ITMO20090010A1 - MULTIFUNCTION MECHANICAL UNIT - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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Description
Unità meccanica multifunzione L’invenzione concerne un’unità meccanica multifunzione utilizzabile, in particolare, per applicazioni industriali, nucleari, ed in campo spaziale. Multifunction mechanical unit The invention concerns a multifunction mechanical unit usable, in particular, for industrial, nuclear and space applications.
E’ noto un veicolo robotizzato, conosciuto anche sotto il nome “rover†, utilizzato per l’esplorazione di ambienti sconosciuti, e dotato di arti meccanici. A robotic vehicle is known, also known under the name â € œroverâ €, used for the exploration of unknown environments, and equipped with mechanical limbs.
Gli arti meccanici comprendono gambe meccaniche ciascuna delle quali à ̈ provvista ad una propria estremità di una ruota per la locomozione del veicolo robotizzato. Il rover, tramite le ruote, à ̈ in grado di avanzare su superfici generiche in ambiente non strutturato. Le gambe meccaniche sono articolate per consentire al rover di superare anche eventuali ostacoli posti lungo un percorso di avanzamento per mezzo delle ruote o di semplici appoggi. The mechanical limbs comprise mechanical legs each of which is provided at one end of a wheel for the locomotion of the robotic vehicle. The rover, by means of the wheels, is able to advance on generic surfaces in an unstructured environment. The mechanical legs are articulated to allow the rover to overcome any obstacles placed along a path of advancement by means of wheels or simple supports.
Il veicolo robotizzato può essere dotato, in aggiunta alle gambe meccaniche, di bracci meccanici distinti da quest’ultime. I bracci meccanici sono provvisti di mani meccaniche atte a svolgere determinate operazioni, quali ad esempio il prelievo di oggetti. The robotic vehicle can be equipped, in addition to the mechanical legs, with mechanical arms distinct from the latter. The mechanical arms are equipped with mechanical hands suitable for carrying out certain operations, such as for example picking up objects.
Sulle suddette mani meccaniche à ̈ fissato un corpo di base dal quale si proiettano dita meccaniche provviste di falangi girevolmente connesse una all’altra tramite giunti di articolazione. A basic body is fixed on the aforesaid mechanical hands from which mechanical fingers are projected, provided with phalanges rotatably connected to each other by means of articulation joints.
La presenza simultanea sia delle gambe meccaniche per la locomozione, che dei bracci meccanici per svolgere operazioni, rende il succitato veicolo robotizzato strutturalmente complesso. Inoltre, il veicolo risulta notevolmente pesante a causa degli aggravi di massa associati sia alle gambe meccaniche che ai bracci meccanici. L’affidabilità di un veicolo di questo genere, per quanto elevata possa essere, può non essere sufficiente a garantire un sicuro utilizzo del veicolo stesso in situazioni di criticità , come appunto in campo spaziale o nucleare. L’elevato peso e l’elevata complessità strutturale influenzano l’affidabilità del veicolo e pongono dei limiti di utilizzo di quest’ultimo. The simultaneous presence of both the mechanical legs for locomotion and the mechanical arms for carrying out operations makes the aforementioned robotic vehicle structurally complex. Furthermore, the vehicle is remarkably heavy due to the mass increases associated with both the mechanical legs and the mechanical arms. The reliability of a vehicle of this kind, however high it may be, may not be sufficient to guarantee a safe use of the vehicle in critical situations, such as in the space or nuclear field. The high weight and the high structural complexity affect the reliability of the vehicle and place limits on its use.
Il veicolo, nel caso in cui risulti poco affidabile, non à ̈ adatto ad essere utilizzato ad esempio in campo spaziale oppure in campo nucleare, dove à ̈ necessario effettuare operazioni troppo rischiose per l’uomo. Eventuali riparazioni del veicolo in caso di guasto possono risultare molto complesse e costose, o addirittura impraticabili in campo spaziale. If the vehicle is not very reliable, it is not suitable for use, for example, in the space field or in the nuclear field, where it is necessary to carry out operations that are too risky for man. Any repairs to the vehicle in the event of a breakdown can be very complex and expensive, or even impractical in the space field.
Un difetto delle mani meccaniche note à ̈ che presentano una flessibilità di utilizzo molto ridotta. In particolare, le falangi con i relativi giunti di articolazione presentano una mobilità , rispetto al corpo di base che à ̈ fisso, non sufficiente ad ottenere una qualsivoglia configurazione di afferraggio, ciò limitando la flessibilità e precisione di manipolazione di oggetti. A defect of the known mechanical hands is that they have a very low flexibility of use. In particular, the phalanges with the relative articulation joints have insufficient mobility, with respect to the base body which is fixed, to obtain any gripping configuration, thus limiting the flexibility and precision of manipulation of objects.
Uno scopo dell’invenzione à ̈ migliorare i veicoli robotizzati e gli arti meccanici noti. One purpose of the invention is to improve known robotic vehicles and mechanical limbs.
Un altro scopo à ̈ ottenere un’unità meccanica multifunzione molto versatile ed avente un’elevata affidabilità . Another aim is to obtain a very versatile multifunction mechanical unit with high reliability.
Secondo l’invenzione, à ̈ prevista un’unità meccanica multifunzione così come definita nella rivendicazione 1. According to the invention, a multifunction mechanical unit is provided as defined in claim 1.
L’invenzione potrà essere meglio compresa ed attuata con riferimento agli allegati disegni, che ne illustrano alcune forme esemplificative e non limitative di attuazione, in cui: The invention can be better understood and implemented with reference to the attached drawings, which illustrate some exemplary and non-limiting forms of implementation, in which:
La Figura 1 à ̈ una vista prospettica di un’unità meccanica multifunzione in una prima configurazione; Figure 1 is a perspective view of a multifunction mechanical unit in a first configuration;
La Figura 2 mostra l’unità meccanica multifunzione di Figura 1 in una seconda configurazione; Figure 2 shows the multifunction mechanical unit of Figure 1 in a second configuration;
La Figura 3 à ̈ un’ulteriore vista dell’unità meccanica multifunzione nella seconda configurazione; Figure 3 is a further view of the multifunction mechanical unit in the second configuration;
La Figura 4 à ̈ una vista prospettica dell’unità meccanica multifunzione in una terza configurazione; Figure 4 is a perspective view of the multifunction mechanical unit in a third configuration;
La Figura 5 à ̈ un’ulteriore vista dell’unità meccanica multifunzione nella terza configurazione; Figure 5 is a further view of the multifunction mechanical unit in the third configuration;
La Figura 6 à ̈ una vista laterale di una mano meccanica di cui l’unità meccanica multifunzione à ̈ provvista; Figure 6 is a side view of a mechanical hand which the multifunction mechanical unit is equipped with;
La Figura 7 Ã ̈ una vista prospettica della mano meccanica di Figura 6; Figure 7 is a perspective view of the mechanical hand of Figure 6;
La Figura 8 Ã ̈ una vista dal basso della mano meccanica; Figure 8 is a bottom view of the mechanical hand;
La Figura 9 Ã ̈ una vista frontale della mano meccanica; Figure 9 is a front view of the mechanical hand;
La Figura 10 Ã ̈ una vista prospettica della mano meccanica in una configurazione ripiegata; Figure 10 is a perspective view of the mechanical hand in a folded configuration;
La Figura 11 à ̈ un’ulteriore vista prospettica della mano meccanica nella configurazione ripiegata; Figure 11 is a further perspective view of the mechanical hand in the folded configuration;
La Figura 12 Ã ̈ una vista laterale della mano meccanica nella configurazione ripiegata; Figure 12 is a side view of the mechanical hand in the folded configuration;
La Figura 13 à ̈ una vista laterale della mano meccanica alla quale à ̈ collegato un utensile; Figure 13 is a side view of the mechanical hand to which a tool is attached;
La Figura 14 Ã ̈ una vista prospettica della mano meccanica nella configurazione operativa di Figura 13; Figure 14 is a perspective view of the mechanical hand in the operating configuration of Figure 13;
La Figura 15 à ̈ un’ulteriore vista prospettica della mano meccanica nella configurazione operativa di Figura 13; Figure 15 is a further perspective view of the mechanical hand in the operating configuration of Figure 13;
La Figura 16 à ̈ una vista parziale dal basso della mano meccanica in un’ulteriore configurazione; Figure 16 is a partial bottom view of the mechanical hand in a further configuration;
La Figura 17 Ã ̈ una vista parziale e prospettica della mano meccanica di Figura 16; Figure 17 is a partial and perspective view of the mechanical hand of Figure 16;
La Figura 18 Ã ̈ un particolare ingrandito di Figura 17; Figure 18 is an enlarged detail of Figure 17;
La Figura 19 Ã ̈ un particolare ingrandito della mano meccanica; Figure 19 is an enlarged detail of the mechanical hand;
La Figura 20 à ̈ una vista prospettica di una porzione dell’unità meccanica multifunzione; Figure 20 is a perspective view of a portion of the multifunction mechanical unit;
La Figura 21 à ̈ una vista dall’alto della porzione di Figura 20; Figure 21 is a top view of the portion of Figure 20;
La Figura 22 Ã ̈ una vista prospettica di un dito della mano meccanica di Figura 16; Figure 22 is a perspective view of a finger of the mechanical hand of Figure 16;
La Figura 23 Ã ̈ una vista laterale in sezione del dito di Figura 22; Figure 23 is a sectional side view of the finger of Figure 22;
La Figura 24 mostra un particolare del dito meccanico di Figura 22; Figure 24 shows a detail of the mechanical finger of Figure 22;
La Figura 25 à ̈ una vista di un elemento a palmo di cui la mano meccanica à ̈ provvista; Figure 25 is a view of a palm element which the mechanical hand is provided with;
La Figura 26 à ̈ una sezione longitudinale dell’ elemento a palmo presa lungo il piano XXVI – XXVI in Figura 25; Figure 26 is a longitudinal section of the palm element taken along the XXVI - XXVI plane in Figure 25;
La Figura 27 mostra un particolare ingrandito dell’elemento a palmo; Figure 27 shows an enlarged detail of the palm element;
La Figura 28 mostra un dispositivo per l’accoppiamento di un utensile alla mano meccanica; Figure 28 shows a device for coupling a tool to the mechanical hand;
La Figura 29 à ̈ un’ulteriore vista del dispositivo di Figura 28; Figure 29 is a further view of the device of Figure 28;
La Figura 30 à ̈ una vista prospettica di un giunto dell’unità meccanica multifunzione; Figure 30 is a perspective view of a joint of the multifunction mechanical unit;
La Figura 31 à ̈ un’ulteriore vista prospettica del giunto di Figura 30; Figure 31 is a further perspective view of the joint of Figure 30;
La Figura 32 Ã ̈ una vista frontale del giunto; Figure 32 is a front view of the joint;
La Figura 33 à ̈ una vista dall’alto del giunto; Figure 33 is a top view of the joint;
La Figura 34 Ã ̈ una sezione presa lungo il piano XXXIV-XXXIV di Figura 33; Figure 34 is a section taken along the XXXIV-XXXIV plane of Figure 33;
La Figura 35 à ̈ una vista prospettica della mano meccanica durante l’afferraggio di un oggetto; Figure 35 is a perspective view of the mechanical hand while grasping an object;
La Figura 36 Ã ̈ una vista dal basso della mano meccanica di Figura 35. Figure 36 is a bottom view of the mechanical hand of Figure 35.
Con riferimento alle Figure da 1 a 5, à ̈ mostrata un’unità meccanica multifunzione 1, adatta ad essere utilizzata in campo spaziale, in campo industriale, in campo nucleare o in altri campi. With reference to Figures 1 to 5, a multifunction mechanical unit 1 is shown, suitable for use in the space field, in the industrial field, in the nuclear field or in other fields.
L’unità meccanica multifunzione 1 può essere adoperata in ambienti pericolosi per la sicurezza dell’uomo, per svolgere operazioni quali, ad esempio, il trattamento di combustibili, il prelievo e/o movimentazione di materiali radioattivi o di rifiuti nocivi, l’ispezione, la manutenzione, la dismessa di centrali nucleari, l’ispezione e/o pulizia di generatori di vapore, e per molte altre operazioni. The multifunction mechanical unit 1 can be used in hazardous environments for the safety of man, to carry out operations such as, for example, the treatment of fuels, the removal and / or handling of radioactive materials or harmful waste, the Inspection, maintenance, decommissioning of nuclear power plants, inspection and / or cleaning of steam generators, and for many other operations.
In particolare, à ̈ possibile utilizzare l’unità meccanica multifunzione 1 per configurare un veicolo robotizzato atto ad esplorare ambienti sconosciuti, come nel campo spaziale. Come mostrato nelle Figure da 1 a 5, l’unità meccanica multifunzione 1 à ̈ provvista di una struttura di supporto 2 che può comprendere uno o più elementi di articolazione 3. Gli elementi di articolazione 3 sono mutuamente collegati in maniera da risultare mobili tra loro e rispetto ad un corpo, quale appunto un veicolo robotizzato, al quale l’unità meccanica multifunzione 1 può essere connessa. In particular, it is possible to use the multifunction mechanical unit 1 to configure a robotic vehicle capable of exploring unknown environments, such as in the space field. As shown in Figures 1 to 5, the multifunction mechanical unit 1 is provided with a support structure 2 which can include one or more articulation elements 3. The articulation elements 3 are mutually connected so as to be movable between them and with respect to a body, such as a robotic vehicle, to which the multifunction mechanical unit 1 can be connected.
In particolare, gli elementi di articolazione 3 sono mutuamente collegati girevolmente, ad esempio tramite opportuni giunti accoppiati a sedi di collegamento 4. In particular, the articulation elements 3 are mutually connected in rotation, for example by means of suitable joints coupled to connection seats 4.
L’unità meccanica multifunzione 1 à ̈ provvista di un primo organo 5 che può essere configurato per la locomozione del veicolo robotizzato. Nella versione descritta, il primo organo 5 comprende una ruota 6, ma può, in alternativa, comprendere altri tipi di mezzi di locomozione. The multifunction mechanical unit 1 is provided with a first member 5 which can be configured for the locomotion of the robotic vehicle. In the version described, the first organ 5 comprises a wheel 6, but can, alternatively, comprise other types of means of locomotion.
La ruota 6 à ̈ collegata ad una estremità 7 dell’elemento di articolazione 3 tramite un giunto 8 come verrà descritto più dettagliatamente nel seguito. The wheel 6 is connected to one end 7 of the articulation element 3 by means of a joint 8 as will be described in more detail below.
L’unità meccanica multifunzione 1 à ̈ provvisto di un secondo organo 9 comprendente mezzi di presa 10, anch’essi collegati al giunto 8, ed in grado di prelevare, afferrare, manipolare con elevata precisione oggetti di vario genere. The multifunction mechanical unit 1 is provided with a second member 9 comprising gripping means 10, also connected to the joint 8, and capable of picking up, grasping, manipulating objects of various kinds with high precision.
I mezzi di presa, in particolare, comprendono una mano meccanica 10 che sarà descritta più nel dettaglio nel seguito. The gripping means, in particular, comprise a mechanical hand 10 which will be described in more detail below.
La presenza al tempo stesso del primo organo 5 per la locomozione e del secondo organo 9 per la presa o la manipolazione di oggetti o per ulteriori operazioni, come verrà descritto in seguito, rende l’unità meccanica multifunzione 1 dotata di una elevata flessibilità di utilizzo e versatilità e consente di ridurre notevolmente il peso e la complessità strutturale del veicolo robotizzato sul quale essa può essere prevista. Grazie alla configurazione dell’unità meccanica multifunzione 1, infatti, non à ̈ necessario prevedere contemporaneamente gambe meccaniche destinate alla locomozione del veicolo e bracci meccanici destinati ad effettuare determinate operazioni. L’unità meccanica multifunzione 1 à ̈ in grado di assolvere sia alla funzione di locomozione, fungendo da gamba meccanica, sia ad ulteriori funzioni operative, fungendo da braccio meccanico. Ciò comporta una notevole semplificazione strutturale e quindi un sensibile aumento di affidabilità del veicolo. The presence at the same time of the first organ 5 for locomotion and of the second organ 9 for gripping or manipulating objects or for further operations, as will be described later, makes the multifunction mechanical unit 1 endowed with a high flexibility of use and versatility and allows to considerably reduce the weight and structural complexity of the robotic vehicle on which it can be foreseen. Thanks to the configuration of the multifunction mechanical unit 1, in fact, it is not necessary to provide at the same time mechanical legs intended for the locomotion of the vehicle and mechanical arms intended to perform certain operations. The multifunction mechanical unit 1 is able to perform both the function of locomotion, acting as a mechanical leg, and other operational functions, acting as a mechanical arm. This involves a considerable structural simplification and therefore a significant increase in vehicle reliability.
Il primo organo 5 ed il secondo organo 9, sono collegati in modo da risultare mobili rispetto alla struttura di supporto 2 in una o più posizioni operative. Come verrà descritto più nel dettaglio in seguito, il primo organo 5 e/o il secondo organo 9 sono posizionabili in una configurazione ritratta nella struttura di supporto 2, ed in una posizione estratta rispetto alla struttura di supporto 2, a seconda che l’unità meccanica multifunzione 1 debba fungere da mezzo di locomozione oppure debba eseguire determinate funzioni operative. La struttura di supporto 2 à ̈ configurata per fungere da elemento di protezione per il primo organo 5 e per il secondo organo 9, quando questi ultimi si trovano nella configurazione ritratta all’interno della stessa struttura di supporto 2. The first member 5 and the second member 9 are connected so as to be movable with respect to the support structure 2 in one or more operating positions. As will be described in more detail below, the first member 5 and / or the second member 9 can be positioned in a retracted configuration in the support structure 2, and in an extracted position with respect to the support structure 2, depending on whether the multifunction mechanical unit 1 must serve as a means of locomotion or must perform certain operational functions. The support structure 2 is configured to act as a protection element for the first member 5 and for the second member 9, when the latter are in the configuration retracted inside the same support structure 2.
In ambito spaziale, una o più unità meccaniche multifunzione 1 possono essere previste su un veicolo d’ausilio di dimensioni ridotte, avente tra i vari scopi quello di asservire un sistema robotizzato principale di dimensioni maggiori. In questo caso, il veicolo d’ausilio, grazie all’una o più unità meccaniche multifunzione 1, à ̈ in grado di effettuare svariate operazioni, tra le quali, ad esempio, la riparazione di eventuali guasti verificatisi sul sistema robotizzato principale o la sostituzione di componenti di quest’ultimo. In the space field, one or more multifunction mechanical units 1 can be provided on an auxiliary vehicle of reduced dimensions, having among other purposes that of enslaving a main robotic system of greater dimensions. In this case, the auxiliary vehicle, thanks to one or more multifunction mechanical units 1, is able to carry out various operations, including, for example, the repair of any faults occurring on the main robotic system or the replacement of components of the latter.
Il veicolo d’ausilio, grazie alla configurazione dell’unità meccanica multifunzione 1, ha un’elevata leggerezza ed agilità che gli consente di raggiungere aree che risulterebbero inaccessibili per il sistema robotizzato principale. Il veicolo d’ausilio può effettuare, in luoghi non raggiungibili dal sistema robotizzato principale, le operazioni richieste, quali ad esempio il prelievo di un campione roccioso, l’analisi di un terreno, la rilevazione o acquisizione di immagini o altri dati, ecc.. The auxiliary vehicle, thanks to the configuration of the multifunction mechanical unit 1, has a high lightness and agility that allows it to reach areas that would be inaccessible to the main robotic system. The aid vehicle can carry out, in places not reachable by the main robotic system, the required operations, such as for example the taking of a rock sample, the analysis of a terrain, the detection or acquisition of images or other data, etc..
In una versione non raffigurata, il primo organo 5 può comprendere mezzi operativi in grado di eseguire ulteriori operazioni che si aggiungono alle operazioni già eseguibili dal secondo organo 9. In a version not shown, the first member 5 may comprise operating means capable of carrying out further operations which are added to the operations already performed by the second member 9.
Ciò rende l’unità meccanica multifunzione 1 ancora più versatile e flessibile nell’utilizzo. This makes the multifunction mechanical unit 1 even more versatile and flexible in use.
Come meglio visibile nelle Figure da 6 a 12, la mano meccanica 10 comprende un polso meccanico 20. Al polso meccanico 20 à ̈ associato un corpo di connessione 18 al quale sono connesse dita 11. Al corpo di connessione 18 à ̈ accoppiato un elemento a palmo 19, mobile in una direzione di proiezione P, parallela ad un asse longitudinale A della mano meccanica 10. Grazie all’elemento a palmo 19 mobile, la mano meccanica 10 presenta una mobilità di gran lunga maggiore rispetto alle mani dello stato della tecnica dotate di corpo di base fisso, e tale da consentire l’ottenimento di una qualsivoglia configurazione di afferraggio ed un’elevata flessibilità e precisione nella manipolazione di oggetti, come risulterà evidente dalla descrizione che segue. As better visible in Figures 6 to 12, the mechanical hand 10 comprises a mechanical wrist 20. A connection body 18 is associated to the mechanical wrist 20 to which fingers 11 are connected. palm 19, movable in a projection direction P, parallel to a longitudinal axis A of the mechanical hand 10. Thanks to the movable palm element 19, the mechanical hand 10 has a much greater mobility than the hands of the state of the art equipped with a fixed base body, and such as to allow the obtaining of any gripping configuration and a high flexibility and precision in the manipulation of objects, as will be evident from the following description.
L’elemento a palmo 19 verrà descritto dettagliatamente più avanti. Palm element 19 will be described in detail later.
La mano meccanica 10, in particolare, comprende un numero di dita 11 pari a tre, cioà ̈ un numero minimo di dita che garantisce al tempo stesso un’efficace e precisa presa di un oggetto ed un ridotto numero di gradi di libertà . Questa configurazione comporta una notevole semplificazione per quanto riguarda la struttura e l’azionamento della mano meccanica 10. The mechanical hand 10, in particular, comprises a number of fingers 11 equal to three, that is a minimum number of fingers which guarantees at the same time an effective and precise grip of an object and a reduced number of degrees of freedom. This configuration involves a considerable simplification as regards the structure and the operation of the mechanical hand 10.
Ciascun dito 11 comprende una falange prossimale 12, una falange intermedia 13, ed una falange distale 14. Each finger 11 comprises a proximal phalanx 12, an intermediate phalanx 13, and a distal phalanx 14.
Ciascun dito 11 comprende una base di attacco 17 alla quale à ̈ collegata la rispettiva falange prossimale 12. Alla base di attacco 17 à ̈ fissata una ruota dentata 26 il cui funzionamento verrà spiegato in seguito. Each finger 11 comprises an attachment base 17 to which the respective proximal phalanx 12 is connected. A toothed wheel 26 is fixed to the attachment base 17, the operation of which will be explained below.
Come meglio visibile nelle Figure da 22 a 24, la base di attacco 17, la falange distale 14, la falange intermedia 13 e la falange prossimale 12 sono mutuamente connesse tramite giunti di articolazione 15. La falange distale 14, la falange intermedia 13 e la falange prossimale 12 sono azionabili tramite un sistema di tendini e pulegge che consente al dito 11 di muoversi e flettere opportunamente. Nella versione raffigurata, la falange intermedia 13 e la falange distale 14 hanno una lunghezza sostanzialmente uguale. La falange prossimale 12 ha una lunghezza doppia rispetto alla falange intermedia 13 o alla falange distale 14. Grazie a questa configurazione, le dita 11 presentano una elevatissima mobilità e sono in grado di adattarsi con facilità alle forme degli oggetti da afferrare o manipolare. Le Figure da 19 a 21 mostrano un gruppo di attuazione 37 configurato per muovere le dita 11 e l’elemento a palmo 19. Il gruppo di attuazione 37 comprende quattro motori elettrici 38 di dimensioni ridotte, ma in grado di generare, attraverso opportuni riduttori planetari 39 elevate coppie. In particolare, i motori elettrici 38a, 38b e 38c sono configurati per azionare rispettivamente le dita 11, mentre il motore elettrico 38d à ̈ configurato per azionare l’elemento a palmo 19, tramite una ruota di azionamento 41, come verrà dettagliato più avanti. As better seen in Figures 22 to 24, the attachment base 17, the distal phalanx 14, the intermediate phalanx 13 and the proximal phalanx 12 are mutually connected by articulation joints 15. The distal phalanx 14, the intermediate phalanx 13 and the proximal phalanx 12 can be operated by means of a system of tendons and pulleys which allows the finger 11 to move and flex appropriately. In the version shown, the intermediate phalanx 13 and the distal phalanx 14 have a substantially equal length. The proximal phalanx 12 is twice as long as the intermediate phalanx 13 or the distal phalanx 14. Thanks to this configuration, the fingers 11 have a very high mobility and are able to easily adapt to the shapes of the objects to be grasped or manipulated. Figures 19 to 21 show an actuation assembly 37 configured to move the fingers 11 and the palm element 19. The actuation assembly 37 comprises four electric motors 38 of reduced dimensions, but capable of generating, through suitable reducers planetary 39 high torques. In particular, the electric motors 38a, 38b and 38c are configured to actuate the fingers 11 respectively, while the electric motor 38d is configured to actuate the palm element 19, by means of a drive wheel 41, as will be detailed further on. .
Ai tre motori elettrici 38a, 38b e 38c sono accoppiate bobine 40 per l’avvolgimento e svolgimento di tendini di attuazione che consentono alle dita 11, ed in particolare alle varie falangi di quest’ultime, di muoversi per assumere la configurazione desiderata. To the three electric motors 38a, 38b and 38c are coupled coils 40 for the winding and unwinding of actuation tendons which allow the fingers 11, and in particular the various phalanges of the latter, to move to assume the desired configuration.
Con riferimento alle Figure da 25 a 27, viene ora descritto l’elemento a palmo 19. With reference to Figures 25 to 27, the palm element 19 is now described.
L’elemento a palmo 19 comprende una porzione di estremità 42 atta ad andare a contatto con gli oggetti da manipolare, ed uno stelo 43, al quale la porzione di estremità 42 à ̈ amovibilmente collegabile tramite un accoppiamento di forma 50. La porzione di estremità 42 può essere rimossa per consentire il montaggio di un utensile sulla mano meccanica 10, come verrà meglio descritto più avanti. The palm element 19 comprises an end portion 42 able to come into contact with the objects to be handled, and a stem 43, to which the end portion 42 can be removably connected by means of a shape coupling 50. end 42 can be removed to allow the mounting of a tool on the mechanical hand 10, as will be better described later.
La porzione di estremità 42, per essere accoppiata allo stelo 43, viene avvicinata in direzione assiale allo stelo 43 e poi ruotata rispetto a quest’ultimo. The end portion 42, in order to be coupled to the stem 43, is approached in an axial direction to the stem 43 and then rotated with respect to the latter.
Lo stelo 43 à ̈ cavo in modo tale da alloggiare al suo interno un pistone di attuazione 44. Il pistone di attuazione 44 può essere vincolato assialmente allo stelo 43 in modo rilasciabile. Il pistone di attuazione 44 comprende due porzioni a perno 51 conformate per essere ricevute in rispettive cavità di accoppiamento 52 ricavate nella porzione di estremità 42. Quando il pistone di attuazione 44 à ̈ vincolato assialmente allo stelo 43 e le porzioni a perno 51 sono alloggiate nelle rispettive cavità di accoppiamento 52, la porzione di estremità 42 risulta fermamente accoppiata allo stelo 32. In tal modo viene impedito alla porzione di estremità 42 di distaccarsi accidentalmente dallo stelo 43 per effetto di urti, accelerazioni, vibrazioni. The rod 43 is hollow in such a way as to house an actuation piston 44 inside it. The actuation piston 44 can be axially constrained to the rod 43 in a releasable manner. The actuation piston 44 comprises two pivot portions 51 shaped to be received in respective coupling cavities 52 obtained in the end portion 42. When the actuation piston 44 is axially constrained to the rod 43 and the pivot portions 51 are housed in the respective coupling cavities 52, the end portion 42 is firmly coupled to the stem 32. In this way the end portion 42 is prevented from accidentally detaching from the stem 43 due to shocks, accelerations, vibrations.
Il pistone di attuazione 44 à ̈ provvisto di una cremagliera 45 atta ad ingranare con la ruota di azionamento 41 descritta in precedenza con riferimento alle Figure 20 e 21. La ruota di azionamento 41, mossa dal motore elettrico 38d, agisce sulla cremagliera 45 in modo tale da proiettare l’elemento a palmo 19 verso l’esterno della mano meccanica 10 o ritrarlo verso l’interno di quest’ultima. The actuation piston 44 is provided with a rack 45 adapted to mesh with the drive wheel 41 described above with reference to Figures 20 and 21. The drive wheel 41, moved by the electric motor 38d, acts on the rack 45 in a manner such as to project the palm element 19 towards the outside of the mechanical hand 10 or retract it towards the inside of the latter.
Il pistone di attuazione 44 Ã ̈ assialmente vincolabile allo stelo 43 tramite una leva di accoppiamento 46. The actuation piston 44 can be axially constrained to the rod 43 by means of a coupling lever 46.
La leva di accoppiamento 46 à ̈ inclusa nel pistone di attuazione 44 ed à ̈ incernierata a quest’ultimo. In particolare, la leva di accoppiamento 46 à ̈ provvista di due opposte estremità di aggancio 47 che possono impegnarsi con rispettive cavità di aggancio 48 ricavate sullo stelo 43. E’ prevista una molla di aggancio 49 che agisce sulla leva di accoppiamento 46 per mantenerla in una configurazione di vincolo V, mostrata in Figura 26, nella quale le estremità di aggancio 47 si impegnano con le rispettive cavità di aggancio 48. Nella configurazione di vincolo V, lo stelo 43 ed il pistone di attuazione 44 risultano fissi uno rispetto all’altro. In questo modo, quando il pistone di attuazione 44 viene azionato, per mezzo della ruota di azionamento 41 agente sulla cremagliera 45, lo stelo 43, e quindi la porzione di estremità 42, dell’elemento a palmo 19 vengono mossi nella direzione di proiezione P. L’elemento a palmo 19 può in questo modo cooperare con le dita 11 per ottenere una efficace e precisa presa e/o manipolazione di oggetti o per effettuare altre operazioni. The coupling lever 46 is included in the actuation piston 44 and is hinged to the latter. In particular, the coupling lever 46 is provided with two opposite coupling ends 47 which can engage with respective coupling cavities 48 obtained on the stem 43. A coupling spring 49 is provided which acts on the coupling lever 46 to keep it in a constraint configuration V, shown in Figure 26, in which the coupling ends 47 engage with the respective coupling cavities 48. In the constraint configuration V, the rod 43 and the actuating piston 44 are fixed relative to one another ™ other. In this way, when the actuation piston 44 is actuated, by means of the actuation wheel 41 acting on the rack 45, the rod 43, and therefore the end portion 42, of the palm element 19 are moved in the direction of projection P. The palm element 19 can in this way cooperate with the fingers 11 to obtain an effective and precise grip and / or manipulation of objects or to carry out other operations.
Grazie all’elemento a palmo 19 mobile, à ̈ possibile ottenere una presa efficace di un oggetto. L’ elemento a palmo 19 à ̈ in grado di bilanciare le forze generate dalle dita 11 sull’oggetto su cui la mano meccanica 10 agisce. In tal modo si ottiene una massima stabilità di presa dell’oggetto. Sulla porzione di estremità 42 dell’elemento a palmo 19, e/o sulle dita 11, possono essere previsti sensori, ad esempio celle sensoriali di pressione, che consentono di misurare la pressione e quindi la forza esercitata sull’oggetto da manipolare. In tal modo, la mano meccanica 10 à ̈ in grado di valutare la direzione della forza ed il cono d’attrito necessario per il controllo della presa. In base alla distribuzione di pressione sulle dita 11 e sull’elemento a palmo 19, si possono ricavare valori di inerzia dell’oggetto durante il movimento. E’ possibile in tal modo controllare meglio la manipolazione dell’oggetto, aumentando o riducendo la forza esercitata su di esso. E’ possibile prevedere opportuni sensori di prossimità sulle dita 11 e sull’elemento a palmo 19 grazie ai quali à ̈ possibile rallentare la velocità di avvicinamento in prossimità dell’oggetto, per evitare urti nel contatto. Thanks to the movable palm element 19, it is possible to obtain an effective grip on an object. The palm element 19 is able to balance the forces generated by the fingers 11 on the object on which the mechanical hand 10 acts. In this way a maximum grip stability of the object is obtained. On the end portion 42 of the palm element 19, and / or on the fingers 11, sensors can be provided, for example pressure sensory cells, which allow to measure the pressure and therefore the force exerted on the object to be manipulated. In this way, the mechanical hand 10 is able to evaluate the direction of the force and the cone of friction necessary to control the grip. On the basis of the distribution of pressure on the fingers 11 and on the palm element 19, it is possible to obtain values of inertia of the object during movement. In this way it is possible to better control the manipulation of the object, increasing or reducing the force exerted on it. It is possible to provide suitable proximity sensors on the fingers 11 and on the palm element 19 thanks to which it is possible to slow down the approach speed in proximity of the object, to avoid collisions during contact.
Viene ora descritto il funzionamento delle dita 11. The operation of the fingers 11 is now described.
Due delle tre dita 11 sono azionabili in modo da ruotare attorno ad un asse longitudinale A della mano meccanica 10, come mostrato nelle Figure 6, 8 e 9. In tal modo, le tre dita 11 sono posizionabili una rispetto alle altre in modo tale da risultare ciascuna mobile in un determinato piano. Ad esempio, in una prima configurazione, un dito 11a può muoversi su un primo piano P1, mentre le restanti due dita 11b e 11c sono mobili rispettivamente su un secondo piano P2 e su un terzo piano P3. Nella configurazione mostrata nelle Figure da 6 a 9, il primo piano P1, il secondo piano P2 ed il terzo piano P3 risultano sostanzialmente mutuamente paralleli. Il dito 11a à ̈ posizionato, rispetto all’asse longitudinale A, in una regione opposta a quella in cui sono posizionate le dita 11b e 11c. In questa configurazione, la mano meccanica 10 può, ad esempio, agevolmente afferrare oggetti 16, ad esempio di forma cilindrica o di altre forme, come à ̈ mostrato in maniera esemplificativa nelle Figure 35 e 36. Two of the three fingers 11 can be operated so as to rotate around a longitudinal axis A of the mechanical hand 10, as shown in Figures 6, 8 and 9. In this way, the three fingers 11 can be positioned relative to each other in such a way as to turn out each piece of furniture in a certain floor. For example, in a first configuration, a finger 11a can move on a first plane P1, while the remaining two fingers 11b and 11c are movable respectively on a second plane P2 and on a third plane P3. In the configuration shown in Figures 6 to 9, the first plane P1, the second plane P2 and the third plane P3 are substantially mutually parallel. The finger 11a is positioned, with respect to the longitudinal axis A, in a region opposite to that in which the fingers 11b and 11c are positioned. In this configuration, the mechanical hand 10 can, for example, easily grasp objects 16, for example cylindrical or other shapes, as shown by way of example in Figures 35 and 36.
Le tre dita 11 possono disporsi in una seconda configurazione come mostrato nelle Figure 1, 16, e 17, così da definire piani di lavoro paralleli all’asse longitudinale A e mutuamente inclinati. Nella seconda configurazione le dita 11 possono afferrare oggetti di forma diversa da quanto mostrato nelle Figure 35 e 36. The three fingers 11 can be arranged in a second configuration as shown in Figures 1, 16, and 17, so as to define working planes parallel to the longitudinal axis A and mutually inclined. In the second configuration, the fingers 11 can grasp objects having a different shape from what is shown in Figures 35 and 36.
Le tre dita 11 possono disporsi in ancora ulteriori configurazioni, in modo tale che le dita 11b e 11c risultino più o meno distanti dal dito 11a. The three fingers 11 can be arranged in still further configurations, so that the fingers 11b and 11c are more or less distant from the finger 11a.
Grazie all’elevata mobilità e configurabilità delle dita 11, la mano meccanica 10 definisce un elevato volume di lavoro ed à ̈ in grado di afferrare oggetti in condizioni che sarebbero impossibili per l’uomo. Thanks to the high mobility and configurability of the fingers 11, the mechanical hand 10 defines a high volume of work and is capable of grasping objects in conditions that would be impossible for humans.
La mano meccanica à ̈ in grado così di eseguire una presa sferica, una presa cilindrica, una presa di precisione e ad uncino, ed altre configurazioni intermedie. Per ottenere una presa o manipolazione più efficace, la mano meccanica 10 à ̈ provvista di due videocamere 22 di dimensioni molto ridotte. Le videocamere 22 sono posizionate sul corpo di connessione 18, da parti opposte rispetto all’elemento a palmo 19. The mechanical hand is thus able to perform a spherical grip, a cylindrical grip, a precision and hook grip, and other intermediate configurations. To obtain a more effective grip or manipulation, the mechanical hand 10 is equipped with two video cameras 22 of very reduced dimensions. The video cameras 22 are positioned on the connection body 18, on opposite sides with respect to the palm element 19.
Le videocamere 22 consentono una visione stereoscopica che può essere utilizzata per un calcolo approssimato della posizione reciproca tra dita 11 e/o elemento a palmo 19 ed oggetto da afferrare e per riconoscere la forma e dimensioni dell’oggetto al fine di calcolarne il centro di massa così da ottenere una manipolazione/presa migliore. The video cameras 22 allow a stereoscopic vision that can be used for an approximate calculation of the reciprocal position between fingers 11 and / or palm element 19 and the object to be grasped and to recognize the shape and size of the object in order to calculate the center of mass in order to obtain a better handling / grip.
Per posizionare le dita 11 attorno all’asse longitudinale A come appena descritto à ̈ previsto un dispositivo di rotazione 23 di seguito descritto più in dettaglio. In order to position the fingers 11 around the longitudinal axis A as just described, a rotation device 23 is provided, described in more detail below.
Con riferimento alle Figure da 16 a 19, il dispositivo di rotazione 23 comprende un attuatore di rotazione 24 per l’azionamento sincronizzato del dito 11b e del dito 11c, vale a dire per la rotazione sincrona del dito 11b e del dito 11c attorno all’asse longitudinale A. Il dispositivo di rotazione 23 comprende un solo attuatore di rotazione 24 così da semplificare maggiormente la struttura della mano meccanica 10. Inoltre, l’attuatore di rotazione 24 à ̈ di dimensioni molto ridotte poiché non à ̈ richiesta un’elevata potenza per la rotazione delle dita 11b e 11c. Infatti, la potenza associata all’attuatore di rotazione 24 à ̈ quella sufficiente a ruotare le dita 11b e 11c in una posizione determinata attorno all’asse longitudinale A. Una volta raggiunta tale posizione, le dita 11b e 11c vengono bloccate tramite un opportuno dispositivo che verrà descritto successivamente. With reference to Figures 16 to 19, the rotation device 23 comprises a rotation actuator 24 for the synchronized actuation of the finger 11b and the finger 11c, that is to say for the synchronous rotation of the finger 11b and the finger 11c around the Longitudinal axis A. The rotation device 23 includes a single rotation actuator 24 so as to simplify the structure of the mechanical hand 10 more. Furthermore, the rotation actuator 24 is very small in size since it is not high power is required for the rotation of fingers 11b and 11c. In fact, the power associated with the rotation actuator 24 is that sufficient to rotate the fingers 11b and 11c in a determined position around the longitudinal axis A. Once this position has been reached, the fingers 11b and 11c are locked by means of a appropriate device that will be described later.
Il sistema di rotazione 23, grazie alla presenza di un solo attuatore di rotazione 24, risulta pertanto semplificato ed ha un peso molto ridotto. The rotation system 23, thanks to the presence of a single rotation actuator 24, is therefore simplified and has a very low weight.
Come meglio mostrato in Figura 19, ciascuna base di attacco 17 di un dito 11 à ̈ girevolmente connessa ad un’estremità di accoppiamento 25, tramite la quale il dito 11 risulta collegato al corpo di connessione 18 della mano meccanica 10. In particolare, al dito 11a à ̈ associata un’estremità di accoppiamento 25a, al dito 11b à ̈ associata un’estremità di accoppiamento 25b, ed al dito 11c à ̈ associata una estremità di accoppiamento 25c. As better shown in Figure 19, each attachment base 17 of a finger 11 is rotatably connected to a coupling end 25, through which the finger 11 is connected to the connection body 18 of the mechanical hand 10. In particular, a coupling end 25a is associated with finger 11a, a coupling end 25b is associated with finger 11b, and a coupling end 25c is associated with finger 11c.
Ciascuna base di attacco 17, e quindi il rispettivo dito 11, può ruotare, relativamente alla rispettiva estremità di accoppiamento 25, attorno ad un rispettivo primo asse di rotazione X, disposto trasversalmente rispetto all’asse longitudinale A, come verrà meglio spiegato più avanti. Each attachment base 17, and therefore the respective finger 11, can rotate, with respect to the respective coupling end 25, around a respective first axis of rotation X, arranged transversely with respect to the longitudinal axis A, as will be better explained below. .
L’estremità di accoppiamento 25b e l’estremità di accoppiamento 25c sono provviste rispettivamente di una prima ruota dentata 27 e di una seconda ruota dentata 28. L’estremità di accoppiamento 25b e l’estremità di accoppiamento 25c sono incernierate così da potere ruotare attorno a rispettivi secondi assi di rotazione Y, posti sostanzialmente parallelamente all’asse longitudinale A. Le estremità di accoppiamento 25b e 25c, e quindi le dita 11b e 11c, vengono ruotate attorno ai rispettivi secondi assi di rotazione Y dall’attuatore di rotazione 24, il quale, tramite opportuni elementi di trasmissione, quali cinghie pulegge e/o ruote dentate trasmette il movimento alla prima ruota dentata 27 ed alla seconda ruota dentata 28 che vengono ruotate in modo sincrono ed in versi di rotazione tra loro opposti. The coupling end 25b and the coupling end 25c are respectively provided with a first toothed wheel 27 and a second toothed wheel 28. The coupling end 25b and the coupling end 25c are hinged in this way ¬ to be able to rotate around respective second rotation axes Y, placed substantially parallel to the longitudinal axis A. The coupling ends 25b and 25c, and therefore the fingers 11b and 11c, are rotated around the respective second rotation axes Y by the € ™ rotation actuator 24, which, by means of suitable transmission elements, such as belts, pulleys and / or toothed wheels, transmits movement to the first toothed wheel 27 and to the second toothed wheel 28 which are rotated synchronously and in rotation directions between their opposites.
E’ previsto un dispositivo di bloccaggio 29, meglio mostrato nelle Figure da 16 a 19, che consente di bloccare le dita 11 in una configurazione operativa o in una configurazione di ripiegamento che verrà descritta più in dettaglio più avanti. A locking device 29 is provided, better shown in Figures 16 to 19, which allows the fingers 11 to be locked in an operating configuration or in a folding configuration which will be described in more detail below.
Il dispositivo di bloccaggio 29 comprende tre perni di bloccaggio 30 estendentisi parallelamente all’asse longitudinale A. Il dispositivo di bloccaggio 29, in particolare, comprende un primo perno di bloccaggio 30a, un secondo perno di bloccaggio 30b ed un terzo perno di bloccaggio 30c, configurati per interagire rispettivamente con il dito 11a, il dito 11b ed il dito 11c. I perni di bloccaggio 30 vengono azionati per impegnarsi con, e disimpegnarsi da, opportuni fori di bloccaggio 32 passanti che sono ricavati sulle basi di attacco 17 delle dita 11. I perni di bloccaggio 30, a seconda che si impegnino o no con i fori di bloccaggio 32, impediscono o consentono alle dita 11 di ruotare relativamente alle estremità di accoppiamento 25 attorno ai rispettivi primi assi di rotazione X. Le basi di attacco 17 delle dita 11 risultano così ben vincolate in una determinata posizione che può essere una posizione operativa, come mostrata nelle Figure da 16 a 19, o una configurazione di ripiegamento - come nelle Figure da 2 a 5, e da 10 a 15 - che verrà descritta più avanti. The locking device 29 comprises three locking pins 30 extending parallel to the longitudinal axis A. The locking device 29, in particular, comprises a first locking pin 30a, a second locking pin 30b and a third locking pin 30c , configured to interact respectively with the finger 11a, the finger 11b and the finger 11c. The locking pins 30 are actuated to engage with, and disengage from, suitable through locking holes 32 which are formed on the attachment bases 17 of the fingers 11. The locking pins 30, depending on whether or not they engage with the locking holes. locking 32, prevent or allow the fingers 11 to rotate relative to the coupling ends 25 around the respective first axes of rotation X. The attachment bases 17 of the fingers 11 are thus well constrained in a determined position that it can be an operative position, as shown in Figures 16 to 19, or a folding configuration - as in Figures 2 to 5, and 10 to 15 - which will be described later.
I perni di bloccaggio 30 vengono mossi in una direzione di bloccaggio D – mostrata nelle Figure 16 e 18 - parallela all’asse longitudinale A da un opportuno pistone collegato ad un elemento di connessione 31 ai quali sono collegati i perni di bloccaggio 30. In particolare, il perno di bloccaggio 30a à ̈ fissato all’elemento di connessione, mentre i perni di bloccaggio 30b e 30c sono connessi girevolmente all’elemento di connessione 31. Ciò consente ai perni di bloccaggio 30b e 30c, mentre sono impegnati con i fori di bloccaggio 32 del dito 11b e 11c, di ruotare insieme a questi ultimi attorno ai rispettivi secondi assi di rotazione Y. E’ previsto un elemento elastico, quale una molla 36, che mantiene i perni di bloccaggio 30 impegnati con i rispettivi fori di bloccaggio 32 quando il pistone del dispositivo di bloccaggio 30 à ̈ a riposo. The locking pins 30 are moved in a locking direction D - shown in Figures 16 and 18 - parallel to the longitudinal axis A by a suitable piston connected to a connecting element 31 to which the locking pins 30 are connected . In particular, the locking pin 30a is fixed to the connecting element, while the locking pins 30b and 30c are pivotally connected to the connecting element 31. This allows the locking pins 30b and 30c, while they are engaged with the locking holes 32 of the finger 11b and 11c, to rotate together with the latter about the respective second axes of rotation Y. An elastic element is provided, such as a spring 36, which keeps the locking pins 30 engaged with the respective locking holes 32 when the piston of the locking device 30 is at rest.
La mano meccanica 11 à ̈ dotata di un sistema di ripiegamento 33, mostrato meglio in Figura 19, che consente di trasferire le dita 11 da una regione B posta di fronte alla mano meccanica 10 – come mostrano le Figure da 6 a 9, ad una regione di ripiegamento R posteriore che à ̈ situata in prossimità del polso meccanico 20 – come mostrano le Figure da 10 a 12. In tal modo, il sistema di ripiegamento trasforma le dita 11 da configurazioni operative in cui le dita 11 possono cooperare con l’elemento a palmo 19 per svolgere operazioni, ad una configurazione di ripiegamento nella quale le dita 11 risultano accostate ad una superficie laterale 21 dell’elemento a polso 20 – come mostrano ad esempio le Figure da 10 a 12. Nella configurazione di ripiegamento, le tre dita 11 sono posizionate all’indietro rispetto al corpo di connessione 18 e risultano mutuamente parallele ed affiancate. Grazie al sistema di ripiegamento, la regione B posta frontalmente alla mano meccanica 10 può essere liberata completamente dalle dita 11, riducendo notevolmente gli ingombri a quest’ultime associate ed offrendo la possibilità di utilizzare la mano meccanica 11 per ulteriori applicazioni in aggiunta a quelle di presa o manipolazione di oggetti. The mechanical hand 11 is equipped with a folding system 33, better shown in Figure 19, which allows to transfer the fingers 11 from a region B placed in front of the mechanical hand 10 - as shown in Figures 6 to 9, to a rear folding region R which is located in proximity to the mechanical wrist 20 - as shown in Figures 10 to 12. Thus, the folding system transforms the fingers 11 from operating configurations in which the fingers 11 can cooperate with the palm element 19 to carry out operations, to a folding configuration in which the fingers 11 are placed next to a lateral surface 21 of the wrist element 20 - as shown for example in Figures 10 to 12 In the folding configuration, the three fingers 11 are positioned backwards with respect to the connection body 18 and are mutually parallel and side by side. Thanks to the folding system, the region B placed in front of the mechanical hand 10 can be completely freed from the fingers 11, considerably reducing the dimensions associated with the latter and offering the possibility of using the mechanical hand 11 for further applications in addition to those of gripping or manipulating objects.
Il sistema di ripiegamento comprende un ingranaggio di ripiegamento 34 (meglio visibile in Figura 19) configurato per agire sulle ruote dentate 26 del dito 11b e del dito 11c, ed un ulteriore ingranaggio 35 (visibile in Figura 18) configurato per agire sulla ruota dentata 26 del primo dito 11a. The folding system comprises a folding gear 34 (better visible in Figure 19) configured to act on the toothed wheels 26 of the finger 11b and finger 11c, and a further gear 35 (visible in Figure 18) configured to act on the toothed wheel 26 of the first finger 11a.
Il sistema di ripiegamento 33 à ̈ in grado di agire sul dito 11b e del dito 11c una volta che il dispositivo di rotazione 23 – precedentemente descritto con riferimento alle Figure da 16 a 19 – ha ruotato il dito 11b ed il dito 11c, allontanandoli dal dito 11a in posizione diametralmente opposta a quest’ultimo, così da portare le ruote dentate 26 del dito 11b e del dito 11c a contatto con l’ingranaggio di ripiegamento 34, come mostrano le Figure da 6 a 9. In tale configurazione, una volta che i perni di bloccaggio 30 risultino disimpegnati dai rispettivi fori di bloccaggio 32, l’ingranaggio di ripiegamento 34 e l’ulteriore ingranaggio di ripiegamento 35 possono mettere in rotazione le tre dita 11 attorno ai rispettivi primi assi di rotazione X, così da disporle attorno al polso meccanico 20. A quel punto, i perni di bloccaggio 30 si impegnano nuovamente con i rispettivi fori di bloccaggio 32, ed il sistema di rotazione 23 ruota il dito 11b ed il dito 11c in versi opposti attorno ai rispettivi secondi assi di rotazione Y così da avvicinarli al dito 11a. Le tre dita risultano così posizionate nella configurazione di ripiegamento G, mostrata nelle Figure da 10 a 15. The folding system 33 is able to act on the finger 11b and the finger 11c once the rotation device 23 - previously described with reference to Figures 16 to 19 - has rotated the finger 11b and the finger 11c, moving them away from the finger 11a in a position diametrically opposite to the latter, so as to bring the toothed wheels 26 of the finger 11b and of the finger 11c in contact with the folding gear 34, as shown in Figures 6 to 9 In this configuration, once the locking pins 30 are disengaged from the respective locking holes 32, the folding gear 34 and the further folding gear 35 can rotate the three fingers 11 around their respective first ones. rotation axes X, so as to arrange them around the mechanical wrist 20. At that point, the locking pins 30 engage again with the respective locking holes 32, and the rotation system 23 rotates the finger 11b and the finger 11c into opposite verses around the respective second axes of rotation Y so as to bring them closer to finger 11a. The three fingers are thus positioned in the folding configuration G, shown in Figures 10 to 15.
Come mostrato nelle Figure da 13 a 15, la mano meccanica 10, grazie alla configurazione di ripiegamento G delle dita 11, può trasformarsi in un utensile. As shown in Figures 13 to 15, the mechanical hand 10, thanks to the folding configuration G of the fingers 11, can be transformed into a tool.
Come descritto precedentemente con riferimento alle Figure da 25 a 27, la porzione di estremità 42 dell’elemento a palmo 19 può essere rimossa per consentire alla mano meccanica 10 di supportare un utensile 53 (mostrato nelle Figure 13-15) quale, ad esempio, un avvitatore/svitatore, un trapano, una torcia al plasma per il taglio di oggetti, ecc.. As previously described with reference to Figures 25 to 27, the end portion 42 of the palm element 19 can be removed to allow the mechanical hand 10 to support a tool 53 (shown in Figures 13-15) such as, for example , a screwdriver / unscrewer, a drill, a plasma torch for cutting objects, etc.
Per consentire il montaggio dell’utensile 53 sulla mano meccanica 10, può essere previsto un opportuno elementosede-utensile 54, mostrato nelle Figure 28 e 29, che viene accoppiato al corpo di connessione 18 della mano meccanica 10 mediante un opportuno accoppiamento di forma 55. L’accoppiamento di forma 55 comprende proiezioni 56 ricavate sull’elemento-sede-utensile 54 e conformate per impegnarsi con sedi di accoppiamento 57, ricavate sul corpo di connessione 18. To allow the assembly of the tool 53 on the mechanical hand 10, a suitable tool-seat element 54, shown in Figures 28 and 29, can be provided, which is coupled to the connection body 18 of the mechanical hand 10 by means of a suitable form coupling 55 The shape coupling 55 comprises projections 56 obtained on the element-seat-tool 54 and shaped to engage with coupling seats 57, obtained on the connection body 18.
Analogamente a quanto visto per la porzione di estremità 42 dell’elemento a palmo 19, le porzioni a perno 51 del pistone di attuazione 44 possono impegnarsi con ulteriori cavità di accoppiamento 58 ricavate sull’elemento-sede-utensile 54. In tal modo viene impedito all’elemento-sede-utensile 54 di ruotare rispetto al corpo di connessione 18 separandosi da quest’ultimo. Ciò consente all’elemento-sede-utensile 54 di risultare ben vincolato alla mano meccanica 10 in modo da poter supportare con estrema sicurezza l’utensile 53. Similarly to what has been seen for the end portion 42 of the palm element 19, the pivot portions 51 of the actuation piston 44 can engage with further coupling cavities 58 obtained on the tool-seat element 54. In this way the tool-seat-element 54 is prevented from rotating with respect to the connection body 18, separating itself from the latter. This allows the tool-seat-element 54 to be well constrained to the mechanical hand 10 so as to be able to support the tool 53 with extreme safety.
In una versione non raffigurata, à ̈ possibile prevedere che l’utensile 53 sia montato sullo stelo 43 e sia quindi azionabile mobilmente lungo la direzione di proiezione P. In un’ulteriore versione non raffigurata, à ̈ possibile rimuovere la porzione di estremità 42 dell’elemento a palmo 19 per consentire il montaggio di un elemento a piede in grado fornire un’ulteriore funzione di locomozione in aggiunta a quella svolta dalla ruota 6. In a version not shown, it is possible to provide that the tool 53 is mounted on the stem 43 and can therefore be moved freely along the projection direction P. In a further version not shown, it is possible to remove the end portion 42 of the palm element 19 to allow the assembly of a foot element capable of providing an additional locomotion function in addition to that performed by the wheel 6.
Con riferimento alle Figure da 30 a 34, viene di seguito descritto più in dettaglio il giunto 8 che collega il primo organo 5 ed il secondo organo 9 alla struttura di supporto 2. With reference to Figures 30 to 34, the joint 8 which connects the first member 5 and the second member 9 to the support structure 2 is described in more detail below.
Il giunto 8 à ̈ configurato per consentire la rotazione sincrona o asincrona del primo organo 5 (al quale à ̈ associato la ruota 6), e del secondo organo 9 (al quale à ̈ associato la mano meccanica 10), rispetto alla struttura di supporto 2. Joint 8 is configured to allow synchronous or asynchronous rotation of the first member 5 (to which wheel 6 is associated), and of the second member 9 (to which the mechanical hand 10 is associated), with respect to the support structure 2.
Il giunto 8 comprende un primo attuatore 59 per la rotazione sincrona/asincrona del primo organo 5 e del secondo organo 9 rispetto all’elemento di articolazione 3 al quale essi sono connessi. In altre parole, à ̈ possibile ruotare il primo organo 5 ed il secondo organo 9 congiuntamente o in modo disgiunto uno dall’altro rispetto ad un terzo asse di rotazione W disposto trasversalmente rispetto alla struttura di supporto 2. The joint 8 comprises a first actuator 59 for the synchronous / asynchronous rotation of the first member 5 and of the second member 9 with respect to the articulation element 3 to which they are connected. In other words, it is possible to rotate the first member 5 and the second member 9 jointly or disjointly from each other with respect to a third axis of rotation W arranged transversely with respect to the support structure 2.
E’ previsto un selettore 61 che consente di variare la modalità di funzionamento sincrona o asincrona del giunto 8. In particolare, il selettore 61 à ̈ configurato in modo tale da trasmettere il moto del primo attuatore 59 soltanto al primo organo 5 oppure soltanto al secondo organo 9 oppure al tempo stesso sia al primo organo 5 che al secondo organo 9. Il selettore 61 à ̈ vincolato girevolmente ma non assialmente ad un albero motore del primo attuatore 59. Il selettore 61 può essere mosso in una direzione di selezione S parallela al terzo asso di rotazione W, per mezzo di una leva di selezione 62. Il giunto 8 comprende un secondo attuatore 60 in grado di muovere la leva di selezione 62 tramite un primo manovellismo 63. Il selettore 61 può essere configurato in modo tale da ingranare, per trasmettere il moto, con il primo organo 5 o con il secondo organo 9 o con ambedue contemporaneamente in funzione della frazione di angolo giro con cui il primo manovellismo 63 viene ruotato dal secondo attuatore 60. Ad esempio, il giunto 8 può essere configurato in modo tale che ad una posizione iniziale del primo manovellismo 63, come mostrata nelle Figure da 30 a 33, il selettore 61 ingrani soltanto con il primo organo 5. In questa configurazione viene azionata soltanto la ruota 6. Ad un primo quarto di giro del primo manovellismo 63 rispetto alla posizione iniziale, il selettore 61 ingrana anche con il secondo organo 9. In questa configurazione, possono essere azionati in modo sincrono la ruota 6 e la mano meccanica 10. Ciò consente di alloggiare nella struttura di supporto 2 la ruota 6 in una posizione ritratta E1, e di estrarre dalla struttura di supporto 2 la mano meccanica 10 in una posizione estratta F1, come mostrato in Figura 1. Analogamente, à ̈ possibile alloggiare nella struttura di supporto 2 la mano meccanica 10 in una ulteriore posizione ritratta E2, e di estrarre dalla struttura di supporto 2 la ruota 6 in una ulteriore posizione estratta F2, come mostrato nelle Figure 4 e 5. A selector 61 is provided which allows to vary the synchronous or asynchronous operating mode of the joint 8. In particular, the selector 61 is configured in such a way as to transmit the motion of the first actuator 59 only to the first member 5 or only to the second member 9 or at the same time both to the first member 5 and to the second member 9. The selector 61 is rotatably but not axially constrained to a drive shaft of the first actuator 59. The selector 61 can be moved in a parallel selection direction S to the third axis of rotation W, by means of a selection lever 62. The joint 8 comprises a second actuator 60 capable of moving the selection lever 62 by means of a first crank mechanism 63. The selector 61 can be configured in such a way as to engage , to transmit the motion, with the first member 5 or with the second member 9 or with both at the same time depending on the fraction of the turn angle with which the first crank mechanism 63 is rotated by the second actuator 60. For example, the joint 8 can be configured in such a way that at an initial position of the first crank mechanism 63, as shown in Figures 30 to 33, the selector 61 meshes with the first member 5 only. only the wheel 6 is driven. At a first quarter turn of the first crank mechanism 63 with respect to the initial position, the selector 61 also meshes with the second member 9. In this configuration, the wheel 6 and the mechanical hand 10 can be operated synchronously. . This allows the wheel 6 to be housed in the support structure 2 in a retracted position E1, and the mechanical hand 10 to be extracted from the support structure 2 in an extracted position F1, as shown in Figure 1. Similarly, it is possible to accommodate the support structure 2 the mechanical hand 10 in a further retracted position E2, and to extract the wheel 6 from the support structure 2 in a further extracted position F2, as shown in Figures 4 and 5.
La rotazione sincrona del primo organo 5 e del secondo organo 9 consente quindi all’unità meccanica multifunzione 1 di passare da una configurazione-braccio L, come mostrato in Figura 1, ad una configurazione-gamba M, mostrata nelle Figure 4 e 5. E’ possibile anche ottenere configurazioni intermedie, come mostrato ad esempio nelle Figure 2 e 3. The synchronous rotation of the first member 5 and of the second member 9 therefore allows the multifunction mechanical unit 1 to pass from an arm configuration L, as shown in Figure 1, to a leg configuration M, shown in Figures 4 and 5. It is also possible to obtain intermediate configurations, as shown for example in Figures 2 and 3.
E’ possibile prevedere mezzi di selezione configurati diversamente da quanto appena descritto per trasmettere il movimento in modo sincrono o asincrono al primo organo 5 ed al secondo organo 9. It is possible to provide selection means configured differently from what has just been described to transmit the movement synchronously or asynchronously to the first member 5 and to the second member 9.
Il giunto 8 comprende una leva di bloccaggio 64 che viene azionata per bloccare fermamente nella, o sbloccare dalla posizione ritratta E1 o dall’ulteriore posizione ritratta E2 rispettivamente il primo organo 5 ed il secondo organo 9. La leva di bloccaggio 64 può essere azionata tramite un secondo manovellismo 65 che può essere mosso, analogamente a quanto visto per il primo manovellismo 63, dal secondo attuatore 60. The joint 8 comprises a locking lever 64 which is operated to firmly lock in or release from the retracted position E1 or from the further retracted position E2 respectively the first member 5 and the second member 9. The locking lever 64 can be operated by means of a second crank mechanism 65 which can be moved, similarly to what was seen for the first crank mechanism 63, by the second actuator 60.
Il primo attuatore 59 e/o il secondo attuatore 60 possono comprendere ciascuno un motore di dimensioni molto ridotte, ad esempio del tipo “flat†così da ridurre maggiormente gli ingombri ed il peso dell’unità meccanica multifunzione 1. Grazie alla presenza di due soli attuatori, il giunto 8 risulta strutturalmente semplificato, ciò a vantaggio ancora una volta dell’affidabilità e leggerezza dell’unità meccanica multifunzione 1. The first actuator 59 and / or the second actuator 60 can each comprise a very small motor, for example of the â € œflatâ € type, so as to further reduce the overall dimensions and weight of the multifunction mechanical unit 1. Thanks to the presence of only two actuators, the joint 8 is structurally simplified, this to the advantage once again of the reliability and lightness of the multifunction mechanical unit 1.
Sono possibili varianti e/o aggiunte a quanto sopra descritto ed illustrato nei disegni allegati. E’ possibile riconfigurare l’unità meccanica multifunzione, in modo desiderato, in funzione delle molteplici applicazioni a cui l’unità meccanica multifunzione può essere destinata. In particolare, si può strutturalmente e funzionalmente configurare il primo organo e/o il secondo organo in relazione agli specifici utilizzi richiesti. Variations and / or additions to what is described above and illustrated in the attached drawings are possible. It is possible to reconfigure the multifunction mechanical unit, as desired, according to the multiple applications to which the multifunction mechanical unit can be destined. In particular, the first organ and / or the second organ can be structurally and functionally configured in relation to the specific uses required.
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2009
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