IT201800004717A1

IT201800004717A1 - Articulated arm equipped with a system for the compensation of deformations due to loads

Info

Publication number: IT201800004717A1
Application number: IT102018000004717A
Authority: IT
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-10-19
Also published as: PL3556710T3; FI3556710T3; EP3556710A1; DK3556710T3; EP3556710B1

Description

Descrizione della domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: Description of the patent application for industrial invention entitled:

"Braccio articolato provvisto di un sistema per la compensazione di deformazioni dovute a carichi" "Articulated arm equipped with a system for the compensation of deformations due to loads"

Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention

La presente invenzione riguarda un braccio articolato, quale una gru articolata o una piattaforma di lavoro elevabile (PLE), provvisto di un sistema per la compensazione delle deformazioni dovute all’applicazione di carichi. Per “braccio articolato” si intende generalmente un sistema dotato di una pluralità di corpi, tra loro collegati in successione, tali da formare una catena cinematica aperta con una pluralità di gradi di libertà, traslativi e/o rotativi nello spazio. The present invention relates to an articulated arm, such as an articulated crane or an elevating work platform (PLE), equipped with a system for compensating for deformations due to the application of loads. By "articulated arm" is generally meant a system equipped with a plurality of bodies, connected together in succession, such as to form an open kinematic chain with a plurality of translational and / or rotating degrees of freedom in space.

Tecnica nota Known technique

Con riferimento ad esempio alle gru articolate, queste presentano generalmente una colonna girevole verticalmente, un braccio principale girevole rispetto alla colonna, uno o più bracci secondari provvisti di sfili. L’estremità libera dell’ultimo sfilo del braccio secondario viene comunemente indicata come end-effector. All’end-effector può essere associato ad esempio un gancio per il sollevamento di carichi, o, nel caso di PLE, un cestello per il sollevamento di persone. With reference, for example, to articulated cranes, these generally have a vertically rotating column, a main arm that can rotate with respect to the column, one or more secondary arms provided with extensions. The free end of the last extension of the secondary arm is commonly referred to as the end-effector. For example, the end-effector can be associated with a hook for lifting loads, or, in the case of PLE, a basket for lifting people.

Per effetto del carico applicato in corrispondenza dell’end-effector, il braccio articolato subisce delle deformazioni elastiche, che vengono recuperate quando il carico viene rilasciato. Pertanto, può capitare che l’end-effector subisca delle variazioni di quota per il solo di fatto che viene applicato o rilasciato un carico. As a result of the load applied at the end-effector, the articulated arm undergoes elastic deformations, which are recovered when the load is released. Therefore, it may happen that the end-effector undergoes changes in altitude for the sole fact that a load is applied or released.

Nel caso di una gru, questo può comportare dei pericoli. Si pensi ad esempio ad una gru usata in un cantiere di costruzioni per il trasporto di materiale entro ad una cavità. Quando il materiale viene scaricato, la deformazione elastica del braccio viene recuperata, per cui sono possibili urti della gru con la struttura che alloggia la cavità. Se si pensa invece alle PLE, il carico è rappresentato da una o più persone. Può quindi capitare che il cestello che si trova nella giusta posizione per far scendere le persone, si sollevi dopo che le persone sono scese. Pertanto le persone non riusciranno più a risalire sul cestello che si sarà sollevato. In the case of a crane, this can be dangerous. Consider, for example, a crane used on a construction site to transport material within a cavity. When the material is unloaded, the elastic deformation of the arm is recovered, so that collisions of the crane with the structure housing the cavity are possible. If we think instead of the MEWPs, the load is represented by one or more people. It may therefore happen that the basket that is in the right position to let people get off, rises after people have got off. Therefore people will no longer be able to climb back onto the basket that has risen.

Al fine di ovviare ai sopra citati problemi, è noto misurare deformazioni strutturali dei bracci, ad esempio mediante estensimetri. In questo modo è possibile compensare le variazioni di quota dell’end-effector dovute a tali deformazioni. Tuttavia, tale modalità di compensazione risulta imprecisa poiché non tiene conto di altri fattori, quali ad esempio i giochi di montaggio negli sfili, che non comportano deformazioni sostanziali dei corpi del braccio articolato, ma che alterano comunque la quota effettiva dell’end-effector in presenza di carichi. Né è possibile considerare il contributo di ciascuna coppia di sfili successivi alla variazione di quota dell’end-effector. Ad esempio, nel caso in cui uno sfilo sia completamente fuoriuscito rispetto allo sfilo precedente, i suddetti giochi avranno un’influenza maggiore sulla variazione di quota dell’end-effector rispetto ad una coppia di sfili in cui uno sfilo sia solo parzialmente fuoriuscito rispetto allo sfilo precedente. In order to obviate the aforementioned problems, it is known to measure structural deformations of the arms, for example by means of strain gauges. In this way it is possible to compensate for the changes in the end-effector height due to these deformations. However, this compensation method is imprecise since it does not take into account other factors, such as for example the assembly clearances in the extensions, which do not involve substantial deformations of the bodies of the articulated arm, but which in any case alter the effective height of the end-effector. presence of loads. Nor is it possible to consider the contribution of each pair of extensions subsequent to the change in the end-effector's height. For example, in the event that an extension has completely protruded with respect to the previous extension, the aforementioned clearances will have a greater influence on the variation in height of the end-effector than a pair of extensions in which an extension has only partially come out with respect to the previous extension.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di rendere disponibile un braccio articolato, quale una gru articolata o una PLE, che sia in grado di superare gli inconvenienti citati con riferimento alla tecnica nota, in particolare che consenta di gestire le variazioni di quota dell’end-effector dovute a variazioni di carico dell’end-effector in maniera sufficientemente precisa. The purpose of the present invention is therefore to make available an articulated arm, such as an articulated crane or a PLE, which is able to overcome the drawbacks mentioned with reference to the known art, in particular which allows to manage the variations in height of the end. -effector due to load variations of the end-effector in a sufficiently precise manner.

Questo ed altri scopi vengono ottenuti da un braccio articolato secondo la rivendicazione 1. This and other objects are achieved by an articulated arm according to claim 1.

Le rivendicazioni dipendenti definiscono possibili vantaggiose forme di realizzazione dell’invenzione. The dependent claims define possible advantageous embodiments of the invention.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Per meglio comprendere l’invenzione ed apprezzarne i vantaggi, verranno di seguito descritte alcune sue forme di realizzazione esemplificative non limitative, facendo riferimento alle figure annesse, in cui: To better understand the invention and appreciate its advantages, some of its non-limiting exemplary embodiments will be described below, with reference to the attached figures, in which:

la figura 1 è una vista laterale di una gru articolata; Figure 1 is a side view of an articulated crane;

la figura 2 è un’illustrazione schematica di un braccio articolato e di possibili modalità di compensazione delle deformazioni dovute alla presenza di carichi. Figure 2 is a schematic illustration of an articulated arm and possible ways of compensating for deformations due to the presence of loads.

Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention

Nella presente descrizione ci si riferirà a titolo esemplificativo ad una gru articolata. Tuttavia, il braccio articolato può essere di differente natura, ad esempio può essere un braccio robotico o una piattaforma di lavoro elevabile (PLE). In this description we will refer by way of example to an articulated crane. However, the articulated arm can be of a different nature, for example it can be a robotic arm or an elevating work platform (PLE).

Con riferimento alla annessa figura 1, in essa è riportato un esempio di un possibile braccio articolato, in particolare una gru articolata, ad esempio una gru idraulica caricatrice (comunemente chiamata “loader crane”), indicata nel suo complesso con il riferimento 101. With reference to the attached figure 1, it shows an example of a possible articulated arm, in particular an articulated crane, for example a hydraulic loading crane (commonly called "loader crane"), indicated as a whole with the reference 101.

La gru 101 comprende una colonna 102 girevole rispetto ad un riferimento fisso intorno al proprio asse, ed uno o più bracci 103’, 103’’, eventualmente estensibili. L’estendibilità dei bracci, ove prevista, è ottenuta mediante una pluralità di sfili 104 mobili in traslazione gli uni rispetto agli altri così da poter modificare l’estensione assiale del rispettivo braccio. Nell’esempio di figura 1, solo il secondo braccio 103’’ è estendibile mediante movimentazione degli sfili 104. Nel seguito della descrizione, il primo braccio 103’, privo di sfili, verrà indicato come “braccio principale”, mentre il secondo braccio 103’’, provvisto degli sfili 104, verrà indicato come “braccio secondario”. L’estremità libera 105 dell’ultimo sfilo del braccio secondario 103’’, ossia dell’ultimo corpo della catena cinematica, viene comunemente indicata come end-effector. In corrispondenza dell’endeffector 105 può essere previsto ad esempio un gancio 106 movimentabile ad esempio da un verricello a fune 107. Nel caso in cui il braccio articolato sia una PLE, al posto del gancio può essere previsto un cestello (non mostrato nelle figure), ad esempio per il sollevamento di persone. The crane 101 includes a column 102 that rotates with respect to a fixed reference around its axis, and one or more arms 103 ', 103' ', possibly extendable. The extensibility of the arms, where provided, is obtained by means of a plurality of movable extensions 104 in translation with respect to each other so as to be able to modify the axial extension of the respective arm. In the example of figure 1, only the second arm 103 '' can be extended by moving the extensions 104. In the following description, the first arm 103 ', without extensions, will be referred to as the "main arm", while the second arm 103 '', provided with extensions 104, will be referred to as the "secondary arm". The free end 105 of the last extension of the secondary arm 103 '', that is the last body of the kinematic chain, is commonly referred to as the end-effector. In correspondence with the endeffector 105, for example, a hook 106 can be provided which can be moved for example by a cable winch 107. If the articulated arm is a PLE, a basket can be provided instead of the hook (not shown in the figures) , for example for lifting people.

La gru 101 secondo l’esempio riportato, a parte il grado di libertà del gancio 106 o del cestello, presenta quindi i seguenti gradi di libertà: The crane 101 according to the example shown, apart from the degree of freedom of the hook 106 or the basket, therefore has the following degrees of freedom:

1) rotazione della colonna 102 intorno al proprio asse; 1) rotation of the column 102 about its own axis;

2) rotazione del braccio principale 103’ rispetto alla colonna 102 intorno ad un asse perpendicolare al piano in cui giacciono la colonna 102 ed il braccio principale 103’; 2) rotation of the main arm 103 'with respect to the column 102 around an axis perpendicular to the plane in which the column 102 and the main arm 103' lie;

3) rotazione del braccio secondario 103’’ rispetto al braccio principale 103’ intorno ad un asse perpendicolare al piano in cui giacciono il braccio principale 103’ ed il braccio secondario 103’’; 3) rotation of the secondary arm 103 '' with respect to the main arm 103 'around an axis perpendicular to the plane in which the main arm 103' and the secondary arm 103 'lie;

4) traslazioni degli sfilo 104 rispetto al braccio secondario 103’’. 4) translations of the extension 104 with respect to the secondary arm 103 ''.

La gru sopra descritta realizza pertanto una catena cinematica aperta, con una pluralità di corpi collegati in sequenza (colonna, braccio principale, braccio secondario, sfili) e un’estremità libera (end-effector 105). In generale l’end-effector 105 è il punto della catena cinematica dove è applicato il carico trasportato dal braccio articolato stesso. The crane described above therefore creates an open kinematic chain, with a plurality of bodies connected in sequence (column, main arm, secondary arm, extensions) and a free end (end-effector 105). In general, the end-effector 105 is the point of the kinematic chain where the load carried by the articulated arm itself is applied.

A ciascuno dei gradi di libertà sopra elencati corrisponde il movimento di un elemento del braccio articolato rispetto ad un altro (gradi di libertà 2, 3, 4) o rispetto ad un riferimento (grado di libertà 1). Al fine di effettuare tali movimenti, la gru 101 comprende una pluralità di attuatori, in particolare almeno un attuatore corrispondente ad uno specifico grado di libertà. Con riferimento alla figura 1, sono visibili ad esempio un primo martinetto idraulico 108, che movimenta il braccio principale 103’ rispetto alla colonna 102, un secondo martinetto idraulico 109, che movimenta il braccio secondario 103’’ rispetto al braccio principale 103’, ed un attuatore 110 per la movimentazione della colonna 102 rispetto al riferimento fisso. Saranno poi presenti ulteriori attuatori (non visibili nelle figure), ad esempio idraulici, per la movimentazione degli sfili 104. Naturalmente, sebbene nelle gru gli attuatori siano normalmente di tipo idraulico, in generale nei bracci articolati è possibile prevedere attuatori di differente natura (ad esempio: elettrici o pneumatici). Each of the degrees of freedom listed above corresponds to the movement of an element of the articulated arm with respect to another (degrees of freedom 2, 3, 4) or with respect to a reference (degree of freedom 1). In order to carry out these movements, the crane 101 comprises a plurality of actuators, in particular at least one actuator corresponding to a specific degree of freedom. With reference to Figure 1, for example, a first hydraulic jack 108, which moves the main arm 103 'with respect to the column 102, a second hydraulic jack 109, which moves the secondary arm 103' 'with respect to the main arm 103', and an actuator 110 for moving the column 102 with respect to the fixed reference. There will then be further actuators (not visible in the figures), for example hydraulic ones, for the movement of the extensions 104. Of course, although in the cranes the actuators are normally of the hydraulic type, in general, in the articulated arms it is possible to provide actuators of different nature (for example example: electric or pneumatic).

La gru 101 comprende una pluralità di sensori idonei a misurare un angolo o una estensione lineare di un corpo della catena cinematica, rispetto al corpo precedente della catena o rispetto ad un riferimento fisso. I primi sensori sono preferibilmente scelti e posizionati in modo tale da consentire, a partire dalle loro misurazioni, la determinazione di coordinate assolute teoriche dell’endeffector 105, in particolare le sue coordinate cartesiane rispetto ad un riferimento fisso. Ad esempio, assumendo l’origine di un sistema cartesiano di riferimento coincidente con la base della colonna 102, le coordinate assolute teoriche dell’endeffector 105 saranno esprimibili come una terna di valori x, y, z. The crane 101 comprises a plurality of sensors suitable for measuring an angle or a linear extension of a body of the kinematic chain, with respect to the previous body of the chain or with respect to a fixed reference. The first sensors are preferably chosen and positioned in such a way as to allow, starting from their measurements, the determination of theoretical absolute coordinates of the endffector 105, in particular its Cartesian coordinates with respect to a fixed reference. For example, assuming the origin of a Cartesian reference system coinciding with the base of column 102, the theoretical absolute coordinates of endffector 105 will be expressed as a set of x, y, z values.

Con riferimento ad esempio alla gru 101, la pluralità di primi sensori può includere: With reference for example to the crane 101, the plurality of first sensors can include:

1) un sensore angolare per la misurazione della rotazione della colonna 102 intorno al proprio asse rispetto ad un riferimento fisso (che può ad esempio essere il terreno); 1) an angular sensor for measuring the rotation of the column 102 about its own axis with respect to a fixed reference (which can for example be the ground);

2) un sensore angolare per la misurazione della rotazione del braccio principale 103’, ad esempio per la misurazione dell’angolo assoluto formato dal braccio principale 103’ rispetto all’orizzontale; 2) an angle sensor for measuring the rotation of the main arm 103 ', for example for measuring the absolute angle formed by the main arm 103' with respect to the horizontal;

3) un sensore angolare per la misurazione della rotazione del braccio secondario 103’’, ad esempio per la misurazione dell’angolo assoluto formato dal braccio secondario 103’’ rispetto all’orizzontale; 3) an angle sensor for measuring the rotation of the secondary arm 103 ', for example for measuring the absolute angle formed by the secondary arm 103' with respect to the horizontal;

4) uno o più sensori lineari per la misurazione della fuoriuscita degli sfili 104 rispetto al braccio secondario 103’’. 4) one or more linear sensors for measuring the extension of the extensions 104 with respect to the secondary arm 103 ''.

Ad esempio, in base a dove sono posizionati, i primi sensori possono includere encoder lineari o angolari, sensori magnetostrittivi, piattaforme inerziali o similari. A partire dai segnali provenienti dai primi sensori sopra indicati è possibile, mediante relazioni geometriche, determinare le coordinate assolute teoriche dell’end-effector 105. Come verrà chiarito ulteriormente in seguito, tali coordinate vengono indicate come “teoriche” poiché non considerano le deformazioni dei corpi che formano la catena cinematica, o, in altre parole, considerano tali corpi come se fossero dei corpi perfettamente rigidi. For example, depending on where they are located, the first sensors can include linear or angular encoders, magnetostrictive sensors, inertial platforms or similar. Starting from the signals coming from the first sensors indicated above, it is possible, by means of geometric relations, to determine the theoretical absolute coordinates of the end-effector 105. As will be further clarified below, these coordinates are indicated as "theoretical" since they do not consider the deformations of the bodies that form the kinematic chain, or, in other words, consider such bodies as if they were perfectly rigid bodies.

Si noti inoltre, che, secondo una possibile forma di realizzazione, i primi sensori possono essere scelti e posizionati in modo tale da consentire, a partire dalle loro misurazioni, la determinazione della sola quota teorica dell’end-effector 105, ad esempio della coordinata assoluta y teorica. It should also be noted that, according to a possible embodiment, the first sensors can be chosen and positioned in such a way as to allow, starting from their measurements, the determination of only the theoretical height of the end-effector 105, for example the coordinate absolute theoretical y.

Vantaggiosamente, il braccio articolato 101 comprende inoltre almeno un secondo sensore angolare assoluto disposto in prossimità o in corrispondenza dell’end-effector 105. Tale secondo sensore angolare assoluto è in particolare in grado di misurare un angolo di inclinazione assoluto, rispetto ad un riferimento fisso, di un tratto del corpo del braccio articolato in cui giace l’end-effector 105. Ad esempio, l’inclinazione assoluta del corpo su cui giace l’end-effector 105 può essere misurata rispetto all’orizzontale (o alla verticale). Con riferimento all’esempio in figura 1, tale sensore misurerà ad esempio l’angolo assoluto formato tra la retta che congiunge il punto di connessione tra il braccio secondario 103’’ ed il primo sfilo mobile e l’end-effector 105, rispetto ad esempio all’orizzontale. Il secondo sensore angolare assoluto può ad esempio comprendere un sensore inerziale in grado di misurare un angolo di rotazione tra l’accelerazione di gravità, per definizione perfettamente verticale, e una accelerazione che giace su una retta di riferimento che ruota rispetto alla verticale. Advantageously, the articulated arm 101 also comprises at least a second absolute angular sensor arranged in proximity to or in correspondence with the end-effector 105. This second absolute angular sensor is in particular capable of measuring an absolute angle of inclination, with respect to a fixed reference , of a section of the body of the articulated arm in which the end-effector 105 lies. For example, the absolute inclination of the body on which the end-effector 105 lies can be measured with respect to the horizontal (or vertical). With reference to the example in figure 1, this sensor will measure for example the absolute angle formed between the straight line that joins the connection point between the secondary arm 103 '' and the first mobile extension and the end-effector 105, with respect to horizontal example. The second absolute angular sensor can, for example, include an inertial sensor capable of measuring an angle of rotation between the acceleration of gravity, by definition perfectly vertical, and an acceleration that lies on a reference line that rotates with respect to the vertical.

Per meglio comprendere quanto sopra detto, si faccia riferimento all’esempio riportato in figura 2, in cui è schematizzato un braccio articolato 101, con una colonna 102 (schematizzata per semplicità nell’esempio come perfettamente verticale, anche se in realtà può avere un certo angolo di inclinazione rispetto alla verticale) di lunghezza a, un braccio principale 103’ di lunghezza b e girevole rispetto alla colonna 104, e un braccio secondario 103’’ girevole rispetto al braccio principale 103’ e di lunghezza c, in cui il braccio principale comprende inoltre uno o più sfili 104 che possono fuoriuscire di una quantità variabile Δd rispetto al braccio secondario 103’’. I sensori del braccio articolato comprendono un sensore per la misura di un angolo assoluto α del braccio principale 103’, un sensore per la misura di un angolo assoluto ȕ del braccio secondario 103’’, un sensore per la misura della fuoriuscita lineare Δd degli sfili 104 rispetto al braccio secondario 103’’, ed il secondo sensore angolare assoluto per misurare l’angolo assoluto y degli sfili 104 alla cui estremità è disposto l’end-effector 105. Per semplicità di comprensione, gli angoli sopra indicati sono riferiti all’orizzontale. In figura 2 è riportata una coppia di assi cartesiani x-y la cui origine coincide convenzionalmente con la base della colonna 102. To better understand what has been said above, refer to the example shown in figure 2, in which an articulated arm 101 is schematized, with a column 102 (schematized for simplicity in the example as perfectly vertical, although in reality it may have a certain angle of inclination with respect to the vertical) of length a, a main arm 103 'of length b and rotatable with respect to the column 104, and a secondary arm 103' 'rotatable with respect to the main arm 103' and of length c, in which the main arm comprises moreover one or more extensions 104 which can protrude by a variable quantity Δd with respect to the secondary arm 103 ''. The sensors of the articulated arm include a sensor for measuring an absolute angle α of the main arm 103 ', a sensor for measuring an absolute angle ȕ of the secondary arm 103' ', a sensor for measuring the linear extension Δd of the extensions 104 with respect to the secondary arm 103 '', and the second absolute angular sensor to measure the absolute angle y of the extensions 104 at the end of which the end-effector 105 is arranged. For simplicity of understanding, the angles indicated above refer to the horizontal. Figure 2 shows a pair of Cartesian axes x-y whose origin conventionally coincides with the base of the column 102.

Si noti che può altresì essere previsto un sensore di rotazione della colonna 102 rispetto ad un riferimento fisso (asse z della coppia x-y, non mostrato nelle figure), che tuttavia non è rilevante per la determinazione della quota dell’endeffector. Note that a rotation sensor of the column 102 can also be provided with respect to a fixed reference (z axis of the x-y torque, not shown in the figures), which, however, is not relevant for determining the height of the endeffector.

La quota teorica y105 dell’end-effector 105, ossia la quota che l’end-effector 105 raggiungerebbe in assenza di deformazioni dovute ai carichi, è ottenibile dalla seguente relazione, rilevabile dalle misurazioni provenienti dai primi sensori, angolari e lineari, sopra citati: The theoretical height y105 of the end-effector 105, that is the height that the end-effector 105 would reach in the absence of deformations due to the loads, can be obtained from the following relationship, detectable from the measurements coming from the first sensors, angular and linear, mentioned above :

In assenza di deformazioni, il secondo sensore angolare assoluto in corrispondenza dell’endeffector 105 misurerebbe teoricamente un angolo Ȗ pari a β. In the absence of deformations, the second absolute angular sensor in correspondence with endeffector 105 would theoretically measure an angle Ȗ equal to β.

Tuttavia, in presenza di un carico all’endeffector 105, a causa delle deformazioni nonché dei giochi in corrispondenza dei giunti, particolarmente degli sfili, gli sfili 104 si fletteranno (linea tratteggiata), e l’end-effector 105 raggiungerà una quota effettiva y105*, inferiore alla quota teorica y105, per cui il secondo sensore angolare assoluto misurerà un angolo Ȗ inferiore a ȕ. However, in the presence of a load at the end-effector 105, due to the deformations and the play at the joints, particularly the extensions, the extensions 104 will flex (dashed line), and the end-effector 105 will reach an effective height y105 *, lower than the theoretical value y105, for which the second absolute angle sensor will measure an angle Ȗ lower than ȕ.

E’ quindi possibile stimare la variazione di quota Δy dell’end-effector 105, in particolare il suo abbassamento effettivo, a partire dalle misurazioni di β e γ. Ad esempio, una stima approssimata della variazione di quota Δy può essere effettuata con la relazione seguente: It is therefore possible to estimate the variation in altitude Δy of the end-effector 105, in particular its effective lowering, starting from the measurements of β and γ. For example, an approximate estimate of the change in height Δy can be made with the following relationship:

Δy ≈ Δd∙(β – γ) Δy ≈ Δd ∙ (β - γ)

se gli angoli sono espressi in radianti. Naturalmente, sono altresì possibili stime dell’abbassamento di quota Δy basate su relazioni geometriche differenti dall’approssimazione lineare sopra riportata. if the angles are expressed in radians. Of course, estimates of the lowering of Δy are also possible based on geometric relationships different from the linear approximation reported above.

Da quanto sopra descritto, si evince che, ai fini della sola determinazione della variazione di quota Δy dell’end-effector 105 sono sufficienti il sensore assoluto per la misurazione dell’angolo assoluto γ, il sensore per la misurazione dell’angolo β, il sensore per la misurazione della fuoriuscita lineare Δd dello sfilo 104. Il sensore per la misurazione dell’angolo α non è in assoluto indispensabile per la stima della variazione di quota Δy, ma è necessario nel caso in cui si vogliano determinare le coordinate assolute, teoriche ed effettive, dell’end-effector 105. From what has been described above, it is clear that, for the sole purpose of determining the variation in height Δy of the end-effector 105, the absolute sensor for measuring the absolute angle γ, the sensor for measuring the angle β, the sensor for the measurement of the linear extension Δd of the extension 104. The sensor for the measurement of the angle α is not absolutely essential for estimating the variation in height Δy, but it is necessary if you want to determine the absolute, theoretical coordinates and effective, of the end-effector 105.

Si noti che l’esempio riportato in figura 2 presuppone che le deformazioni significative avvengano esclusivamente nel tratto che coinvolge gli sfili 104. In realtà possono naturalmente verificarsi deformazioni ulteriori. Ad esempio, nel caso riportato in figura 2 anche il braccio principale 103’ potrà essere soggetto a deformazioni, che a loro volta influiranno sulla quota effettiva dell’end-effector 105. Se si volesse tenere conto anche di queste deformazioni, si potrebbe prevedere un ulteriore sensore angolare assoluto sull’albero principale 103’, preferibilmente in prossimità del giunto con l’albero secondario 103’’. Note that the example shown in Figure 2 assumes that the significant deformations occur exclusively in the section involving the extensions 104. In reality, further deformations may naturally occur. For example, in the case shown in Figure 2, the main arm 103 'may also be subject to deformations, which in turn will affect the effective height of the end-effector 105. If we wanted to take these deformations into account as well, we could foresee a further absolute angular sensor on the main shaft 103 ', preferably near the joint with the secondary shaft 103' '.

In accordo con una possibile forma di realizzazione, il braccio articolato 101 può comprendere quindi uno o più ulteriori secondi sensori angolari assoluti associati ai corpi che compongono la catena cinematica aperta, preferibilmente disposti in corrispondenza o in prossimità dei giunti con il corpo successivo nella catena cinematica. Ad esempio, tali secondi sensori angolari assoluti aggiuntivi possono essere previsti almeno sui corpi che effettuano movimenti relativi lineari dato che questi sono maggiormente soggetti a deformazioni a causa dei giunti. Tornando all’esempio della gru in figura 1, se anche il braccio principale 103’ fosse dotato di sfili, si potrebbe prevedere un ulteriore sensore angolare assoluto in corrispondenza dell’ultimo sfilo in prossimità del giunto girevole per il collegamento con il braccio secondario 103’’. In accordance with a possible embodiment, the articulated arm 101 can therefore comprise one or more further second absolute angular sensors associated with the bodies that make up the open kinematic chain, preferably arranged at or near the joints with the next body in the kinematic chain . For example, such additional second absolute angular sensors can be provided at least on the bodies that carry out linear relative movements since these are more subject to deformations due to the joints. Returning to the example of the crane in figure 1, if the main arm 103 'were also equipped with extensions, a further absolute angle sensor could be provided in correspondence with the last extension near the swivel joint for connection with the secondary arm 103' '.

Il braccio articolato 101 comprende un’unità di controllo funzionalmente collegata agli attuatori, per la loro movimentazione, e ai sensori sopra indicati, primi e secondi, per ricevere i segnali rappresentativi delle grandezze sopra elencate. The articulated arm 101 comprises a control unit functionally connected to the actuators, for their movement, and to the sensors indicated above, first and second, to receive the signals representative of the quantities listed above.

L’unità di controllo è configurata in modo tale da: The control unit is configured in such a way as to:

- determinare una quota teorica dell’endeffector (105) in base ai segnali provenienti dalla pluralità di primi sensori; - determine a theoretical quota of the endeffector (105) based on the signals coming from the plurality of first sensors;

- stimare una variazione di quota dell’endeffector (105) tra la quota teorica ed una quota effettiva dovuta a carichi applicati al braccio in base ai segnali provenienti dalla pluralità di primi sensorie dall’almeno un secondo sensore angolare assoluto; - estimate a change in height of the endeffector (105) between the theoretical height and an actual height due to loads applied to the arm based on the signals coming from the plurality of first sensors from at least one second absolute angle sensor;

- comandare gli attuatori per ridurre la variazione di quota stimata dell’end-effector (105). - command the actuators to reduce the estimated altitude variation of the end-effector (105).

La compensazione della differenza tra la quota teorica e la quota effettiva può avvenire in maniera differente a seconda delle circostanze. Inoltre essa può essere effettuata sia ad end-effector fermo, sia durante la movimentazione dello stesso. The compensation of the difference between the theoretical quota and the actual quota can take place in different ways according to the circumstances. Furthermore, it can be carried out both with the end-effector stopped and during its handling.

Ad esempio, a gru ferma, si possono verificare i seguenti casi: For example, when the crane is stationary, the following cases may occur:

1) aumento della quota dell’end-effector a seguito della rimozione di un carico; 1) increase in the share of the end-effector following the removal of a load;

2) abbassamento della quota dell’end-effector a seguito della applicazione di un carico. 2) lowering of the end-effector altitude following the application of a load.

Nel caso 1) è desiderabile che l’end-effector 105 mantenga la stessa quota anche a seguito della rimozione del carico. Tale condizione si verifica ad esempio quando delle persone scendono a turno dal cestello di una PLE, con la conseguenza che il cestello tende ad alzarsi man mano che le persone vengono scaricate. L’unità di controllo può quindi essere configurata per azionare gli attuatori in maniera tale da mantenere l’end-effector alla quota effettiva stimata in presenza di un carico a seguito della rimozione del carico, quando l’endeffector tende a tornare alla quota teorica. In case 1) it is desirable that the end-effector 105 maintains the same altitude even after the load has been removed. This condition occurs, for example, when people take turns descending from the basket of a PLE, with the consequence that the basket tends to rise as people are unloaded. The control unit can therefore be configured to operate the actuators in such a way as to maintain the end-effector at the actual estimated altitude in the presence of a load following the removal of the load, when the end-effector tends to return to the theoretical altitude.

Nel caso 2) è desiderabile che l’end-effector 105 mantenga la stessa quota che aveva in condizioni scariche anche a seguito della applicazione del carico. Ad esempio, tale situazione si può verificare quando un braccio privo di carico viene fatto passare attraverso una cavità e si vogliono evitare urti con le pareti della cavità stessa a seguito della applicazione di un carico. L’unità di controllo può quindi essere configurata per azionare gli attuatori in maniera tale da mantenere l’endeffector nella posizione corrispondente alle coordinate assolute teoriche a seguito della applicazione del carico, quando l’end-effector tenderebbe ad abbassarsi. In case 2) it is desirable that the end-effector 105 maintains the same altitude as it had in discharged conditions even following the application of the load. For example, this situation can occur when an unloaded arm is passed through a cavity and it is desired to avoid collisions with the walls of the cavity following the application of a load. The control unit can therefore be configured to operate the actuators in such a way as to keep the end-effector in the position corresponding to the theoretical absolute coordinates following the application of the load, when the end-effector would tend to lower.

Un’altra possibilità è quella di effettuare la compensazione delle deformazioni quando la gru è in movimento. Another possibility is to compensate for deformations when the crane is in motion.

Ad esempio, è possibile impartire il movimento fornendo all’unità di controllo una sequenza di coordinate assolute dell’end-effector. Al fine di impartire le istruzioni di movimentazione, può essere previsto un dispositivo di interfaccia utente collegato all’unità di controllo per consentire ad un operatore di movimentare manualmente la gru ed eventualmente di accedere ad altre funzioni. Ad esempio, il dispositivo di interfaccia utente può comprendere un radiocomando e l’unità di controllo può comprendere un modulo di trasmissione per comunicare con quest’ultimo (ad esempio un modulo di trasmissione radio). La sequenza di coordinate assolute può essere impostata direttamente dall’operatore, oppure può essere la riesecuzione di una sequenza di movimenti precedentemente eseguita e memorizzata. For example, it is possible to impart movement by providing the control unit with a sequence of absolute coordinates of the end-effector. In order to issue the handling instructions, a user interface device connected to the control unit may be provided to allow an operator to manually move the crane and possibly access other functions. For example, the user interface device may include a radio control and the control unit may include a transmission module to communicate with the latter (for example a radio transmission module). The absolute coordinate sequence can be set directly by the operator, or it can be the re-execution of a sequence of movements previously performed and stored.

Vantaggiosamente, mediante il dispositivo di interfaccia utente l’operatore può altresì attivare o disattivare la compensazione della deformata. Advantageously, through the user interface device the operator can also activate or deactivate the deformation compensation.

Vantaggiosamente, l’unità di controllo è configurata per agire sugli attuatori in modo tale che l’end-effector 105 segua una traiettoria passante per i punti impostati come coordinate desiderate. Preferibilmente, in questo caso vengono in generale previste delle logiche di funzionamento predefinite in base alle quali, a fronte di un certo movimento desiderato dell’end-effector, l’unità di controllo sceglie quali attuatori debbano essere azionati per ottenere lo stesso. Ad esempio, una logica di attivazione può essere quella di minimizzare la portata di olio o la potenza idraulica necessaria per azionare gli attuatori. Un’ulteriore logica può essere quella della distanza minima percorsa dall’endeffector per raggiungere la posizione desiderata. Un ulteriore criterio sovente utilizzato, ad esempio in combinazione con uno di quelli sopra elencati, è quello di mantenere gli attuatori lontani dalla posizione di fine corsa. Le logiche di funzionamento predeterminate sono di per sé note e pertanto non si entrerà nel dettaglio della loro descrizione. Advantageously, the control unit is configured to act on the actuators so that the end-effector 105 follows a trajectory passing through the points set as desired coordinates. Preferably, in this case, predefined operating logics are generally provided on the basis of which, in the face of a certain desired movement of the end-effector, the control unit chooses which actuators must be operated to obtain the same. For example, an activation logic may be to minimize the oil flow or the hydraulic power required to operate the actuators. A further logic may be that of the minimum distance traveled by the endeffector to reach the desired position. A further criterion often used, for example in combination with one of those listed above, is to keep the actuators away from the end position. The predetermined operating logics are known per se and therefore their description will not be detailed.

Durante la movimentazione della gru mediante preimpostazione della sequenza di movimenti con coordinate cartesiane che devono essere seguite dall’end-effector, se è applicato un carico, l’endeffector tende a seguire una traiettoria ad una quota più bassa rispetto a quella impostata, a causa delle deformazioni indotte dal carico stesso. When moving the crane by presetting the sequence of movements with Cartesian coordinates that must be followed by the end-effector, if a load is applied, the end-effector tends to follow a trajectory at a lower altitude than the one set, due to of the deformations induced by the load itself.

L’unità di controllo quindi, vantaggiosamente, è configurata per monitorare, in ciascuna coordinata della sequenza predefinita, la quota effettiva dell’end-effector, stimata secondo le modalità dette, e per agire sugli attuatori in maniera tale da portare l’end effector alla quota teorica, che è quella corrispondente alle coordinate assolute impostate dall’operatore. The control unit therefore, advantageously, is configured to monitor, in each coordinate of the predefined sequence, the effective quota of the end-effector, estimated according to the aforementioned methods, and to act on the actuators in such a way as to bring the end effector to the theoretical height, which is the one corresponding to the absolute coordinates set by the operator.

Si noti che, nella presente descrizione e nelle annesse rivendicazioni, l’unità di controllo, nonché gli elementi indicati con l’espressione “modulo”, possono essere implementati mediante dispositivi hardware (ad esempio centraline), mediante software o mediante una combinazione di hardware e software. It should be noted that, in the present description and in the attached claims, the control unit, as well as the elements indicated with the expression "module", can be implemented by means of hardware devices (for example control units), by means of software or by means of a combination of hardware and software.

Da quanto detto sopra, la persona esperta potrà apprezzare come un braccio articolato secondo l’invenzione possa essere movimentato con una logica di coordinate cartesiane e come sia possibile compensare, sia in condizioni statiche, sia in condizioni dinamiche, l’abbassamento di quota dell’end-effector dovuta alla presenza di carichi applicati. From what has been said above, the skilled person will be able to appreciate how an articulated arm according to the invention can be moved with a logic of Cartesian coordinates and how it is possible to compensate, both in static and dynamic conditions, the lowering of the height of the end-effector due to the presence of applied loads.

Alle forme di realizzazione descritte la persona esperta, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti specifiche, potrà apportare numerose aggiunte, modifiche, o sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza tuttavia uscire dall’ambito delle annesse rivendicazioni. To the embodiments described, the skilled person, in order to meet specific contingent needs, can make numerous additions, modifications, or replacements of elements with other functionally equivalent ones, without however departing from the scope of the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Articulated arm (101), comprising: - a plurality of bodies connected in succession to form an open kinematic chain with an endeffector (105), having a plurality of translational and / or rotary degrees of freedom and a plurality of actuators for moving said bodies; - one or more first sensors associated with said bodies, suitable for providing signals representative of linear or angular positions of the bodies of the kinematic chain such as to allow the determination of a theoretical height of the end-effector (105); - at least a second absolute angular sensor suitable for measuring an absolute angle of the body of the kinematic chain in which the end-effector (105) is placed and to provide a representative signal of the same; - a control unit operatively connected to said actuators, to said one or more first sensors and to said at least one second absolute angular sensor, configured for: - determine said theoretical quota of the endeffector (105) based on the signals coming from one or more first sensors; - estimate a change in height of the endeffector (105) between the theoretical height and an actual height due to loads applied to the arm based on the signals coming from one or more first sensors and at least one second absolute angle sensor; - command the actuators to reduce the estimated altitude variation of the end-effector (105).

Articulated arm (101) according to claim 1, wherein said control unit is configured in such a way that said step of controlling the actuators to reduce the estimated altitude variation of the end-effector (105) comprises controlling the actuators in in such a way as to keep the end-effector (105) at the estimated effective height in the presence of a load applied following the removal of said load.

Articulated arm (101) according to claim 1 or 2, wherein said control unit is configured in such a way that said step of controlling the actuators to reduce the estimated altitude variation of the end-effector (105) comprises controlling the actuators in such a way as to keep the end-effector (105) at the theoretical level following the application of a load.

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, wherein said control unit is configured in such a way that said step of controlling the actuators to reduce the estimated height variation of the end-effector (105) is carried out in conditions of stationary articulated arm.

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, in which said control unit is configured in such a way as to move the articulated arm according to a sequence of predetermined absolute coordinates of the end effector (105), the control unit being further configured in such a way as to control the actuators to reduce the estimated elevation change of the end-effector in each predetermined absolute coordinate of the predetermined absolute coordinate sequence.

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, further comprising one or more further second absolute angle sensors associated with the bodies forming the kinematic chain, in which said control unit is operatively connected to said further second absolute angle sensors and it is configured to estimate the change in height of the end-effector between the theoretical height and the actual height due to loads applied to the arm, also based on the signals coming from the further second absolute angle sensors.

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, further comprising a user interface device in communication with the control unit and configured for the activation and deactivation of the step of controlling the actuators to reduce the height variation estimated end-effector (105).

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, wherein said one or more first sensors comprise an absolute angular sensor, suitable for measuring an absolute angle of a body of the kinematic chain with respect to a reference, and / or a sensor linear suitable for measuring the linear extension of one of said bodies with respect to the previous body in the kinematic chain.

Articulated arm (101) according to any one of the preceding claims, wherein said articulated arm (101) comprises an articulated crane or an elevating work platform (PLE).

Articulated arm (101) according to the preceding claim, wherein said articulated crane comprises a column (102) rotating around its own axis, a main arm (103 ') rotating with respect to the column (102), a secondary arm (103' ') rotatable with respect to the main arm (103') and comprising at least one extension extendable in translation with respect to the secondary arm itself, and said one or more first sensors comprise an angle sensor for measuring the rotation of the main arm (103 '), a angle sensor for measuring the rotation of the secondary arm (103 ''), a linear sensor for measuring the translation of the at least one extension (104) with respect to the secondary arm (103 ''), and said at least one second absolute angle sensor it is arranged on the at least one extension (104) of the secondary arm (103 '') near or in correspondence with the end-effector (105).