ES3033211T3 - Systems and methods for providing vacuum valve assemblies for end effectors - Google Patents

Abstract

Se describe un efector terminal para un brazo articulado. El efector terminal incluye un conjunto de válvulas con varios canales de suministro, cada uno de los cuales incluye un conducto de suministro, un sensor de presión en comunicación fluida con el conducto y un tapón del conducto de suministro. El conducto de suministro está en comunicación fluida con una fuente de vacío. Durante el uso, cada conducto de suministro se encuentra al vacío, de modo que la presión en su interior es prácticamente igual a la del vacío, o a una presión sustancialmente superior a la del vacío debido a que el tapón del conducto se ha movido y bloqueado una parte del conducto. El sensor de presión de cada conducto de suministro emite una señal que indica si la presión en el conducto es prácticamente igual a la del vacío o a una presión sustancialmente superior a la del vacío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y métodos para proporcionar conjuntos de válvula de vacío para efectores finales

ANTECEDENTES

La invención se refiere, en general, a sistemas robóticos y se refiere, en particular, a brazos articulados que incluyen efectores finales que proporcionan una fuente de vacío para la adquisición o el agarre de objetos.

Tales pinzas de vacío existen en muchas configuraciones en la técnica anterior. Generalmente, tales dispositivos utilizan aire comprimido para generar un vacío mediante el uso de una bomba de Venturi. El vacío se presenta entonces en el objeto que se va a adquirir a través de una variedad de interfaces.

Un tipo de interfaz es un único puerto abierto grande, que maximiza la presión de succión del vacío y, por lo tanto, está bien equipado para adquirir objetos pesados o empaquetados en plástico suelto. Esta configuración se conoce comúnmente como pinza de tipobolsa.

Otro tipo de interfaz es una matriz de puertos más pequeños, cada uno de los cuales puede tener un control de flujo integrado (debido a su pequeño tamaño de orificio) diseñado para cerrarlos o reducirlos si no están en contacto con el objeto que se va a adquirir. Al cerrar los puertos no sellados, se debe maximizar la presión de succión en los puertos que se han acoplado con éxito al objeto que se va a adquirir. Este enfoque brinda flexibilidad en la adquisición de objetos, ya que no todos los puertos tienen que acoplarse a un objeto para adquirirlo con éxito. Este control de flujo se logra generalmente por medio deregulación(o haciendo los puertos lo suficientemente pequeños como para que la fuga resultante de un puerto sin sellar sea irrelevante).

En otros sistemas de pinzas de vacío, se pueden usar válvulas de retención integradas en cámaras de puertos que están en contacto con el ambiente. Típicamente, tales dispositivos incluyen juntas de estanqueidad alrededor de los puertos de vacío en la superficie que topa con el objeto que se va a adquirir. Este enfoque, si bien es más complicado desde el punto de vista mecánico, tiene la ventaja de una fuerza de succión global más fuerte, ya que los puertos sin sellar realmente se cierran en la abertura, en lugar de limitarse a restringir el flujo de fuga. Para puertos grandes individuales, se usa una ventosa grande o un anillo de espuma. Para la configuración de matriz de puertos, se suele utilizar una matriz de ventosas o una almohadilla de espuma con orificios para cada uno de los puertos individuales.

En algunos sistemas de pinzas de vacío, se proporciona un conjunto de válvulas accionadas para el aire que fluye a través de la pinza; una válvula en la entrada de aire comprimido permite activar y desactivar el vacío, lo que permite que la pinzadeje caerun objeto. Este enfoque, sin embargo, es lento debido a las constantes de tiempo de igualación de la presión del aire dentro del cuerpo de la pinza. La velocidad de liberación aumenta drásticamente al agregar una segunda válvula controlada al puerto de escape del generador de vacío; al cerrar esta válvula, el aire comprimido se desvía a través del cuerpo de la pinza y sale por los puertos de vacío, lo que expulsa rápidamente el objeto adquirido de la superficie de la pinza con eficacia.

Las pinzas de vacío de la técnica anterior generalmente están diseñadas para un objeto o material específico en una orientación predeterminada. El estilo y la configuración específicos de la pinza se eligen para optimizar un problema de adquisición particular (por ejemplo, paletizar y despaletizar un tamaño/tipo particular de cajas de cartón). Tales pinzas no son en absoluto adecuadas para una amplia gama de objetos en orientaciones no predeterminadas.

Además, en tales sistemas de pinzas de vacío, se proporcionan algoritmos y sistemas de software que se desarrollan en torno al concepto de maximizar la velocidad y la eficiencia de los ciclos de anulación/reintento para los manipuladores robóticos que adquieren objetos. Estos algoritmos se han centrado, en algunas aplicaciones, en manipuladores de agarre mecánico de múltiples dedos fuertemente instrumentados. Los algoritmos utilizan los datos de los ángulos de las articulaciones y la potencia del motor para determinar en qué medida un objeto se ha agarrado bien y lo vuelven a intentar inmediatamente si el agarre no es lo suficientemente bueno.

En muchos de estos sistemas de pinzas de vacío, las técnicas de anulación/reintento con pinzas de vacío no son sofisticadas. Estas técnicas generalmente consisten en aplicar vacío, levantar la pinza y observar sensores de peso o caudal aproximado para determinar si se ha adquirido un objeto; si no es así, la pinza se vuelve a colocar sobre el objeto y se vuelve a intentar la adquisición. Esto se debe en gran medida a dos razones: 1) la mayoría de los sistemas de pinzas de vacío implementados actualmente están tan personalizados para el material que se está adquiriendo que los fallos de adquisición son escasos, lo que hace que no sean realmente necesarios ciclos rápidos de anulación y reintento, y 2) no existen pinzas de vacío con el tipo de instrumentación sofisticada presente en, por ejemplo, un efector final del tipo de agarre de múltiples dedos. El resultado es que los algoritmos de anulación/reintento existentes no pueden obtener de una pinza de vacío la información que necesitan para poder operar.

Sigue existiendo la necesidad, por lo tanto, de una pinza de vacío mejorada para usar en un brazo articulado que proporcione un rendimiento mejorado en la adquisición de una amplia variedad de objetos conocidos y desconocidos.

El documento WO 2017/044627 A1 parece describir un sistema para proporcionar control de vacío dinámico a un efector final de un brazo articulado. El sistema incluye una primera fuente de vacío para proporcionar una primera presión de vacío con un primer caudal de aire máximo, y una segunda fuente de vacío para proporcionar una segunda presión de vacío con un segundo caudal de aire máximo, en donde la segunda presión de vacío es mayor que la primera presión de vacío y en donde el segundo caudal de aire máximo es mayor que el primer caudal de aire máximo. El documento US 2013/277999 A1 describe un sistema de control de vacío que comprende una fuente de vacío a un efector final, incluyendo dicho efector final una abertura.

SUMARIO

Deacuerdo con una realización, la invención proporciona un sistema para proporcionar control de vacío de alto flujo a un efector final de un brazo articulado, según se define por las reivindicaciones 1-9 adjuntas.

Deacuerdo con una realización adicional, la invención proporciona un método para acoplar y mover una carga presentada por un objeto en un efector final en un sistema de vacío de alto flujo, como se define en las reivindicaciones adjuntas 10-15.

BREVE DESCRIPCIÓN DEL DIBUJO

La siguiente descripción puede entenderse mejor con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la Figura 1 muestra una vista esquemática ilustrativa de un efector final según una realización de la presente invención; la Figura 2 muestra una vista esquemática ilustrativa de una parte del disco de válvula de retención del efector final de la Figura 1 con un obturador de bola presionado contra la placa superior y que proporciona una única abertura en conexión con la válvula de retención;

la Figura 3 muestra una vista esquemática ilustrativa de la parte del disco de válvula de retención que se muestra en la Figura 2 con el obturador de bola desacoplado de la placa superior;

la Figura 4 muestra una vista isométrica esquemática ilustrativa de la espuma sellante del efector final de la Figura 1; la Figura 5 muestra una vista inferior esquemática ilustrativa de la espuma sellante de la Figura 4;

la Figura 6 muestra una vista esquemática ilustrativa de una parte del disco de válvula de retención del efector final de la Figura 1 con un obturador de bola presionado contra la placa superior y que proporciona vacío a múltiples aberturas en conexión con la válvula de retención;

la Figura 7 muestra una vista esquemática ilustrativa de la parte del disco de válvula de retención que se muestra en la Figura 6 con el obturador de bola desacoplado de la placa superior;

la Figura 8 muestra una vista de bloques esquemática ilustrativa del sistema de suministro de vacío para usar con el efector final de la Figura 1;

la Figura 9 muestra una vista esquemática ilustrativa de un ejemplo del sistema de suministro de vacío de la Figura 8; las Figuras 10A y 10B muestran vistas esquemáticas ilustrativas de una cubierta de efector final para usar con un efector final;

la Figura 11 muestra una vista isométrica diagramática ilustrativa de un efector final;

las Figuras 12A - 12D muestran vistas esquemáticas ilustrativas de cubiertas de efector final para usar de acuerdo con la invención; y

la Figura 13 muestra una vista esquemática ilustrativa del hardware de montaje que incluye celdas de carga para montar un efector final de la invención en un brazo robótico.

Los dibujos se muestran únicamente con fines ilustrativos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

De acuerdo con diversas realizaciones, la invención proporciona un nuevo sistema de pinzas de vacío de modalidad híbrida instrumentado que tiene las tres características principales siguientes. En primer lugar, el sistema ofrece modalidad híbrida. La superficie de agarre es un diseño único que incorpora las ventajas tanto de la configuración con unúnico puerto grandecomo de la configuración conmatriz de puertos controladosde una pinza de vacío, lo que da como resultado un único dispositivo que es más eficaz que cualquiera de las configuraciones existentes anteriormente. En segundo lugar, el sistema proporciona instrumentación única. La pinza se monta en el efector final utilizando una matriz de celdas de carga, de modo que el software de control dispone de un conocimiento preciso de los pesos y pares que está aplicando el objeto adquirido a la pinza. Cada puerto de vacío individual en la superficie de agarre también está instrumentado de manera que el software de control dispone de un conocimiento preciso acerca de en qué medida cada puerto individual está agarrando bien el objeto que se está adquiriendo. En tercer lugar, el software y los algoritmos novedosos proporcionan que los datos de sensor presentados se pueden usar para maximizar la eficiencia de los ciclos de anulación/reintento utilizando esta pinza instrumentada. El enfoque global de la modalidad híbrida, la instrumentación y los algoritmos aplicados a las pinzas de vacío se ilustra, en parte, mediante los siguientes ejemplos.

El conjunto de pinza instrumentada según una realización se muestra en la Figura 1. El conjunto de pinza 10 incluye un cabezal de generación de vacío 12, un bloque impelente 14, un disco de válvula de retención 16, una placa perforada 18 y espuma sellante 20 que tiene superficies de agarre 22. La espuma sellante incluye dos conjuntos de aberturas, un conjunto que generalmente está ubicado en el centro con respecto al otro conjunto, como se muestra más detalladamente en las Figuras 6 y 7.

La generación y el control del vacío se proporcionan moviendo aire comprimido a través de una válvula de control hacia una bomba de Venturi, que crea un vacío para que la pinza lo distribuya a la superficie de agarre. Una segunda válvula en la salida de la bomba de Venturi permiteexpulsarlos objetos adquiridos, como se describió anteriormente.

El bloque impelente se proporciona debajo de la bomba de Venturi, y el bloque impelente distribuye el vacío generado a cada uno de los puertos individuales en serie por medio de unos canales que están mecanizados en el bloque. Este enfoque minimiza la presión de vacío requerida para bloquear la válvula de control de cualquier puerto individual.

Con referencia adicional a la Figura 2, el disco de válvula de retención consta de una serie de cámaras, cada una de las cuales tiene una abertura recta 30 en la parte inferior y una abertura achaflanada 32 en la parte superior. Una sola cámara de este tipo (conducto de suministro) 34 se muestra en detalle en la Figura 2, junto con un obturador (bola) del conducto de suministro 36 y la abertura al bloque impelente de vacío 32, y un sensor de presión 38. El sensor de presión 38 responde a la presión dentro de la cámara 34 y proporciona una señal a una placa de circuito impreso 40 en el disco de válvula de retención 16. La placa perforada 18 incluye una pluralidad de aberturas de malla en comunicación con la cámara 34. Cada una de las aberturas 30 y las cámaras 34 se alinean y están asociadas con una abertura única en la pinza de espuma sellante 20, y cada conjunto de válvula de retención (incluida la cámara 34, la abertura 32, el obturador del conducto 36 y el sensor de presión 38) funciona independientemente de los demás conjuntos de válvula de retención.

La abertura superior 32 se acopla a la cámara impelente, proporcionando así un vacío a la cámara de válvula de retención 34. La abertura inferior 30 entrega el vacío a través de la placa perforada 18 a la superficie inferior de la pinza 20 y de ahí al objeto que se está adquiriendo. El obturador 36 en cada cámara de válvula de retención es una bola de plástico, de tal tamaño y peso que si la abertura inferior está abierta a la atmósfera (es decir, sin estar en contacto con un objeto que se va a adquirir) y se aplica vacío a la abertura superior, la bola de plástico 36 será empujada por el vacío hasta la abertura superior, donde se asentará firmemente contra el chaflán y sellará eficazmente ese puerto de válvula de retención en particular. Mediante el uso de estos tipos de puertos, se garantiza que los puertos que no estén realmente en contacto con un objeto que se va a adquirir queden sellados y no se pierda por ellos presión de vacío.

La placa perforada 18 se monta en la parte inferior del disco de válvula de retención 16. Consiste en una pieza delgada de metal con aberturas que se acoplan a cada válvula de retención. Estas aberturas son de tal tamaño y forma (en este caso se usa la forma de trébol) como para permitir que la bola 36 se asiente en la abertura sin caerse y sin sellar la abertura inferior 30. De esta forma, cuando el puerto no esté en contacto con un objeto que se va a adquirir, el aire fluirá a través de esta abertura, elevando la bola hasta la parte superior de la cámara y sellando ese puerto en particular. Cuando el puerto entra en contacto con un objeto, el vacío estará presente en la cámara 34 y mantendrá el objeto contra la superficie 22 de la pinza 20.

De importancia en este diseño es la placa de circuito impreso 40 incorporada. El disco de válvula de retención se divide en dos piezas, superior e inferior, como se muestra en la Figura 2, y la placa de circuito impreso 40 se intercala entre estas dos mitades. En la placa de circuito impreso 40 están montados una matriz de barómetros MEMS, cada uno de los cuales se proporciona como un sensor de presión 38 para un puerto (de nuevo, en la Figura 2 se muestra un único puerto). Estos sensores (barómetros MEMS) se colocan de tal manera que puedan detectar la presión del aire en la parte inferior de la cámara de válvula cerca de la superficie de la pinza. Otras aberturas 30 en la pinza 20 están asociadas a otros conjuntos de válvula (incluyendo otras cámaras, aberturas, obturadores de conductos y sensores de presión).

Cuando se aplica vacío a la pinza, los puertos que están en contacto con el objeto que se está adquiriendo permanecerán sin bloquear, lo que significa que los sensores en esos puertos leerán la presión de vacío (<< 1 atmósfera). Cualquier puerto que no esté en contacto con el objeto se bloqueará, lo que significa que la presión en la parte inferior de la cámara será equivalente a la presión atmosférica. Al leer todos los sensores, el sistema de software sabrá exactamente qué puertos están bloqueados y cuáles están en contacto firme (y, por lo tanto, proporcionando fuerza de agarre) con el objeto que se está adquiriendo. Incluso una vez que se ha adquirido un objeto, si este comienza a "desprenderse" de la pinza o se cae por completo, las lecturas de sensor cambiarán en consecuencia, lo que permitirá que el sistema de software lo sepa en tiempo real.

La pinza es circular en la superficie de agarre, como se muestra en las Figuras 4 y 5. Esta forma y simetría proporcionan otro grado de libertad al sistema de control del software. Nuevamente, la superficie de agarre 22 consta de una matriz de puertos, cada uno de los cuales tiene una válvula de retención y un sensor de presión integrados, como se describió anteriormente. Además, la superficie de agarre se compone de dos secciones, una sección 50 radialmente interna y una sección 52 radialmente externa. Las secciones están separadas por un anillo de espuma 54, que encierra el grupo central de aberturas 58 y se extiende más allá del resto de la superficie de agarre. La segunda pieza de espuma se ajusta alrededor del exterior del primer anillo de espuma y se extiende hasta el borde exterior de la superficie de agarre. Contiene aberturas 30 individuales para cada puerto de vacío.

El efecto de esta disposición es una pinza de modalidad híbrida que combina los beneficios de la configuración de un único puerto grande (o "bolsa") y la configuración de matriz de puertos controlados. Los puertos 58 en el medio (como se muestra en las Figuras 4 y 5) están comúnmente abiertos entre sí dentro del anillo de espuma, de modo que puedan lograr la fuerza de succión de un único puerto grande mientras aún se controlan con válvulas de retención. El anillo de espuma es más pequeño y se extiende más que el resto de la superficie de agarre; esto actúa esencialmente como una pinza secundaria más pequeña, lo que permite que este dispositivo acceda y adquiera superficies de objetos más pequeños donde la pinza más grande no podría encajar de otro modo. Para artículos más grandes, simplemente empujar todo el dispositivo hacia abajo para comprimir el anillo de espuma presentará toda la superficie de agarre al objeto, lo que permitirá el levantamiento adaptable de objetos grandes con superficies no uniformes.

Las Figuras 6 y 7 muestran la parte del disco de válvula de retención que permite que múltiples puertos en la pinza puedan estar de forma común en comunicación con una sola fuente de vacío.Enparticular, la parte central del disco de válvula de retención incluye una cámara 70 que tiene aberturas rectas 58 en la parte inferior y una abertura achaflanada 72 en la parte superior. Una sola cámara de este tipo (conducto de suministro) 70 se muestra en detalle en la Figura 6, junto con un obturador (bola) del conducto de suministro 76 y la abertura al bloque impelente de vacío 72, y un sensor de presión 74. Nuevamente, el sensor de presión 74 responde a la presión dentro de la cámara 70 y proporciona una señal a la placa de circuito impreso 40 en el disco de válvula de retención 16. La placa perforada 18 incluye aberturas de malla alineadas con la cámara 70. Cada una de las aberturas 58 está en comunicación con la cámara 70.

La abertura superior 72 se acopla a la cámara impelente, proporcionando así un vacío a la cámara de válvula de retención 70. Las aberturas inferiores 58 entregan el vacío a través de la placa perforada 18 a la superficie inferior de la pinza 20 en el área interior 50 como un grupo común de aberturas, y de ahí al objeto que se está adquiriendo. Nuevamente, el obturador 76 en la cámara de válvula de retención es una bola de plástico, de tal tamaño y peso que si la abertura inferior está abierta a la atmósfera (es decir, sin estar en contacto con un objeto que se va a adquirir) y se aplica vacío a la abertura superior, la bola de plástico 76 será empujada por el vacío hasta la abertura superior, donde se asentará firmemente contra el chaflán y sellará eficazmente ese puerto de válvula de retención en particular, como se muestra en la Figura 6. Mediante el uso de estos tipos de puertos, se garantiza que los puertos que no estén realmente en contacto con un objeto que se va a adquirir queden sellados y no se pierda por ellos presión de vacío. Cuando el puerto no esté en contacto con un objeto que se va a adquirir, el aire fluirá a través de esta abertura, elevando la bola hasta la parte superior de la cámara y sellando ese puerto en particular. Cuando el puerto entra en contacto con un objeto, la bola 76 caerá (como se muestra en la Figura 7) y el vacío estará presente en la cámara 70 y mantendrá el objeto contra la superficie de la pinza 20 en el área interior 50.

Esta modalidad híbrida permite la adquisición exitosa de un espectro mucho más amplio de objetos que cualquier tipo de pinza de vacío anterior por separado. Los objetos pesados en bolsas de plástico (p. ej., una bolsa de naranjas) no pueden adquirirse típicamente con pinzas de vacío estándar de matriz de puertos, sino sólo con pinzas de un solo puerto grande; el grupo de puertos centrales de la nueva pinza que se presenta aquí puede adquirir estos objetos. Otro ejemplo es una botella de champú en posición vertical; una pinza típica de un solo puerto grande será demasiado grande para sellarse a la parte superior de la tapa y, por lo tanto, no adquirirá el objeto. La pinza novedosa en el presente documento puede usar un único puerto del anillo exterior para sellarse a la tapa del champú; todos los demás puertos, incluido el grupo central, se bloquearán, lo que permitirá que este dispositivo adquiera el objeto con éxito.Enotras realizaciones, se pueden aplicar diferentes presiones de vacío al conjunto interior de aberturas en comparación con el conjunto exterior de aberturas en una variedad de formas, incluida, por ejemplo, la restricción del flujo de aire en el conjunto exterior de aberturas.

Esta combinación de potencia y flexibilidad es única y poderosa. Al combinar los beneficios de múltiples configuraciones, el resultado es una gran reducción o eliminación de la necesidad de cambiar herramientas, junto con el coste y el tiempo asociados.

Deacuerdo con ciertas realizaciones, la invención proporciona, además, un sistema para proporcionar control de vacío de alto flujo a un efector final de un brazo articulado.Deacuerdo con diversas realizaciones, la invención proporciona un sistema de agarre dinámico de alto flujo y puede incluir opcionalmente un mecanismo para seleccionar entre la fuente de alto flujo y una fuente de alto vacío, dependiendo de la aplicación. Por lo tanto, los sistemas de vacío de alto flujo de la invención se pueden usar opcionalmente con fuentes de alto vacío.

El sistema, por ejemplo, puede incluir una primera fuente de vacío para proporcionar una primera presión de vacío con un primer caudal de aire máximo (por ejemplo, al área interior 50), y una segunda fuente de vacío para proporcionar una segunda presión de vacío con un segundo caudal de aire máximo (por ejemplo, al área exterior 52). En determinadas realizaciones, la segunda presión de vacío es mayor que la primera presión de vacío y en donde el segundo caudal de aire máximo es mayor que el primer caudal de aire máximo. Lo contrario también es posible en otras aplicaciones. Los caudales se caracterizan como caudales de aire máximos porque, cuando un objeto se acopla en un efector final, el caudal puede caer significativamente. La fuente de alto flujo se puede usar junto con una fuente de alto vacío o como una fuente única.

La Figura 8 muestra, por ejemplo, un sistema 100 para usar con un efector final de acuerdo con una realización de la presente invención en el que se proporciona una fuente de alto vacío 102 opcional, así como una fuente de alto flujo 104 y una fuente de liberación 106, cada una de las cuales está acoplada a una unidad de selección 108, que está acoplada a un efector final 110. La unidad de selección 108 selecciona entre la fuente de alto vacío 102, la fuente de alto flujo 104 y la fuente de liberación 106 para proporcionar cualquiera de alto vacío, vacío con alto flujo o un flujo de liberación al efector final. Por lo tanto, la Figura 8 muestra una forma general de la invención, que comprende mecanismos para producir alto vacío y alto flujo, una fuente de liberación que proporciona presión atmosférica a través de una rejilla de ventilación o alta presión (soplado) a través de un compresor o depósito, y un mecanismo para seleccionar la fuente más adecuada para la situación actual.

En particular, la Figura 9 muestra un sistema 120 de acuerdo con una realización de la invención que incluye un compresor 122 que está acoplado a un eyector 124 para proporcionar una fuente de alto vacío que está acoplada a una válvula solenoide 126. Un soplador 128 está también acoplado a la válvula de solenoide 120 a través de una válvula antirretorno 130, y el soplador 128 proporciona una fuente de vacío con un alto caudal máximo. También se proporciona una rejilla de ventilación o fuente de soplado a la válvula solenoide 120, cuya salida se proporciona a un efector final 132. Por lo tanto, el sistema proporciona el eyector 124 como la fuente de alto vacío, el soplador regenerativo 128 como la fuente de alto flujo, la válvula antirretorno 130 como el mecanismo de selección pasiva y la válvula solenoide 120 que conecta el efector a la fuente de liberación, ya sea ventilación o soplado.

La presión de vacío proporcionada por el eyector 124 puede ser, por ejemplo, al menos aproximadamente 90.000 Pascales por debajo de la atmosférica y la presión de vacío proporcionada por el soplador 128 puede ser solo no más de aproximadamente 25.000 Pascales por debajo de la atmosférica en algunos ejemplos, y no más de aproximadamente 50.000 pascales por debajo de la atmosférica en otros ejemplos. La presión de vacío proporcionada por el soplador 128 es, por lo tanto, mayor que la presión de vacío proporcionada por el eyector 124. El caudal de aire máximo del eyector puede ser, por ejemplo, no más de 5 pies cúbicos por minuto (por ejemplo, 1 - 2 pies cúbicos por minuto), y el caudal de aire máximo del soplador puede ser, por ejemplo, al menos aproximadamente 100 pies cúbicos por minuto (por ejemplo, 130 - 140 pies cúbicos por minuto).

De acuerdo con la presente invención, por lo tanto, los efectores finales de la invención incluyen una región central de una superficie de pinza que proporciona un agarre de alto flujo. La superficie en la región central de la pinza incluye una cubierta de apertura especializada para usar con una pinza de vacío de alto flujo. En particular, y como se muestra en las Figuras 10A (lado orientado hacia el brazo articulado) y 10B (lado orientado hacia el objeto), dicha cubierta 140 puede incluir un lado posterior proximal 142 que no permite que el aire fluya a través del material, y un lado frontal distal 144 para acoplar objetos que están formados de un material de espuma. Las aberturas de hendidura 146 en forma de estrella o asterisco, que no son de acuerdo con la invención, se proporcionan a través del material en este ejemplo. Durante el uso, los objetos alargados pueden recibirse a lo largo de aberturas de hendidura opuestas y sujetarse por el material de espuma.

La espuma adaptable sobre la superficie 144 entra en contacto con el objeto que se va a adquirir, dando a la pinza algo de adaptabilidad mientras actúa también para sellar la apertura alrededor del objeto cuando la espuma se comprime y se aplica el vacío de alto flujo. Por lo tanto, la cubierta de apertura permite que una pinza de alto flujo recoja de forma efectiva objetos largos y estrechos con una cubierta fácil de colocar que se puede sujetar en un cambiador de herramientas y añadir a o quitar de la pinza de forma autónoma durante la operación en tiempo real.

La Figura 11 muestra una pinza 150 de efector final que tiene una cubierta 140 de este tipo utilizada en conexión con una superficie de pinza que tiene una sección exterior 52, como se explicó anteriormente, y una sección interior 152 que proporciona un alto flujo a través de la cubierta 140. La cubierta también puede estar al ras con la pared circular 54, como se muestra.

Por lo tanto, en una realización se proporciona un sistema para proporcionar control de vacío a un efector final de un brazo articulado, donde el sistema incluye una fuente de vacío para proporcionar una presión de vacío a un caudal alto al efector final, y el efector final incluye una cubierta que incluye una abertura cuyo radio varía significativamente desde un centro de la cubierta. La abertura puede incluir aberturas para los dedos que se extienden radialmente desde el centro de la abertura. La abertura puede tener generalmente forma de estrella o forma de asterisco. La cubierta puede incluir espuma adaptable en un lado distal de la cubierta que se acopla con un objeto que se va a agarrar, y un material resistente al flujo de aire en un lado proximal de la cubierta. La presión de vacío puede ser de no más de aproximadamente 50.000 Pascales por debajo de la atmosférica, y el caudal de aire puede ser de al menos aproximadamente 100 pies cúbicos (2832 litros) por minuto.

Por lo tanto, la invención proporciona un sistema para proporcionar control de vacío a un efector final de un brazo articulado, donde el sistema incluye una fuente de vacío para proporcionar una presión de vacío a un caudal al efector final, y el efector final incluye una cubierta que incluye un material resistente al flujo de aire en un lado proximal de la cubierta y un material adaptable en un lado distal de la cubierta para ponerse en contacto con los objetos que se van a agarrar. La cubierta puede incluir una abertura que varía significativamente en radio desde el centro de la cubierta, y la abertura puede incluir aberturas para los dedos que se extienden radialmente desde el centro de la abertura. La abertura puede tener generalmente forma de estrella o de asterisco. La cubierta puede estar formada por un material adaptable e incluir espuma adaptable en un lado distal de la cubierta que se acopla con un objeto que se va a agarrar, y la cubierta puede incluir un material resistente al flujo de aire en un lado proximal de la cubierta. La presión de vacío puede ser de no más de aproximadamente 25.000 Pascales o 50.000 Pascales por debajo de la atmosférica, y el caudal de aire puede ser de al menos aproximadamente 100 pies cúbicos por minuto.

Las cubiertas con aberturas, de acuerdo con la presente invención, se muestran en las Figuras 12A - 12D. La Figura 12A muestra, por ejemplo, una cubierta 160 que incluye aberturas de hendidura 162. La Figura 12B muestra una cubierta 170 que incluye aberturas cuadradas de diferentes tamaños 172, 174. La cubierta 180 que se muestra en la Figura 12C incluye pequeñas aberturas circulares 182, y la cubierta 190 que se muestra en la Figura 12D incluye aberturas de formas diferentes 192 y 194. En cada una de las cubiertas 140, 160, 170, 180 y 190, una superficie de espuma adaptable puede orientarse hacia el objeto que se va a adquirir, y se proporciona más área de la cubierta para abrirse más cerca del centro de la cubierta con respecto a la periferia exterior de cada cubierta. Por ejemplo, en la cubierta 140, el centro de la forma de los asteriscos es el más abierto. En la cubierta 160, las hendiduras más grandes se proporcionan en el centro. En la cubierta 170, las aberturas cuadradas más grandes se proporcionan en el centro. En la cubierta 180, la mayor concentración de las aberturas circulares se proporciona en el centro, y en la cubierta 190, la forma más grande 192 se proporciona en el centro.

El conjunto de pinza se puede montar en el extremo de una amplia variedad de brazos robóticos de 4 o 6 ejes. El conjunto de montaje 200 incorpora celdas de carga, como se muestra en la Figura 13. Hay cuatro celdas de carga 202, colocadas entre el soporte de montaje 204 en el extremo del brazo robótico y la superficie superior del cuerpo de pinza 206. Una de estas celdas de carga se coloca en cada esquina del cuerpo de pinza, lo que permite que el sistema de SW conozca con precisión la distribución del peso de un objeto adquirido y las fuerzas y pares resultantes que el objeto ejerce sobre la pinza. Estos sensores también detectarán si un objeto se ha caído de la pinza durante la adquisición o el movimiento; el sistema de software integrará estos datos con los datos proporcionados por la matriz de sensores de presión en el bloque de válvulas de retención para proporcionar información a los algoritmos que maximizan la velocidad y la eficiencia de anulación/reintento.

Por lo tanto, el sistema no requiere el uso de sofisticados algoritmos de software que utilicen procesos probabilísticos y predictivos para maximizar la velocidad y la eficiencia de los ciclos de adquisición/fallo/anulación/reintento con efectores finales de agarre de tipo manual con múltiples dedos. Estos algoritmos se basan en datos precisos sobre los ángulos de las articulaciones y las velocidades/corrientes/pares del motor, así como en los datos de imágenes de los sistemas de cámaras 2D o 3D para saber si una adquisición se ha realizado correctamente o no y planificar un nuevo intento si es necesario. Debido a que anteriormente las pinzas de vacío carecían de cualquier tipo de detección sofisticada similar, y debido a que las aplicaciones anteriores han sido limitadas y altamente controladas, estos algoritmos no se han aplicado previamente a situaciones de agarre por vacío.

La pinza novedosa descrita en el presente documento proporciona tales datos utilizando sensores económicos (celdas de carga y barómetros MEMS). Cuando la pinza se coloca sobre un objeto y se habilita el vacío, el sistema de control de software tendrá inmediatamente un mapa de qué puertos están proporcionando succión al objeto y cuáles están bloqueados. Con un conocimientoa prioridel objeto (a partir de las imágenes 2D/3D y la comparación en bases de datos, por ejemplo), el SW podrá calcular un porcentaje de éxito para la adquisición del objeto.

Si el porcentaje se sitúa por debajo de un umbral, el sistema de control puede interrumpir el vacío y recolocar la pinza para volver a intentarlo rápidamente sin tener que realizar primero el intento y fallo en la adquisición. Esto mejorará en gran medida la velocidad de reintento.

Si el porcentaje se sitúa por encima de un cierto umbral, el sistema de control puede levantar la pinza. En este punto, los datos de la matriz de celdas de carga comenzarán a indicarle al sistema de control si el peso del objeto se está levantando o no, y en qué posición y con qué par. A medida que se mueve el objeto, la celda de carga y los datos de presión del puerto también advertirán al sistema de control si la adquisición está fallando y el objeto se va a caer, lo que permitirá que el sistema de control adopte las medidas pertinentes.

Estos datos proporcionarán al sistema de control de software una imagen en tiempo real de dónde, cómo y en qué medida se está adquiriendo bien un objeto, desde antes de que la pinza se haya movido hasta la entrega y liberación del objeto. Estos datos pueden ser utilizados por un sistema de control de software como entrada para algoritmos de anulación/reintento eficaces que anteriormente solo utilizaban manipuladores más sofisticados.

Por lo tanto, la pinza de vacío de modalidad híbrida instrumentada que se presenta en el presente documento combina los beneficios de las configuraciones anteriores de pinzas de vacío en un solo dispositivo, al tiempo que integra sensores que brindan el tipo de datos de adquisición detallados necesarios para permitir avanzados algoritmos de software con eficiencia de anulación/reintento previamente reservados para pinzas de dedos múltiples más sofisticadas. El resultado es un único efector final económico que se puede utilizar para adquirir y mover de manera rápida y eficiente una gama muy amplia de tipos, tamaños, pesos, así como tipos de envase, de objetos, en una variedad de orientaciones.

Los expertos en la técnica apreciarán que pueden hacerse numerosas modificaciones y variaciones en las realizaciones divulgadas anteriormente sin desviarse del alcance de la presente invención según se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para proporcionar control de vacío de alto flujo a un efector final de un brazo articulado, comprendiendo dicho sistema: una fuente de vacío de alto flujo que proporciona una abertura en un extremo distal del efector final con un área de vacío de alto flujo en el efector final de modo que un objeto se pueda enganchar en la abertura para el movimiento por el brazo articulado, al tiempo que se permite un flujo sustancial de aire a través de la abertura, en donde la abertura es proporcionada por una cubierta (160, 170, 180, 190), incluyendo dicha cubierta (160, 170, 180, 190) un material flexible orientado hacia fuera, y en donde la abertura de la cubierta (160, 170, 180, 190) incluye una pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194), proporcionando dicha pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) más flujo de aire en la región central de la cubierta que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la presión de vacío no está más de aproximadamente 50.000 Pascales por debajo de la atmosférica, y en el que el caudal de aire máximo es de al menos aproximadamente 100 pies cúbicos (2832 litros) por minuto.

3. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas en la cubierta (160, 170, 180, 190) incluye cualquiera de una pluralidad de aberturas de hendidura (162), una pluralidad de aberturas cuadradas (172, 174), una pluralidad de aberturas circulares (182) o una abertura cruciforme en la región central (192) y una pluralidad de aberturas de hendidura en la región periférica (194).

4. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) incluye un mayor número de aberturas en la región central que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

5. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) incluye aberturas más grandes en la región central que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

6. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas en la cubierta (170) incluye una pluralidad de aberturas cuadradas (172, 174), en donde la pluralidad de aberturas cuadradas (172, 174) son mayores en el centro de la cubierta (170).

7. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas en la cubierta (180) incluye una pluralidad de aberturas circulares (182), en donde una concentración de la pluralidad de aberturas circulares (182) es mayor en el centro de la cubierta (180).

8. El sistema según la reivindicación 1, en el que la pluralidad de aberturas en la cubierta (160) incluye una pluralidad de aberturas de hendidura (162), en donde la pluralidad de aberturas de hendidura (162) son mayores en el centro de la cubierta (160).

9. El sistema según la reivindicación 1, en el que las aberturas en la cubierta (190) incluyen una abertura cruciforme en la región central (192) y una pluralidad de aberturas de ranura en la región periférica (194), en donde la abertura cruciforme (192) es mayor que las aberturas de hendidura (194).

10. Un método para acoplar y mover una carga presentada por un objeto en un efector final en un sistema de vacío de alto flujo, comprendiendo dicho método:

proporcionar un vacío de alto flujo en una abertura en una cubierta (160, 170, 180, 190) de un extremo distal del efector final;

acoplar un objeto en la abertura al tiempo que se permite un flujo sustancial de aire a través de la abertura; restringir el flujo de aire en una región periférica de la abertura en la cubierta (160, 170, 180, 190), al tiempo que se permite relativamente más flujo de aire en una región central de la abertura en la cubierta (160, 170, 180, 190); y mover el objeto acoplado utilizando el efector final,

en donde la abertura de la cubierta (160, 170, 180, 190) incluye una pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194), dicha pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) proporciona más flujo de aire en la región central de la cubierta (160, 170, 180, 190) que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

11. El método según la reivindicación 10, en el que la presión de vacío no está más de aproximadamente 50.000 Pascales por debajo de la atmosférica, y en el que el caudal de aire máximo es de al menos aproximadamente 100 pies cúbicos (2832 litros) por minuto.

12. El método según la reivindicación 10, en el que la pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) incluye un mayor número de aberturas en la región central que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

13. El método según la reivindicación 10, en el que la pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) incluye aberturas más grandes en la región central que en la región periférica de la cubierta (160, 170, 180, 190).

14. El método según la reivindicación 10, en el que la pluralidad de aberturas (162, 172, 174, 182, 194) en la cubierta incluye cualquiera de una pluralidad de aberturas de hendidura (162), una pluralidad de aberturas cuadradas (172, 174), una pluralidad de aberturas circulares (182) o una abertura cruciforme en la región central (192) y una pluralidad de aberturas de hendidura en la región periférica (194).

15. El método según la reivindicación 10, en el que el método comprende, además, determinar si se debe mantener un agarre sobre un objeto en respuesta a un sistema de detección de carga que caracteriza una carga presentada por el objeto.