ES U. Número de publicación: PATENTES Y MARCAS. Número de solicitud: U Int. Cl. 5 : B23Q 7/00

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1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 k Número de publicación: k Número de solicitud: U k Int. Cl. : B23Q 7/00 k 12 SOLICITUD DE MODELO DE UTILIDAD U k 22 Fecha de presentación: k 43 Fecha de publicación de la solicitud: k Solicitante/s: Jordi Corbera Munne Ronda General Mitre, Barcelona, ES Ramon Bote Salla 72k Inventor/es: Corbera Munne, Jordi y Bote Salla, Ramón k 74 Agente: Ungría Goiburu, Bernardo k 4 Título: Aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico. ES U Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES U 2 DESCRIPCION Aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico. Objeto de la invención La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, el cual incorpora una serie de características relevantes y ventajosas frente a los que actualmente se utilizan para un fin similar. Se obtienen desplazamientos longitudinales en el plano cartesiano y polar sobre los ejes de coordenadas, siendo del tipo de los que se utilizan para la maniobra de numerosos dispositivos mecánicos, como por ejemplo para: soldadura, pintura, aprovisionamiento de máquinas, montaje, etc... y en diversas aplicaciones en las que concurran en mayor o menor grado, las características de movilidad, gobernabilidad, autonomía y polivalencia. Este aparato mecánico polivante está concebido para efectuar la misma función de manera cíclica y puede adaptarse a otras funciones sin modificación permanente del material. Existen en la actualidad otros aparatos mecánicos universales con husillos y accionamiento eléctrico, pero el aparato mecánico universal que la invención propone, reúne además las siguientes ventajas: 2 -Ladisposición de dos motores integrados en forma cruzada ortogonalmente, tiene una movilidad en ambos extremos muy interesante en aplicaciones multitareas, sobre los cuatro cuadrantes del plano cartesiano y con las mismas características de funcionamiento. - Como consecuencia de los motores integrados, existe una reducción de espacio muy considerable. - El par de fuerzas aplicado no tiene pérdidas como consecuencia de que al estar el rotor del motor montado directamente como parte mecánica del sistema, no existen acoplamientos, chaveteros, etc... entre el motor y el aparato mecánico propiamente dicho. - no existen juegos mecánicos y en consecuencia, se obtendrán mayores precisiones de posicionamiento en todo proceso, así comoen los servomecanismos de lazo abierto, es decir, en los sistemas manuales. - El problema del sistema de equilibrio con movimiento en todo este tipo de máquinas, conlleva generalmente a sistemas descompensados, mientras que con el aparato mecánico universal, objeto de la presente solicitud, se obtiene un mayor equilibrio pues la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre el aparato es muy pequeña, ya que queda compensado por no incorporar un motor externo para los movimientos de translación. F x =0; M x =0; F y =0; M y =0; F z =0; M z =0. Es decir, se requiere para el equilibrio total, que sea nula la suma de fuerzas en las tres direcciones, y una suma de momentos nula respecto a tres ejes perpendiculares cualesquiera. - En todo dispositivo guiado, actualmente conocido, con movimientos en dos ejes perpendiculares, al tener que incorporársele un motor en el extremo del dispositivo, existen flexiones externas perjudiciales para el funcionamiento del sistema, proporcionales al peso del motor y a la distancia de éste al punto de apoyo más próximo. - Este aparato mecánico incorpora un mecanismo compuesto con elementos deslizantes entre sí, cuya tarea es el desplazamiento y posicionamiento de objetos siguiendo diversos grados de libertad. Es multifuncional y puede ser mandado directamente por un operador humano, o por cualquier sistema electrónico (control numérico, microordenadores, ordenadores personales, lógica electrónica integrada o programada, etc...). Los sistemas de captación de la posición y velocidad, son integrados en el cuerpo del grupo móvil, no existiendo con ello desfases temporales entre la señal de captaciónyelsistema,que podrían originar inestabilidades, así como frecuencias de resonancias no deseables en estos aparatos mecánicos universales. - Este aparato mecánico universal, podría llevar una plataforma giratoria para otorgarle un movimiento rotacional y pudiendo conferirle una posición sobre el eje Z, puede actuar en tres dimensiones del plano polar o cartesiano. - Normalmente en todas las máquinas, no siempre es necesario que el segundo brazo tenga la misma complejidad. Acontece con el segundo brazo lo que acostumbra a pasar en el hombre cuya mano izquierda es menos hábil y menos usada que la derecha. En el aparato que nos ocupa, los brazos son iguales en prestaciones pero actuado con un sólo sistema electromotor, pudiendo hacer operaciones complicadas y simplificando los sistemas de mantenimiento. Antecedentes de la invención Son conocidos los dispositivos de accionamiento eléctrico para desplazamientos longitudinales, del tipo de los que se utilizan para la maniobra de numerosos dispositivos mecánicos. Ejemplo de ello es el modelo de utilidad 240.7/8 que se caracteriza porque comprende una envoltura rígiday oblonga, en la que está encerrado un electromotor, de eje hueco, que lleva fijada una tuerca solidaria del rotor, estando dispuesto atravesando axialmente el electromotor, un husillo roscado sobresaliente por ambos extremos de la envoltura y que impedido de girar, se desplaza longitudinalmente por el eje hueco del electromotor, cuando actúa este último. En este dispositivo de accionamiento eléctrico no se ha tenido en cuenta su realización práctica,

3 3 ES U 4 ya que en la época en que se solicitó, sólo existían motores con conmutación mecánica mediante escobillas y motores muy pesados para mover una pequeña carga. La conmutación mediante escobillas origina chispas y partículas que se desprenden introduciéndose por todo el sistema mecánico y acortando la vida útil del sistema, así comoun funcionamiento irregular. Hoy en día, dado el avance de la electrónica y de los controladores, las conmutaciones no son mecánicas y como consecuencia del avance tecnológicode materiales, los motores pueden reducirse en sus dimensiones, pudiendo soportar el mismo par o fuerza en funcionamiento continuo. Los sistemas eléctricos de la técnica anterior, teníanelproblemadelaformación del arco eléctrico por los contactos del conmutador, que conectan un potencial eléctrico de excitación al servomotor eléctrico. Se forma arco cuando hay potencial eléctrico a través de los contactos del conmutador antes del cierre de los contactos, o durante la apertura de los mismos. La formación continua de arco es causa del desgaste prematuro y del fallo del servomotor. La fiabilidad del sistema es muy reducida y como consecuencia casi impensable su realización práctica. Tampoco estaba previsto un sistema captador de la posición y velocidad del servomotor. Descripción de la invención En líneas generales, el aparato mecánico universal a husillo y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, que constituye el objeto de la invención, alcanza todas las prerrogativas anteriormente enumeradas, así como eliminar los problemas de la técnica actual, al presentar la siguiente estructura: En primer lugar, dispone de unos porta útiles en los que se podrán montar todo tipo de elementos terminales u órganos de aprehensión adecuados para facilitar la manipulación o el soporte de la herramienta necesaria para la realización de un trabajo asignado. La sujeción puede realizarse a presión mediante pinzas actuadas eléctrica, neumática, o hidráulicamente y que por rozamiento permiten retener y transportar elementos. También puede efectuarse la sujeción por enganche, mediante manos o garras dotadas de los elementos de retención necesarios. Si se prefiere puede realizarse la sujeción por contacto, ya sea mediante succión, por actuación magnética o utilizando elementos adhesivos. También puede conseguirse por presión mediante deformación de elementos elásticos que se adaptan a los diferentes objetos a manipular, por ejemplo: pinzas de dedos pivotantes, pinzas de dedos deslizantes, flexibles, de asiento adaptable, con rodillos, etc. También puede efectuarse, si se desea, una sujeción fija como por ejemplo, herramientas o útiles de trabajo que no deban ser cambiables. En general, un cambio de trabajo conlleva el correspondiente cambio del elemento terminal para asegurar la realización óptima de un trabajo. Una caja de control, que puede estar integrada en el aparato, hace posible el control en lazo abierto o manual del sistema, o para conectar un sistema de control remoto con realimentación interna e indicadores que permiten el segui miento de su funcionamiento en ciclo automático. También puede utilizar un microcomputador o sistema de multicoprocesadores con la finalidad de aumentar la potencia de la máquina. El núcleo del sistema lo constituye entonces, una unidad central de proceso que cuenta con la cooperación de unidades especializadas en el cálculo numérico, el control de entradas y salidas, o la comunicación con los periféricos. La razón de la utilización de un sistema de proceso distribuido con respecto a un microcomputador, es la sencillez para comprobar los procesos independientes, así como su menor coste. La ventaja de estar incorporada la caja de control en la máquina que nos ocupa, es la autonomía de funcionamiento y la transportabilidad de todo el sistema, así como la reducción del espacio. El cuerpo de la máquina es atravesado en sentido horizontal y vertical, por una pareja de husillos que sobresalen por ambos lados de dicho cuerpo y que están impedidos de girar, lo que hace que se desplacen longitudinalmente por el eje del electromotor, cuando éste actúa. El cuerpo del grupo, lleva incorporados los dos electromotores para conseguir selectivamente el movimiento vertical u horizontal, deslizamiento éste que se efectúa debidamente guiado en unas barras guía paralelas a los husillos y que atraviesan también el cuerpo o grupo. Existe una plataforma o zócalo de anclaje con orificios para la fijación del conjunto en la posición adecuada para su utilización, no necesitando grandes sistemas de anclaje para un trabajo definido y suponiendo un sistema fácil para su traslado a diferentes puntos de aplicación. El estator de los respectivos motores, es solidario con el cuerpo del grupo, llevando enrollados los hilos de cobre para el funcionamiento del electromotor, constituyendo el propio cuerpo del grupo una placa de disipación para la evacuación del calor del electromotor, permitiendo así una reducción importante de las dimensiones de éste. Existen también unos elementos captadores para la medida de desplazamientos angulares, utilizando codificadores ópticos con salida digital los de tipo magnético, o codificador analógico, así como también, para las señales de conmutación electrónica del servomotor. Sin embargo, al integrar todas las funciones en un sólo captador se podría utilizar un espacio de estos para colocar un freno de parking como medida de seguridad, tan importante para este tipo de máquinas. Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: Breve descripción de los dibujos Figura 1.- Es una vista esquemática y en perspectiva, del aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, objeto de la invención. Figura 2.- Es una sección del cuerpo del grupo, por un plano horizontal. Figura 3.- Es una vista lateral seccionada, de lo mostrado en la figura 2. 3

4 ES U 6 Figura 4.- Es una vista en perspectiva de un aparato mecánico totalmente convencional, sin incluir los motores externos de accionamiento. Figura.- Es una vista en alzado de otro aparato mecánico convencional, incluyendo el sistema de accionamiento. Figura 6.- Es una vista similar a la figura 4 y por tanto de un aparato mecánico convencional, incluyendo los electromotores externos, así como también los medios de captación de la posición y velocidad, lo que proporciona un aspecto descompensado. Descripción de la forma de realización preferida Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, podemos ver como el aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, que la invención preconiza, es perfectamente utilizable en sistemas de desplazamientos y posición de precisión, con un control preciso y una buena respuesta dinámica, estando totalmente equilibrado y teniendo integrados todos sus componentes. El cuerpo del grupo electromotor, está referenciado en general con el número 1 y puede desplazarse verticalmente guiado en las barras cilíndricas, entre las que está situado el husillo roscado 3. Tanto las barras cilíndricas verticales 2, como el husillo roscado 3, están anclados a la base 4 de soporte. El husillo 3 está privado de movimiento de rotación. La referencia designa los elementos porta útiles en los que se montan los terminales u órganos de aprehensión adecuados a la labor a que se destina el aparato, teniendo estos porta útiles un desplazamiento horizontal, obtenido de idéntica forma a la anteriormente explicada en relación al cuerpo 1 del grupo, es decir mediante el husillo roscado 6 y barras guía 7, alcanzado as el porta útiles cualquier posición en el plano vertical. Si se desea tener movimiento en los tres ejes perpendiculares, la base 4 de apoyo estaría determinada por una plataforma giratoria. La referencia 8 designa la caja de control, que como vemos se encuentra integrada en el aparato y a su base quedan aseguradas las guías verticales 2 y el husillo roscado 3 intermedio. En las figuras 2 y 3 podemos ver las guías 2 y 7, en este caso cilíndricas, aunque también podrían haber tenido una sección en cola de milano, etc., y se incorporan rodamientos lineales 9 para optimizar el desplazamiento en ambas direcciones perpendiculares. El electromotor con el que se consigue el desplazamiento del porta útiles en la dirección de lasbarrasguía 7, está materializado por el estator 10 y el rotor 11. El estator 10 es solidario con el cuerpo del grupo 1, e incluye las bobinas de hilo de cobre. El rotor 11 en el que estarán alojados los imanes para la creación del campo electromagnético que mediante el campo creado por las espiras de las bobinas del estator, determina el elemento giratorio que debido a su configuración tubular, interiormente roscada, determinará el avance o retroceso del porta útiles, al girar sobre el husillo roscado 6. El rotor 11 queda apoyado en cojinetes pa ra evitar rozamientos y para compensar fuerzas axiales y radiales aplicadas a ambos lado del rotor. Los puntos de emergencia del husillo 6, respecto del cuerpo 1 del grupo, quedan debidamente acondicionados por el montaje de las tapas obturadoras 12, para engrase del husillo y para ofrecer una estanqueidad del aparato para funcionamientos en lugares hostiles y comtaminantes. Las referencias 13 y 14 de la figura 2, muestran los captadores para la medida de desplazamientos angulares y dan las señales para la conmutación electrónica del servomotor integrado. Todas las señales podrán conectarse a la caja de control 8, mediante unos conectores 1 para el control remoto mediante controlador externo, o a un espacio situado en la misma caja de control, donde se ubicará el controlador electrónico 16. Mediante la tapa protectora 17 se evita que entre suciedad en el interior de la caja de control 8, lográndose una estanqueidad para trabajar en lugares difíciles. El grupo de desplazamiento sobre el eje vertical está constituido de idéntica manera que el referido para el desplazamiento horizontal, e integrado por el servomotor, captador, husillo y guías de desplazamiento respectivas. En las figuras 4 a 6, como habíamos indicado anteriormente, podemos ver sendas disposiciones de la técnica actual en este tipo de aparatos, donde se observa la disposición de los medios de guiado para una plataforma cuadrada 18, con movimiento en los ejes perpendiculares, pero siempre con los electromotores externos, lo mismo que los sistemas de captación de la posición y velocidad, lo que otorga un aspecto descompensado y voluminoso del sistema de este tipo actual de aparatos. Una característica importante a destacar de la estructura que presenta el aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, que la invención propone, la determina el hecho de que se obtiene un funcionamiento a ambos lados del brazo portapiezas, es decir, en los dos ejes X y -X, con el control de un sólo electromotor y pudiendo hacer operaciones complicadas y con un mínimo mantenimiento, además de obtener iguales características en el brazo izquierdo que en el derecho. Como vimos anteriormente, este aparato incluye sistemas de captación para el funcionamiento de los electromotores y posicionadores, así como sistemas de seguridad integrados, con el fin de ser un aparato transportable para más de una aplicación, y sobre todo para conseguir las mínimas dimensiones en el espacio, ya que actualmente son muy necesarias pues todo este tipo de aparatos precisan de una zona vallada de protección, así como el disponer de un botón de paro de emergencia para evitar accidentes. También llevará el control electrónico manual o servoalimentado, así como un microordenador si es necesario para aquellas aplicaciones que lo requiera la facilidad de programación en el control electrónico, con conectores para las entradas de alimentación, así como las salidas y entradas para el controlador remoto si se necesitara. 4

5 7 ES U 8 REIVINDICACIONES 1. Aparato mecánico universal a husillos y accionamiento eléctrico integrado con control electrónico, con el que se obtienen desplazamientos longitudinales en al menos dos ejes perpendiculares, siendo del tipo en los que el rotor es tubular y lleva solidaria una tuerca para desplazarse con movimiento relativo respecto al husillo que le atraviesa axialmente, efectuándose estos desplazamientos con ayuda de guías paralelas, caracterizado porque cuenta con una base fija (4), o bien, materializada por una plataforma giratoria, de la que son emergentes dos barras guía (2) para el desplazamiento vertical de un cuerpo (1) del grupo móvil, provisto éste de un electromotor cuyo rotor (11) materializa a tuerza de conexión con el husillo roscado (3) paralelo a las ba rras guía (2), incorporando transversalmente este cuerpo (1), otro husillo (6) y dos barras guía (7) que se solidarizan por sus extremos a sendas placas-soporte () de la herramienta o porta útiles de trabajo, desplazándose a lo largo de este eje mediante otro servomotor análogo al anterior y cuyo estator (10) forma parte de dicho cuerpo (1) del grupo móvil, obteniéndose idéntico control en el lado derecho y en el izquierdo; llevando integrada una unidad electrónica (8) de control manual o servoalimentado y conectores (1) para un controlador remoto opcional, existiendo en el cuerpo (1) del grupo móvil una gran superficie de evacuación térmica, así como captadores (13, 14) para medidas de desplazamientos, posición y señales de conmutación electrónica del servomotor, pudiendo incluirse un freno de parking como medida de seguridad

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