ES2360680A1 - Brazo poliarticulado. - Google Patents

Abstract

Brazo poliarticulado.La invención se refiere a un brazo poliarticulado (1) en un plano (2), que comprende un primer elemento (3), un segundo elemento (4) y un tercer elemento (5) articulados sucesivamente mediante articulaciones (6), que definen su dirección longitudinal (7), en el que el primer elemento (3) y el tercer elemento (5) están articulados entre sí por un vástago (8) mediante dos articulaciones (9, 10) situadas cada una a proximidad de la articulación (6) de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento (4) y en dirección perpendicular a la dirección longitudinal (7) los elementos primero (3) y tercero (5) y estando dichas dos articulaciones (6) situadas en lados opuestos del brazo (1), que proporciona una cinemática especialmente adecuada para sostener y desplazar herramientas o útiles en un entorno da trabajo gracias a una configuración geométrica arqueada de radio de curvatura variable.

Description

Brazo poliarticulado.

La presente invención se refiere a un brazo poliarticulado robótico cuya cinemática es especialmente adecuada para sostener y desplazar herramientas o útiles en un entorno de trabajo, caracterizándose por adquirir una configuración geométrica arqueada de radio de curvatura variable.

Antecedentes de la invención

Son conocidos los brazos poliarticulados destinados a sostener y desplazar herramientas o utensilios soportados en uno de sus extremos.

En general, estos brazos comprenden una pluralidad de elementos concatenados que permiten el posicionado de su extremo.

Entre las arquitecturas más utilizadas pueden destacarse las arquitecturas denominadas clásicas, que son: las basadas en elementos articulados que generan desplazamientos, lo que da lugar a los Robots de coordenadas cartesianas; arquitecturas mixtas, basadas en elementos articulados en forma de desplazamientos y en forma de giros, que dan lugar arquitecturas de coordenadas polares o cilíndricas; o las arquitecturas basadas en los giros de sus articulaciones y que dan lugar a las arquitecturas de coordenadas angula-
res.

Entre las arquitecturas denominadas no clásicas pueden destacarse la trompa de elefante, consistente en la concatenación de un cierto número de elementos, y por lo tanto de giros, en un mismo plano, y la plataforma de Stewart, consistente en un soporte con seis grados de libertad.

Por otro lado, existen cadenas cinemáticas denominadas subactuadas, que son accionadas por un único actuador, entre las que se pueden citar los dedos con falanges dotados de un mando único, utilizados en algunas manos robóticas, y los brazos extensibles de tipo ballesta.

Una de las ventajas que representa el poder disponer de cadenas cinemáticas poliarticuladas subactuadas es poder obtener una mayor capacidad de desplazamiento no efectuando giros o desplazamientos, lo que en muchos casos condicionan la accesibilidad, sino consiguiendo flexionar su arquitectura.

Dado que las cadenas cinemáticas o brazos poliarticulados mencionados tienen limitaciones desde el punto de vista de la curvatura del brazo y del espacio que ocupan durante su utilización, el solicitante propone en la siguiente descripción un brazo poliarticulado cuya cinemática le permite superar los problemas mencionados.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un brazo poliarticulado en un plano, que comprende al menos un primer elemento, un segundo elemento y un tercer elemento articulados sucesivamente mediante articulaciones, definiendo dichas articulaciones de cada elemento su dirección longitudinal, que se caracteriza por el hecho de que el primer elemento y el tercer elemento están articulados entre sí por un vástago mediante dos articulaciones situadas cada una a proximidad de la articulación de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal de cada uno de dichos primer elemento y tercer elemento y estando dichas dos articulaciones situadas en lados opuestos del brazo.

Estas características confieren al brazo una cinemática especialmente adaptada para ser usado como soporte desplazable desde un techo o desde un soporte situado por encima del operario, o desde una base fija o desplazable sobre el suelo.

Concretamente, al lograrse un radio de curvatura controlable, que es menor que el de los codos de las articulaciones clásicas de los robots, permite adaptarse mejor a muchos entornos y por tanto se consigue una mejor maniobrabilidad.

Preferentemente, cada uno de los elementos está formado por un segmento central en cuyos extremos están unidos dos segmentos perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este, forma que le confiere una cinemática predecible y adecuada para las curvaturas que se persiguen con la inven-
ción.

Ventajosamente, los elementos son idénticos y concatenables, de modo que se facilita su construcción y ensamblado, y que además le confiere la variación de curvatura deseada.

Aún más preferentemente, cada elemento está compuesto por dos perfiles paralelos y separados, de modo que aumenta su rigidez con el mismo peso y además es posible disponer los cables o tubos de control o suministro a las herramientas dispuestas en el extremo.

Finalmente, cada elemento está compuesto por dos barras paralelas unidas en sus extremos por dos piezas provistas de orificios para las diferentes articulaciones.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a titulo de ejemplo no limitativo, se representan dos casos prácticos de realización.

La figura 1 es una vista esquemática en alzado del brazo poliarticulado objeto de la invención cuando no está curvado.

La figura 2 es una vista esquemática en alzado del brazo poliarticulado objeto de la invención cuando está curvado.

La figura 3 es una vista en perspectiva de una realización preferida de uno de los elementos que componen el brazo poliarticulado.

La figura 4 es una vista en perspectiva de un brazo poliarticulado hecho con elementos según la figura tres y provisto de medios para orientar el plano del brazo.

Descripción de realizaciones preferidas

Tal como se esquematiza en las figuras 1 y 2, la invención se refiere a un brazo poliarticulado 1 en un plano 2, que comprende al menos un primer elemento, un segundo elemento 4 y un tercer elemento 5 articulados sucesivamente mediante articulaciones 6, definiendo dichas articulaciones 6 de cada elemento su dirección longitudinal 7, representada a trazos.

Concretamente, en el brazo de la invención el primer elemento 3 y el tercer elemento 5 de la cadena formada están articulados entre sí por un vástago 8 mediante dos articulaciones 9, 10. Estas articulaciones están situadas cada una a proximidad de la articulación 6 de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento 4 y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal 7 de cada uno de dichos elementos alternados 3 y 5 y estando dichas dos articulaciones 6 situadas en lados opuestos del brazo 1.

Por lo tanto, la estructura general del brazo es una sucesión de elementos articulados según ejes paralelos, de modo que el movimiento del brazo se realiza en un plano, pero que tiene la particularidad de que los pares de elementos separados por otro elemento están articulados entre sí mediante el mencionado vástago. De este modo, es posible controlar desde uno de los extremos del brazo la curvatura de este, y por lo tanto, la posición del extremo del brazo. En un brazo de tipo ballesta, el movimiento del extremo se limita a un desplazamiento lineal. No así en el de la invención.

Por otro lado, las articulaciones de tipo dedo presentan el inconveniente de que el accionamiento se realiza mediante cables, lo cual implica un sistema de transmisión complejo.

En la figura 1 se presenta una realización preferida del brazo poliarticulado en el que cada uno de los elementos 3, 4, 5 está formado por un segmento central 11 en cuyos extremos están unidos dos segmentos 12, 13 perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este.

Asimismo, tal como se puede apreciar en las figuras 1,2 y 4, los elementos 3, 4, 5 son idénticos y concatenables.

Por concatenables se entiende que la estructura de cada elemento le permite ser articulado con un elemento idéntico. Esto implica que los extremos de dos elementos destinados a ser articulados son diferentes para permitir su encaje, tal como se ilustra por ejemplo en la figura 3.

Según otra realización preferida de la invención, cada elemento 3, 4, 5 está compuesto por dos perfiles 14, 15 paralelos y separados, de modo que es posible canalizar y proteger por el espacio resultante los cables y tubos de suministro y control de la o las herramientas que se dispondrán en el extremo del brazo. En una forma de realización concreta del brazo, cada elemento está compuesto por dos barras paralelas 14, 15 unidas en sus extremos por dos piezas 16, 17 provistas de orificios 18 para las diferentes articulaciones.

El brazo de la invención está tanto concebido para sostener herramientas desde un cielo raso o un soporte situado por encima del operario como sobre una base fija o móvil sobre el suelo.

Por ejemplo se puede emplear en un quirófano para sostener instrumentación médica a disposición del personal médico o bien para sostener los instrumentos empleados en peluquería. En este último caso, por ejemplo, el tubo de aire caliente puede hacerse pasar por los espacios existentes entre las piezas que componen cada elemento, de modo que el tubo queda protegido, o lateralmente sobre la estructura.

Efectivamente, en estos casos se busca una mínima ocupación de espacio por parte del brazo, y se ha comprobado experimentalmente que el brazo de la invención proporciona unos desplazamientos cómodos para los operarios.

Preferentemente, ya tal como se ilustra en la figura 4, el brazo puede mantenerse con uno de sus extremos dispuesto en un elemento 16 montado en rotación según un eje, que preferentemente será vertical. Esta configuración permite al usuario orientar el plano de movimiento del extremo del brazo, es decir le confiere un segundo grado de libertad.

Asimismo, si se desea conferirle un tercer grado de libertad, se puede dotar de un tercer grado de libertad al soporte rotatorio del extremo del brazo, por ejemplo permitiendo su movimiento vertical.

El accionamiento del brazo se puede lograr por lo tanto con motores dispuestos en el extremo del brazo. Uno de ellos controlará el curvado del brazo y el otro la rotación del plano de trabajo. Asimismo se puede añadir una guía y un tercer motor para desplazar en dirección vertical el conjunto.

Por otro lado, el control se puede hacer por sensores de presión que detectan la presión ejercida por el usuario u operario, de modo que sin esfuerzo y mediante los motores, el extremo del brazo se vaya situando en los puntos deseados.

Claims (5)

1. Brazo poliarticulado (1) en un plano (2), que comprende al menos un primer elemento (3) , un segundo elemento (4) y un tercer elemento (5) articulados sucesivamente mediante articulaciones (6), definiendo dichas articulaciones (6) de cada elemento su dirección longitudinal (7), caracterizado por el hecho de que el primer elemento (3) y el tercer elemento (5) están articulados entre sí por un vástago (8) mediante dos articulaciones (9, 10) situadas cada una a proximidad de la articulación (6) de cada uno de dichos elementos con el segundo elemento (4) y en dirección sensiblemente perpendicular a la dirección longitudinal (7) de cada uno de dichos primer elemento (3) y tercer elemento (5) y estando dichas dos articulaciones (6) situadas en lados opuestos del brazo (1).

2. Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada uno de los elementos (3, 4, 5) está formado por un segmento central (11) en cuyos extremos están unidos dos segmentos (12, 13) perpendiculares al segmento central y situados a ambos lados de este.

3. Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que dichos elementos (3, 4, 5) son idénticos y concatenables.

4. Brazo poliarticulado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada elemento (3, 4, 5) está compuesto por dos perfiles (14, 15) paralelos y separados.

5. Brazo poliarticulado según la reivindicación anterior, caracterizado por el hecho de que cada elemento está compuesto por dos barras paralelas (14, 15) unidas en sus extremos por dos piezas (16, 17) provistas de orificios (18) para las diferentes articulaciones.