ES2304877B1 - Actuador de un elemento de trabajo principalmente de un robot movil para el transporte sobre una plataforma especial de personas y/o cosas ysu metodo de control. - Google Patents

Actuador de un elemento de trabajo principalmente de un robot movil para el transporte sobre una plataforma especial de personas y/o cosas ysu metodo de control. Download PDF

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Abstract

Actuador de un elemento de trabajo principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial de personas y/o cosas y su método de control.
Actuador de un elemento de trabajo (14), tiene una plataforma especial (23), contiene un sistema de control y un mecanismo de transmisión variable. El mecanismo para el movimiento progresivo a lo largo del eje (12) está conectado con cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable. El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente. Este cambio es realizado una vez antes de la ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14). Este cambio es realizado continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14).

Description

Actuador de un elemento de trabajo principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial de personas y/o cosas y su método de control.
Sector de la técnica
La invención pertenece a la ingeniería mecánica, y se puede utilizar particularmente en robótica, en dispositivos para la automatización, en actuadores de paso y otros dispositivos.
Estado de la técnica
En los documentos de patente EPO433096 y US4834200 se utiliza lo siguiente. Actuador para las patas de un robot caminante, compuesto por una base (4), y un motor (18) eléctrico instalado fijamente en la base (4), conectado con el sistema de control y conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo (14).
En estas soluciones, el motor (18) del actuador junto con una caja de reducción de engranajes constante debe compensar el par producido por la fuerza de gravedad. Este par producido por la fuerza de gravedad se podría compensar entonces, utilizando motores pequeños con una relación de reducción grande, pero esta opción presenta el inconveniente de que restringe mucho la velocidad de la pata. Otra posibilidad sería compensar el par producido por la fuerza de gravedad utilizando motores grandes con una relación de reducción pequeña, pero tendría el inconveniente de que aumentaría tanto peso del robot como el consumo energético del mismo.
Otra solución técnica conocida son los actuadores ES 2195792 y ES 2166735. La primera solución conocida tiene la capacidad de trabajar con gran eficiencia, pero solo en casos cuando la masa del elemento de trabajo (14) es constante. La segunda solución conocida es capaz de trabajar con gran eficiencia pero solo en casos cuando la masa del elemento de trabajo (14) es igual a un primer valor o un segundo valor determinados de antemano.
Descripción de la invención - Breve descripción de la invención
Actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial (23) de personas y/o cosas, contiene un sistema de control y una base (4) del actuador con un motor (18) fijado en ella. El motor (18) está conectado con el sistema de control y conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo (14). La conexión cinemática entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) del robot contiene al menos un mecanismo de transmisión variable. Un mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por dos elementos cónicos. Cada polea tiene al menos un elemento cónico deslizante (3) con posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12); y por tanto, cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. El mecanismo para el movimiento progresivo a lo largo del eje (12) está conectado con cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable. La conexión entre un mecanismo para el movimiento progresivo y cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) es preparada con ayuda de una conexión articulada (22), con posibilidad de transmitir fuerza axial y sin posibilidad de transmitir momento. Cada conexión articulada (22) está conectada con una transmisión cinemática (17), de modo que, cuando el radio de trabajo de una de las poleas de un mecanismo de transmisión variable es aumentado el radio de trabajo de la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable es disminuido. Una de las poleas que componen un mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente a un motor (18) y la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente al elemento de trabajo (14).
El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente. Es posible, que este cambio sea realizado una vez antes de la ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14). Es posible, que este cambio sea realizado continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14).
- Descripción detallada de la invención
La presente invención hace referencia a un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial (23) de personas y/o cosas, incluyendo movimientos de arranque-parada, principalmente en robots móviles, y al procedimiento para su control. El objetivo de dicha invención es la disminución de la potencia del motor (18) del actuador, la disminución de los gastos energéticos y el aumento de la velocidad de acción del actuador en caso de que la masa del elemento de trabajo (14) es desconocida de antemano y puede ser igual a cualquier valor entre un valor mínimo y un valor máximo definidos previamente.
Actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial (23) de personas y/o cosas, contiene un sistema de control y una base (4) del actuador con un motor (18) fijado en ella. El motor (18) está conectado con el sistema de control y conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo (14). La conexión cinemática entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) del robot contiene al menos un mecanismo de transmisión variable. Un mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por dos elementos cónicos. Cada polea tiene al menos un elemento cónico deslizante (3) con posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12); y por tanto, cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. El mecanismo para el movimiento progresivo a lo largo del eje (12) está conectado con cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable. La conexión entre un mecanismo para el movimiento progresivo y cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) es preparada con ayuda de una conexión articulada (22), con posibilidad de transmitir fuerza axial y sin posibilidad de transmitir momento. Cada conexión articulada (22) está conectada con una transmisión cinemática (17), de modo que, cuando el radio de trabajo de una de las poleas de un mecanismo de transmisión variable es aumentado el radio de trabajo de la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable es disminuido. Una de las poleas que componen un mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente a un motor (18) y la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente al elemento de trabajo (14).
Un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) es por ejemplo manual y tiene un elemento fijador (19) que impide el movimiento de este mecanismo.
Un elemento fijador (19) está preparado con ayuda de un sistema de transmisión auto-bloqueado, por ejemplo un mecanismo de transmisión husillo (6) con tuerca (7).
Un elemento fijador (19) está preparado como freno conectado a un sistema de resorte (5) con electro-imán conectado al sistema de control.
Una plataforma especial (23) está conectada con el cuerpo del robot (base (4)) con posibilidad de deslizamiento vertical y tiene un resorte (5) entre la plataforma especial (23) y la base (4), y tiene una ranura (15) inclinada. El mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) colocado de tal manera que se mueve a lo largo de la ranura (15).
Un elemento de trabajo (14) tiene una ranura (15) inclinada y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) colocado de tal manera que se mueve a lo largo de la ranura (15).
Un elemento de trabajo (14) está conectado cinemáticamente con un regulador centrífugo (21) y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) conectado con parte del regulador centrífugo (21) con movimiento progresivo.
El sistema de control contiene sensores de posición y/o de velocidad y/o aceleración del elemento del trabajo (14) y/o del motor (18) y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) tiene un motor adicional (11) conectado al sistema de control.
Un actuador de un elemento de trabajo (14) está compuesto por dos mecanismos de transmisión variable conectados cinemáticamente en serie.
Un actuador de un elemento de trabajo (14) está compuesto por al menos un sistema adicional con relación de transmisión variable (por ejemplo un sistema de transmisión con mecanismo biela (23) - manivela (24) o manivela (24) - corredera) en cadena cinemática entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14).
El elemento de trabajo (14) de un robot caminante es un grado de libertad de una pata.
El elemento de trabajo (14) de un robot con ruedas es al menos una rueda.
El elemento de trabajo (14) de un robot con ruedas es un eje de ruedas.
El elemento de trabajo (14) de un robot móvil es una plataforma especial (23) para personas y/o cosas.
El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente. El movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control.
El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente. Es posible, que este cambio sea realizado una vez antes de la ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14). Es posible, que este cambio sea realizado continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14).
En caso de que el cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) sea realizado una vez antes de la ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14), primero se sitúa a la persona o cosa sobre la plataforma especial (23). Luego, el cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente, por ejemplo, con ayuda de una ranura (15) y un dedo (20) a través de una transmisión cinemática (17). Tercero, se fija la posición de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas en un mismo mecanismo de transmisión variable, o se fija la posición de la transmisión cinemática (17), o se fija la posición de la plataforma especia (23); es posible realizar la fijación con ayuda de un elemento fijador (19), o con ayuda de un sistema de transmisión auto-bloqueado. Luego, el movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control.
En caso de que el cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) sea realizado continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14), primero se sitúa a la persona o cosa sobre la plataforma especial (23). Segundo, el movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control. En tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14), con ayuda de sensores se miden los parámetros del movimiento del elemento de trabajo (14), por ejemplo, velocidad, distancia, aceleración, o se miden los parámetros del motor (18), por ejemplo, velocidad angular, aceleración angular, ángulo de rotación. Con ayuda del sistema de control, acorde con el algoritmo de control basado en el análisis del los parámetros del movimiento del elemento de trabajo (14), se realiza el cambio de la relación de transmisión del actuador, con ayuda del movimiento de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable, con ayuda de un motor adicional (11), acorde con la señal de control del sistema de control.
Estas soluciones técnicas permiten disminuir la potencia del motor (18), disminuir los gastos energéticos y aumentar la velocidad de acción del actuador, a costa de que la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) sea variable y dependa esencialmente los parámetros del movimiento del elemento de trabajo (14). Lo que permite ajustar la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) de manera que es óptima para masas diferentes y desconocidas de antemano.
Descripción del funcionamiento del dispositivo
El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) en un mecanismo de transmisión variable (figura 2) se realiza debido al movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). Con los movimientos de los elementos cónicos deslizantes (3) se cambia el radio de trabajo de las poleas que forman un mecanismo de transmisión variable. El movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) es en dirección opuesta; de manera tal que si el radio de trabajo de una de las poleas que forman un mecanismo de transmisión variable aumenta, el radio de trabajo de la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable disminuye. Las poleas que forman un mecanismo de transmisión variable comparten una misma correa (1), por tanto, el movimiento progresivo de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) debe ser de forma tal que se conserve la tensión de la correa (1).
En el mecanismo de transmisión variable descrito en la figura 2, sólo dos elementos cónicos tienen la posibilidad de realizar movimiento progresivo. El movimiento progresivo se realiza con ayuda de un motor adicional (11) conectado a un reductor (10), este sistema motor adicional (11) - reductor (10) tiene la posibilidad de girar el husillo (6) permitiendo que las tuercas (7) se deslicen a lo largo del husillo (6) en una misma dirección. Las tuercas (7) con ayuda de una transmisión cinemática (17) mueven los elementos cónicos deslizantes (3) en dirección opuesta.
En el mecanismo de transmisión variable descrito en la figura 2, el radio de trabajo de las poleas varia según el ángulo de rotación del motor adicional (11). El valor de éste ángulo es determinado con ayuda del sistema de control.
En la figura 1 se muestra un mecanismo de transmisión variable dónde todos los elementos cónicos son deslizantes (3) de modo que en este sistema es posible realizar un mejor ajuste del radio de trabajo de las poleas. En esta figura no se muestra el mecanismo que mueve las transmisiones cinemáticas (18) que unen las poleas. En esta figura se muestra sistema motor (18) - reductor (10) que mueve una de las poleas, esta polea a través de una correa (1) mueve a la segunda polea del mismo sistema de transmisión variable. La segunda polea mueve al elemento de trabajo (14). En este sistema, el elemento de trabajo (14) realiza movimiento giratorio.
En la figura 3 se muestra un mecanismo de transmisión variable similar al mostrado en la figura 1 con un motor adicional (11) cuyo mecanismo de funcionamiento es similar al descrito anteriormente y mostrado en la figura 1.
En el sistema mostrado en la figura 4, el elemento fijador (18) se encuentra desconectado y el motor (18) se encuentra desconectado. Luego sobre una plataforma especial (23) se sitúa a la persona o cosa, por ejemplo una persona sentada en una silla. Debido a la masa desconocida de antemano del elemento persona - silla se mueve verticalmente hacia abajo la plataforma especial (23) y se comprime el resorte (5). El valor de compresión del resorte (5) es determinado por la masa del elemento persona - silla. Debido a este movimiento, la ranura (15) mueve al dedo (20) horizontalmente; en este momento el dedo (20) mueve horizontalmente la transmisión cinemática (17). Luego, la transmisión cinemática (17) con ayuda de dos conexiones articuladas (22) tiene la posibilidad de de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento a los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas del mecanismo de transmisión variable. En este momento, los elementos cónicos deslizantes (3) se mueven en dirección horizontal, cambiando el radio de trabajo de las poleas y la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14).
En el sistema mostrado en la figura 4, la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) depende de la masa del elemento persona - silla, de la rigidez del resorte (5) y de la forma de la ranura (15).
Una vez establecida la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14), se fija esta relación de transmisión, en el sistema mostrado en la figura 4. La fijación de la relación de transmisión se realiza con ayuda de un elemento fijador (19). Es posible fijar de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) fijando la posición de los elementos cónicos deslizantes (3), o fijando la posición de la transmisión cinemática (17), o fijando la plataforma especial (23). En la figura 4 se muestra la fijación la transmisión cinemática (17).
Una vez fijada la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) el motor (18) con ayuda del sistema de control mueve con ayuda del mecanismo de transmisión variable el elemento de trabajo (14). Es posible que el movimiento que realiza el elemento de trabajo (14) sea lineal o rotacional. El movimiento del elemento de trabajo (14) que se muestra en la figura 4 es lineal. El movimiento del elemento de trabajo (14) que se muestra en la figura 9 es rotacional, en este caso es posible que el elemento de trabajo (14) sea una rueda o una pata de un robot móvil.
En el sistema mostrado en la figura 5, se cambia la relación de transmisión automáticamente y continuamente durante el movimiento del elemento de trabajo (14). En la figura se muestra que el elemento de trabajo (14) realiza movimiento lineal, es posible realizar un mecanismo similar con movimiento rotacional del elemento de trabajo (14). Durante el movimiento del elemento de trabajo (14) en dirección vertical, la ranura (15) mueve al dedo (20) horizontalmente. En este momento el dedo (20) mueve horizontalmente la transmisión cinemática (17). Luego, la transmisión cinemática (17) con ayuda de dos conexiones articuladas (22) tiene la posibilidad de de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento a los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas del mecanismo de transmisión variable. En este momento, los elementos cónicos deslizantes (3) se mueven en dirección horizontal, cambiando el radio de trabajo de las poleas y la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14).
En este sistema mostrado en la figura 5, la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) depende de la posición del elemento de trabajo (14) y de la forma de la ranura (15).
En el sistema mostrado en la figura 6, se cambia la relación de transmisión automáticamente y continuamente durante el movimiento del elemento de trabajo (14). En la figura se muestra que el elemento de trabajo (14) realiza movimiento lineal, es posible realizar un mecanismo similar con movimiento rotacional del elemento de trabajo (14). Durante el movimiento del elemento de trabajo (14) en dirección vertical, con ayuda de una transmisión piñón - cremallera se gira el regulador centrifugo (21), donde la velocidad lineal del elemento de trabajo (14) es proporcional a la velocidad angular del regulador centrifugo (21). La parte del regulador centrifugo (21) que tiene posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo de su propio eje mueve la transmisión cinemática (17) horizontalmente. Luego, la transmisión cinemática (17) con ayuda de dos conexiones articuladas (22) tiene la posibilidad de de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento a los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas del mecanismo de transmisión variable. En este momento, los elementos cónicos deslizantes (3) se mueven en dirección horizontal, cambiando el radio de trabajo de las poleas y la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14).
En este sistema mostrado en la figura 6, la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) depende de la velocidad del elemento de trabajo (14).
En este sistema mostrado en la figura 7, se muestran dos mecanismos de transmisión variable conectados en serie. Es posible usar una combinación de mecanismos de transmisión variable conectados en serie para aumentar el nivel de cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14). Un solo mecanismo de transmisión variable normalmente puede cambiar su relación de transmisión sólo cinco o seis veces. Dos mecanismos de transmisión variable conectados en serie pueden cambiar su relación de transmisión de veinticinco a treinta y seis veces. Es posible conectar en serie más de dos mecanismos de transmisión variable.
En relación con el sistema mostrado en la figura 7, es posible cambiar la relación de transmisión de cada uno de los mecanismos de transmisión variable independientemente. Por ejemplo, es posible cambiar y fijar la relación de transmisión de un mecanismo de transmisión variable acorde con la masa de la persona o cosa situada sobre la plataforma especial (23), como ha sido descrito en la figura 4. Por ejemplo, es posible cambiar la relación de transmisión del segundo mecanismo de transmisión variable como función de posición del elemento de trabajo (14), como ha sido descrito en la figura 5.
La figura 8 muestra un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable conectado en serie con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24). Es posible usar un mecanismo de transmisión variable conectado en serie con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24) porque el mecanismo biela (23) - manivela (24) puede cambiar su propia relación de transmisión sólo como función de posición del elemento de trabajo (14). Para un mejor ajuste del actuador es posible cambiar la relación de transmisión del mecanismo de transmisión variable como función de velocidad, o aceleración del elemento de trabajo (14). Es posible usar una combinación de mecanismos de transmisión variable conectados en serie, con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24) conectado en
serie.
Descripción de los dibujos
Para la mejor comprensión de cuanto queda escrito en esta memoria, se acompañan unos dibujos en los que, tan sólo a título de ejemplo, se representan casos prácticos de realización del actuador y de su funcionamiento.
La figura 1 hace referencia al actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho actuador está compuesto por un mecanismo de transmisión variable, compuesto a su vez por dos poleas conectadas a través de una correa (1); cada una de las poleas está compuesta por dos elementos cónicos deslizantes (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) tienen la posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12); y por tanto, cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. Cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) en una misma polea está conectado con un elemento cónico deslizante (3) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable, a través de un mecanismo para el movimiento progresivo de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por dos conexiones cinemáticas (17), cada conexión cinemática (17) está dotada de una articulación con un grado de libertad (8). Cada conexión cinemática (17) conecta dos elementos cónicos deslizantes (3). El elemento de trabajo (14) está conectado a través de un eje (12) a una polea. Un motor (18) está conectado a un reductor (10) conectado a su vez a través de un eje (12) a la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable.
La figura 2 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). En una misma polea, el elemento cónico deslizante (3) tiene la posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12) y la posibilidad de introducirse parcialmente en el elemento cónico fijo (2), y cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados a través de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por un husillo (6) conectado a un reductor (10) conectado a un motor adicional (11). Cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) está conectado a través de una conexión cinemática (17) a una tuerca (7). Cada tuerca (7) tiene la posibilidad de deslizarse a lo largo del husillo (6) formando un sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7). El sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7) es por ejemplo auto-bloqueado.
La figura 3 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por dos elementos cónicos deslizantes (3). En una misma polea, los elementos cónicos deslizantes (3) tiene la posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12) y la posibilidad de introducirse parcialmente uno dentro del otro, y cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados a través de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por un husillo (6) conectado a un reductor (10) conectado a un motor adicional (11). Cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) está conectado a través de una conexión cinemática (17) a una tuerca (7). Cada conexión cinemática (17) está dotada de una articulación con un grado de libertad (8). Cada conexión cinemática (17) conecta dos elementos cónicos deslizantes (3). Cada tuerca (7) tiene la posibilidad de deslizarse a lo largo del husillo (6) formando un sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7). El sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7) es por ejemplo auto-bloqueado.
La figura 4 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados con ayuda de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por una transmisión cinemática (17) dotada de un dedo (20) y conectada a cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) con ayuda de una conexión articulada (22). Una conexión articulada (22) tiene la posibilidad de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento. Sobre una plataforma especial (23) se sitúa a la persona o cosa, por ejemplo una persona sentada en una silla. La plataforma especial (23) está conecta a una base (4) con posibilidad de movimiento vertical y tiene un resorte (5) entre la plataforma especial (23) y la base (4). La plataforma especial está dotada de una ranura (15). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente con ayuda de la ranura (15) y el dedo (20) que forma parte de la transmisión cinemática (17). Se fija la posición de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas en un mismo mecanismo de transmisión variable, por ejemplo se fija la transmisión cinemática (17) con ayuda de de un elemento fijador (19) en la posición dedo (20) - ranura (15) determinada por la masa desconocida de antemano del elemento persona - silla situada sobre la plataforma especial (23). El elemento de trabajo (14) está conectado a un sistema compuesto por una correa (1) y dos poleas fijas (13). Una polea fija (13) está conectada a un eje (12) conectado a al elemento cónico fijo (2) que compone una de las poleas que compone el mecanismo de transmisión variable. Un motor (18) está conectado a un reductor (10). El reductor (10) está conectado aun eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable.
La figura 5 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados con ayuda de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por una transmisión cinemática (17) dotada de un dedo (20) y conectada a cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) con ayuda de una conexión articulada (22). Una conexión articulada (22) tiene la posibilidad de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento. El elemento de trabajo (14) está dotado de una ranura (15). El elemento de trabajo (14) está conectado a un sistema compuesto por una correa (1) y dos poleas fijas (13). Una polea fija (13) está conectada a un eje (12) conectado a al elemento cónico fijo (2) que compone una de las poleas que compone el mecanismo de transmisión variable. Un motor (18) está conectado a un reductor (10). El reductor (10) está conectado a un eje (12) que está conectado al elemento cónico fijo (2) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable. El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente y continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda de la ranura (15) y el dedo (20) que forma parte de la transmisión cinemática (17).
La figura 6 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados con ayuda de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por una transmisión cinemática (17) conectada a la parte del regulador centrifugo (21) que tiene posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo de su propio eje. La transmisión cinemática (17) está conectada a cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) con ayuda de una conexión articulada (22). Una conexión articulada (22) tiene la posibilidad de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento. Otra transmisión cinemática (17), por ejemplo una transmisión piñón - cremallera está conectada al elemento de trabajo (14) y al regulador centrifugo (21). El elemento de trabajo (14) está conectado a un sistema compuesto por una correa (1) y dos poleas fijas (13). Una polea fija (13) está conectada a un eje (12) conectado a al elemento cónico fijo (2) que compone una de las poleas que compone el mecanismo de transmisión variable. Un motor (18) está conectado a un reductor (10). El reductor (10) está conectado a un eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable. El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente y continuamente en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del regulador centrifugo (21). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza acorde con una función de velocidad angular del regulador centrifugo (21), la velocidad angular del regulador centrifugo (21) es proporcional a la velocidad lineal del elemento de trabajo (14).
La figura 7 hace referencia a un ejemplo de dos mecanismos de transmisión variable conectados en serie, de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Cada mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3).
En relación con la figura 7, es posible usar una combinación de mecanismos de transmisión variable conectados en serie para aumentar el nivel de cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14). Un solo mecanismo de transmisión variable normalmente puede cambiar su relación de transmisión sólo cinco o seis veces. Dos mecanismos de transmisión variable conectados en serie pueden cambiar su relación de transmisión de veinticinco a treinta y seis veces. Es posible conectar en serie más de dos mecanismos de transmisión variable.
En relación con la figura 7, es posible usar una combinación de mecanismos de transmisión variable conectados en serie por una diferente razón. Es posible cambiar la relación de transmisión de cada uno de los mecanismos de transmisión variable independientemente. Por ejemplo, es posible cambiar y fijar la relación de transmisión de un mecanismo de transmisión variable acorde con la masa de la persona o cosa situada sobre la plataforma especial (23), como ha sido descrito en la figura 4. Por ejemplo, es posible cambiar la relación de transmisión del segundo mecanismo de transmisión variable como función de posición del elemento de trabajo (14), como ha sido descrito en la figura 5.
La figura 8 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable conectado en serie con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24), de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. El mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). En una misma polea, el elemento cónico deslizante (3) tiene la posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12) y la posibilidad de introducirse parcialmente en el elemento cónico fijo (2), y cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea. Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados a través de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por un husillo (6) conectado a un reductor (10) conectado a un motor adicional (11). Cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) está conectado a través de una conexión cinemática (17) a una tuerca (7). Cada tuerca (7) tiene la posibilidad de deslizarse a lo largo del husillo (6) formando un sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7). El sistema de transmisión husillo (6) - tuerca (7) es por ejemplo auto-bloqueado.
En relación con la figura 8, es posible usar un mecanismo de transmisión variable conectado en serie con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24) porque el mecanismo biela (23) - manivela (24) puede cambiar su propia relación de transmisión sólo como función de posición del elemento de trabajo (14). Para un mejor ajuste del actuador es posible cambiar la relación de transmisión del mecanismo de transmisión variable como función de velocidad, o aceleración del elemento de trabajo (14). Es posible usar una combinación de mecanismos de transmisión variable conectados en serie, con un mecanismo de transmisión biela (23) - manivela (24) conectado en serie.
La figura 9 hace referencia a un ejemplo de un mecanismo de transmisión variable de un actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente en robots móviles, incluyendo movimientos de arranque-parada. Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados con ayuda de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por una transmisión cinemática (17) dotada de un dedo (20) y conectada a cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) con ayuda de una conexión articulada (22). Una conexión articulada (22) tiene la posibilidad de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento. Sobre una plataforma especial (23) se sitúa a la persona o cosa, por ejemplo una persona sentada en una silla. La plataforma especial (23) está conecta a una base (4) con posibilidad de movimiento vertical y tiene un resorte (5) entre la plataforma especial (23) y la base (4). La plataforma especial está dotada de una ranura (15). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente con ayuda de la ranura (15) y el dedo (20) que forma parte de la transmisión cinemática (17). Se fija la posición de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas en un mismo mecanismo de transmisión variable, por ejemplo se fija la transmisión cinemática (17) con ayuda de de un elemento fijador (19) en la posición dedo (20) - ranura (15) determinada por la masa desconocida de antemano del elemento persona - silla situada sobre la plataforma especial (23). El elemento de trabajo (14) está conectado a un eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) que compone una de las poleas que compone el mecanismo de transmisión variable. El elemento de trabajo (14) es una rueda de un robot móvil. Un motor (18) está conectado a un reductor (10). El reductor (10) está conectado aun eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable.
Lista de designaciones
1.
Correa
2.
Elemento cónico fijo.
3.
Elemento cónico deslizante
4.
Base
5.
Resorte
6.
Husillo
7.
Tuerca
8.
Articulación con un grado de libertad
9.
Soporte ajustable
10.
Reductor
11.
Motor
12.
Eje
13.
Polea fija
14.
Elemento de trabajo
15.
Lámina
16.
Elemento de conexión
17.
Transmisión cinemática
18.
Motor
19.
Elemento fijador
20.
Dedo
21.
Regulador centrifugo
22.
Conexión articulada
23.
Biela
24.
Manivela
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Modos de realización de la invención
La presente invención se ilustra adicionalmente con el siguiente ejemplo, el cual no pretende ser limitativo de su alcance.
Ejemplo
El actuador para un robot móvil con cuatro ruedas para el transporte de personas está compuesto por un mecanismo de transmisión variable capaz de cambiar la relación de transmisión desde 1:2 hasta 2:1.
Dicho mecanismo de transmisión variable está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), a su vez, cada una de las poleas está compuesta por un elemento cónico fijo (2) y un elemento cónico deslizante (3). Los elementos cónicos deslizantes (3) del mecanismo de transmisión variable están conectados con ayuda de un mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3). El mecanismo para el movimiento progresivo está compuesto por una transmisión cinemática (17) dotada de un dedo (20) y conectada a cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) con ayuda de una conexión articulada (22). Una conexión articulada (22) tiene la posibilidad de transmitir fuerza axial y no tiene la posibilidad de transmitir momento.
Sobre una plataforma especial (23) dotada de una silla se sitúa a la persona con masa igual a 70 kg. La plataforma especial (23) está conecta a la base (4) del robot, tiene posibilidad de movimiento vertical y tiene un resorte (5) entre la plataforma especial (23) y la base (4) del robot. La plataforma especial está dotada de una ranura (15). El cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente con ayuda de la ranura (15) y el dedo (20) que forma parte de la transmisión cinemática (17). Para la persona situada sobre la plataforma especial (23) la relación de transmisión es igual a 1:1.
Se fija la posición de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas en un mismo mecanismo de transmisión variable, para esto, se fija la transmisión cinemática (17) con ayuda de de un elemento fijador (19) en la posición dedo (20) - ranura (15) determinada por la masa de la persona situada sobre la plataforma especial (23).
El elemento de trabajo (14) está conectado a un eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) que compone una de las poleas que compone el mecanismo de transmisión variable. El elemento de trabajo (14) es una rueda trasera del robot móvil. Un motor (18) de corriente continua de 500 W está conectado a un reductor (10) con relación de reducción 1:200. El reductor (10) está conectado a un eje (12) conectado al elemento cónico fijo (2) de la segunda polea que compone el mecanismo de transmisión variable.
Una vez fijada la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14), el motor (18) con ayuda del sistema de control mueve con ayuda del mecanismo de transmisión variable la rueda trasera del robot.
Cuando la persona situada en la plataforma especial (23) finaliza la utilización del robot móvil, el elemento fijador (19) es desconectado. En este momento el resorte (5) situado entre la plataforma especial (23) y la base (4) de robot mueve verticalmente hacia arriba la plataforma especial (23) hasta su extremo. En este momento el robot está listo para ser utilizado por la misma persona o por otra persona cuya masa es desconocida de antemano.

Claims (15)

1. Actuador de un elemento de trabajo (14), principalmente de un robot móvil para el transporte sobre una plataforma especial (23) de personas y/o cosas, que contiene sistema de control, base (4) del actuador con un motor (18) fijado en ella, conectado con el sistema de control y conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo (14), y que se caracteriza porque la conexión cinemática entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) del robot contiene al menos un mecanismo de transmisión variable el cual está compuesto por dos poleas conectadas a través de una correa (1), cada una de las poleas está compuesta por dos elementos cónicos, de tal manera que al menos un elemento cónico de cada una de las poleas tenga la posibilidad de realizar movimiento progresivo a lo largo del eje (12) y cambiar de esta forma el radio de trabajo de esta polea, el mecanismo para el movimiento progresivo a lo largo del eje (12) está conectado cinemáticamente con cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable, de tal manera que cuando el radio de trabajo de una de las poleas de un mecanismo de transmisión variable es aumentado el radio de trabajo de la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable es disminuido, una de las poleas que componen un mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente a un motor (18) y la segunda polea del mismo mecanismo de transmisión variable está conectada cinemáticamente al elemento de trabajo (14).
2. Dispositivo actuador según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) es manual y tiene un elemento fijador (19) que impide el movimiento de este mecanismo.
3. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 2, que se caracteriza porque un elemento fijador (19) está preparado con ayuda de un sistema de transmisión auto-bloqueado.
4. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 2, que se caracteriza porque un elemento fijador (19) está preparado como freno conectado a un sistema resorte (5) con electro-imán conectado al sistema de control.
5. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, que se caracteriza porque una plataforma especial (23) está conectada con el cuerpo del robot con posibilidad de deslizamiento vertical y tiene un resorte (5) entre la plataforma especial (23) y la base (4) y tiene una ranura (15) inclinada y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) colocado de tal manera que se mueve a lo largo de la ranura (15).
6. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, que se caracteriza porque un elemento de trabajo (14) tiene una ranura (15) inclinada y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) colocado de tal manera que se mueve a lo largo de la ranura (15).
7. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, que se caracteriza porque un elemento de trabajo (14) está conectado cinemáticamente con un regulador centrifugo (21) y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) esta preparado como transmisión cinemática (17) con un dedo (20) conectado con parte del regulador centrifugo (21) con movimiento progresivo.
8. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, que se caracteriza porque el sistema de control contiene sensores de posición y/o de velocidad y/o aceleración del elemento del trabajo (14) y/o del motor (18) y el mecanismo para el movimiento progresivo de los elementos cónicos deslizantes (3) tiene un motor adicional (11) conectado al sistema de control.
9. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, que se caracteriza porque un actuador de un elemento de trabajo (14) está compuesto por dos mecanismos de transmisión variable conectados cinemáticamente en serie.
10. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, que se caracteriza porque un actuador de un elemento de trabajo (14) está compuesto por al menos un sistema adicional con relación de transmisión variable en cadena cinemática entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14).
11. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, que se caracteriza porque el elemento de trabajo (14) de un robot caminante es un grado de libertad de una pata.
12. Dispositivo actuador según las reivindicaciones 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, que se caracteriza porque el elemento de trabajo (14) de un robot con ruedas es al menos una rueda.
13. Procedimiento para el control del dispositivo según las reivindicaciones 1-12, que se caracteriza por el hecho de que:
-
el cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente
-
el movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control.
14. Procedimiento para el control del dispositivo según la reivindicación 13, que se caracteriza por el hecho de que:
-
se sitúa a la persona o cosa sobre la plataforma especial (23),
-
el cambio de la relación de transmisión entre el motor (18) y el elemento de trabajo (14) se realiza automáticamente con ayuda de una ranura (15) y un dedo (20),
-
se fija la posición de cada uno de los elementos cónicos deslizantes (3) que componen las poleas en un mismo mecanismo de transmisión variable,
-
después, el movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control.
15. Procedimiento para el control del dispositivo según la reivindicación 13, que se caracteriza por el hecho de que
-
primero el movimiento del elemento de trabajo (14) se realiza con ayuda del motor (18) acorde con la señal de control del sistema de control,
-
en tiempo de ejecución del movimiento del elemento de trabajo (14) con ayuda de sensores se miden los parámetros del movimiento del elemento de trabajo (14).
-
Con ayuda del sistema de control acorde con el algoritmo de control basado en el análisis del los parámetros del movimiento del elemento de trabajo (14), se realiza el cambio de la relación de transmisión del actuador con ayuda del movimiento de los elementos cónicos deslizantes (3) en un mecanismo de transmisión variable con ayuda de un motor adicional (11), acorde con la señal de control del sistema de control.
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