DESCRIPCIÓN

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, un transductor de fuerza tridimensional cuyo objetivo es interpretar la magnitud y sentido de la fuerza ejercida por un usuario sobre un asa o volante con objeto de accionar unos servomotores que favorezcan el sentido y la magnitud de desplazamiento que se le quiere imprimir a un dispositivo.

Caracteriza a la presente invención las especiales características constructivas que presenta el transductor de fuerza tridimensional de manera que se consigue un transductor sencillo, económico, con un alto grado de sensibilidad, y de aplicación en el desplazamiento asistido de dispositivos manejados por servomotores.

Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de los dispositivos transductores de fuerza para favorecer el desplazamiento de dispositivos por medio de unos servomotores asociados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica son conocidos los transductores de fuerza cuyo principio de funcionamiento se basa en medir la deformación de un elemento elástico a través de unas láminas eléctricas medidoras de deformación, las cuales son comúnmente conocidas como "strain gauges" o "galgas extensiométricas".

Una galga extensiométrica o extensímetro es un sensor para medir la deformación, presión, peso, fuerza, par, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se le someten a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos. Un esfuerzo que deforma a la galga producirá una variación en su resistencia eléctrica, esta variación puede ser por el cambio de longitud, el cambio originado en la sección o el cambio generado en la resistividad.

También es conocido el empleo de galgas extensiométricas en combinación con servomotores con objeto de en función de la fuerza aplicada sobre un asa o volante interpretar la magnitud de la fuerza que se quiere lograr, produciendo el accionamiento del servomotor de manera proporcional a la magnitud leída por la galga extensiométrica.

Cuando se quiere lograr la interpretación de la magnitud y sentido de la fuerza ejercida según las tres direcciones del espacio se emplean células de carga triaxiales, que son sensores de fuerza multieje ya que permiten la medida de fuerza y par en sus tres componentes simultáneamente. Además de las componentes de fuerza, las células multiaxiales pueden medir también el par en cada una de las componentes X, Y, Z.

Sin embargo, el empleo de estas células de carga triaxiales, son caras y no permiten una fácil adaptación a asas o volantes de maniobra de un modo sencillo.

Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar un transductor de fuerza tridimensional, sencillo, económico, fácil de implantar y asociar con volantes o asas de un equipo, desarrollando un transductor como el que a continuación se describe y queda recogido en su esencialidad en la reivindicación primera. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Es objeto de la invención un transductor de fuerza tridimensional que comprende:

- tres estructuras mecánicas, que se comportan como paralelogramos flexibles con un único grado de libertad según cada dirección del espacio X, Y, Z, donde cada estructura tiene una pieza móvil y otra fija dispuestas de manera enfrentada.

- tres pares de flejes, orientado cada par de flejes según una dirección principal de espacio, estando cada par de flejes montado de manera enfrentada sobre cada una de las estructuras mecánicas y donde la deformación de cada par de flejes es independiente del resto.

- Tres galgas extensiométricas unidireccionales, una por cada par de flejes.

Gracias a la disposición conjunta de los elementos anteriores, ante la aplicación de una fuerza a un asa o volante sobre el que se haya montado el transductor de fuerza objeto de la invención, se produce una descomposición de la fuerza ejercida en sus tres componentes Fx, Fy y Fz.

La descomposición de la fuerza se logra gracias al empleo de los tres pares de flejes orientados según cada una de las direcciones principales X, Y, Z, deformándose cada par de flejes, solamente según la dirección en la dirección permitida y de manera independiente del resto.

Cada una de las fuerzas aplicadas sobre cada uno de los pares de flejes asociados a cada uno de los ejes, se traduce en una señal eléctrica por medio de una galga extensiométrica asociada con cada par de flejes, por lo que uno de los flejes cuenta con una galga y otro no cuenta con galga alguna montada sobre él. Cada galga extensiométrica está formada por un puente completo de Wheatstone y está situada en la zona de máxima flexión del fleje para optimizar la sensibilidad, esto es, en la zona próxima al punto de unión con la pieza fija.

Gracias a la disposición conjunta de las estructuras mecánicas, la vinculación entre ellas, el montaje de los pares de flejes sobre cada estructura y el uso de una galga por cada pareja de flejes se consigue un transductor de fuerza tridimensional, fácil de construir, sencillo, económico y asociable a asas y volantes empleados en el manejo de dispositivos por medio de servomotores.

EXPLICACIÓN DE LAS FIGURAS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más significativos de la invención.

La figura 1 , muestra una representación en perspectiva del transductor de fuerza tridimensional asociado con un asa o volante de maniobra.

La figura 2, muestra las tres parejas de flejes, orientadas según cada dirección del espacio y dispuestas de manera enfrentada.

La figura 3, muestra la estructura mecánica según el eje Z, y los flejes asociados.

La figura 4, muestra la estructura mecánica según el eje X, y los flejes asociados.

La figura 5, muestra la estructura mecánica según el eje Y, y los flejes asociados. La figura 6, muestra las tres parejas de flejes y las tres galgas extensiométricas montadas sobre cada pareja de flejes.

La figura 7, muestra el transductor de fuerza tridimensional, visto completo y en perspectiva.

La figura 8, muestra un detalle de un fleje sobre el que hay dispuesta una galga extensiométrica.

La figura 9, muestra una de las estructuras mecánicas que se comporta como un paralelogramo flexible con un único grado de libertad.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.

En la figura 1 , podemos observar un transductor (1 ) como el que es objeto de la invención, montado sobre un asa o volante (2), sobre el que un usuario ejerce una fuerza (F), según una dirección y magnitud. El transductor mide esta fuerza (F) de forma independiente sobre cada uno de los tres ejes X, Y, Z, con objeto de accionar unos servomotores, que produzcan el desplazamiento del equipo según la dirección y magnitud que el usuario está aplicando sobre el asa o volante (2).

En la figura 2, se muestran tres parejas de flejes (X1 , X2) (Y1 , Y2) (Z1 , Z2) orientadas cada una de ellas según una de las direcciones X, Y, Z, y estando dispuesta cada pareja de flejes de manera enfrentada.

En las figuras 3, 4 y 5 se muestran unas estructuras mecánicas (3), (4) y (5) cada una de las estructura mecánicas sobre las que se fijan las parejas de flejes (Z1 , Z2) , (X1 , X2) e (Y1 , Y2), respectivamente. Cada una de las estructuras mecánicas comprende una pieza fija y una pieza móvil, de configuración general plana y dispuestas de manera enfrentada, con el plano principal de las piezas paralelo a la dirección del espacio asociada y teniendo fijado sobre sus costados dos flejes dispuestos enfrentados y perpendiculares a la dirección que buscan medir.

Así, la estructura mecánica (3) comprende una pieza fija (3.1 ) y una pieza móvil

(3.2) , dispuestas de manera enfrentada, con su plano principal paralelo a la dirección del eje Z, con los flejes Z1 y Z2 fijados en los costados de manera enfrentada y perpendiculares a la dirección del eje Z.

La estructura mecánica (4) comprende una pieza fija (4.1 ) y una pieza móvil (4.2), dispuestas de manera enfrentada, con su plano principal paralelo a la dirección del eje X, con los flejes X1 y X2 fijados en los costados de manera enfrentada y perpendiculares a la dirección del eje X.

La estructura mecánica (5) comprende una pieza fija (5.1 ) y una pieza móvil (5.2), dispuestas de manera enfrentada, con su plano principal paralelo a la dirección del eje Y, con los flejes Y1 y Y2 fijados en los costados de manera enfrentada y perpendiculares a la dirección del eje Y.

En una posible forma de realización, la pieza móvil (3.2) de la estructura (3) coincide con la pieza fija (4.1 ) para la estructura (4), y la pieza fija (5.1 ) se fija sobre la superficie (4.3) de la pieza móvil (4.2) por medio de la ranura longitudinal

(5.3) que cuenta la pieza fija (5.1 ).

En la figura 7 todas las estructuras unidas entres sí con sus pares de flejes montados formando el transductor de fuerza tridimensional.

En la figura 6 se observa la disposición de las tres galgas extensiométricas unidireccionales (6), (7) y (8) que se emplean, quedando cada una de las galgas asociada con cada una de las parejas de flejes, por lo que uno de los flejes de cada pareja tendrá asociado una galga, mientras que el otro fleje no tendrá galga alguna.

En la figura 6, y de manera detallada en la figura 8, las galgas extensiométricas quedan fijadas sobre uno de los flejes de cada pareja en el punto de máxima deformación.

En la figura 9, se muestra una representación de un paralelogramo flexible con un único grado de libertad, que cuenta con una pieza fija, que se podría corresponder con una de las piezas (3.1 ), (4.1 ), (5.1 ) y con otra pieza móvil enfrentada, que se podría corresponder con una de las piezas (3.2), (4.2), (5.2), unidas entre sí por unos pares de flejes, que podría corresponderse con las parejas de flejes (Z1 , Z2) , (X1 , X2) e (Y1 , Y2) respectivamente. Se busca ejemplificar el principio de funcionamiento de cada una de las estructuras a modo de paralelogramos flexibles con un único grado de libertad, y que dependiendo de su orientación, el grado de libertad será según una de las direcciones del espacio X, Y, Z.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental.