(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: Europejski Biuletyn Patentowy 20/37 EP B1 (13) (1) T3 Int.Cl. B2J 13/00 ( ) B2J 18/00 ( ) B2J 19/00 ( ) (4) Tytuł wynalazku: Zrównoważony manipulator pneumatyczny (30) Pierwszeństwo: IT TO (43) Zgłoszenie ogłoszono: w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2014/28 (4) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: Wiadomości Urzędu Patentowego 2016/0 (73) Uprawniony z patentu: DALMEC S.p.A., Cles, IT (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP T3 GIOVANNI LORENGO, Cles, IT (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Małgorzata Grabowska SULIMA GRABOWSKA SIERZPUTOWSKA BIURO PATENTÓW I ZNAKÓW TOWAROWYCH SP.J. Skr. poczt Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).

2 SGS-7333/VAL EP B1 Opis [0001] Wynalazek dotyczy zrównoważonego manipulatora pneumatycznego. [0002] Manipulatory tego typu są powszechnie stosowane w przemyśle wytwórczym do podtrzymywania i poruszania w zrównoważony sposób różnych narzędzi i urządzeń, typowo obejmujących: urządzenia chwytające, zgrzewarki, śrubokręty i inne, które wymagają minimalnego wysiłku ręcznego od użytkownika. [0003] Z biegiem lat postęp techniczny powodował ciągłą poprawę wrażliwości manipulatora tego typu, który wykazywał brak stałego zrównoważenia, przy rosnących wymaganiach co do przenoszonych obciążeń. [0004] Ażeby ułatwić zrozumienie stanu techniki wraz z jego nieodłącznymi problemami, opisano najpierw zrównoważony manipulator pneumatyczny typu konwencjonalnego, według fig. 1 do 3. Zrównoważony manipulator pneumatyczny zawiera urządzenie podpierające, które ma zespół obrotowy 13 wokół pionowej osi i przegubowy mechanizm równoległowodowy 21, mający wychylne ramię 24 obracane na zespole obrotowym 13 wokół poziomej osi oscylacji. Działanie równoważące zapewnia pneumatyczny siłownik prostoliniowy 22, który ma cylinder 22a wychylany na zespole obrotowym 13 i tłoczysko 22b obracane na wychylnym ramieniu 24. Obrotowe, poziome ramię 36 podpierające narzędzie, takie jak śrubokręt, zgrzewarka, urządzenie chwytające lub inne narzędzie, jest zamontowane na przegubowym mechanizmie równoległowodowym. [000] Powyższa konfiguracja ma taką wadę, że różne nachylenia przyjmowane przez siłownik w różnych jego położeniach roboczych powodują przenoszenie sił mających składową poziomą, która zwiększa się wraz z kątowym nachyleniem α linii działania siłownika względem pionowej osi. Bardzo małe odchylenia kątowe, rzędu kilku stopni sześćdziesiątkowych, mają ujemny wpływ na zrównoważenie i wymagają ręcznego wysiłku podczas ruchu, który wzrasta wraz z zakresem kątowego odchylenia siłownika od pionu. Wymagany wysiłek ręczny wzrasta zatem od optymalnej wartości rzędu N do 0-0 N albo powyżej, gdy odchylenie kątowe od pionu jest maksymalne. W tych warunkach utrzymywane obciążenie staje się niestabilne i męczące w obsłudze, z niekorzystnym wpływem na bezpieczeństwo i dokładność ruchu. [0006] Przykład zrównoważonego manipulatora pneumatycznego według części nieznamiennej zastrzeżenia 1 jest ujawniony w dokumencie patentowym CN B. [0007] Celem wynalazku jest zapewnienie zrównoważonego manipulatora pneumatycznego, który może pokonać wyżej wymienione problemy. Mianowicie pożądane jest zapewnienie manipulatora wymagającego stałego minimalnego wysiłku ręcznego, niezależnie od wysunięcia pneumatycznego siłownika. [0008] Te i inne cele i zalety, które staną się bardziej zrozumiałe poniżej, są osiągane według wynalazku przez zrównoważony manipulator pneumatyczny, mający cechy określone w zastrzeżeniu patentowym 1. Korzystne przykłady wykonania są określone w zastrzeżeniach zależnych. [0009] Cechy i zalety wynalazku staną się jasne na podstawie poniższego szczegółowego opisu, który jest podany wyłącznie jako nieograniczający przykład, w odniesieniu do załączonego rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny zrównoważonego manipulatora znanego typu; fig. 2 i 3 przedstawiają częściowe widoki schematyczne, ilustrujące różne położenia kątowe, zajmowane przez pneumatyczny siłownik w stabilizatorze znanego typu, pokazany na fig. 1;

3 fig. 4 przedstawia częściowy widok perspektywiczny zrównoważonego manipulatora pneumatycznego, według przykładu wykonania wynalazku; fig. przedstawia powiększony widok szczegółu manipulatora z fig. 4; fig. 6 i 7 przedstawiają częściowe widoki schematyczne, ilustrujące dwa różne położenia przyjmowane przez pneumatyczny siłownik w stabilizatorze z fig. 4; i fig. 8 i 9 przedstawiają częściowe widoki schematyczne, ilustrujące dwa różne położenia przyjmowane przez pneumatyczny siłownik, zamontowany według kolejnego przykładu wykonania wynalazku. [00] Na fig. 4 manipulator oznaczony jako całość odnośnikiem zawiera urządzenie podpierające 11, w którym jest zamontowane urządzenie równoważące 20. Urządzenie podpierające 11 wyznacza geometryczną, pionową oś z, a w tym przykładzie zawiera nieruchomą, pionową, dolną kolumnę 12 i górny zespół 13, który jest obrotowy wokół pionowej osi z. Dolna kolumna 12 może być integralna z podstawą (niepokazaną), która może być zamocowana do podłogi lub do ruchomej powierzchni podparcia (nie pokazano). W innych zastosowaniach urządzenie podpierające może tworzyć część struktury zawieszonej, na przykład struktury zawieszonej na wózku, który może jeździć po torach. W takich innych zastosowaniach zespół obrotowy 13 jest umieszczony poniżej górnej części nieobrotowej. W poniższym tekście terminy i wyrażenia oznaczające położenia i kierunki, takie jak górny i dolny, należy rozumieć w odniesieniu do przedstawionego przykładu, lecz nie są one uważane za ograniczające. [0011] W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 4 zespół obrotowy 13 ma parę pionowych stojaków (z których tylko jeden jest widoczny), które są równoległe i jednakowo rozmieszczone wokół pionowej osi z. [0012] Urządzenie równoważące 20 jest zamontowane na zespole obrotowym 13 i zawiera przegubowy mechanizm równoległowodowy 21, pneumatyczny siłownik prostoliniowy 22 i suwak 23 zamontowany przesuwnie na zespole obrotowym 13 urządzenia podpierającego. [0013] W górnej części stojaków górne, wychylne ramię 24, tworzące część przegubowego mechanizm równoległowodowego 21, jest obracane wokół poziomej osi oscylacji x (również pokazanej na fig. 6 i 7). Pneumatyczny siłownik działa pomiędzy dolną, łączącą osią a, integralną z zespołem obrotowym 13, i górną, łączącą osią b, utworzoną przez suwak 23. Korzystnie siłownik 22 jest podnośnikiem pneumatycznym z cylindrem 22a w położeniu dolnym w tym przykładzie, a także z górnym, wysuwanym tłoczyskiem 22b. Dokładniej, w przedstawionym przykładzie wykonania cylinder siłownika jest połączony z dolną, łączącą osią, natomiast tłoczysko 22b jest połączone z górną, łączącą osią b. Litera c (fig. 6 i 7) pokazuje linię działania siłownika, która w tym przykładzie jest zasadniczo pionowa i równoległa do osi z. Na fig. 4 i odnośnik 29 oznacza trzpień obrotowy, zmocowany do łba tłoczyska 22b i obrotowy na suwaku 23 wokół poziomej osi b. [0014] Na przeciwległym końcu wychylnego ramienia 24 i przegubowego równoległowodu 21 jest zamontowany, w znany sposób, pionowy trzpień obrotowy 2, wokół którego może obracać się poziome ramię 36. [00] Ramię może służyć do podparcia różnych urządzeń, takich jak chwytaki, śrubokręty, maszyny spawalnicze i inne. [0016] Przegubowy mechanizm równoległowodowy 21 zawiera, oprócz górnego, wychylnego ramienia 24, drugie, dolne, wychylne ramię lub dźwignię 26, która jest równoległa do górnego, wychylnego ramienia 24 i ma swe końce (nie pokazano) zamocowane zawiasowo na stojakach. Dwie pionowe płyty łączące 27a, 27b, które są równoległe do siebie, są zamocowane zawiasowo na roboczym końcu mechanizmu, gdzie jest zamontowany pionowy trzpień obrotowy. Dwa dalsze pośrednie elementy łączące 28a, 28b są zmocowane zawiasowo na górnych i dolnych, wychylnych ramionach, w znany

4 sposób. Mechanizm równoległowodowy nie różni się znacznie od znanego typu, zatem nie będzie tutaj opisywany bardziej szczegółowo. [0017] Jak wyjaśniono powyżej, siłownik prostoliniowy 22 działa pomiędzy zespołem obrotowym 13 i mechanizmem równoległowodowym 21, by obracać ramię 24 wokół poziomej osi oscylacji x dla podnoszenia i obniżania, w obrotowych ruchach translacyjnych, pionowego trzpienia obrotowego 2, podpartego na mechanizmie równoległowodowym naprzeciw końca, przy którym jest zamontowany siłownik 22. Siłownik 22 nie działa bezpośrednio na ramię 24, lecz działa poprzez suwak 23. [0018] Suwak 23 jest przesuwny wzdłuż pierwszej prowadnicy prostoliniowej, która jest oznaczona schematycznie jako 30 na fig. 6 i 7 oraz która jest integralna z zespołem obrotowym 13 i równoległa do linii działania c siłownika 22. Dla poprawy równowagi i rozkładu obciążenia, pierwsza prowadnica 30 korzystnie ma parę równoległych prowadnic prostoliniowych (albo prowadnic podparcia ), które przechodzą równolegle do linii działania c siłownika. [0019] Suwak 23 ma drugą prowadnicę prostoliniową 31, korzystnie składającą się z drugiej pary równoległych prowadnic prostoliniowych 31a, 31b, które są ustawione prostopadle do pierwszej prowadnicy podparcia lub pary prowadnic podparcia 30. Ruchomy element 32 zamontowany na górnym końcu wychylnego ramienia 24 bliżej siłownika 22 jest połączony wzdłużnie z drugą parą prowadnic 31a, 31b. Korzystnie drugie prowadnice 31a, 31b suwaka mają postać pary równoległych szczelin, a ruchomy element 32 zawiera cylindryczną rolkę 33, która jest zamontowana dla swobodnego obracania się wokół poziomej osi (pokazanej linią przerywaną i oznaczonej odnośnikiem 3 na fig. 7) zamocowanej w miejscu 34 na końcu górnego, wychylnego ramienia 24. W tym przykładzie wykonania cylindryczna rolka 33 jest zamontowana w parze łożysk tocznych (nie pokazano szczegółowo), rozstawionych wzdłuż poziomej osi 37, a każde z łożysk składa się z odpowiedniego stałego pierścienia zewnętrznego, zamocowanego do wychylnego ramienia 24 i odpowiedniego obrotowego pierścienia wewnętrznego, na jednym z dwóch przeciwnych końców rolki 33. [0020] Cylindryczna rolka 33 jest korzystnie umieszczona, z określonym minimalnym pionowym luzem, w drugiej prowadnicy 31 (albo w równoległych drugich prowadnicach 31a, 31b). Luz rzędu kilku dziesiątych milimetra umożliwia toczenie się cylindrycznej rolki wzdłuż drugich prowadnic 31a, 31b, gdy siłownik 22 jest wysuwany lub wsuwany podczas jego ruchu pomiędzy alternatywnymi położeniami, pokazanymi schematycznie na fig. 6 i 7. Toczny kontakt pomiędzy ruchomym elementem 32 i drugą prowadnicą 31a, 31b zmniejsza tarcie pomiędzy suwakiem i siłownikiem. [0021] W alternatywnym przykładzie wykonania (niepokazanym), złączny, ruchomy element 32 może zawierać blok, który jest wprowadzony w sposób ślizgowy, zamiast toczenia, do drugiej prowadnicy lub prowadnic 31 w suwaku 23. Dlatego prowadnica 31 (albo prowadnice) może mieć inny kształt niż jedna albo dwie szczeliny, zależnie od kształtu bloku (albo bloków). Dobór szczelinowego kształtu jest korzystny, ponieważ zapewnia optymalną wymianę sił pomiędzy suwakiem 23 oraz ramieniem 24 i tworzy niezawodne połączenie pomiędzy tymi dwoma członami, z wykorzystaniem wytrzymałości strukturalnej, zapewnionej przez dwa otwory utworzone w ramieniu 24. [0022] Jak pokazano schematycznie na fig. 7, koniec wychylnego ramienia 24 może być podwojony, tworząc dwie równoległe, pionowe formacje płytowe 24a, 24b, co umożliwia uzyskanie skutecznego zamontowania dla złącznego, ruchomego elementu 32. Suwak 23 w przykładzie wykonania, zilustrowanym na fig. 7, ma również parę równoległych, metalowych płyt 23a, 23b odsuniętych od siebie w kierunku poziomym, a w każdej z płyt jest utworzona jedna z dwóch drugich prowadnic dla cylindrycznej rolki 33 (albo dla przesuwnego bloku). Według jednego z przykładów wykonania, który optymalizuje dostępną przestrzeń i połączenia między siłownikiem i górnym zespołem, każda z płyt suwaka ma zasadniczo kształt litery L, a prosta lub dłuższa część tej litery L jest dołączona

5 do pierwszej prowadnicy prostoliniowej 30, natomiast krótsza część tej litery L ma szczelinę lub drugą prowadnicę 31. Dla wytworzenia pierwszej prostoliniowej prowadnicy 30 szczególnie korzystne jest zastosowanie recyrkulacyjnego suwaka kulkowego. [0023] Fig. 6 i 7 przedstawiają schematycznie dwa przeciwne, alternatywne położenia przyjmowane przez manipulator. Wysunięcie siłownika wywołuje ruch od położenia na fig. 6 do położenia na fig. 7, powodując ruch suwaka 23 wzdłuż pierwszej prowadnicy 30 i jednoczesny ruch złącznego, ruchomego elementu 32 wzdłuż drugiej prowadnicy 31 suwaka. [0024] Ze względu na suwak umieszczony pomiędzy siłownikiem i wychylnym ramieniem oraz wzajemną prostopadłość prowadnic 30, i 31, siłownik przekazuje wyłącznie pionową siłę, czyli siłę bez składowych poziomych, do mechanizmu równoległowodowego. Zapewnia to stałe równoważenie manipulatora we wszystkich zakresach wychylenia siłownika, wymagające od operatora minimalnego stałego wysiłku ręcznego podczas pracy, a tym samym sprzyja dokładnemu użyciu narzędzia w połączeniu z manipulatorem. Ponadto manipulator wykazuje szczególnie stabilne zachowanie, umożliwiające operatorowi chwilowe puszczenie obu rok z manipulatora, który pozostaje nieruchomy w osiągniętym położeniu, co jest korzystne pod względem bezpieczeństwa i łatwości użycia. [002] Jest zrozumiałe, że wynalazek nie ogranicza się do opisanych tutaj i pokazanych przykładów wykonania, które należy traktować jako przykładowe wykonanie manipulatora; w rzeczywistości wynalazek może być zmodyfikowany w zależności od kształtu i układów części, szczegółów budowy i działania. Przykładowo, jak przedstawiono na fig. 8 i 9, w innym przykładzie wykonania manipulatora linia działania c siłownika 22 może być nachylona względem pionu, na przykład pod kątem 4. W związku z tym pierwsza prowadnica 30 jest nachylona równolegle do linii c, a druga prowadnica 31 jest prostopadła niej. Ponadto manipulator może być wyposażony w dwa siłowniki pneumatyczne zamiast jednego siłownika. Na przykład dwa siłowniki pneumatyczne mogą być zamontowane równolegle do siebie, jeden obok drugiego, z odpowiednimi cylindrami zamontowanymi na zespole obrotowym 13 wzdłuż osi a, natomiast odpowiednie tłoczyska mogą być integralne z trzpieniem obrotowym 29 albo z rozszerzeniem go po dwóch przeciwległych stronach oscylującego ramienia 24. Zastrzeżenia patentowe Zrównoważony manipulator pneumatyczny, zawierający: - urządzenie podpierające (11), mające zespół obrotowy (13) wokół pionowej osi (z); - przegubowy mechanizm równoległowodowy (21), mający wychylne ramię (24) obracane do zespołu (13) dla obrotu wokół poziomej osi oscylacji (x); - co najmniej jeden pneumatyczny siłownik prostoliniowy (22), działający pomiędzy zespołem obrotowym (13) i przegubowym mechanizmem równoległowodowym (21) dla powodowania obracania ramienia (24) wokół osi oscylacji (x); znamienny tym, że manipulator ponadto zawiera: - suwak (23) połączony z siłownikiem (22) i zamontowany przesuwnie na zespole obrotowym (13) przez pierwsze prostoliniowe środki prowadzące (30), przechodzące w pierwszym danym kierunku (c); - drugie prostoliniowe środki prowadzące (31), integralne z suwakiem (23) i przechodzące w drugim w kierunku prostopadłym do pierwszego kierunku; - złączny element (32, 33) zamontowany na wychylnym ramieniu (24), a ten element (32, 33) łączy drugie środki prowadzące (31). 2. Manipulator według zastrz. 1, znamienny tym, że złączny element (32, 33) zawiera środki rolkowe (33), które są zamontowane obrotowo wokół osi (3) integralnej

6 z wychylnym ramieniem (24) i które toczą się wzdłuż drugich prostoliniowych środków prowadzących (31) suwaka (23). 3. Manipulator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że drugie środki prowadzące (31) zawierają co najmniej jedną szczelinę (31a, 31b). 4. Manipulator według zastrz. 3, znamienny tym, że drugie środki prowadzące zawierają parę równoległych szczelin (31a, 31b) oddalonych od siebie w kierunku prostopadłym do drugiego kierunku.. Manipulator według zastrz. 2 i 4, znamienny tym, że środki rolkowe zawierają cylindryczną rolkę (33) toczącą się w obu szczelinach (31a, 31b). 6. Manipulator według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że pierwsze środki prowadzące przechodzą w kierunku pionowym, a drugie środki prowadzące przechodzą w kierunku poziomym. 7. Manipulator według dowolnego z poprzednich zastrzeżeń, znamienny tym, że suwak (23) zawiera co najmniej jeden sztywny element w kształcie litery L, z dłuższą sekcją dołączoną do pierwszych środków prowadzących (30) oraz krótszą sekcją, która jest prostopadła do dłuższej sekcji i zapewnia drugie środki prowadzące (31). Uprawniony: DALMEC S.p.A. Pełnomocnik: mgr inż. Małgorzata Grabowska Rzecznik patentowy

7 6

8 7

9 8