ES2283214B1 - AGARRE DEVICE. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de agarre.Gripping device
El dispositivo está concebido para conectarse al extremo de un brazo móvil (10), para la manipulación robotizada de productos (6), incluidos aquellos que presentan irregularidades o una capa de hielo en su superficie, los cuales están sujetos a esfuerzos, tanto en dirección perpendicular como tangencial al de la superficie de agarre. El objetivo del dispositivo es asegurar la retención firme del producto en ambas direcciones y garantizar un tiempo corto de respuesta del conjunto. Tiene unos medios de sujeción que comprenden al menos un elemento de succión (4) al vacío capaz de soportar los esfuerzos perpendiculares cuando está pegado al producto y al menos un elemento de perforación (5) que actúa en colaboración con dichos elementos de succión (4) para soportar los esfuerzos tangenciales al penetrar en el mismo producto, sumándose los efectos de succión y los de retención que realizan dichos elementos de perforación (5) para dar estabilidad al agarre.The device is designed to connect to the end of a movable arm (10), for the robotic manipulation of products (6), including those that present irregularities or a layer of ice on its surface, which are subject to efforts, both perpendicular and tangential to that of the grip surface The purpose of the device is to ensure the firm retention of the product in both directions and ensure short response time of the set. It has a means of fastening comprising at least one suction element (4) to the vacuum able to withstand perpendicular efforts when it is glued to the product and at least one piercing element (5) that acts in collaboration with said suction elements (4) to withstand tangential efforts when penetrating it product, adding the suction and retention effects that perform said drilling elements (5) to give stability to the grab
Description
Dispositivo de agarreGripping device
La invención que se propone tiene su campo de aplicación en la automatización industrial, particularmente para el automatismo de las operaciones de manipulación de productos, en especial de alimentos y, más concretamente, para coger congelados.The proposed invention has its field of application in industrial automation, particularly for the automation of product handling operations, in special food and, more specifically, to catch frozen
El objeto principal de la presente invención es
garantizar con un tiempo de respuesta corto un agarre estable de
los productos, independientemente de las condiciones de su
superficie, en cuanto a irregularidades, formas, etc., y
reteniéndolos ante cualquier fuerza implicada en las direcciones de
operación robotizada de la máquina automotriz donde es
aplicable.The main object of the present invention is to guarantee with a short response time a stable grip of the products, regardless of surface conditions, in terms of irregularities, shapes, etc., and retaining them before any force involved in the directions of robotic operation of the automotive machine where it is
applicable.
Actualmente es muy habitual la manipulación de productos, incluso alimentos, mediante robots que se emplean principalmente en tareas de distribución y almacenaje. Para asir los productos de forma individual o bien dispuestos en bandejas u otro embalaje conveniente, el robot incorpora un dispositivo de agarre específico.Currently it is very common to manipulate products, including food, using robots that are used mainly in distribution and storage tasks. To grab the products individually or arranged in trays or other convenient packaging, the robot incorporates a gripping device specific.
En este sentido, son conocidas garras de robots que disponen de unas ventosas que por succión se fijan directamente al producto o su embalaje para sujetarlo mientras se manipula, aguantando el peso de dicho producto y garantizando una retención eficaz frente a esta fuerza normal a la superficie de contacto entre ventosa y producto. Esta solución es muy común en el sector frutícola como vienen a demostrar las solicitudes de Modelo de Utilidad ES 1055584 U, de Patente Francesa FR 2680946 y la Patente en Estados Unidos US 4768919.In this sense, robot claws are known that have suction cups that are fixed directly by suction to the product or its packaging to hold it while handling, bearing the weight of said product and ensuring retention effective against this force normal to the contact surface between suction cup and product. This solution is very common in the sector fruit as they come to demonstrate the requests of Model of Utility ES 1055584 U, French Patent FR 2680946 and Patent in the United States US 4768919.
Continuando dentro del campo de la manipulación de productos alimenticios mediante garras robotizadas, cabe mencionar la invención descrita en la solicitud de patente internacional PCT WO 2005/102620, que se basa en la utilización de dos o más agujas retráctiles para atravesar objetos penetrables, como pueden ser filetes de pescado o carne. Los objetos penetrados pueden ser así trasladados hasta una cinta transportadora o similar donde se han de depositar, al moverse las agujas en el sentido adecuado para soltarse del objeto. El peso de los objetos es soportado gracias a cierta disposición angular prevista de una aguja respecto a la otra, requiriendo agujas de mayor resistencia cuando el objeto contiene partes duras, por ejemplo, huesos, etc. Normalmente, esta sustentación de productos por perforación se aplica a objetos blandos, siempre que no suponga una deformación importante o degradación del producto, por lo cual resulta inadecuado para la industria de las frutas, pero es útil en otros sectores industriales para el manejo de materiales blandos, como espumas, polímeros, etc.Continuing within the field of manipulation of food products using robotic claws, fits mention the invention described in the patent application PCT International WO 2005/102620, which is based on the use of two or more retractable needles to pierce penetrable objects, such as fish or meat fillets. Penetrated objects they can be thus transferred to a conveyor belt or similar where they have to deposit, when moving the needles in the direction suitable to release the object. The weight of the objects is supported thanks to a certain planned angular arrangement of a needle with respect to the other, requiring needles of greater resistance when the object contains hard parts, for example, bones, etc. Normally, this product lift by drilling is Applies to soft objects, provided it does not involve deformation significant or degradation of the product, which is why unsuitable for the fruit industry, but it is useful in others industrial sectors for handling soft materials, such as foams, polymers, etc.
Para manipular igualmente otros muchos productos mediante equipos robotizados, aguantar todo el peso del producto entre un par de agujas no resulta una solución adecuada, cuando implica una penetración considerablemente profunda en el objeto para lograr agarrarlo eficazmente, la cual además se puede ver dificultada si dicha superficie es irregular y/o dura, como ocurre si el producto está congelado.To also handle many other products using robotic equipment, withstand the entire weight of the product between a pair of needles is not a suitable solution, when it implies a considerably deep penetration into the object to get hold effectively, which can also be seen difficult if said surface is irregular and / or hard, as is the case If the product is frozen.
Por otro lado, hay que considerar que, hoy en día, los robots aumentan su rendimiento cada vez más y, con ello, los productos manipulados por el mismo se ven sometidos a unas importantes fuerzas de aceleración. El problema se agrava particularmente cuando los productos presentan una superficie irregular y/o resbaladiza, como la de los alimentos congelados, donde la capa de hielo impide que un agarre por succión sea suficientemente firme y, en consecuencia, ante un esfuerzo tangencial al plano de contacto entre la ventosa de succión y el producto, motivado por una aceleración o deceleración del robot, la garra con ventosas puede desplazarse por la superficie del producto sin poder evitar dejarlo caer.On the other hand, we must consider that, today in day, robots are increasing their performance more and more, and with that, the products handled by it are subjected to some important acceleration forces. The problem is getting worse particularly when the products have a surface irregular and / or slippery, such as frozen food, where the ice sheet prevents a suction grip from being sufficiently firm and, consequently, before an effort tangential to the contact plane between the suction cup and the product, motivated by an acceleration or deceleration of the robot, the claw with suction cups can move across the surface of the product Unable to avoid dropping it.
Por esta causa, el límite de la aceleración del robot y, por lo tanto, su rendimiento se ve con frecuencia en estos casos forzado a disminuirse para reducir los esfuerzos tangenciales aplicados al producto durante su operación de manipulación.For this reason, the acceleration limit of the robot and therefore its performance is frequently seen in these cases forced to shrink to reduce tangential efforts applied to the product during its handling operation.
La presente invención viene a resolver de manera eficaz la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados, constituyendo una garra para un brazo móvil, preferentemente automatizado, dotada de medios que aseguran un agarre con suficiente firmeza de productos, cuales sean las características de su superficie y se concibe especialmente para la manipulación de alimentos congelados, tanto en un plano ortogonal como tangencial a tal superficie.The present invention is resolved in a manner effective the problem described above, in each and every one of the different aspects mentioned, constituting a claw for a mobile arm, preferably automated, equipped with means that ensure a grip with sufficient firmness of products, whatever the characteristics of its surface and it is specially conceived for handling frozen foods, both in a plane orthogonal as tangential to such surface.
En concreto, el dispositivo de agarre que aquí se describe presenta unos medios de sujeción o retención aplicables a tales productos, que comprenden unos primeros medios de sujeción que se acoplan a al menos una superficie del producto para aguantar el peso del mismo y unos segundos medios de sujeción configurados para actuar en colaboración con los primeros medios de sujeción en al menos una superficie del producto, evitando el desplazamiento relativo entre los primeros medios de sujeción y el producto durante su manipulación.Specifically, the gripping device here it is described presents an applicable fastening or retention means to such products, which comprise first fastening means that are coupled to at least one surface of the product to endure the weight of the same and a few second fastening means configured to act in collaboration with the first means of restraint in at least one surface of the product, avoiding displacement relative between the first fastening means and the product during its manipulation
Los primeros medios de sujeción pueden comprender al menos un elemento de succión; mientras que los segundos medios de sujeción pueden comprender al menos un elemento punzante o de perforación, que penetra en la superficie del producto, o bien, al menos un elemento de fricción que impide el desplazamiento tangencial del producto respecto a la superficie de contacto con el elemento de fricción sin llegar a penetrar dicha superficie.The first fastening means can comprise at least one suction element; while the second fastening means may comprise at least one element stabbing or piercing, which penetrates the surface of the product, or at least one friction element that prevents the tangential displacement of the product with respect to the surface of contact with the friction element without penetrating said surface.
Los elementos de succión y de perforación (o de fricción), colaboran produciendo cada tipo de elemento un efecto tal que su combinación garantiza la estabilidad de la manipulación tanto en la dirección perpendicular (peso del producto y desplazamiento) como tangencial (desplazamiento).The suction and drilling elements (or of friction), they collaborate producing each type of element an effect such that its combination guarantees handling stability both in the perpendicular direction (product weight and displacement) as tangential (displacement).
Cada elemento de succión previsto en la garra se utiliza para aguantar el producto ante un esfuerzo perpendicular, puesto que el propio peso del producto hace que esté sujeto a una fuerza vertical que, sumada a la aceleración del brazo móvil da lugar a una importante componente perpendicular a la superficie del producto en la que se pega dicho elemento de succión. En una realización preferida, se usa una pluralidad de elementos de succión que reafirman el agarre del producto cuando su peso es considerable y/o se somete a movimientos bruscos (de alta aceleración). Para obtener un fuerte efecto de succión, el dispositivo de agarre dispone al menos de un generador del vacío alimentado por aire comprimido de tipo venturi, o una bomba de vacío, siendo el efecto distribuido por medio de un colector o distribuidor de vacío al que está montado cada uno de los elementos succionadores.Each suction element provided in the claw is used to withstand the product in a perpendicular effort, since the product's own weight makes it subject to a vertical force which, added to the acceleration of the mobile arm gives place to an important component perpendicular to the surface of the product in which said suction element is pasted. In a preferred embodiment, a plurality of suction elements is used which reaffirm the grip of the product when its weight is considerable and / or undergoes sudden movements (high acceleration). For get a strong suction effect, the gripping device It has at least one air-powered vacuum generator Venturi-type tablet, or a vacuum pump, the effect being distributed through a vacuum manifold or distributor to which each of the suction elements is mounted.
El elemento de perforación comprende al menos un punzón o aguja que al penetrar en el producto al menos superficialmente permite retener el producto frente a la aplicación de los esfuerzos tangenciales propios de la operación del brazo móvil. En el caso especial de que se trate de operar con productos alimenticios congelados, los cuales están pues cubiertos por una capa más o menos espesa de hielo, que suele ser irregular, la colaboración de estos elementos de perforación con los de succión resulta enormemente útil, ya que la superficie helada del producto supone un coeficiente de fricción casi nulo para con el elemento de succión, por lo que el producto puede escurrirse respecto de este elemento de succión. El desplazamiento se evita al entrar en juego los elementos de perforación (o de fricción, según la realización) que, penetrando dicha superficie (o sin llegar a penetrar), garantizan el agarre.The piercing element comprises at least one punch or needle that when entering the product at least superficially it allows to retain the product against the application of the tangential efforts of the arm operation mobile. In the special case in question of operating with products frozen foods, which are then covered by a more or less thick layer of ice, which is usually irregular, the collaboration of these drilling elements with those of suction It is extremely useful, since the frozen surface of the product assumes an almost zero friction coefficient for the element of suction, so the product can drain out of this suction element. Displacement is avoided when entering the game drilling elements (or friction, according to the embodiment) that, penetrating said surface (or without penetrating), They guarantee the grip.
Para provocar la perforación de la superficie del producto por los elementos de perforación, se puede aprovechar la propia fuerza del brazo móvil que actúa como medio de accionamiento, pero si no es capaz de suministrar un impulso suficiente, en el dispositivo de agarre propuesto se prevén unos cilindros de accionamiento para promover la actuación de cada elemento perforador.To cause surface drilling of the product by drilling elements, you can take advantage the strength of the mobile arm itself that acts as a means of drive, but if it is not able to supply a boost sufficient, in the proposed gripping device some drive cylinders to promote the performance of each piercing element
Preferentemente, tales cilindros son neumáticos y están igualmente alimentados por el aire comprimido que llega al distribuidor o cabezal donde se dispone el o los múltiples elementos de perforación. Otro medio de accionamiento se refiere a montar el elemento de perforación en el extremo de un resorte que impulsa, en su expansión, al punzón o aguja a atravesar la superficie.Preferably, such cylinders are pneumatic and they are also fed by the compressed air that reaches the distributor or head where the multiple elements are available drilling Another means of actuation refers to mounting the drilling element at the end of a spring that drives, in its expansion, to the punch or needle to cross the surface.
El número, disposición y configuración de los dos clases descritas de elementos de elementos de sujeción, que conjuntamente constituyen los medios de retención propiamente dichos del dispositivo de agarre, depende del tamaño, la forma y superficie de los productos a manipular, eligiendo determinado tipo de ventosa de succión con uno u otro perfil, las agujas de cierto calibre y los medios de accionamiento, en función de dichas características y de los límites de aceleración/deceleración del brazo móvil en cualquier dirección.The number, arrangement and configuration of two described classes of fastener elements, which together they constitute the retention means themselves of the gripping device, depends on the size, shape and surface of the products to be handled, choosing a certain type suction cup with one or the other profile, the needles of a certain gauge and drive means, depending on those characteristics and acceleration / deceleration limits of moving arm in any direction.
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as an integral part of said description, a set of figures where with character Illustrative and not limiting, the following has been represented:
La figura 1.- Muestra una vista desde abajo en perspectiva del dispositivo de la invención, según una posible realización.Figure 1.- Shows a view from below in perspective of the device of the invention, according to a possible realization.
La figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo agarrando mediante sus medios de sujeción un producto, actuando conjuntamente medios de sujeción punzantes con unos de succión, de acuerdo al objeto de la invención.Figure 2.- Shows a perspective view of the device gripping by means of its fastening means a product, acting together sharp clamping means with suction ones, according to the object of the invention.
La figura 3.- Muestra el dispositivo de agarre montado en un brazo móvil de una máquina robotizada.Figure 3.- Shows the grip device mounted on a mobile arm of a robotic machine.
La figura 4.- Muestra una vista desde abajo en perspectiva del dispositivo, según una opción de realización del accionamiento de los medios de sujeción punzantes.Figure 4.- Shows a view from below in device perspective, according to an option of realization of the actuation of the sharp clamping means.
La figura 5.- Muestra una vista desde abajo en perspectiva del dispositivo objeto de la invención, según otra realización alternativa.Figure 5.- Shows a view from below in perspective of the device object of the invention, according to another alternative embodiment
A la vista de las Figuras 1 y 2 reseñadas, puede describirse como un ejemplo de realización de la invención, un dispositivo de agarre de productos (6) congelados que comprende unos medios de sujeción adaptados a la retención de los productos (6), los cuales están sometidos a unos esfuerzos perpendiculares debidos a su propio peso y a la propia manipulación del producto, más unos esfuerzos tangenciales también derivados de la manipulación de dichos productos (6) por medio del dispositivo de agarre, el cual es instalable en un brazo móvil (10) que puede pertenecer a un robot u otra máquina de automoción, como se muestra en la Figura 3, o bien ser manejado por un operario.In view of the figures 1 and 2 reviewed, you can described as an embodiment of the invention, a grip device of frozen products (6) comprising some fastening means adapted to the retention of the products (6), which are subject to perpendicular efforts due at its own weight and the product's own handling, plus some tangential efforts also derived from the manipulation of said products (6) by means of the gripping device, which is installable on a mobile arm (10) that can belong to a robot or another automotive machine, as shown in Figure 3, or Be managed by an operator.
Los medios de sujeción comprenden al menos un elemento de succión (4) y al menos un elemento de perforación (5) que actúan en colaboración para agarrar los productos (6) con firmeza, frente a los anteriormente comentados esfuerzos.The fastening means comprise at least one suction element (4) and at least one drilling element (5) that act in collaboration to grab the products (6) with firmness, compared to the previously mentioned efforts.
El elemento de succión (4) comprende al menos una ventosa susceptible de pegarse a al menos una superficie del producto (6) por acción del vacío, siendo capaz de soportar los esfuerzos perpendiculares por el peso de dicho producto (6). La configuración de la ventosa se adapta a la superficie del producto (6), pudiendo ser plana en el caso ideal de que dicha superficie fuera regular, pero para superficies de contacto con irregularidades y asperezas, debidas en el caso particular de los congelados a una capa de hielo, es preferible que la ventosa tenga un fuelle para que tal producto (6) se pegue con fuerza, impidiendo su deslizamiento tangencial.The suction element (4) comprises at least a suction cup that can stick to at least one surface of the product (6) by vacuum action, being able to withstand perpendicular efforts by the weight of said product (6). The Suction cup configuration adapts to the product surface (6), being able to be flat in the ideal case that said surface it was regular, but for contact surfaces with irregularities and roughness, due in particular to those frozen to a ice sheet, it is preferable that the suction cup has a bellows for such a product (6) sticks tightly, preventing its tangential slip.
Los medios de generación del vacío previstos para la actuación de cada elemento de succión (4) comprenden una fuente de vacío (2), por ejemplo, de efecto venturi, alimentada por una entrada de aire comprimido (1) y conectada a un distribuidor de vacío (3) en el que se dispone el elemento de succión (4).The planned vacuum generation means for the performance of each suction element (4) comprise a vacuum source (2), for example, venturi effect, powered by a compressed air inlet (1) and connected to a distributor of vacuum (3) in which the suction element (4) is arranged.
El elemento de perforación (5) comprende al menos una aguja capaz de penetrar en al menos una superficie del producto (6) mediante unos adecuados medios de accionamiento que proporcionan una energía suficiente a dicho elemento de perforación (5) para introducirse en el producto (6), teniendo en cuenta las características de rugosidad y dureza de la superficie de los productos (6) a los que se aplica. El accionamiento del elemento de perforación (5) puede venir dado por la propia energía provista al brazo móvil (10). Si no es suficiente, cada elemento de perforación (5) puede estar accionado por al menos un cilindro neumático (8) que, alimentado por una segunda entrada de aire comprimido (7), según se ilustra en la Figura 4, empuja el elemento de perforación (5) al que está unido, hasta que dicho elemento de perforación (5) penetra en una profundidad suficiente la superficie del producto (6), siendo así capaz de soportar los esfuerzos tangenciales derivados de la velocidad del brazo móvil (10). El cilindro neumático (8) puede ser atornillable o roscado, también llamado, cilindro de cartucho.The piercing element (5) comprises the less a needle capable of penetrating at least one surface of the product (6) by means of suitable drive means that provide sufficient energy to said piercing element (5) to enter the product (6), taking into account the roughness and surface hardness characteristics of products (6) to which it applies. The drive of the element of drilling (5) may be given by the energy provided to the movable arm (10). If it is not enough, each drilling element (5) may be driven by at least one pneumatic cylinder (8) which, powered by a second compressed air inlet (7), as illustrated in Figure 4, push the piercing element (5) to which it is attached, until said piercing element (5) penetrates the product surface to a sufficient depth (6), thus being able to withstand tangential efforts derived from the speed of the moving arm (10). The cylinder tire (8) can be screwed or threaded, also called, cartridge cylinder
Alternativamente, el elemento de perforación (5) puede ir unido a al menos un resorte (9) que, en su tendencia a recuperar su estado de expansión tras comprimirse al contactar con la superficie del producto (6), empuja el elemento de perforación (5) hasta quedar total o parcialmente introducido en el producto (6) para aguantar las fuerzas tangenciales y evitar que resbale.Alternatively, the piercing element (5) it can be attached to at least one spring (9) which, in its tendency to recover its expansion state after compressing by contacting The product surface (6), pushes the drilling element (5) until fully or partially introduced into the product (6) to withstand the tangential forces and prevent it from slipping.
Claims (10)
(6).second fastening means adapted to act in collaboration with said first fastening means on at least one surface of the product (6), avoiding a relative displacement between the product (6) and the first fastening means coupled to the product (6), said second fastening means being able to withstand the tangential stresses during product handling
(6).
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