo que significa que la distancia entre las juntas 9 y 13 es la misma que la distancia entre las juntas 10 y 14.

- La distancia entre las juntas 13 y 14 es la misma que la distancia entre las juntas 9 y 10.

- La distancia entre los centros de las juntas 15 y 16 es la misma que la distancia entre el centro de rotación 36 del cojinete 19 y el centro de rotación 37 del cojinete 20.

- La distancia entre los centros de rotación 34 y 35 de los cojinetes 21 y 22 es la misma que la distancia entre los centros de rotación 36 y 37 de los cojinetes 19 y 20.

- La distancia entre los centros de rotación 34 y 35 de los cojinetes 21 y 22 es la misma que la distancia entre los centros de rotación de las juntas 15 y 16.

- La longitud del eslabón 17 tiene la misma longitud que la longitud del eslabón 18, lo que significa que la distancia entre el centro de rotación de la junta 15 y el centro de rotación 36 del cojinete 19 debe ser la misma que la distancia entre un centro de rotación 33 del árbol giratorio 3 y un centro de rotación 37 del cojinete 20.

- La distancia entre el centro de rotación 36 del cojinete 19 y el centro de rotación 34 del cojinete 21 es la misma que la distancia entre el centro de rotación 37 del cojinete 20 y el centro de rotación 35 del cojinete 22.

- Los cojinetes 19, 20, 21 y 22 están montados de tal manera que sus ejes de rotación 36, 37, 34 y 35 son paralelos y están en ángulo recto respecto a los ejes 31 y 32, que son paralelos a los ejes 29, 30 y 40. Por tanto, los ejes de rotación 36, 37 de los cojinetes del efector final 19, 20 son paralelos a los ejes de rotación 34, 35 de los cojinetes de conexión 21,22.

- El eje 40 pasa por el centro de las juntas 15 y 16. El eje 40 también está definido por los centros de los cojinetes 16A y 16B cuando el eslabón 18 es horizontal. Los ejes 34 y 35 también son perpendiculares a los eslabones 17, 18 del varillaje de brazo externo. Dicho de otra manera, el varillaje de brazo externo (el par externo de eslabones paralelos 17, 18) y el varillaje de brazo interno (el par interno de eslabones paralelos 11, 12) están conectados por medio de un cojinete de conexión 21,22 para cada conexión de eslabón de los respectivos eslabones 11, 12, 17, 18, y donde los ejes de rotación 34, 35 de los cojinetes de conexión 21, 22 están en ángulo recto con una línea central axial de cada respectivo eslabón 17, 18 del varillaje de brazo externo.

La figura 2B ilustra un detalle del tipo de junta universal 16 montada en el árbol giratorio 3 de la primera transmisión. Esta junta 16 conecta el árbol giratorio 3 al eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo y hace que la barra de efector final 41A de la plataforma del efector final 41 se mueva verticalmente. Los cojinetes 16A y 16B están montados simétricamente por medio de pasadores 16D y 16E en el árbol giratorio 3. Dado que el eje de rotación 40 está definido por el eje de rotación común de los cojinetes 16A y 16B, el eslabón de accionamiento 18 rota alrededor del eje 33, y el eje de rotación 40 también rotará alrededor del eje 33. Con más detalle, el eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo está conectado al tercer actuador 6 a través de un par de cojinetes 16A, 16B, cuyo eje de rotación común 32 puede rotar alrededor de un eje paralelo al eje central del eslabón hueco del conjunto de brazo interno 1. Las partes externas giratorias de los cojinetes 16A y 16B están conectadas a la barra 16H por medio de las fijaciones 16F y 16G. Las fijaciones 16F, 16G son estructuras mecánicas rígidas tales como varillas. Las fijaciones 16F, 16G y la barra 16H pueden implementarse como una horquilla sólida hecha en epoxi reforzado con carbono. El eslabón de accionamiento 18 está conectado a la barra 16H a través del cojinete 16C, lo que hace posible que el eslabón de accionamiento 18 rote alrededor de su propio eje. El cojinete 16C se denomina aquí cojinete de eslabón 16C. Dado que este cojinete de eslabón 16C hace posible que el eslabón de accionamiento 18 rote alrededor de su propio eje, será posible mantener los ejes 31 y 32 verticales en todo el espacio de trabajo de la herramienta 28. El cojinete de eslabón 16C se puede colocar en cualquier parte entre la junta 16 y la posición de montaje del cojinete 22 con respecto al eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo. Por tanto, dicho de otra manera, el brazo robótico comprende un cojinete de eslabón 16C montado a lo largo del eslabón de accionamiento 18 del par externo de eslabones paralelos 17, 18, donde el eje de rotación del cojinete de eslabón 16C coincide con el centro del eslabón de accionamiento 18 del par externo de eslabones paralelos. Este cojinete de eslabón 16C es una característica diferenciadora en relación con el documento WO2014187486. Por tanto, el brazo robótico 500, en una realización de ejemplo, puede comprender el cojinete de eslabón 16C montado en el eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo entre el cojinete de conexión 22 y una conexión del eslabón de accionamiento 18 con la transmisión interna 3, y donde el eje de rotación del cojinete de eslabón 16C coincide con un centro del eslabón de accionamiento 18 del varillaje de brazo externo. Otra característica es el montaje de los eslabones 17 y 18 con cojinetes 19 y 20 sobre la barra del efector final 41A de la plataforma del efector final 41. Esto hace posible construir un robot mucho más delgado que el descrito en el documento WO2014187486, ya que solo se necesitan dos eslabones 17 y 18 entre el conjunto de brazo interno 1 y la plataforma del efector final 41. La plataforma del efector final 41 comprende aquí la barra del efector final 41A. Se puede utilizar una plataforma del efector final para un brazo robótico con cinco o seis DOF. El robot descrito en el documento WO2014187486 necesita tres eslabones entre su primer brazo y el efector final. Una diferencia adicional en relación con el documento WO2014187486 es el uso de una barra 25 para obtener una tensión previa en los eslabones 17 y 18. Esto también hará posible el uso de juntas esféricas entre el par externo de eslabones 17, 18 y el par interno de eslabones 11, 12. Es más, la propuesta en la figura 4 del documento WO2014187486 necesita dos brazos (varillajes) y no solo un brazo, por tanto, el conjunto de brazo interno 1 como en la presente divulgación. Es decir, un robot de acuerdo con el documento WO2014187486 requiere mucho más espacio para el sistema de brazos. La estructura de robot de esta invención no presenta los problemas del documento WO2014187486 ya que puede funcionar con tres DOF en la junta que conecta el único (y solo uno) conjunto de brazo interno (eslabón hueco 1A), correspondiente al primer brazo en el documento WO2014187486, al conjunto de brazo externo, correspondiente a la primera varilla en el documento WO2014187486. Una solución de este tipo no es posible en las estructuras delgadas del documento WO2014187486, ya que entonces el efector final perdería una restricción y no sería controlable con un grado de libertad adicional entre el primer brazo y la primera varilla. En la figura 4 del documento WO2014187486 hay una estructura que no es delgada y que requiere un gran espacio para el sistema de brazos, pero que puede tener una junta que puede tener tres DOF entre el primer brazo y la primera varilla. Sin embargo, no es posible obtener una estructura de robot compacta y delgada con la solución propuesta en la figura 4 del documento WO2014187486 porque los movimientos verticales, en ese caso, solo pueden realizarse mediante una cadena cinemática separada conectada directamente a la plataforma del efector final como en el caso del robot delta y, por lo tanto, requiere mucho espacio para la estructura del brazo. Por ende, la estructura de robot de acuerdo con el documento WO2014187486 solo puede controlar tres DOF con los actuadores fijados al soporte.

Cabe mencionar que los cojinetes 19, 20, 21 y 22 de la figura 2A podrían sustituirse por los pares de cojinetes según el conjunto de cojinetes 16A y 16B de la figura 2B. A la inversa, el par de cojinetes 16A y 16B puede reemplazarse por un solo cojinete. El uso de pares de cojinetes proporcionará una mayor rigidez o hará posible el uso de cojinetes de peso más ligero. Además de los rodamientos de bolas, también podrían usarse cojinetes deslizantes, por ejemplo, de carbono.

Con el diseño tal y como se describe y cuando el ángulo entre el conjunto de brazo interno 1 y el eslabón de accionamiento 18 es de 90 grados, una rotación infinitesimal del árbol de salida del primer actuador 4 moverá la herramienta 28 lateralmente en el plano horizontal y una rotación infinitesimal del árbol de salida del segundo actuador 5 moverá la herramienta 28 hacia dentro o hacia fuera en el plano horizontal. Una rotación infinitesimal del árbol de salida del tercer actuador 6 moverá la herramienta 28 hacia arriba o hacia abajo. Además, todos los movimientos en todo el espacio de trabajo se realizarán con el eje 32 vertical y la herramienta 28 tendrá ángulos de inclinación constantes. Por tanto, el brazo robótico 500 tendrá las mismas características de movimiento que los tres ejes principales de un denominado robot SCARA. Pero a diferencia de un robot SCARA, todos los actuadores 4, 5, 6 pueden fijarse al soporte del robot (no mostrado) y, por lo tanto, puede implementarse un brazo robótico extremadamente ligero. El soporte del robot es una estructura mecánica rígida sobre la que están montados los actuadores de forma rígida. El soporte de robot, en este caso, puede fabricarse como una horquilla con una parte sosteniendo el primer actuador 4 y otra parte sosteniendo el segundo y tercer actuadores 5 y 6. El soporte del robot puede montarse de forma rígida en el suelo, en una pared o en un techo o en otro brazo robótico.

Por tanto, la divulgación incluye un brazo robótico 500 para colocar un efector final 28 en tres grados de libertad, con ángulo de inclinación constante. Este segundo aspecto de la divulgación se divulga al menos en las figuras 2A, 2B, 3A, 10A, 10B, 12A, 12B, 14A y 14B, y en la descripción que describe estas figuras, o al menos aspectos de estas figuras. El brazo robótico comprende la plataforma del efector final 41 dispuesta para recibir el efector final. El brazo robótico comprende el primer actuador 4 configurado para rotar un conjunto de brazo interno 1 alrededor de un primer eje de rotación 29, 29A. El conjunto de brazo interno 1 está conectado a un varillaje de brazo externo 17, 18 dispuesto de manera pivotante alrededor de un segundo eje de rotación 40. El varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos 17, 18 que están conectados a través de cojinetes de efector final 19, 20 a la plataforma del efector final 41, formando así una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta la plataforma del efector final. El brazo robótico 500 también comprende un segundo actuador 5 configurado para rotar el varillaje de brazo externo 17, 18 alrededor del segundo eje de rotación 40, estando conectado el varillaje de brazo externo 17, 18, a través de juntas universales que incluyen cojinetes de conexión 21,22, a un varillaje de brazo interno que comprende un par interno de eslabones paralelos 11, 12; 811, 812 (811, 812 véase la figura 12B), formando así una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma del efector final. El brazo robótico 500 también comprende un tercer actuador 6 configurado para rotar un árbol 3 alrededor de un tercer eje de rotación 33, de tal manera que el varillaje de brazo externo 17, 18 rote alrededor del tercer eje de rotación a través de una junta acodada 161, formando así una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador hasta la plataforma del efector final.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, los cojinetes de efector final 19, 20 son juntas de bisagra con ejes de rotación 36, 37 que son paralelos entre sí.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, la junta acodada 161 comprende una junta de bisagra con un eje de rotación de codo que se entrecruza con el segundo eje de rotación y con el tercer eje de rotación.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, la junta acodada 161 está conectada a un eslabón de accionamiento 18, que es uno de los eslabones del par externo de eslabones paralelos 17, 18 que está conectado a la junta acodada 161.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el eslabón de accionamiento 18 está equipado con al menos un cojinete de eslabón 16C montado a lo largo del eslabón de accionamiento para recibir la rotación entre los extremos del eslabón de accionamiento.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el eje de rotación del cojinete de eslabón 16C coincide con una línea central de rotación del eslabón de accionamiento 18.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el segundo actuador 5 está configurado para mover el par interno de eslabones paralelos 11, 12 a través de las juntas de conexión internas 9, 10 conectadas al par interno de eslabones paralelos 11, 12.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, la segunda cadena cinemática está configurada para transmitir la rotación de una palanca 2 a un movimiento correspondiente de la plataforma del efector final 41.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el par externo de eslabones paralelos 17, 18 y el par interno de eslabones paralelos 11, 12 están conectados por medio de un cojinete de conexión 21, 22 para cada conexión de eslabón de los respectivos eslabones 11, 17; 12, 18. Los ejes de rotación 34, 35; 31 de los cojinetes de conexión 21, 22 están en ángulo recto con respecto a una línea central de rotación a lo largo del eslabón de cada eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos 17, 18.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el brazo robótico 500 comprende una barra rígida 25 que conecta los cojinetes de conexión 21,22 mecánicamente entre sí.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el par interno de eslabones paralelos 11, 12 está montado a través de juntas esféricas 13, 14 sobre las barras desplazadas 23, 24 de la barra rígida 25.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el árbol 3 está conectado entre el tercer actuador 6 y un eslabón de accionamiento 18 del par externo de eslabones paralelos 17, 18 a través de la junta acodada 161.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el brazo robótico comprende cojinetes de efector final 19, 20 que conectan el par externo de eslabones paralelos 17, 18 y la plataforma del efector final 41. Los ejes de rotación 36, 37 de los cojinetes de efector final son perpendiculares a la línea central de rotación de cada eslabón del par externo de eslabones paralelos.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, los ejes de rotación 36, 37 de los cojinetes del efector final 19, 20 son paralelos a los ejes de rotación 34, 35 de los cojinetes de conexión 21, 22.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el brazo robótico comprende unos cojinetes de conexión 21A, 22A (21A en la figura 3D, 22A correspondiente a 21A, pero en el cojinete de conexión 22) que conectan los eslabones del par externo de eslabones paralelos 17, 18 y los eslabones del par interno de eslabones paralelos 11, 12. Un eje de rotación de cada cojinete de conexión 21A, 22A coincide con la línea central de rotación del eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos 17, 18.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el varillaje de brazo interno comprende un mecanismo de retroexcavadora 803, 10B, 802, 8, 9C/10C, 805/806 que rota el varillaje de brazo externo 804, 17, 18 alrededor del segundo eje de rotación 40, donde el mecanismo de retroexcavadora se conecta al par externo de eslabones paralelos 17, 18 a través de los cojinetes de conexión 21,21 que permiten la rotación alrededor de un eje 31 que es paralelo al segundo eje de rotación 40. Véanse las figuras 14A, 14B para 803, 10B, 802, 8, 9C/10C, 805/806. Por las dimensiones adecuadas que la persona experta en la materia puede averiguar a partir de la figura 14B, el eje de rotación 31 se puede colocar de tal manera que no se entrecruce con ninguno de los ejes de rotación de los dos eslabones del par externo de eslabones paralelos. El mecanismo de retroexcavadora se puede configurar (véanse las figuras 14A y 14<b>) para aumentar radicalmente el rango operativo de la segunda cadena cinemática, incluso a más de 180 grados; así pues, se puede proporcionar un espacio de trabajo más grande sin singularidades.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, los eslabones del par interno de eslabones paralelos 11, 12 comprenden pares de eslabones paralelos 11A, 11B; 12A, 12B. Estos pares de eslabones paralelos 11A, 11B; 12A, 12B están montados con juntas esféricas a cada lado de los eslabones del par externo de eslabones paralelos 17, 18.

De acuerdo con algunas realizaciones del segundo aspecto, el conjunto de brazo interno 1 comprende una junta de brazo 1A que es hueca y el árbol 3 montado axialmente con cojinetes dentro de la junta de brazo hueca 1A. El árbol 3 está dispuesto para rotar por medio del tercer actuador 6.

La figura 3A ilustra una primera realización del brazo robótico 500 que permite que la herramienta 28 se accione y rote alrededor de un eje perpendicular al plano horizontal. Los números de referencia de las características comunes entre las diferentes realizaciones son los mismos y hacen referencia a las otras figuras, por ejemplo, las figuras 1 ,2A y 2B, por su explicación.

En esta primera realización, una transmisión de engranaje giratorio 64A, 64B con un factor de engranaje mayor que uno para obtener la rotación de herramienta objetivo. También se muestra cómo se acciona la transmisión de engranaje giratorio a través de una transmisión mecánica desde un cuarto actuador giratorio 50 hasta una palanca 61 en la rueda dentada más grande 64B de la transmisión de engranaje giratorio. El brazo robótico 500 de la figura 3A comprende, por lo tanto, el cuarto actuador 50. Una cuarta cadena cinemática está configurada para transmitir un movimiento del cuarto actuador 50 a un movimiento correspondiente de una herramienta 28 montada en la plataforma del efector final 41, que comprende aquí las partes 41A, 68, 69, 70. La cuarta cadena cinemática comprende un eslabón de orientación 52, 57 montado en el conjunto de brazo interno 1 a través de al menos un cojinete 53, 55. Una transmisión de orientación 64A, 64B está montada en la plataforma del efector final 41 y el varillaje de orientación está conectado a la transmisión de orientación 64A, 64B a través de un eslabón de rotación de efector final 59 con una junta 58, 60 de al menos dos DOF en cada extremo. La figura 3A muestra una opción para obtener también el eje cuatro de un robot SCARA con todos los actuadores montados fijos en el soporte del robot. Los cuatro actuadores 4, 5, 6 y 50 tienen árboles de rotación coincidentes a lo largo del primer eje vertical de rotación 29. El árbol de salida del cuarto actuador 50 atraviesa el actuador de árbol hueco 50 y se conecta al conjunto de brazo interno 1, de la misma manera, el árbol de salida del tercer actuador 6 atraviesa el segundo actuador 5 y controla la rotación del árbol 3 a través de un engranaje de ángulo de 90 grados (no visible en la figura). El segundo actuador 5 controla la palanca 2 y el cuarto actuador 50, que se utiliza para rotar la herramienta 28 alrededor del eje vertical 71, se acopla al árbol 52 por medio del engranaje de ángulo de 90 grados 51 (del mismo tipo que el utilizado entre el tercer actuador 6 y el árbol 3). En relación con la figura 2A, existen las siguientes características nuevas en esta implementación del brazo robótico, refiriéndose algunas también a las realizaciones de la figura 1:

- los eslabones 17 y 18 del varillaje de brazo externo están conectados directamente a los eslabones 11 y 12 del varillaje de brazo interno usando juntas universales como cojinetes de conexión 21,22. Estas juntas son idénticas y se ilustran en detalle en la figura 3D. Con respecto a la junta universal indicada con el número 21, ilustrada en la figura 3D, el cojinete 21A está montado alrededor del primer eslabón 17, coincidiendo su eje o rotación con el centro del eslabón. Los cojinetes 21B y 21C, con sus ejes de rotación coincidentes perpendiculares al eje de rotación del cojinete 21A, están montados sobre el anillo externo del cojinete 21A por medio de los árboles 21D y 21E. Dicho de otra manera, el varillaje de brazo externo y el varillaje de brazo interno están conectados por medio de un cojinete de conexión 21, 22, aquí, las juntas universales, para cada conexión de eslabón de los respectivos eslabones 11, 12, 17, 18. Los ejes de rotación 34, 35 de estos cojinetes de conexión 21,22 están en ángulo recto respecto a un eslabón 17, 18 respectivo del varillaje de brazo externo.

- Los anillos externos de los cojinetes 21B y 21C se montan entonces en la barra 21H usando las varillas 21F y 21G. A continuación, la varilla 21H se monta sobre el primer eslabón 11. También es posible añadir un cojinete haciendo que su centro de rotación coincida con el eje central del primer eslabón 11 entre la barra 21H y el primer eslabón 11, aunque no es necesario. Con respecto a la junta universal indicada con el número 22, el cojinete 21A está montado alrededor del eslabón de accionamiento 18, coincidiendo su eje o rotación con el centro del eslabón. Dicho de otra manera, los cojinetes de conexión 21A, 22A conectan los eslabones 17, 18 del varillaje de brazo externo y los eslabones 11, 12 del varillaje de brazo interno, donde un eje de rotación de cada cojinete de conexión 21 A, 22A coincide con el centro del respectivo eslabón 17, 18 del varillaje de brazo externo.

- A continuación, la varilla 21H se monta en el segundo eslabón 12. También es posible añadir un cojinete de eslabón haciendo que su centro de rotación coincida con el eje central del segundo eslabón 12 entre la barra 21H y el eslabón 12, aunque no es necesario. Las juntas 21 y 22 deben montarse en los eslabones 17 y 18 de manera que la distancia entre los centros de las juntas 15 y 21 sea la misma que la distancia entre los centros de las juntas 16 y 22. En comparación con la solución de la figura 1 para conectar el par interno de eslabones 11, 12 al par externo de eslabones 17, 18, esta solución tiene la ventaja de que el sistema mecánico no será redundante, facilitando el montaje. Sin embargo, simultáneamente, el cojinete 21A tendrá un gran diámetro cuando se usen eslabones de gran diámetro y será más difícil reemplazarlo 21A en caso de mal funcionamiento. A continuación, evidentemente, no podrá realizarse el pretensado de los eslabones 17 y 18. Por supuesto, la conexión con la barra 25 y los cojinetes 21 y 22 también se puede utilizar en el brazo robótico de 4 ejes de la figura 3A.

- Debido a la disposición de cojinete en la junta 22, ahora se permite que el eslabón de accionamiento 18 rote alrededor de su eje central también hacia la derecha de la junta 22, y el cojinete de eslabón 16C se puede colocar en cualquier lugar a lo largo de una línea central del eje de accionamiento a lo largo del eslabón de accionamiento 18, por ejemplo, en el extremo del eslabón de accionamiento 18 sobre la junta 20, como se representa específicamente aquí en la figura 3A. Más en general, esta línea central del eje de accionamiento puede desviarse del eslabón de accionamiento 18, en teoría, si es paralelo a la línea central o al cojinete 22A (es decir, como el cojinete 21A pero en la junta 22, véase la figura 3D), pero en la práctica, teniendo en cuenta las fuerzas dinámicas, también debería entrecruzarse con el eje de rotación 33. Es decir, la línea central del eje de accionamiento no se entrecruza necesariamente con el eje de rotación 40, aunque sí lo hace en la figura 3A.

Los mismos requisitos cinemáticos que en las figuras 1-2B valen cuando se aplican en la figura 3A. Por ejemplo, todos los ejes 29, 30, 31, 32 y 40 deben ser paralelos y verticales y, en la figura 3A, esto también se requiere para el eje 71, que está definido por el centro de rotación del árbol 65. Los eslabones 17 y 18 del par de eslabones externos deben ser paralelos y de la misma longitud, y lo mismo ocurre con los eslabones 11 y 12 del par de eslabones internos. Obsérvese que la junta 9 (figura 2A) y parte del primer eslabón 11 están ocultas detrás del conjunto de brazo interno 1 de la figura 3A. En el documento WO201418748 no hay solución para obtener la rotación de la herramienta. La figura 1 del documento WO2015188843 incluye una disposición para rotar una herramienta montada en la plataforma del efector final de un robot con tres brazos. Este sistema de brazo robótico necesita un espacio enorme y el 4° eje se implementa para inclinar la herramienta. La rotación de la herramienta se realiza aquí con un actuador giratorio separado montado en la muñeca. Es más, el espacio de trabajo del robot es muy pequeño y se reduce aún más por la transmisión a los ejes de la muñeca. En la solución de las figuras 1 y 3A de esta divulgación, el árbol giratorio 3 con el brazo de palanca 57 conectado al brazo de palanca 61 a través del eslabón de rotación del efector final 59 hace posible disponer de un área de trabajo completa del cuarto eje en todo el espacio de trabajo de posicionamiento del brazo robótico. Esto no es posible con el tipo de transmisión del eje cuatro en el documento WO2015188843 ya que aquí el rango de trabajo de transmisión obtendrá un desplazamiento creciente cuanto más se aleje la muñeca del centro del espacio de trabajo. Otro problema con la solución de transmisión de la figura 1 del documento WO2015188843 es que los engranajes necesarios en la muñeca estarán cerca del motor en el eje seis y, por lo tanto, de la herramienta, proporcionando una plataforma del efector final torpe, lo que significa que habrá problemas de accesibilidad. Como puede observarse a partir de las figuras 1 y 3, los cojinetes están lejos de la herramienta, gracias al diseño del brazo robótico con la barra 68 siempre vertical y separando el lado del engranaje del lado de la herramienta.

Por tanto, en la presente divulgación, las restricciones del documento WO2015188843 se evitan montando dos transmisiones que trabajen en serie para rotar la herramienta, y así, el varillaje de orientación y la transmisión de orientación, solo sobre una cadena cinemática y utilizando un cuarto actuador 50 conectado a una transmisión de engranajes 64A, 64B sobre la plataforma del efector final 41 a través de un segundo árbol giratorio 52, con un brazo de palanca 57 conectado a la transmisión de engranajes a través de un eslabón de rotación del efector final 59 con juntas de al menos 2 DOF, por ejemplo, en cada extremo, se obtiene una eficiencia de transmisión óptima entre el cuarto actuador 50 y las transmisiones de orientación 64A, 64B. Es más, se introducen dos versiones de transmisiones de orientación, una con ruedas dentadas y otra con cremallera y piñón, ambas capaces de obtener una capacidad de rotación de la herramienta de /-180 grados.

Las figuras 1-3D ilustran cómo el brazo robótico 500 puede diseñarse para obtener las mismas características de movimiento que un robot SCARA pero con una inercia mucho menor de la estructura de brazo, ya que todos los actuadores están fijados al soporte de robot.

La figura 4A, que ilustra una tercera realización del brazo robótico 500, muestra que el brazo robótico también puede implementarse como un brazo robótico articulado que alcanza objetos desde arriba. Esto significa que la estructura del brazo robótico, en lugar de oscilar en un plano horizontal, oscila en un plano vertical. Esto significa que todos los ejes que tenían que ser verticales en las figuras 1-3 ahora tendrán que ser horizontales. Sin embargo, la mayoría de las características de diseño de las figuras 1-3 aún se pueden utilizar. Por tanto, observando la figura 4A, los únicos principios de diseño nuevos que se ejemplificarán, además de trabajar con ejes horizontales en lugar de verticales 29, 30, 31, 32, 40 y 71, son para la transmisión a la rueda dentada 64B. Por supuesto, en este caso también se puede utilizar el mismo principio de transmisión que en la figura 1 y 3A y el principio de transmisión de la figura 4A también se puede emplear en la figura 1 y 3A.

Observando los actuadores, el actuador de árbol hueco de la figura 4A, es decir, el segundo actuador 5, está dispuesto para oscilar la palanca 2 y oscilar el par externo de eslabones 17 y 18 hacia adentro y hacia afuera, el tercer actuador 6 pasa con su árbol de salida a través del segundo actuador 5 y está dispuesto para rotar el árbol 3 a través de un engranaje de 90 grados para oscilar el par externo de eslabones 17 y 18 hacia los lados. El primer actuador 4 con el árbol de salida atravesando un cuarto actuador 150 está dispuesto para oscilar el conjunto de brazo interno 1 y, por lo tanto, el par externo de eslabones 17 y 18 hacia arriba y hacia abajo. La nueva característica para esta realización del brazo robótico 500 en la figura 4A es un cuarto actuador 150 alternativo, un actuador de árbol hueco que está dispuesto para oscilar una primera palanca 200. Esta primera palanca 200 está conectada al engranaje giratorio 64B mediante dos eslabones 202 y 209, incluido en un eslabón de orientación. Un eslabón 202 está montado en un extremo con un cojinete 201 sobre la palanca 200 y con otro cojinete 203 sobre una segunda palanca 204. La segunda palanca 204 está montada sobre el anillo exterior del cojinete 206, que a su vez está montado con su anillo interno sobre el conjunto de brazo interno 1 a través de la protuberancia 205. Sobre el anillo externo del cojinete 206 también hay montada una tercera palanca 207, de tal manera que cuando la punta de la segunda palanca 204 se mueve en una dirección horizontal, la punta de la tercera palanca 207 se mueve en una dirección vertical. El eje de rotación del cojinete 206 coincide con el eje 40, lo que proporciona una cinemática más simple para la transmisión a la rueda dentada 64B. La punta de la tercera palanca 207 está conectada al otro eslabón 209 a través de la junta esférica 208 y el otro extremo del otro eslabón 209 está conectado a una cuarta palanca 211 a través de la junta esférica 210. Cabe señalar que los cojinetes 201 y 203 podrían reemplazarse por juntas esféricas. Ahora, al oscilar la primera palanca 200, la cuarta palanca 211 oscilará hacia arriba y hacia abajo (verticalmente) y las ruedas dentadas 64A, 64B rotarán hacia adelante y hacia atrás, alrededor de sus ejes de rotación, junto con la oscilación vertical de la cuarta palanca 211. En esta figura, la segunda rueda dentada 64B está montada sobre la barra del efector final 41A a través del árbol 213 y el cojinete 214. Para mantener un ángulo de inclinación constante de la herramienta 28 o para controlar el ángulo de inclinación de la herramienta 28 hasta un ángulo objetivo, aquí se utiliza una transmisión de engranaje giratorio 64A, 64B sobre la plataforma del efector final 41, como en las figuras 1 y 3A. Sin embargo, las ruedas dentadas de la transmisión, en este caso, están dispuestas verticalmente, en lugar de en horizontal, como en las figuras 1 y 3A. Por tanto, la transmisión de engranaje giratorio 64A, 64B la controla el cuarto actuador giratorio 150 a través de una disposición de los eslabones 202, 209 y las palancas 200, 204, 207. Como en las figuras 1 y 3A, rotar la segunda rueda dentada 64B hará que la primera rueda dentada 64A rote con una relación de aumento de engrane. La primera rueda dentada 64A está montada en la barra 68 a través del árbol 65 y el cojinete 66. Rotar la primera rueda dentada 64A implica que un árbol 216 que sujeta la rueda dentada 64A rote y la herramienta 27, 28 dispuesta en el árbol 216 cambie su ángulo de inclinación (el árbol 216 es aquí la conexión al efector final). Esto será útil, por ejemplo, al recoger y colocar objetos en diferentes estados de inclinación. También se utilizará para mantener constante un ángulo de inclinación en todo el espacio de trabajo, por ejemplo, al recoger objetos de una cinta transportadora.

La figura 4C ilustra un brazo robótico según otra variante de la tercera realización. De acuerdo con esta otra variante, los actuadores 4, 5, 6 y 150 están montados sobre una abrazadera 510, que puede rotar gracias a un actuador 512 conectado a la abrazadera 510 por el árbol 511. La línea central del árbol 511 está en ángulo recto con respecto a la línea central de los actuadores 4, 5, 6 y 150. Empleando el actuador 511, se aumentará la agilidad del brazo robótico y, dado que los actuadores 4, 5, 6 y 150 para el control del brazo robótico están todos ubicados cerca unos de otros, la inercia de masa que deba rotar el actuador 512 será pequeña. Por tanto, el par y la potencia necesarios para el actuador 512 serán mucho menores que para un robot en serie convencional con los actuadores distribuidos en el brazo robótico. También debe mencionarse que la abrazadera 510, de acuerdo con una realización, se puede montar en un actuador lineal para aumentar el espacio de trabajo. La figura 4C también muestra la opción de usar un actuador 514 para la rotación de la herramienta 28. Cuando el brazo robótico maneja objetos pequeños con inercia de masa muy baja, el actuador 514 será ligero y esta solución podría ser una ventaja debido a la menor complejidad mecánica para la rotación de la herramienta.

En general, se emplea un eslabón para transferir una fuerza y una palanca para transferir un par.

Las figuras 6A y 6B ilustran un brazo robótico 500 según una quinta realización, que incluye un concepto de piñón y cremallera, que se usa con una transmisión que incluye engranajes en ángulo recto y juntas cardán 282, 280 para obtener una cadena cinemática adicional. Es decir, esta cadena cinemática adicional está configurada para transmitir un movimiento desde el actuador 285 a un movimiento respectivo del efector final dispuesto en la plataforma del efector final, lo que proporciona al menos seis grados de libertad para el movimiento del efector final, aún con todos los actuadores fijados al soporte del robot.

El brazo robótico 500 se ha dividido aquí en dos figuras para poder ilustrarlo con mayor detalle. La figura 6A ilustra la transmisión desde un actuador giratorio 285 con su transmisión de engranajes en ángulo recto 299 hasta el árbol giratorio 275 en horizontal sobre la plataforma del efector final 41. Para hacerlo posible, la salida de la transmisión de engranajes en ángulo recto 299 hace girar el árbol 284, que está montado sobre el conjunto de brazo interno 1 (no se muestra el montaje). El árbol 284 se acopla al engranaje en ángulo recto 283, cuya salida está conectada a una primera junta cardán 282 a través de un eslabón 286, estando la primera junta cardán montada con su centro en la línea 40. La salida de la junta cardán 282 hace girar el árbol 281, que en su otro extremo está conectado a una segunda junta cardán 280, a través de un eslabón 279, estando la segunda junta cardán 280 con su centro en el eje 32. La salida de la segunda junta cardán 280 acciona el engranaje de ángulo recto 278, que a su vez hace girar el árbol 275. El árbol 275 está montado con cojinetes dentro de la barra 68 y puede rotar libremente dentro del cojinete 66, que soporta la primera rueda dentada 64A a través del árbol hueco 65. El árbol 275 también está dispuesto para rotar libremente dentro del árbol 65 y la primera rueda dentada 64A. Por tanto, un eslabón de orientación que comprende 284 y 286 y la transmisión de orientación que comprende 281, 279 y 275 están dispuestos para rotar el efector final alrededor de un eje de orientación 71, que no presentará límites angulares de rotación debido a la rotación libre dentro del árbol 65 y en otras ubicaciones sin tope.

La figura 6B ilustra que el árbol 275 está conectado al engranaje en ángulo recto 277, que en su salida gira el árbol 65B que puede rotar libremente dentro del cojinete del piñón 290. El árbol 65B está conectado al último engranaje en ángulo recto 288, que en su salida está conectado al árbol 65C que rota la herramienta 28. Por tanto, la conexión al efector final comprende aquí el árbol 65C. Así mismo, un piñón 270 de la al menos una segunda transmisión de engranajes 270/271 está conectado a la herramienta 28 a través de un engranaje en ángulo recto 288. El árbol 65C está conectado al piñón 270 a través del cojinete 291 y la barra 290. El conjunto de piñón y cremallera 270, 271 está dispuesto para ser girado por la primera rueda dentada 64A. Los centros de rotación de la rueda dentada de salida del engranaje de ángulo recto 278, el árbol 275 y la rueda dentada de entrada del engranaje de ángulo recto 277 están en el eje común 71. La cremallera 271 se mueve gracias al eslabón 264, conectado a la cremallera 271 a través de la barra 266, el cojinete de cremallera 267 y el accesorio de cremallera 287. El eslabón 264 está conectado a una disposición de eslabón a través de una palanca 262.

Como puede verse en la figura 6A, se necesitan cinco engranajes en ángulo recto y dos juntas cardán para obtener la rotación de la herramienta 28 desde el actuador 285 fijado al soporte del robot. La ventaja de esta solución es la posibilidad de obtener ángulos de rotación de herramienta infinitos y la desventaja es la pérdida de espacio de trabajo de posicionamiento debido a las limitaciones de rango de trabajo de las juntas cardán 280 y 282.

Al observar que el árbol 275, en la figura 6A, es un árbol recto (con algún tipo de cojinetes 66) que está abierto en ambos extremos, la persona experta en la materia notará la similitud de los segmentos externos del brazo robótico respecto a los robots según muchos productos existentes. Esto apunta directamente a hacer que el árbol 275 sea hueco con otros cojinetes 66 y otro árbol 275 en el interior, y así sucesivamente para una pluralidad de árboles concéntricos. Es una práctica común en la técnica disponer de tres de dichos ejes concéntricos. Varios árboles concéntricos 275 de este tipo que entran en el mecanismo de muñeca de ejemplo mostrado en la figura 6B pueden usarse para extender/revisar ese mecanismo (de varias maneras no consideradas aquí), o para montar una muñeca de robot estándar existente en el posicionamiento de la nueva plataforma del efector final de acuerdo con la presente divulgación. Teniendo en cuenta el otro extremo de los árboles concéntricos 275, sobresaliendo los árboles internos más hacia fuera (hacia la izquierda a lo largo de la línea central 71 en la figura 6B) y añadiendo, en cada árbol, otro engranaje en ángulo recto 278, la parte restante (desde el engranaje en ángulo recto 278 hasta el actuador 285) de la sexta cadena cinemática se puede duplicar, deduciéndose que se pueden añadir varias cadenas cinemáticas. Por tanto, el brazo robótico comprende varios eslabones de orientación 284, 286, comprendiendo cada uno una transmisión de orientación 281, 279, 275.

De manera adicional, como otra variación que descubrirá la persona experta la materia, la pluralidad de eslabones de orientación puede configurarse de tal manera que una pluralidad correspondiente de árboles de salida concéntricos 275 pueda accionar varias orientaciones de efectores de extremo; no solo para uno, sino también para varios efectores de extremo que estén dispuestos en la plataforma de efectores de extremo, por ejemplo, en diferentes direcciones, o uno al lado del otro. Dado que muchos robots articulados estándar, como se ha indicado anteriormente, tienen motores de muñeca dispuestos en la parte posterior de su varillaje de brazo externo, atravesando los árboles en paralelo o concéntricos el varillaje de brazo externo hasta una muñeca con 2 o 3 DOF, con la presente invención, existe la opción de combinar un movimiento similar a un SCARA de 3 DOF, de acuerdo con la figura 2A, con una muñeca de robot de 3 DOF estándar (en lugar del mecanismo mostrado en la figura 6B, para utilizar componentes/interfaces existentes) que se acciona mediante varios árboles 275 accionados por una pluralidad de motores 285 que están todos fijados al soporte del robot. La disposición de los ejes 275 sobre un robot SCARA estándar requeriría ejes telescópicos costosos y pesados para hacer frente a la colocación vertical de la muñeca (y no existe un SCARA de 6 DOF útil), lo que contrasta con la presente invención, donde las propiedades de la tercera cadena cinemática permiten una solución más eficiente.

Las figuras 10A, 10B ilustran un brazo robótico 500 según una séptima realización, con un primer eje de rotación común horizontal 29 de los actuadores giratorios. El brazo robótico 500 se divide en las figuras 10A y 10B para facilitar la comprensión de las estructuras cinemáticas. Por tanto, la figura 10A muestra la estructura de robot completa con la cadena cinemática para controlar el ángulo de inclinación de la herramienta 28. En este caso, la herramienta 28 gira mediante un actuador giratorio ligero 390, montado en el árbol horizontal 65 conectado a la rueda dentada 61B. La rueda dentada 61B está acoplada por la rueda dentada 64B, montada en el árbol 213, que está conectado a través del cojinete 214 a la barra del efector final 41A. La barra del efector final 41A, en este caso, forma parte de una plataforma del efector final 41 que incluye los elementos 366 junto con la barra 68 que es hueca, en la que el árbol 65 está montado con un cojinete en cada extremo de la barra hueca 68. La plataforma del efector final 41 que incluye los elementos 366 forma un armazón rígido con varillas montadas juntas para dar soporte a las juntas 367, 368 y 369, el cojinete 214 y el árbol 65. El árbol 213 gira mediante una palanca 61, que está conectada al eslabón de rotación del efector final 59 mediante una junta esférica 60. El eslabón de rotación del efector final 59 está dispuesto para moverse hacia arriba y hacia abajo mediante una palanca 257, que está conectada al eslabón de rotación del efector final 59 a través de una junta esférica 58. La palanca 257 está dispuesta para rotar y oscilar hacia arriba y hacia abajo gracias al árbol 52, que está montado en los cojinetes 53 y 55, que a su vez están montados en el conjunto de brazo interno 1 con las barras 53 y 56. El árbol 52 está dispuesto para ser girado por el actuador giratorio 50 a través del engranaje de ángulo de 90 grados 51.

En este diseño mostrado en las figuras 10A, 10B, la restricción sobre el grado de libertad de inclinación alrededor del centro del eje de la barra del efector final 41A se obtiene mediante un tercer eslabón 365, conectada a la plataforma del efector final 41 con la junta esférica 367A y al conjunto de brazo interno 1 con la junta esférica 367B. El primer eslabón 17 está conectado a la plataforma del efector final 41 con la junta 368 y al conjunto de brazo interno 1 con la junta 15, y el eslabón 18 está conectado a la plataforma del efector final 41 con la junta 369. El extremo superior del eslabón de accionamiento 18 del par de eslabones exterior está conectado a través del cojinete 16C al par de cojinetes 16A y 16B. El centro de rotación del cojinete 16C coincide con el centro del eje del eslabón de accionamiento 18. Los cojinetes 16A y 16B están montados en el cojinete 364 de tal manera que los ejes de rotación de los cojinetes 16A y 16B coinciden y están en ángulo recto con el ángulo de rotación del cojinete 363. El cojinete 363 está montado sobre el árbol 363, que a su vez está montado en el conjunto de brazo interno 1 a través de la barra 364. Ahora la palanca 362, en el centro del cojinete 16A y conectada al anillo exterior del cojinete 363, se usa para hacer oscilar el par de cojinetes 16A, 16B alrededor del cojinete 363 y, como resultado, el eslabón de accionamiento 18 oscilará alrededor de la palanca 362, que es paralela al centro del eslabón hueco del conjunto de brazo interno 1.

El árbol 363 se acciona para oscilar hacia arriba y hacia abajo gracias al eslabón 360, que tiene juntas esféricas 359 y 361 en cada extremo. La junta 359 está conectada a la palanca 358, montada sobre el anillo externo de los cojinetes 356. El anillo interior del cojinete 356 está montado sobre la barra 357, que a su vez está montada en el conjunto de brazo interno 1. Otra palanca 355 está montada en el anillo externo del cojinete 356 en una dirección que es de aproximadamente 90 grados con respecto a la palanca 358. La palanca 355 está conectada al eslabón 353 a través del cojinete 354, que en realidad también podría ser una junta esférica. El otro extremo del eslabón 353 está conectado a la palanca 351 a través del cojinete 352. El cojinete 352 también se puede sustituir por una junta esférica. Se hace que la palanca 351 oscile por medio de un actuador giratorio 350. En algunas aplicaciones, esta transmisión para hacer oscilar el eslabón 18 es mejor que utilizar el primer árbol giratorio 3 como en las figuras anteriores. Los ejemplos son cuando el conjunto de brazo interno 1 es muy largo y es más fácil obtener rigidez en un eslabón 353 con solo fuerza axial, en lugar de un árbol 3 con par de rotación.

Otra nueva característica introducida en estas figuras es utilizar pares de eslabones 11A, 11B y 12A, 12B en lugar de los eslabones individuales 11 y 12, como en las figuras anteriores. Esto hace posible utilizar pares simples de juntas esféricas, que se mantienen unidas con resortes entre los eslabones de los pares de eslabones. Por tanto, este sistema de eslabones comprende un tercer eslabón 365, el varillaje de brazo interno comprende un par de pares paralelos de eslabones paralelos 11A, 11B y 12A, 12B y el accionamiento del ángulo de inclinación de la herramienta 28 se realiza ahora a través de un eslabón 353 que solo adquiere fuerzas axiales. Dicho de otra manera, los eslabones del varillaje de brazo interno (el par interno de eslabones paralelos 11, 12) comprenden pares de eslabones paralelos 11A, 11B; 12A, 12B y estos pares de eslabones paralelos 11A, 11B; 12A, 12B están montados con juntas esféricas a cada lado de los eslabones del varillaje de brazo externo.

En las figuras anteriores, se han esbozado los actuadores de árbol hue

entender. La figura 11 muestra cómo el accionamiento podría realizarse en su lugar con motores estándar sin árboles huecos. La figura 11 es un corte de dos actuadores que accionan el eslabón hueco 1A y el árbol giratorio 3. Tanto el eslabón hueco 1A como el árbol 3 son tubos, por ejemplo, fabricados con epoxi reforzado con carbono. El eslabón hueco 1A está montado en el exterior del anillo 424, que se ensambla junto con la carcasa 417. Esta carcasa está montada en el árbol 416, que es rotado por el motor 412 a través del árbol 413 y las ruedas dentadas 414 y 415. La rueda dentada 415 está montada directamente sobre la superficie externa del árbol 416 y la rueda dentada 414 está montada en el extremo del árbol 413. El árbol 413 está equipado con el par de cojinetes 428 entre la carcasa de engranajes 430 y el árbol 413. De la misma forma, el árbol 416 está equipado con el par de cojinetes 426 entre la carcasa de engranajes 430 y el árbol 416.

El árbol 3 está montado entre el árbol corto interno 422 y el anillo externo 423. El anillo externo está montado a su vez en la carcasa 417 a través del cojinete 425 para soportar la rotación del árbol 3. En el otro árbol de extremo 3 se montará con un cojinete correspondiente en el interior del eslabón hueco 1A del conjunto de brazo interno 1. Una rueda dentada de 90 grados 421 está montada en el árbol corto 422. La rueda dentada 421 es accionada por la rueda dentada de 90 grados 420, montada en el árbol 419, que es accionado por el motor 418. El árbol 419 está soportado por el par de cojinetes 427 entre los árboles 416 y 419. El primer eje de rotación 29 (compárense las figuras anteriores) está definido por el centro de rotación del cojinete 425 y el correspondiente centro de rotación del cojinete en el otro extremo del árbol 3. El primer eje de rotación 29 (también mostrado en las figuras anteriores) está definido por el centro de rotación del árbol 419. Por tanto, La figura 11 ilustra una realización en la que los actuadores giratorios están dispuestos para obtener un eje de rotación común sin usar motores de árbol hueco, como se ilustra en las figuras 1 6. Los motores 412, 418 están montados uno al lado del otro y se usan los engranajes 414, 415 del árbol hueco 416.

La figura 12A ilustra una versión alternativa de la figura 1, donde el primer eje de rotación 29 de los actuadores se ha dividido en dos ejes de rotación paralelos 29A y 29B diferentes. De esta manera, no se necesita un actuador de árbol hueco. En este caso, el segundo actuador 5 se mueve para tener su propio eje de rotación 29B y, como antes, está dispuesto para oscilar la palanca 2 con el fin de mover los eslabones paralelos 11 y 12. El primer actuador 4 y el tercer actuador 6 tienen un eje de rotación común 29A. El primer actuador 4 está montado directamente sobre el conjunto de brazo interno 1 y el tercer actuador 6 está conectado a un engranaje en ángulo recto que no se ve en la figura, para así girar el árbol 3. Simultáneamente con la ventaja de que la disposición del actuador será más simple, existirá el inconveniente de que el espacio de trabajo se reducirá algo y la transmisión de fuerza en los eslabones 11 y 12 dependerá del ángulo de rotación del conjunto de brazo interno 1. En las figuras con más de tres actuadores, por supuesto, también será posible disponer de ejes de rotación paralelos entre los diferentes actuadores. Para una descripción adicional de la figura 12A, se hace referencia a la descripción de la figura 1.

La figura 12B ilustra que, en lugar de un actuador (en este caso, el actuador 5) que consiste en un motor de rotación, es posible emplear una caja de engranajes sobre el eje del motor de salida y una palanca (en este caso, la palanca 2), que proporciona el movimiento deseado para accionar cada cadena cinemática respectiva, como en la figura 12A, y el movimiento deseado de los extremos de eslabón se puede conseguir directamente mediante un actuador lineal.

La función (mover las juntas 13 y 14) de los dos eslabones 11 y 12 en la figura 12A se consigue mediante dos husillos de bolas 811 y 812 que terminan en las juntas 13 y 14 respectivamente, proporcionando así la función de los eslabones 11 y 12. Los husillos de bolas 811 y 812 están en el otro extremo conectados a la barra 8, aquí a través de las juntas universales 809 y 810, que tienen la misma función que las juntas 9 y 10, pero para una mejor función de los husillos de bolas, no permiten la rotación alrededor de cada eslabón respectivo 811 y 812. Cada husillo de bolas comprende una parte de tuerca de bolas 811A, 812A que está fijada de manera giratoria a su extremo de base en 809, 810 y que también está fijada de manera giratoria con respecto a la parte de tornillo 811B, 812B según sea necesario para lograr el movimiento lineal, que es a partir del tornillo 811B, 812<b>que se extiende desde la parte del husillo de bolas 811A, 812A, haciendo así que el eslabón 811 y 812 sea más corto o más largo. Aquí, el actuador 5 está duplicado y está integrado o unido a ambos 811A y 812A de manera que el tornillo 811B, 812B gira. En este caso, el actuador 5 (figura 12A) está integrado en 811A y 812A y, por lo tanto, no es visible en la figura. En la figura 12A, el único actuador 5 y la palanca 2 mueven la barra 8, pero en la figura 12B los dos husillos de bolas tienen, cada uno, un actuador y, por lo tanto, tienen que moverse sincronizados (por medio del sistema de control mencionado) para mantener los ejes 30 y 31 paralelos. Una realización alternativa sería hacer que la palanca 2 rote alrededor del eje 29B pero sin el actuador 5 y, en su lugar, disponer de un husillo de bolas que actúe desde una ubicación cerca de la línea central 29A hasta la barra 8. De este modo, solo se necesitaría un husillo de bolas. Los husillos de bolas también pueden actuar desde una ubicación (no mostrada) en el eslabón hueco 1A, sin propagar pues las fuerzas al soporte del robot.

En general, otra forma de usar actuadores lineales es usarlos con una palanca para crear una rotación de rango limitado. Específicamente, se aplica a todas las rotaciones presentadas por todos los actuadores en todas las figuras adjuntas exceptuando las figuras 6A, 6B y 12B, donde los movimientos son creados por un actuador giratorio, que normalmente, según la práctica robótica existente, tiene una capacidad de rotación ilimitada. Con el brazo robótico divulgado, sin embargo, exceptuando la pluralidad de movimientos de la muñeca en las figuras 6A y 6B, no hay necesidad de emplear actuadores de gran alcance. En su lugar, de acuerdo con la presente invención, cada actuador puede ser lineal, dispuesto con palancas adecuadas. Por ende, además de los husillos de bolas, los actuadores también pueden ser neumáticos o hidráulicos, de modo que el coste del robot sea muy bajo o para que las fuerzas del efector final sean muy altas, respectivamente.

Una transmisión como se utiliza en el presente documento puede ser una transmisión de engranajes, tal como la tradicional piñón-piñón o piñón-cremallera con engranajes reales, aunque puede sustituirse por otras transmisiones que pueden basarse en alambres o correas de función equivalente para transmisiones de engranajes de piñón-piñón o de piñón-cremallera. Como se utiliza en el presente documento, el término "transmisión" significa cualquier transmisión de funcionalidad similar a los tipos de transmisiones de engranajes mencionados anteriormente.

Las figuras 14A y 14B explican el uso del mecanismo de retroexcavadora para la segunda cadena cinemática según algunas realizaciones. La figura 14A ilustra, en primer lugar, la retroexcavadora como tal con los cojinetes de conexión aún colocados alrededor de las líneas centrales de rotación de los dos eslabones del par externo de eslabones paralelos 17,18. El cojinete de base 803 de la retroexcavadora se coloca en la parte 1A del conjunto de brazo interno 1, lo que significa que la retroexcavadora puede funcionar a través de dos eslabones 805, 806 y juntas universales 21, 22, como en la figura 3A.

Colocar el cojinete 803 sobre el árbol 3 para una dirección de fuerzas más preferible sobre los cojinetes de conexión requeriría otra manera de mantener los ejes de rotación 31 y 32 paralelos al eje 33, por ejemplo, introduciendo una junta adicional entre 8 y 802 y un eslabón adicional entre 8 y 7C (esto no se muestra en las figuras). La motivación para la retroexcavadora es aumentar el rango de trabajo de la segunda cadena cinemática y, por lo tanto, el espacio de trabajo para el brazo robótico 500. En concreto, la mayoría de los robots SCARA tienen un rango de trabajo de más de 180 grados para el segundo DOF. El diseño de robot de acuerdo con el documento WO2014187486, por otro lado, está limitado por los paralelogramos en los que se basa para los eslabones de brazo interno y externo, y no es capaz de operar dentro de un rango deseado de 180 grados. Una retroexcavadora puede resolver este problema, formando así una característica diferenciadora en relación con el documento WO2014187486.

La retroexcavadora empleada como en la figura 14A muestra el principio básico con la barra 8 ahora colocada más cerca del codo, que rota con una palanca 802 alrededor del cojinete 803, de tal manera que se dirigen mejor las fuerzas de accionamiento sobre las juntas 9C y 10C a medida que el brazo se estira con ángulos crecientes alrededor del segundo eje de rotación 40 que se entrecruza con la junta acodada 161. Esto proporciona cierto aumento del espacio de trabajo, teniendo en cuenta al menos las capacidades para las fuerzas del efector final en la dirección del eje 33, pero no alcanza un rango de trabajo competitivo ya que un brazo estirado alcanzará singularidades con el par externo de eslabones paralelos dando vueltas alrededor de su eje de rotación según lo permitido por los cojinetes 15C y 16C. Obsérvese que los cojinetes 15A, 15B, 15C juntos son equivalentes a la junta 15 en las figuras anteriores. Es decir, la parte de eslabón 804 no es el problema relacionado con el volteo; la junta 15 se separa en juntas de un solo DOF como una preparación ilustrativa para la solución ilustrada en la figura 14B.

En la figura 14B, la retroexcavadora está configurada para actuar sobre el par externo de eslabones paralelos a través de los cojinetes de conexión 21, 22 que se colocan en la parte desplazada del varillaje de brazo externo. Es decir, los cojinetes de conexión con su eje de rotación común 31 ya no se entrecruzan con el eje de rotación de la parte externa de los eslabones paralelos 17, 18. En su lugar, cada uno de los cojinetes de conexión se coloca de manera que su cojinete interno (como el interior del cojinete 21A en la figura 3D) rote alrededor de un eje que se entrecruza con el segundo eje de rotación 40. Este diseño, con la dimensión adecuada del desplazamiento mencionado en comparación con las longitudes de eslabón, tal y como la persona experta en la materia determinará fácilmente (encontrando que el desplazamiento, que es la distancia entre el eje 40 a lo largo del eje 33 hasta la intersección con el eje de rotación del eslabón de accionamiento 18, debe ser al menos la longitud del eslabón de accionamiento multiplicada por el seno del ángulo máximo del varillaje de brazo externo con respecto a un plano con dirección normal paralela al eje 40). Con un desplazamiento adecuado (tal como la longitud del eslabón de accionamiento 18 veces sen(x), donde x es la rotación máxima permitida del varillaje de brazo externo con respecto a un plano con dirección normal paralela al eje 40), las singularidades estarán fuera del espacio de trabajo (concordando el rango permitido en la dirección "z" con la "x" máxima permitida que se configurará en el sistema de control), y la segunda cadena cinemática puede operar más allá de la posición más extendida del varillaje de brazo externo.

La presente divulgación no se limita a las realizaciones anteriores. Pueden emplearse diversas alternativas, modificaciones y equivalentes. Por supuesto, los principios mostrados en las diferentes figuras pueden combinarse, no solo para la cadena cinemática o realización específicamente ilustrada, sino también en otras partes de la estructura de brazo, siempre que sea aplicable y evidente para la persona experta en la materia. Por lo tanto, las realizaciones anteriores no deben interpretarse como limitantes del alcance de la invención, que está definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un brazo robótico (500) para el movimiento del efector final, que comprende:

- un primer actuador (4) configurado para rotar un conjunto de brazo interno (1) alrededor de un primer eje de rotación (29, 29A), comprendiendo el conjunto de brazo interno (1) un eslabón de brazo (1A) que está conectado de forma rígida a una junta (15) que está conectada a un primer eslabón (17) de un varillaje de brazo externo (17, 18), de tal manera que el varillaje de brazo externo (17, 18) esté dispuesto de manera pivotante alrededor de un segundo eje (40) de rotación de la junta (15), estando el varillaje de brazo externo conectado a una plataforma del efector final (41), formando así una primera cadena cinemática desde el primer actuador hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un primer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final;

- un segundo actuador (5; 5b) configurado para rotar el varillaje de brazo externo (17, 18) alrededor de un segundo eje de rotación (40), formando así una segunda cadena cinemática desde el segundo actuador hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un segundo grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final;

- un tercer actuador (6; 6b, 512) configurado para rotar un árbol (3) alrededor de un tercer eje de rotación (33; 99), de tal manera que el varillaje de brazo externo (17, 18) rote a través de una junta (16; 161) alrededor del tercer eje de rotación (33; 99), formando así una tercera cadena cinemática desde el tercer actuador (6; 6b) hasta la plataforma del efector final, lo que proporciona un tercer grado de libertad para posicionar la plataforma del efector final;

- en donde el varillaje de brazo externo comprende un par externo de eslabones paralelos (17, 18) que incluye el primer eslabón (17), conectado a la plataforma del efector final (41) a través de cojinetes de efector final (19, 20) montados en la plataforma del efector final (41), en donde el par externo de eslabones paralelos (17, 18) representa los únicos eslabones del brazo robótico (500) que, a través de cojinetes, están conectados directamente a la plataforma del efector final (41).

2. Un brazo robótico según la reivindicación 1, en donde el par externo de eslabones paralelos (17, 18) está conectado a la plataforma del efector final (41) a través de solo dos cojinetes de efector final (19, 20) montados en la plataforma del efector final.

3. Un robot según la reivindicación 2, en donde la primera, segunda y tercera cadenas cinemáticas se conectan a la plataforma del efector final a través solo de los dos cojinetes de efector final (19, 20), de los cuales, al menos uno de los cojinetes de efector final tiene solo 1 DOF.

4. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un cojinete de eslabón (16C) colocado a lo largo de un eslabón de accionamiento (18) del par externo de eslabones paralelos (17, 18).

5. Un brazo robótico según la reivindicación 4, en donde la junta (16, 161) de la tercera cadena cinemática comprende una junta acodada con cojinete (16A, 16B) y en donde el cojinete de eslabón (16C) está montado a lo largo del eslabón de accionamiento (18) entre el cojinete de efector final (20) del eslabón de accionamiento (18) y la junta acodada.

6. Un brazo robótico según la reivindicación 5, en donde la junta acodada, junto con el cojinete de eslabón (16C) y el cojinete de efector final (20), proporcionan solo tres grados de libertad.

7. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la junta (15) de la primera cadena cinemática es la única junta que está conectada de forma rígida al eslabón de brazo (1A) y conecta el conjunto de brazo interno (1) al varillaje de brazo externo (17, 18).

8. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda cadena cinemática comprende un varillaje de brazo interno que incluye al menos un eslabón (11, 12; 12; 805, 806) que está conectado al varillaje de brazo externo (17, 18) a través de cojinetes de conexión (21,22), y en donde el segundo actuador (5) está configurado para mover el al menos un eslabón (11, 12; 12) a través de al menos una junta de conexión interna (10; 9. 10; 10A, 10B) conectada al al menos un eslabón (11, 12; 12).

9. Un brazo robótico según la reivindicación 8, en donde el varillaje de brazo interno comprende un par interno de eslabones paralelos (11, 12; 805, 806) que están conectados al par externo de eslabones paralelos (17, 18) del varillaje de brazo externo por medio de al menos un cojinete de conexión (21, 22, 21B, 21C) para cada conexión de eslabón de los respectivos eslabones (11, 17; 12, 18; 805, 806), y donde el eje de rotación (34, 35; 31) del al menos un cojinete de conexión (21,22, 21B, 21C) está en ángulo recto con respecto a una línea central axial de cada eslabón respectivo del par externo de eslabones paralelos (17, 18).

10. Un brazo robótico según la reivindicación 9, que comprende una barra rígida (25) que conecta los cojinetes de conexión (21, 22) mecánicamente entre sí.

11. Un brazo robótico según la reivindicación 10, donde el par interno de eslabones paralelos (11, 12; 805, 806) está montado a través de juntas (13, 14) sobre las barras desplazadas (23, 24) de la barra rígida (25).

12. Un brazo robótico según la reivindicación 8, en donde un eje de rotación de cada cojinete de conexión (21 A, 22A) coincide con una línea central del eslabón en el que está montado.

13. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en donde el varillaje de brazo interno comprende un mecanismo de retroexcavadora (803, 10B, 802, 8, 9C/10C, 805/806) que está dispuesto para rotar el varillaje de brazo externo (804, 17, 18) alrededor del segundo eje de rotación (40).

14. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde todos los ejes de rotación (36, 37) de los cojinetes de efector final (19, 20) son perpendiculares a un plano formado por líneas centrales del par externo de eslabones paralelos.

15. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la tercera cadena cinemática comprende una transmisión interna (3; 362, 360, 353) conectada entre el tercer actuador (6) y un eslabón de accionamiento (18) del par externo de eslabones paralelos (17, 18).

16. Un brazo robótico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el eslabón de brazo (1A) es hueco y en donde el árbol (3) está montado axialmente con cojinetes dentro del eslabón de brazo hueco (1A), estando el árbol (3) dispuesto para rotar por medio del tercer actuador (6).

17. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el tercer actuador (6) está conectado directamente o mediante una rueda dentada de 90 grados (420, 421) a un extremo del árbol (3), en donde el tercer eje de rotación (33) está alineado con una línea central del árbol (3), y en donde simultáneamente un segundo eslabón (18) del varillaje de brazo externo está directamente conectado al otro extremo del árbol (3) a través de la junta (16) de la tercera cadena cinemática.

18. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera cadena cinemática incluye solo dos juntas (15, 19).

19. Un brazo robótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la tercera cadena cinemática comprende solo un eslabón (18) que conecta dos juntas (16, 20).