AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

Campo de la Invención

La presente invención se refiere a un sistema de posicionamiento en 2 dimensiones de alta precisión el cual es una alternativa de las aplicaciones a sistemas robóticos, ya sean sistemas cartesianos XY o de brazos robóticos para posicionar productos o subensambles en diferentes ejes de movimiento XY.

Asi mismo, la presente invención se refiere a un actuador para la automatización en variadas aplicaciones.

Antecedentes de la Invención

Existen diversas aplicaciones en el campo de la automatización para generar movimientos, tales como brazos robóticos o sistemas cartesianos X-Y o actuadores lineales en X-Y.

Las necesidades de automatización en diversos campos de su aplicación, van desde aplicadores de adhesivos de todo tipo: líquidos, viscosos o solidos; soldaduras de circuitos electrónicos, componentes y/o cables, mediante cualquier metal, pasta o plasma; micro soldaduras de circuitos integrados, soldaduras de arco, soldadura con estaño, etc.; agitadores de líquidos de cualquier aplicación en talleres, fábricas y laboratorios; aplicadores de pinturas; cortadoras de plantilla, pegatinas, empaques, cartón, acero y plásticos; aplicaciones de atornilladores, costuras; relojería, etc.

Todos los sistemas robóticos que se encuentran en el estado del arte son complejos, de alto costo y no permiten más que generar áreas de trabaj o limitadas .

Sin embargo, el inventor con conocimientos en el estado del arte , después de más de 20 años de experiencia en desarrollo de aplicaciones de automati zación para soluciones en la industria electrónica, le surgió la idea al inventor de un actuador sencillo que generara movimientos orbitales , teniendo como punto obj etivo en el plano X-Y , una vez realizando el primer prototipo se pudo identi ficar que esta innovación tiene una gran cantidad de aplicaciones , ya que puede ser usado para todas la aplicaciones de baj o o gran peso , de baj a y/o alta precisión, de formas planas o formas irregulares que estén dentro de rangos o área preestablecida en el plano X-Y . Los cuales constan de una estructura complej a con alto número de componentes como : pistones , servomotores o sistemas cartesianos , los cuales elevaban el costo de la aplicación y los hacen complej os en su instalación, uso y mantenimientos ; además de que en muchas ocasiones no son reutili zables en otras aplicaciones y se hacen de di fícil adaptación .

La presente invención, mediante un actuador programable , es una alternativa a cualquier sistema de automati zación repetitiva ej emplo , tales como brazos robóticos . Asi mismo , por su simplicidad de componentes , permite la construcción del actuador según las necesidades especi ficas del usuario , es decir, en cualquier tamaño o dimensiones de área de traba j o .

Problema a resolver :

El inventor no tiene conocimiento de que existan sistemas satelitales en el estado de la técnica un dispositivo que permita de manera eficiente ser una alternativa a cualquier sistema de manufactura industrial repetitiva, tales como brazos robóticos .

Solución :

Proveer al usuario de un actuador que permita movimientos y posicionamiento repetitivo de alta precisión en el plano XY, con un mecanismo simplificado de componentes internos, libre de calibración, con posibilidades de reutilización en caso de cambios de aplicaciones y requerimientos, menor espacio para su operación, menor costo de implementación, más eficiente en el consumo de energía, menores dimensiones en el dispositivo y por lo tanto menor uso del espacio, fácil de adaptar en un sin número de diferentes aplicaciones además de una gran ventaja de miniaturización .

Asi mismo, proveer al usuario de un sistema que permita el movimiento de la pieza de trabajo o de la herramienta de trabajo o ambos simultáneamente.

Sumario de la Invención

La presente invención se refiere a un actuador de movimiento satelital en dos dimensiones, que genera una trayectoria de posicionamiento (7) en un punto o varios puntos objetivo (5) definidos, que comprende: un eje motriz de salida (1) ; un eje central motriz (2) ; un eje piñón de entrada (3) ; y un engrane transportador (4) ; en donde, el eje central motriz (2) se encuentra conectado mecánicamente al eje motriz de salida (1) , en donde, al generar movimiento rotacional del eje central motriz (2) , éste mueve a su vez el eje motriz de salida (1) de manera rotacional, en donde, el eje piñón de entrada (3) se encuentra conectado mecánicamente al engrane transportador (4) , en donde al generar movimiento rotacional del eje piñón de entrada (3) , éste mueve a su vez el engrane transportador (4) de manera rotacional, en donde, el eje motriz de salida (1) se encuentra acoplado mecánicamente al engrane transportador (4) , en donde, el centro del engrane transportador (4) es concéntrico con el eje central motriz (2) , en donde, el centro del eje motriz de salida (1) se encuentra a una distancia (d2) del centro del Eje central motriz (2) , la cual es mayor a 0, y en donde, al accionar el movimiento mecánico rotacional del eje central motriz (2) en conjunto con el eje piñón de entrada (3) , se genera un movimiento en dos dimensiones X-Y.

Asi mismo, la distancia (d2) es la distancia entre los centros del eje motriz de salida (1) y el centro del Eje central motriz (2) .

En otra modalidad, la transmisión de movimiento es mediante poleas, en donde, (d2) es la distancia entre el Eje Motriz de Salida (1) y el Eje central motriz (2) .

En otra modalidad, el actuador de movimiento satelital consta de un sistema de transmisión de movimiento mediante engranaje directo, para el posicionamiento del Eje Motriz de Salida (1) .

En otra modalidad el actuador de movimiento satelital consta de un sistema de transmisión de movimiento mediante bandas (B) que conectan los engranes principales de movimiento, para el posicionamiento del Eje Motriz de Salida (1) •

Asi mismo, el punto objetivo (5) es cualquier punto en el espacio en donde se desee trabajar y debe de estar dentro de un área de alcance (6) . El área de alcance (6) siempre contendrá dentro de ella la trayectoria de posicionamiento (7) .

En otra modalidad, el punto objetivo (5) es cualquier punto en el plano X-Y que se desea acceder y/o la creación de una trayectoria trazada por puntos definidos y que está dentro del área de alcance (6) . El área de alcance (6) siempre contendrá dentro de ella esta trayectoria deseada de posicionamiento (7) .

En otra modalidad, el punto objetivo (5) es cualquier punto en el plano X-Y que se desea acceder y/o la creación de una trayectoria trazada por puntos definidos y que está dentro del área de alcance (6) . El área de alcance (6) siempre contendrá dentro de ella esta trayectoria deseada de posicionamiento (7) .

En otra modalidad, la velocidad y aceleración de la trayectoria de posicionamiento (7) que se realiza para llegar a los puntos objetivo (5) , son controladas mediante señales eléctricas enviadas hacia al menos dos motores conectados uno al eje central motriz (2) y otro al eje piñón de entrada (3) .

Por otra parte, el área de alcance (6) es el área comprendida dentro de la sustracción de dos circuios concéntricos, circulo concéntrico mayor (CC1) , y circulo concéntrico menor (CC2) , en donde la trayectoria de posicionamiento (7) y los puntos objetivo (5) están contenidos, en donde, el centro del circulo concéntrico mayor (CC1) es el centro del Eje Motriz de Salida (1) , y en donde, el centro del circulo concéntrico menor (CC2) es el centro del Eje Motriz de Salida ( 1 ) .

Asi mismo, el área de alcance (6) tiene la forma geométrica de corona circular.

En otra modalidad, la presente invención se refiere a un sistema de movimiento satelital, en donde la resta de los radios del circulo concéntrico mayor (CC1) , y el circulo concéntrico menor (CC2) , es igual a la anchura (di) del área de alcance ( 6 ) .

En otra modalidad, La presente invención se refiere a un sistema de movimiento satelital, en donde la resta de los radios del circulo concéntrico mayor (CC1) , y el circulo concéntrico menor (CC2) , es igual al diámetro del circulo de carrera (C) .

Por otra parte, la anchura del área de alcance (di) es igual al doble de la distancia entre el centro del Eje Motriz de Salida (1) y el centro del eje central motriz (2) y cumple con ecuación: di = d2 x 2 en donde, di es la anchura del área de alcance, y d2 es la distancia entre el Eje Motriz de Salida (1) y el Eje central motriz (2) ;

La carrera (C) es un circulo imaginario cuyo radio es

(d2) . De la misma manera, el diámetro del circulo concéntrico menor (CC2) siempre es mayor que cero.

La trayectoria de posicionamiento (7) comprende el camino para llegar de un punto objetivo (5) a otro punto objetivo (5) , y en donde, la trayectoria de posicionamiento (7) está definida por al menos dos puntos objetivo (5) .

Descripción de las Figuras

La figura 1, es una vista esquemática de los componentes internos del actuador de la presente invención.

La figura 2, es una vista esquemática del actuador de la presente invención con su carcasa.

La figura 3, es una vista esquemática superior del actuador, denotando un corte longitudinal A-A.

La figura 4, es una vista lateral del actuador del corte longitudinal A-A, en donde se ilustran los componentes internos de la presente invención.

La figura 5, es una vista esquemática lateral del actuador, denotando un corte transversal B-B.

La figura 6, es una vista superior del actuador del corte transversal B-B, en donde se ilustran los componentes internos de la presente invención.

La figura 7, es una vista esquemática que ejemplifica los componentes internos del actuador de la presente invención conectados mediante bandas (B) .

La figura 8, es una vista esquemática superior de los componentes del actuador, en donde se ejemplifica el área de alcance (6) en forma de corona.

La figura 9, es una vista esquemática superior de los componentes del actuador, en donde se ejemplifica el área de alcance (6) cuando el diámetro del circulo concéntrico menor (CC2) tiende a cero.

La figura 10, es una vista esquemática superior de los componentes del actuador, en donde se ejemplifica que el diámetro del circulo concéntrico menor (CC2) puede crecer tanto como se requiera para que el área de alcance (6) sea más grande .

Descripción Detallada de la Invención

El Actuador para acceso a coordenadas XY mediante movimiento satelital (Actuador a XY Satelital) es un actuador que genera una trayectoria de posicionamiento (7) en un punto o series de puntos objetivo definidos.

La presente invención consta de dos ejes de entrada dentro de un sistema rotativo, que pueden ser, por ejemplo, rotados o activados, mediante motores eléctricos y mediante un software que aplica un algoritmo, para rotar el Eje Motriz de Salida (1) de manera controlada a través de dos ejes que se coordinan en movimiento con un eje de salida para rotar el Eje Motriz de Salida (1) siguiendo una trayectoria de posicionamiento (7) deseada. La trayectoria de posicionamiento (7) programada siempre coincide con un punto (s) objetivo (5) definido en el espacio.

El concepto básico de la presente invención tanto es capaz de mover la herramienta o en mover el producto bajo proceso. De esta manera, se simplifica la necesidad de utilizar brazos robóticos para la automatización repetitiva.

El actuador de movimiento satelital en dos dimensiones resuelve la necesidad de un sistema de movimientos y posicionamiento repetitivo de alta precisión en los planos X/Y. Es una alternativa a sistemas de automatización que involucran complejos mecanismos, programas e interfaces de operación especializados.

Una gran ventaja del actuador de la presente invención es que consta de un menor número de componentes que el arte previo conocido. También, no requiere de programas de control en ciertas aplicaciones.

Asi mismo, debido al menor número de componentes, la vida útil es mayor que el arte previo y, los costos de mantenimiento y calibración son menores.

Las aplicaciones de la presente invención van desde la micro robótica, por ejemplo: microelectrónica, medicina, farmacéutica, relojería, etc. Asi como, en macro robótica tales como: minería, automotriz, aeronáutica, etc. Simplemente se construye el actuador al tamaño necesario según las necesidades del usuario. Los componentes y geometría siempre será los mismos. Lo único que se variará será el tamaño y materiales de estos .

Algunos ejemplos de las aplicaciones de la presente invención son: aplicadores de adhesivos de todo tipo (Líquidos, viscosos, solidos, etc.) ; soldadura de circuitos electrónicos de componentes o cables, cualquier metal, pasta, plasma, micro soldaduras de circuitos integrados, soldadura de arco, soldadura con estaño, etc.; agitadores de líquidos de cualquier aplicación en talleres, fabricas, laboratorios, etc.; aplicadores de pinturas; cortadoras de plantilla, pegatinas, empaques , cartón, acero , plásticos ; aplicaciones de atornilladores ; costuras ; reloj ería, etc . Para determinar el tamaño adecuado del actuador se toman en cuenta las variables de tamaño del producto o solución, peso y la trayectoria de posicionamiento ( 7 ) deseada a seguir, que dimensionalmente debe caber dentro del área de alcance ( 6 ) del Actuador a XY Satelital . Esto es , dependiendo del tamaño y peso del producto o solución, asi como la trayectoria de posicionamiento ( 7 ) de proceso o aplicación a seguir dentro del producto o solución se determina el tamaño del actuador a implementar, para que éste pueda contener en su área de alcance ( 6 ) la trayectoria de posicionamiento ( 7 ) deseada .

El actuador de la presente invención consiste , de manera básica, de 4 componentes primordiales como se muestra en la figura 1 . Estos componentes pueden variar en tamaño , forma y materiales dependiendo de los requerimientos especí ficos del usuario , las variables como dimensiones y peso de la pieza a trabaj ar . Las características físicas del actuador de la presente invención dependerán principalmente del tamaño de la trayectoria de posicionamiento ( 7 ) deseada, asi como del peso y dimensiones del producto o solución a procesar en la aplicación .

En otra modalidad, la presente invención puede utili zar diversos tipos de transmisión mecánica para conectar los componentes del actuador, tales como engranes y bandas de transmisión .

El actuador satelital de la presente invención puede incluir ejes accionados ya sea por engranaje directo, bandas, o combinación de ambos, conectando los engranes principales de movimiento para posicionamiento del Eje Motriz de Salida (1) , dependiendo de la aplicación especifica. La figura 7 ejemplifica lo anterior.

Las cargas, pesos, torque requerido y tamaño del producto a procesar determinaran los componentes como poleas, engranes, rodamientos ejes y/o bandas, asi como los materiales requeridos para el ensamblaje del Actuador a XY Satelital.

Como se mencionó anteriormente, el actuador de la presente invención consta de al menos 4 componentes principales, ejemplificados en la figura 1: eje motriz de salida (1) , eje central motriz (2) , eje piñón de entrada (3) , y engrane transportador (4) . Algunos accesorios requeridos por la aplicación pueden variar o agregarse al sistema dependiendo del desempeño de la implementación requerida.

El área de alcance (6) del actuador satelital de la presente invención es el plano delimitado por dos circuios concéntricos donde la trayectoria de posicionamiento (7) y el Punto (s) objetivo (5) deben estar contenidos. Tiene una forma de corona circular o dona en plano 2D y está contenida entre los dos circuios concéntricos CC1 Y CC2, uno más grande que el otro .

El área de alcance (6) es el área sustraída de los circuios concéntricos, circulo concéntrico mayor (CC1) , y circulo concéntrico menor (CC2) , en donde la trayectoria de posicionamiento (7) y los puntos objetivo (5) están contenidos, en donde para lograr el movimiento de la pieza de trabajo, el centro del circulo concéntrico mayor (CC1) y el centro del circulo concéntrico menor (CC2) , deben coincidir con el centro del Eje Motriz de Salida (1) . Las figuras 8, 9 y 10 ejemplifican lo anterior.

El inventor ha encontrado que siempre, la anchura del área de alcance (di) es igual al doble de la distancia entre el centro del Eje Motriz de Salida (1) y el centro del eje central motriz (2) y cumple con ecuación: di = d2 x 2 en donde, di es la anchura del área de alcance, y d2 es la distancia entre el eje motriz de salida (1) y el eje central motriz (2) .

Asi mismo, la posición de la corona circular o el área de alcance (6) puede definirse de acuerdo con la necesidad de la implementación del sistema y se extiende hasta el circulo concéntrico mayor (CC1) , que es el limite exterior del área de alcance (6) . Asi mismo, el limite interior del área de alcance (6) será definido por el circulo concéntrico menor (CC2) .

En otra modalidad la presente invención permite el uso de un Programa Generador de Coordenadas que regula los movimientos de dos servomotores conectados cada uno, por separado, al eje central motriz (2) y al eje piñón de entrada (3) . Y, mediante un algoritmo, se calculan las rotaciones en grados que alimentan a los servomotores para generar los puntos objetivo (5) y la trayectoria de posicionamiento (7) .

Por otra parte, el diámetro interior del circulo concéntrico menor (CC2) puede aproximarse a cero, pero siempre debe ser mayor que cero. En este punto, la geometría del área de alcance (6) se aproxima a un círculo, tal y como lo ilustra la figura 9.

El diámetro del círculo concéntrico mayor (CC1) del área de alcance (6) , puede ser tan pequeño como cualquier valor mayor que el doble de la distancia entre ejes, distancia entre el eje motriz de salida (1) y el Eje central motriz (2) . Así mismo, el radio del círculo concéntrico mayor (CC1) del área de alcance puede crecer tanto como se desee del centro del eje motriz de salida (1) , tal y como lo ejemplifica la figura 10. Es decir, al aumentar el diámetro del círculo concéntrico menor (CC2) , se aumenta como se desee el área de alcance (6) . Cualquier trayectoria de posicionamiento (7) que este dentro del área de alcance (6) será válida.

En otra modalidad, el centro de la dona es el eje motriz de salida, eso es cierto para una configuración con herramienta fija. Con herramienta dinámica el centro de la dona es el eje central motriz.

Por último, es importante recalcar que los puntos objetivos se diferencian con los puntos de trayectoria. El punto objetivo es el punto en donde va la herramienta, así mismo, puede haber múltiples herramientas.

En otra modalidad, existen dos configuraciones de punto objetivo: estático y dinámico: En una configuración de punto objetivo estático. El punto objetivo debe de reposar en el CC2 y así, sí se pueden tener Múltiples Herramientas y Múltiples Trayectorias. El eje motriz de salida no puede subir más arriba del punto muerto superior. En la configuración dinámica, es diferente, el punto objetivo como reside en perimetro de CC2, alli la posición inicial del punto objetivo también tiene que residir en el CC2 y para que sea una posición inicial, el punto objetivo, el centro del transportador y el eje motriz de salida deben de estar alineados (Colineales) . Punto Objetivo es donde va la herramienta y puntos de trayectoria son los puntos que constituyen la trayectoria.

La construcción de esta invención no está limitada a materiales, aspecto o dimensiones especificas, el concepto aplica a una infinidad de posibilidades de aplicación. El sistema puede ser basado en engranes, bandas o ambos, fundamentado todo bajo el mismo concepto satelital de movimiento .

Con respecto a los procesos, sistemas, métodos, etc., aqui descritos, debe entenderse que, aunque los pasos de tales procesos, etc., se han descrito como que ocurren de conformidad con una cierta secuencia ordenada, tales procesos podrían practicarse con los pasos descritos realizados en un orden diferente al orden aqui descrito. Además, debe entenderse que ciertos pasos se podrían realizar simultáneamente, que se podrían agregar otros pasos o que se podrían omitir ciertos pasos aqui descritos. En otras palabras, las descripciones de procesos en este documento se proporcionan con el propósito de ilustrar ciertos ejemplos, y de ninguna manera deben interpretarse de manera que limiten las reivindicaciones.

Por consiguiente, debe entenderse que la descripción anterior pretende ser ilustrativa y no restrictiva. Muchos ejemplos y aplicaciones distintas de los ejemplos proporcionados resultarán evidentes al leer la descripción anterior. El alcance debe determinarse, no con referencia a la descripción anterior, sino que debe determinarse con referencia a las reivindicaciones adjuntas, junto con el alcance completo de equivalentes a los que tienen derecho las reivindicaciones. Se anticipa y se pretende que ocurran desarrollos futuros en las tecnologías aqui discutidas, y que los sistemas y métodos descritos se incorporarán en tales modalidades futuras. En resumen, debe entenderse que la solicitud es capaz de modificación y variación.

Se pretende que todos los términos usados en las reivindicaciones tengan sus construcciones razonables más amplias y sus significados ordinarios como se entiende por aquellos técnicos en la materia aqui descritas, a menos que se haga aqui una indicación explícita de lo contrario. En particular, el uso de artículos singulares tales como "un", "uno (una) ", "el (la)", "tal", etc. debe leerse para mencionar uno o más de los elementos indicados a menos que una reivindicación mencione una limitación explícita de lo contrario .

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Listado de referencias numéricas:

• (1) eje motriz de salida

• (2) eje central motriz

• (3) eje piñón de entrada (4) engrane transportador

• (5) punto (s) objetivo

• (6) área de alcance

• (7) trayectoria de posicionamiento

• (CC1) circulo concéntrico mayor

• (CC2) circulo concéntrico menor

• (di) anchura del área de alcance

• (d2) distancia entre el Eje Motriz de Salida (1) y el Eje central motriz (2)

• (B) bandas

(C) carrera