IT201800005679A1

IT201800005679A1 - Giunto semisferico per applicazioni in ambito meccanico

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Publication number: IT201800005679A1
Application number: IT102018000005679A
Authority: IT
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-11-24

Description

Giunto semisferico per applicazioni in ambito meccanico

DESCRIZIONE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un giunto semisferico per applicazioni in ambito meccanico; in particolare si riferisce ad un giunto semisferico da utilizzare quando c’è necessità di ottenere un disallineamento tra due elementi meccanici tra i quali è interposto il giunto semisferico.

Stato dell’arte

In ambito meccanico è comune l’uso di giunti che permettono di effettuare accoppiamenti tra elementi a monte e a valle del giunto in posizione disallineata, ossia in una posizione tale che i rispettivi assi non sono allineati ma sono al più incidenti tra loro.

In generale i giunti comprendono una cavità, che delimita uno spazio, ed un corpo alloggiato in modo scorrevole nella cavità, e che pertanto risulta orientabile rispetto ad essa. In pratica la cavità del giunto è la porzione femmina e il corpo del giunto è la corrispondente porzione maschio.

Alla cavità del giunto e al corpo del giunto possono essere rispettivamente fissati, direttamente o indirettamente, un primo elemento a monte del giunto e un secondo elemento a valle del giunto che possono avere forme, dimensioni e funzionalità diverse in base allo specifico compito richiesto.

In virtù del loro accoppiamento, cavità e corpo del giunto sono suscettibili di movimenti relativi rispetto ad un centro di rotazione R in modo che gli elementi a monte e a valle del giunto siano anche essi rispettivamente orientabili uno rispetto all’altro; in questo modo al movimento di rotazione che si verifica tra il corpo e la cavità del giunto corrisponde un movimento di disallineamento tra gli elementi (a monte e a valle del giunto) vincolati ad essi.

In genere, nell’ambito della meccanica si utilizzano giunti sferici, ossia giunti in cui la porzione femmina è costituita da una cavità sferica e la porzione maschio da un elemento sferico complementare alla porzione femmina e in grado di ruotare rispetto ad essa attorno ad un centro di rotazione R.

In alternativa è possibile utilizzare giunti semisferici le cui porzioni femmina e maschio hanno forma semisferica.

La presente invenzione è stata sviluppata per applicazioni specifiche nell’ambito dell’automazione industriale, e in particolare nell’ambito degli elementi di presa per manipolatori industriali, generalmente noti come EOAT End of Arm Tooling. Tuttavia è bene tener presente che la presente invenzione è applicabile anche ad altri settori della meccanica, ad esempio nella realizzazione di telai, nell’edilizia, ecc..

Nel settore dell’automazione industriale è frequente l’uso di robot su cui sono installati uno o più dispositivi di sospensione provvisti di ventose per permettere la movimentazione di oggetti come pannelli, porzioni di carrozzeria di automobili, ecc. In generale tali dispositivi di sospensione sono provvisti di un corpo montabile su un robot e di uno stelo passante attraverso il corpo o vincolato telescopicamente ad esso sulla cui estremità distale è installata una ventosa che prende contatto con l’oggetto da spostare; lo stelo è cavo per permettere l’aspirazione dell’aria dalla ventosa e assicurare quindi una presa efficace sull’oggetto; inoltre, lo stelo è in grado di scorrere, rispetto al corpo, vincendo la forza in direzione opposta esercitata da mezzi elastici, tra una posizione ritratta e una posizione estesa, in modo ammortizzato.

Questa caratteristica è alla base del meccanismo di compensazione del dispositivo di sospensione ed è fondamentale quando l’oggetto da maneggiare presenta superfici poste a differenti distanze dal robot e sono necessarie più ventose per afferrare l’oggetto; in questo modo infatti il robot può avvicinarsi ad una superficie anche quando una o più ventose hanno già preso contatto con altre superfici dell’oggetto più vicine al robot.

Nel corso degli ultimi decenni sono stati progettati dispositivi di sospensione che garantiscono una movimentazione più efficiente; per esempio la Richiedente ha depositato la domanda di brevetto italiano IT1020170001499264 che tutela un dispositivo di sospensione del tipo appena descritto, provvisto di un dispositivo di frenatura in grado di bloccare lo stelo ad una data escursione rispetto al corpo e/o di limitare la velocità di scorrimento dello stelo rispetto al corpo.

Un’ulteriore complicazione nella movimentazione degli oggetti è rappresentata dal caso in cui le superfici dell’oggetto sulle quali le ventose si portano in battuta non si trovano su un piano perpendicolare, bensì obliquo o inclinato, rispetto all’asse longitudinale del dispositivo di sospensione su cui tali ventose sono installate; questo è il caso, per esempio, della carrozzeria di un’automobile che presenta superfici curve o inclinate secondo gradi differenti.

Poiché, per non sollecitare eccessivamente i mezzi elastici presenti nel dispositivo di sospensione, la porzione composta dal corpo e dallo stelo deve essere mantenuta parallela alla direzione di avvicinamento del robot all’oggetto, tradizionalmente i dispositivi di sospensione sono stati equipaggiati con giunti sferici interposti tra la ventosa e il dispositivo di sospensione. In questa soluzione, in pratica, la ventosa è supportata dalla porzione maschio del giunto sferico, e la porzione femmina del giunto è accoppiata allo stelo del dispositivo di sospensione, dimodoché la ventosa possa inclinarsi rispetto all’asse longitudinale dell’elemento di sospensione, assumendo la stessa inclinazione dell’oggetto da prelevare.

Il centro di rotazione R del giunto sferico, cioè il centro di rotazione della porzione maschio rispetto alla porzione femmina, si trova lungo l’asse longitudinale del dispositivo di sospensione, e la ventosa ad esso fissata, in virtù della presenza del giunto sferico stesso, può muoversi nello spazio secondo due gradi di libertà nella fase in cui progressivamente prende contatto con la superficie dell’oggetto da movimentare. In pratica la ventosa può inclinarsi rispetto all’asse longitudinale e ruotare su tale asse.

Per esempio la domanda di brevetto statunitense US 2008/0022766 descrive un giunto installabile su un robot. Il dispositivo comprende un alloggiamento (porzione femmina) in cui è ricavata una sede di forma sferica e un elemento sferico (porzione maschio) alloggiato nell’alloggiamento in modo orientabile; la ventosa è accoppiata direttamente all’elemento sferico in modo da risultare orientabile nello spazio per compensare l’inclinazione della superficie dell’oggetto da manipolare, superficie che può essere non perpendicolare alla direzione di accostamento del robot; l’alloggiamento e l’elemento sferico presentano ciascuno un canale (foro passante) che permette il risucchio dell’aria dalla ventosa al fine di assicurare una presa salda sull’oggetto da prelevare.

La domanda di brevetto internazionale WO 2016/020723 descrive un sistema per supportare e orientare nello spazio un oggetto che deve essere lavorato. Il sistema comprende una pluralità di unità di supporto che presentano ciascuna una testa, destinata a interagire con l’oggetto, con una porzione centrale che comprende un giunto di forma sferica. Tale giunto sferico permette di orientare nello spazio la testa dell’unità di supporto, sulla quale possono essere montate ventose, con due gradi di libertà.

In alcuni casi, per rendere più efficiente la movimentazione degli oggetti si sono dotati i giunti sferici con freni in grado di bloccare l’elemento sferico rotante, e quindi anche la ventosa, nella posizione finale di contatto con la superficie dell’oggetto da prelevare; in questo modo si impedisce che il piano della ventosa ritorni in posizione perpendicolare rispetto all’asse longitudinale del dispositivo di sospensione, e si impedisce che l’oggetto compia oscillazioni nel corso del suo spostamento.

In commercio sono noti vari esempi di dispositivi con queste caratteristiche, per esempio quello commercializzato da VMECA col nome di VALOCK SYSTEM (http://www.simmatic.co.uk/wpcontent/uploads/2015/03/VALOCK-SYSTEM-New_2011.pdf). La ventosa è collegata alla porzione maschio del giunto sferico, e il giunto è provvisto di un freno che permette alla ventosa di conservare nel tempo l’orientamento stabilito durante la messa a punto, senza che durante lo spostamento compia movimenti oscillatori. Il dispositivo è inoltre provvisto di una pompa a cartuccia per creare una pressione negativa nella ventosa per mantenere il contatto con l’oggetto.

I giunti meccanici secondo la tecnica nota presentano però l’inconveniente di supportare l’elemento meccanico generando in alcune posizioni un ingombro laterale: quando si inclina rispetto alla porzione femmina del giunto, l’elemento supportato dalla porzione maschio del giunto sporge lateralmente rispetto alla porzione femmina; inoltre, un ulteriore problema riscontrato nell’impego dei giunti secondo l’arte nota per la movimentazione di oggetti utilizzando delle ventose è rappresentato dal fatto che si verificano fenomeni di strisciamento e usura a carico delle ventose nella fase in cui esse prendono contatto con l’oggetto da movimentare.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è pertanto quello di mettere a disposizione un giunto che permetta di supportare elementi meccanici e di orientarli nello spazio, senza incidere negativamente sugli ingombri laterali dell’assieme costituito dal giunto stesso e dall’elemento supportato.

È un ulteriore scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un giunto di supporto di ventose che risulti economico, di facile installazione, in grado di limitare lo strisciamento e l’usura delle ventose sugli oggetti da manipolare.

La presente invenzione concerne pertanto un giunto semisferico secondo la rivendicazione 1.

In particolare la presente invenzione concerne un giunto semisferico comprendente una porzione femmina che definisce un alloggiamento semisferico avente un primo centro geometrico, e una porzione maschio provvista di una porzione semisferica alloggiata scorrevole e orientabile nell’alloggiamento semisferico della porzione femmina; in altre parole, la porzione semisferica della porzione maschio ruota nell’alloggiamento semisferico.

A differenza delle soluzioni precedentemente note, vantaggiosamente la porzione maschio è accoppiabile ad un elemento esterno in corrispondenza del primo centro geometrico; in altre parole l’elemento esterno da supportare non si accoppia alla porzione maschio in una posizione distale rispetto al primo centro geometrico, ma proprio in corrispondenza di questo. I vantaggi offerti da questa soluzione sono molteplici.

Innanzitutto si limitano al minimo gli ingombri laterali del giunto quando la porzione maschio è inclinata rispetto alla porzione femmina. Grazie alla mancanza di un braccio, cioè di un elemento di collegamento tra l’utensile e il giunto stesso, quando la porzione maschio si inclina rispetto alla porzione femmina l’unico ingombro laterale è quello generato dalla presenza dell’utensile stesso. Pertanto il giunto semisferico non contribuisce in alcun modo a generare ingombri laterali: l’utensile supportato, ad esempio una ventosa, non oscilla come un pendolo, ma si inclina sul posto, proprio perché tra il primo centro geometrico e l’utensile il braccio è assente: l’utensile è direttamente accoppiato alla porzione maschio del giunto, proprio in corrispondenza del primo centro geometrico.

In un tradizionale giunto sferico la distanza tra l’utensile vincolato alla porzione maschio e il centro di rotazione (della porzione maschio rispetto alla porzione femmina) corrisponde proprio ad un braccio che permette all’utensile di fuoriuscire dall’ingombro laterale del giunto quando la porzione maschio si inclina. L’aver eliminato questo braccio, utilizzando una porzione semisferica provvista di mezzi di accoppiamento di utensili in corrispondenza del primo centro geometrico, cioè del centro di rotazione, risolve l’inconveniente degli ingombri laterali dell’utensile.

Questa caratteristica ha vantaggi significativi per quanto riguarda la gestione degli spazi necessari alle attività nell’ambito dei manipolatori industriali; per esempio, qualora l’elemento esterno supportato dalla porzione maschio sia una ventosa per la movimentazione di oggetti da montare su un robot, l’assenza di ingombri laterali permette, se necessario, di disporre le ventose anche in posizione ravvicinata tra di esse; inoltre tale caratteristica rende possibile l’utilizzo del giunto semisferico in applicazioni dove è necessariamente richiesto che gli elementi supportati siano ravvicinati tra loro, come nel caso della movimentazione contemporanea di piccoli oggetti disposti in serie.

Inoltre, ritornando all’esempio in cui l’utensile supportato è una ventosa, fissare la ventosa in corrispondenza del primo centro geometrico permette di evitare fenomeni di strisciamento e di usura della ventosa stessa nella fase in cui essa prende contatto con l’oggetto da movimentare. L’assenza del braccio, infatti, limita al minimo (o del tutto) le oscillazioni laterali nel momento in cui la ventosa si appoggia su una superficie e questo comporta minori strisciamenti e, conseguentemente, minore usura della ventosa dopo migliaia di cicli di lavoro.

La presente invenzione è anche descrivibile nei seguenti punti.

I. Un giunto semisferico comprendente:

- una porzione femmina che definisce un alloggiamento semisferico avente un primo centro geometrico;

- una porzione maschio comprendente una porzione semisferica alloggiata scorrevole e orientabile nell’alloggiamento semisferico;

in cui la porzione maschio comprende mezzi di accoppiamento ad un elemento esterno da supportare, ad esempio un utensile come una ventosa, un elemento di presa, un lettore ottico, ecc., e

in cui la distanza dei mezzi di accoppiamento dal primo centro geometrico è inferiore al raggio della porzione maschio, oppure è nulla.

In altre parole, il braccio è minimo, o inesistente, cioè pari a zero.

II. Un giunto semisferico comprendente:

in cui la porzione maschio è accoppiabile ad un elemento esterno in corrispondenza di una sua superficie di accoppiamento opposta all’alloggiamento semisferico, e la distanza della superficie di accoppiamento dal primo centro geometrico è inferiore al raggio della porzione maschio oppure è nulla.

III Un giunto semisferico comprendente:

in cui la porzione maschio è accoppiabile ad un elemento esterno sul primo centro geometrico o ad una distanza da esso inferiore al raggio della porzione semisferica.

Preferibilmente la porzione maschio ruota nella porzione femmina sul primo centro geometrico, che pertanto si configura anche come centro di rotazione.

Preferibilmente la porzione maschio comprende mezzi di accoppiamento all’elemento esterno che, per esempio, possono essere costituiti da superfici o fori che attuano un accoppiamento di forma, o un accoppiamento tra una vite provvista di filettatura e la corrispondente sede, o mezzi che permettono un accoppiamento magnetico tra la porzione maschio e l’elemento esterno.

Inoltre, per il fatto che la porzione maschio comprende una porzione semisferica, sono identificabili un raggio della porzione maschio e un secondo centro geometrico della porzione maschio. Preferibilmente il secondo centro geometrico della porzione maschio coincide con il primo centro geometrico della porzione femmina.

Vantaggiosamente, la distanza tra i mezzi di accoppiamento e il primo centro geometrico è inferiore al raggio della porzione maschio, oppure è nulla. È pure contemplato il caso in cui la porzione maschio è forata, e un utensile è avvitabile nella porzione maschio con un codolo filettato che si inserisce in tale foro, oltrepassando il primo centro geometrico.

Come anticipato sopra, il vantaggio di disporre i mezzi di accoppiamento in questa posizione è quello di permettere il montaggio dell’elemento esterno (l’utensile) nello spazio definito dalla porzione femmina, in modo da limitare l’ingombro dato dall’elemento esterno stesso.

Preferibilmente, inoltre, la porzione maschio è accoppiabile ad un elemento esterno, cioè un utensile o un oggetto, in corrispondenza di una superficie di accoppiamento costituita dalla superficie piana della porzione semisferica della porzione maschio, cioè la superficie disposta in posizione opposta rispetto all’alloggiamento semisferico; in altre parole, la porzione semisferica, provvista di una superficie curva con cui interagisce con la porzione femmina, comprende anche una superficie piana disposta in posizione opposta rispetto all’alloggiamento semisferico della porzione femmina e in corrispondenza della quale è accoppiabile un elemento esterno.

Preferibilmente, come anticipato sopra, la distanza di tale superficie di accoppiamento dal primo centro geometrico è inferiore al raggio della porzione maschio, oppure è nulla.

Vantaggiosamente la porzione femmina comprende, in aggiunta all’alloggiamento semisferico sopra menzionato, una porzione longitudinale che si estende lungo un asse longitudinale X’-X’. Tale porzione longitudinale permette il fissaggio della porzione femmina su macchine o robot, o il montaggio di altri componenti sul giunto.

Vantaggiosamente il giunto semisferico secondo la presente invenzione comprende un elemento di ritenuta della porzione maschio nella porzione femmina, che ha la funzione di mantiene la porzione maschio coniugata all’alloggiamento semisferico; in altre parole, l’elemento di ritenuta assicura che la porzione maschio resti a contatto in ogni momento con la porzione femmina e che, quando necessario, la porzione maschio possa ruotare nell’alloggiamento semisferico della porzione femmina.

Vantaggiosamente inoltre l’elemento di ritenuta è conformato a cupola, ossia ha una forma semisferica, ed è fissato alla porzione semisferica della porzione maschio, preferibilmente in corrispondenza del suo perimetro, in modo che l’alloggiamento semisferico della porzione femmina resta interposto a sandwich tra la porzione semisferica della porzione maschio e l’elemento di ritenuta stesso. In altre parole, l’alloggiamento semisferico della porzione femmina è fiancheggiato superiormente dall’elemento di ritenuta e inferiormente dalla porzione semisferica della porzione maschio, con possibilità di scorrimento tra questi elementi. In altre parole, per permettere alla porzione maschio di orientarsi nella porzione femmina in risposta alla posizione assunta dall’elemento esterno accoppiato alla porzione maschio, tra la porzione semisferica dell’elemento maschio e l’elemento di ritenuta è definito un interstizio in cui è alloggiata scorrevole la porzione femmina.

Vantaggiosamente la porzione femmina può essere fissata direttamente ad un elemento esterno di supporto, per esempio un robot o un dispositivo di sospensione, oppure può essere vincolata ad un elemento di precarico (descritto più avanti) e con esso fissato all’elemento esterno di supporto del giunto semisferico.

Il giunto semisferico secondo la presente invenzione, fissato ad un elemento esterno di supporto, come un dispositivo di sospensione, e provvisto di un elemento esterno, come una ventosa, accoppiato alla porzione maschio ha il vantaggio di permettere di disallineare l’elemento esterno di supporto e l’elemento esterno accoppiato alla porzione maschio garantendo i vantaggi sopra descritti in termini di limitazione degli ingombri laterali, diminuzione dell’usura e risparmio economico. Questo assieme è quindi molto utile nell’handling e in meccatronica.

Vantaggiosamente il giunto semisferico è provvisto di un sistema di bloccaggio dell’orientamento della porzione maschio nella porzione femmina. In particolare il giunto comprende un elemento di bloccaggio movibile tra una posizione di blocco, in corrispondenza della quale si trova in posizione prossimale rispetto alla porzione maschio e in battuta contro l’elemento di ritenuta, e una posizione di sblocco, in corrispondenza della quale si trova in una posizione distale rispetto all’elemento maschio e separato dall’elemento di ritenuta. La posizione prossimale corrisponde alla posizione di frenatura della porzione maschio, e la posizione distale corrisponde alla posizione di non frenatura della porzione maschio.

In altri termini, l’elemento di bloccaggio è movibile tra una posizione di blocco in cui è a contatto con l’elemento di ritenuta e quindi blocca, o almeno limita, lo spostamento della porzione maschio nella porzione femmina e una posizione di sblocco in cui è separato dall’elemento di ritenuta e non limita i movimenti della porzione maschio nella porzione femmina.

Preferibilmente il giunto comprende anche un elemento di precarico vincolato alla porzione femmina, avente la funzione di esercitare una forza di precarico su elementi resilienti che verranno descritti più avanti, e di definire insieme all’elemento di bloccaggio una camera inferiore alimentabile con un fluido in pressione. L’alimentazione del fluido, ad esempio aria compressa, avviene preferibilmente per mezzo di un canale inferiore. Preferibilmente l’elemento di precarico è stazionario rispetto alla porzione femmina, e l’elemento di bloccaggio è suscettibile di movimenti alternati lungo l’asse longitudinale X’-X’ in avvicinamento e allontanamento a/da l’elemento di precarico, in risposta alla pressione esercitata dal fluido nella camera inferiore.

Questa configurazione permette di utilizzare l’aria compressa per azionare l’elemento di bloccaggio, spingendolo verso l’elemento di ritenuta per bloccare la porzione maschio come farebbe la pastiglia di un freno sul relativo disco.

In pratica, il fluido in pressione che alimenta la camera inferiore determina lo spostamento dell’elemento di bloccaggio da una posizione di minima distanza dall’elemento di precarico ad una posizione in cui l’elemento di bloccaggio è in battuta contro l’elemento di ritenuta. Nelle due posizioni appena descritte si ha, rispettivamente, la porzione maschio libera di orientarsi nella porzione femmina e la porzione maschio bloccata nella porzione femmina senza possibilità di modificare il proprio orientamento.

Opzionalmente il giunto semisferico comprende anche un tappo che definisce con l’elemento di precarico una camera superiore alimentabile con un fluido in pressione per mezzo di un canale superiore, e che si trova dalla parte opposta alla camera inferiore rispetto all’elementi di precarico. L’elemento di bloccaggio è suscettibile di movimenti in allontanamento e avvicinamento da/a l’elemento di precarico in risposta alla pressione esercitata dal fluido nella camera superiore, in controfase rispetto ai movimenti provocati dal fluido alimentato alla camera inferiore.

In altri termini il fluido alimentato alla camera superiore determina lo spostamento in avvicinamento dell’elemento di bloccaggio rispetto all’elemento di precarico, il conseguente allontanamento dall’elemento di ritenuta e lo sblocco della porzione maschio rispetto alla porzione femmina mentre il fluido alimentato alla camera inferiore determina lo spostamento in allontanamento dell’elemento di bloccaggio rispetto all’elemento di precarico, il contatto tra l’elemento di bloccaggio e l’elemento di ritenuta e il conseguente blocco della porzione maschio rispetto alla porzione femmina.

Vantaggiosamente il giunto semisferico comprende un primo elemento resiliente alloggiato nella camera inferiore che esercita costantemente una spinta sull’elemento di bloccaggio nella direzione che lo porta in battura contro l’elemento di ritenuta; tale spinta del primo elemento resiliente è contrastata dalla pressione esercitata da un fluido nella camera superiore.

Preferibilmente l’elemento di bloccaggio possiede una forma a bicchiere con la base inferiore concava per portarsi in battuta contro l’elemento di ritenuta, in particolare contro la superficie superiore dell’elemento di ritenuta, che a sua volta è convessa (a cupola) in modo complementare, al fine di poter esplicare la sua funzione di blocco sulla porzione maschio. Superiormente l’elemento di bloccaggio è chiuso a tenuta dal tappo descritto sopra.

Il volume interno dell’elemento di bloccaggio (chiuso dal tappo) è diviso in due camere, la camera inferiore e la camera superiore, che non sono in comunicazione di fluido l’una con l’altra ma che sono separate dall’elemento di precarico, che agisce da setto a tenuta tra le due camere.

Il volume di una delle due camere varia in modo complementare rispetto al volume dell’altra camera, in funzione della pressione esercitata dal fluido, per ottenere lo spostamento dell’elemento di bloccaggio rispetto all’elemento di precarico e, quindi, per ottenere lo spostamento dell’elemento di bloccaggio anche rispetto all’elemento di ritenuta. Vantaggiosamente, quindi, la variazione del volume della camera superiore rispetto a quello della camera inferiore, e viceversa, permette all’assieme formato dal tappo e dall’elemento di bloccaggio di scorrere longitudinalmente sulla porzione femmina e sull’elemento di precarico ad essa fissato in avvicinamento o in allontanamento dall’elemento di ritenuta.

Opzionalmente il giunto semisferico comprende un secondo elemento resiliente che preferibilmente è interposto tra l’elemento di bloccaggio e la porzione maschio o tra l’elemento di bloccaggio e l’elemento di ritenuta, esternamente all’elemento di bloccaggio. Il secondo elemento resiliente contrasta i movimenti della porzione maschio nella porzione femmina: in pratica ha la funzione di facilitare il ritorno della porzione maschio nella porzione femmina lungo la direzione longitudinale dell’asse X’-X’ dopo che si è inclinato rispetto a tale asse longitudinale.

Opzionalmente, in aggiunta o in alternativa alle modalità precedentemente descritte, che prevedono l’attivazione pneumatica dell’elemento di bloccaggio, il giunto semisferico comprende un attuatore non pneumatico, ad esempio meccanico, elettrico o magnetico di questo elemento.

Preferibilmente il primo centro geometrico dell’alloggiamento semisferico della porzione femmina coincide con il centro di rotazione della porzione maschio nella porzione femmina. In pratica, il primo centro geometrico della porzione femmina coincide anche con il secondo centro geometrico della porzione semisferica della porzione maschio. Si tratta della forma di realizzazione più semplice in cui la porzione semisferica della porzione maschio e l’alloggiamento semisferico della porzione femmina sono parte di rispettive sfere aventi centro geometrico coincidente con il primo e il secondo centro geometrico, e raggio di misura differente (la sfera comprendente l’alloggiamento semisferico possiede un raggio maggiore rispetto a quello della porzione semisferica della porzione maschio). In particolare, la sola sfera comprendente la porzione maschio ruota rispetto al centro di rotazione, coincidente con il primo centro geometrico, mentre la sfera comprendente la porzione femmina, in posizione più distante dal centro di rotazione, è fissa e non ruota rispetto al centro di rotazione.

Vantaggiosamente il giunto semisferico secondo la presente invenzione può essere incluso in un assieme da utilizzare nella movimentazione di oggetti con superfici non perpendicolari alla direzione longitudinale X’-X’.

In particolare il giunto semisferico può essere equipaggiato con una ventosa associata alla porzione maschio destinata a prendere contatto con la superficie dell’oggetto da movimentare e/o può essere fissato su un dispositivo di sospensione per manipolatori industriali vincolabile a sua volta ad un robot.

Vantaggiosamente quindi l’assieme può comprendere un dispositivo di sospensione, il giunto semisferico secondo la presente invenzione ed una ventosa; tale assieme è specificatamente utilizzabile per la movimentazione di oggetti con superfici inclinate non perpendicolari all’asse longitudinale X’-X’: quando la ventosa prende contatto con la superficie inclinata, la porzione maschio del giunto semisferico si orienta nella porzione femmina e permette il disallineamento della ventosa (inclinata sulla superficie dell’oggetto) rispetto al dispositivo di sospensione che rimane disposto lungo l’asse longitudinale X’-X’.

Breve elenco delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno meglio evidenziati dall’esame della seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, col supporto dei disegni allegati, in cui:

- la figura 1 è una vista in sezione trasversale di un assieme costituito da un giunto sferico secondo la tecnica nota e una ventosa;

- la figura 2 è una vista in sezione trasversale di un assieme costituito da un giunto semisferico secondo la presente invenzione e una ventosa;

- la figura 3 è una vista in prospettiva, esplosa, del giunto semisferico mostrato in figura 2;

- la figura 4 è una vista in sezione trasversale del giunto semisferico mostrato in figura 2 in una prima posizione di utilizzo e in una prima configurazione;

- la figura 5 è una vista in sezione trasversale del giunto semisferico mostrato in figura 2 in una seconda posizione di utilizzo e in una prima configurazione;

- la figura 6 è una vista in sezione trasversale del giunto semisferico mostrato in figura 2 in una prima posizione di utilizzo e in una seconda configurazione;

- la figura 7 è una vista in prospettiva del giunto semisferico mostrato in figura 2 in una seconda posizione di utilizzo;

- la figura 8 è una vista in prospettiva di un dispositivo di sospensione provvisto dell’assieme mostrato in figura 2.

Descrizione dettagliata dell’invenzione

La figura 1 mostra una tipica soluzione 100 di un assieme comprendente un giunto sferico 101 secondo la tecnica nota ed una ventosa 102 destinata a prendere contatto con la superficie dell’oggetto da movimentare in corrispondenza della sua superficie inferiore 103.

L’assieme 100 può essere montato su un elemento meccanico, per esempio un dispositivo di sospensione per bracci robotizzati, fissabile a monte del giunto sferico 101 in corrispondenza della sua porzione di collegamento 110 e in grado compiere movimenti in avvicinamento o allontanamento, lungo la direzione indicata dall’asse longitudinale X-X, rispetto all’oggetto da movimentare.

Il giunto sferico 101 permette di disallineare l’elemento meccanico fissabile a monte rispetto all’elemento meccanico fissato a valle, in figura 1 rappresentato dalla ventosa 102, in modo tale che, mentre la ventosa 102 si inclina per entrare in contatto con una superfice non perpendicolare all’asse longitudinale X-X, l’elemento meccanico a monte del giunto 110 possa rimanere disposto lungo l’asse X-X e non essere soggetto a sollecitazioni trasversali.

Al fine di permettere tale disallineamento, il giunto sferico 101 è costituito da due componenti: una porzione femmina 104 che presenta una cavità sferica 105 con centro geometrico R, ed una porzione maschio 106. La porzione maschio 106 comprende una testa 107 di forma sferica ed un collo 108 che si estende dalla testa 107 e sulla cui porzione distale 112 è fissabile una ventosa 102 tramite mezzi di accoppiamento 109.

La porzione femmina 104 e la testa 107 della porzione maschio 106 hanno una forma complementare l’una all’altra e costituiscono una coppia di elementi coniugati, ossia una coppia di elementi con superfici curve in cui la testa 107 della porzione maschio ruota nella e sulla cavità sferica 105 rispetto al centro geometrico R, che pertanto è anche un centro di rotazione per la testa 107.

In virtù di questo accoppiamento coniugato la testa 107 della porzione maschio 106 si orienta nella cavità sferica 105 della porzione femmina 104 in funzione dell’inclinazione della superficie dell’oggetto da movimentare con cui la ventosa 102 prende contatto: poiché la testa 107 è collegata alla ventosa 102 per mezzo del collo 108, il movimento della ventosa 102 si trasmette alla testa 107 che si muove di conseguenza all’interno della cavitò 105 della porzione femmina 104 permettendo il disallineamento della ventosa 102 rispetto all’elemento meccanico a monte del giunto 101.

La porzione femmina 104 e la porzione maschio 106 presentano un canale centrale 111 ricavato longitudinalmente che ha la funzione di permettere l’aspirazione dell’aria dalla ventosa 102 al fine di assicurare una presa salda sull’oggetto da movimentare.

In figura 1 è mostrata, con il riferimento d, la distanza tra il centro geometrico R e la superficie inferiore 103 della ventosa 102 che prende contatto con l’oggetto da movimentare; tale distanza d, che nell’esempio mostrato è di 59 mm, comprende lo spazio occupato da metà della sfera che costituisce la testa 107 della porzione maschio 106, dal collo 108 della porzione maschio 106 e dalla ventosa 102 stessa.

Risulta quindi evidente che nel giunto 101 secondo la tecnica nota la ventosa 102 si accoppia alla porzione maschio 106 in corrispondenza della porzione distale 112 del collo 108 e che tale porzione distale 112 risulta distanziata dal centro geometrico R di una lunghezza, definibile anche “braccio”, pari all’estensione del collo 108 stesso e di metà della testa sferica 107.

Le figure 2- 8 mostrano un giunto semisferico 1’ secondo la presente invenzione; in particolare la figura 2 mostra un assieme 2’ comprendente un giunto semisferico 1’ e una ventosa 3’.

Al pari del giunto sferico 101 secondo la tecnica nota mostrato in figura 1, il giunto semisferico 1’ può essere fissato ad un elemento meccanico a monte del giunto semisferico 1’, per esempio al dispositivo di sospensione 4’ per bracci robotizzati mostrato in figura 8, e può essere equipaggiato con un elemento meccanico a valle che in figura 2 è rappresentato dalla ventosa 3’.

Sempre con riferimento alla figura 8, il dispositivo di sospensione 4’, montato su un robot, si muove longitudinalmente lungo l’asse X’-X’ nei sui movimenti in avvicinamento o allontanamento al/dall’oggetto da movimentare, e durante la movimentazione dell’oggetto aderente alla ventosa 3’.

Al fine di permettere lo spostamento di oggetti con superfici inclinate, ossia non perpendicolari rispetto alla direzione longitudinale indicata dall’asse X’-X’ è necessario che si verifichi un disallineamento tra il dispositivo di sospensione 4’ e la ventosa 3’; in altre parole è necessario che l’asse di simmetria passante per il dispositivo di sospensione 4’, identificabile con l’asse X’-X’, non sia coincidente bensì incidente con quello della ventosa 3’, almeno nella fase in cui essa prende contatto con la superficie inclinata dell’oggetto da movimentare.

Il giunto semisferico 1’, posto tra il dispositivo di sospensione 4’ e la ventosa 3’, permette che il disallineamento sopra descritto possa verificarsi grazie alla sua struttura.

Tornando alla figura 2, in particolare il giunto semisferico 1’ comprende una porzione femmina 5’ e una porzione maschio 8’ che assieme, in virtù del relativo accoppiamento coniugato delle superfici, consentono il disallineamento della ventosa 3’ dal dispositivo di sospensione 4’ (non mostrato in figura 2) e quindi il posizionamento della ventosa 3’ su una superficie non perpendicolare ma inclinata rispetto all’asse X’-X’.

La porzione femmina 5’ è conformata in modo tale da avere una porzione longitudinale 6’ sostanzialmente parallela all’asse X’-X’ e un alloggiamento semisferico 7’ che è assimilabile alla superficie di una calotta semisferica con un primo centro geometrico R’; la porzione maschio 8’ comprende un corpo semisferico 31’ considerabile parte di una sfera avente un secondo centro geometrico R’’ coincidente con il primo centro geometrico R’ dell’alloggiamento semisferico 7’.

Proprio in ragione del fatto che la porzione maschio 8’ e la porzione femmina 5’ hanno una forma semisferica, il giunto 1’ secondo la presente invenzione è definito semisferico.

In virtù della sua forma semisferica, la porzione maschio 8’ ha una superficie curva 9’ e una superficie piana 10’ in corrispondenza della quale si trova il primo centro geometrico R’; la porzione maschio 8’ interagisce con l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ lungo la superficie curva 9’.

Tra la porzione femmina 5’ e la porzione maschio 8’ si verifica un accoppiamento di forma, ossia sono complementari l’una con l’altra, per il fatto che il primo centro geometrico R’ dell’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ e il secondo centro geometrico R’’ della superficie curva 9’ della porzione maschio 8’ coincidono.

Di conseguenza, poiché la superficie curva 9’ della porzione maschio 8’ interagisce con l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’, la superficie piana 10’ della porzione maschio 8’ si trova in posizione opposta rispetto alla porzione femmina 5’.

Inoltre, la porzione maschio 8’ è coniugata alla porzione femmina 5’ ed è in grado quindi di ruotare su di essa rispetto al primo centro geometrico R’; in altre parole, la porzione maschio 8’ ruota lungo la sua superficie curva 9’ sull’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ rispetto al primo centro geometrico R’ che pertanto si configura anche come centro di rotazione della porzione maschio 8’.

L’accoppiamento descritto permette quindi il disallineamento tra il dispositivo di sospensione 4’ e la ventosa 3’. La ventosa 3’ si accoppia alla porzione maschio 8’ in corrispondenza della sua superficie piana 10’ tramite mezzi di accoppiamento 18’ che in figura 2 esplicano la loro funzione tramite un accoppiamento tra una filettatura ricavata sulla ventosa 3’ e il profilo ad essa complementare ricavata nel giunto semisferico 1’; in alternativa si possono utilizzare accoppiamenti magnetici, tessuti a strappo, sostanze adesive, ecc.

La superficie piana 10’ si trova sulla porzione maschio 8’ in posizione opposta alla porzione femmina 5’, e per il fatto che la porzione maschio 8’ ha una forma semisferica, la ventosa 3’ si accoppia quindi alla porzione maschio 8’ in corrispondenza del primo centro geometrico R’ e, di conseguenza, anche i mezzi di accoppiamento 18’ si trovano in corrispondenza del primo centro geometrico R’ e in posizione opposta rispetto alla porzione femmina 5’.

Oltre alle componenti appena descritte, il giunto semisferico 1’ comprende altre componenti che concorrono a garantire la funzionalità del giunto semisferico 1’: un elemento di ritenuta 11’ della porzione maschio 8’ sulla porzione femmina 5’, un primo elemento resiliente 12’, preferibilmente una molla 12’, un elemento di precarico 13’ della molla 12’, un elemento di bloccaggio 14’, un tappo 15’ ed un soffietto 16’. In particolare, l’elemento di precarico 13’ consente di fissare il giunto semisferico 1’ al dispositivo di sospensione 4’ per mezzo della sua porzione di collegamento 22’ e al contempo ha la funzione di precaricare la molla 12’ sulla quale poggia; l’elemento di precarico 13’ è mantenuto in sede dal tappo 15’ che è avvitato all’elemento di bloccaggio 14’. La porzione femmina 5’ è vincolata con la sua porzione longitudinale 6’ all’elemento di precarico 13’ tramite primi mezzi di fissaggio 32’ (filettatura) e risulta con esso vincolabile al dispositivo di sospensione 4’ cosicché da non essere in grado di compiere rispetto al dispositivo di sospensione 4’ movimenti longitudinali rispetto all’asse X’-X’ Dalla parte opposta, ossia nella parte del giunto semisferico 1’ prossimale alla ventosa 3’, l’elemento di ritenuta 11’ mantiene in sede la porzione maschio 8’ sulla porzione femmina 5’, ossia mantiene la porzione maschio 8’ accoppiata e coniugata alla porzione femmina 5’.

L’elemento di ritenuta 11’ è assibilabile a una porzione di sfera avente centro geometrico coincidente con il primo centro geometrico R’; in sostanza la porzione maschio 8’, l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ e l’elemento di ritenuta 11’ possono essere ciascuno assimilati ad una porzione di una sfera diversa con centro geometrico coincidente con il primo centro geometrico R’ e con rispettivi raggi.

L’elemento di ritenuta 11’ è vincolato alla porzione maschio 8’ tramite secondi mezzi di fissaggio 21’ (filettatura) in corrispondenza della sua base maggiore cosicché tra l’elemento di ritenuta 11’ e la superficie curva 9’ della porzione maschio 8’ è presente un interstizio 34’ in grado di ospitare l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’. In altre parole la porzione femmina 5’ si inserisce nell’interstizio 34’ tra la porzione maschio 8’ e l’elemento di ritenuta 11’ ma è da sottolineare che l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ non occupa interamente l’interstizio 34’ ma solo parzialmente; questa caratteristica rende la porzione maschio 8’ in grado di effettuare movimenti secondo due gradi di libertà, perpendicolarmente all’asse X’-X’ e non parallelamente ad esso, rispetto alla porzione femmina 5’ e, di conseguenza, anche rispetto al dispositivo di sospensione 4’ a cui il giunto semisferico 1’ è fissato. Questo aspetto sarà ulteriormente chiarito successivamente quando verrà descritto il funzionamento del giunto semisferico 1’.

In pratica l’elemento di ritenuta 11’ ha una conformazione a cupola (o a cuffia) ed è avvitato alla porzione maschio 8’ in modo da chiudere a sandwich l’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’ contro la porzione maschio 8’ ed impedire che questa possa fuoriuscire dall’alloggiamento semisferico 7’.

Il soffietto 16’ ha una superficie a fisarmonica, ossia ha una superficie che è in grado di comprimersi o estendersi in risposta alla posizione assunta dalla ventosa 3’ nella fase di contatto con l’oggetto da movimentare.

Il giunto semisferico 1’ è inoltre provvisto di un secondo elemento resiliente 17’, preferibilmente una molla 17’, fissato esternamente all’elemento di ritenuta 11’ e all’elemento di bloccaggio 14’; la molla 17’ è in grado di riposizionare longitudinalmente la porzione maschio 8’ e la ventosa 3’ quando non è più necessario che il giunto semisferico 1’ mantenga la posizione inclinata assunta nella fase di presa di contatto con l’oggetto da movimentare.

La modalità con cui si assicura che la ventosa 3’ mantenga la presa sull’oggetto e, di conseguenza, anche la modalità con cui la ventosa 3’ rilascia l’oggetto, è facilmente intuibile: la porzione maschio 8’, la porzione femmina 5’ e l’elemento di precarico 13’ presentano ciascuno una porzione cava e, una volta che questi pezzi sono assemblati, queste porzioni cave formano un canale centrale 20’ che premette il passaggio dell’aria da o verso la ventosa 3’; infatti, nel caso sia necessario fissare l’oggetto alla ventosa 3’, l’aria viene risucchiata attraverso il canale centrale 20’ che attraversa il giunto semisferico 1’ generando una depressione nello spazio tra la ventosa 3’ e la superficie dell’oggetto, quando invece è necessario rilasciare l’oggetto basta interrompere il risucchio di aria o insufflare attivamente aria attraverso il canale centrale 20’ al fine di equilibrare la pressione nello spazio tra la ventosa 3’ e la superficie dell’oggetto con la pressione ambientale.

Dalla descrizione appena effettuata risulta evidente che il giunto semisferico 1’ è sprovvisto di elementi di raccordo tra la porzione maschio 8’ e la superficie piana 10’ che è identificabile come la superficie di accoppiamento con la ventosa 3’: non è presente, per esempio, alcuna struttura riconducibile al collo 108 del giunto sferico 101 secondo la tecnica nota. Inoltre, per il fatto che la porzione maschio 8’ è una semisfera con un secondo centro geometrico R’’ coincidente con il primo centro geometrico R’ della porzione femmina 5’, la sua superficie di accoppiamento 10’ e i relativi mezzi di accoppiamento 18’ si trovano in corrispondenza del primo centro geometrico R’ e di conseguenza i mezzi di accoppiamento 18’ della porzione maschio 8’ alla ventosa 3’ si trovano ad una distanza dal primo centro geometrico R’ sostanzialmente nulla.

In particolare, in figura 2 è indicata con il riferimento D la distanza tra il primo centro geometrico R’ e la superficie 19’ della ventosa 3’ con cui essa prende contatto con la superficie dell’oggetto da movimentare. Tale distanza D è, nell’esempio, di 16 mm e dipende unicamente dallo spessore della ventosa 3’ utilizzata perché, in quanto assenti, non comprende il collo della porzione maschio e la seconda semisfera che costituisce la porzione maschio. In altre parole, è nulla la distanza tra il primo centro geometrico R’ della porzione femmina 5’ e la superficie piana 10’ della porzione maschio 8’ con cui si accoppia alla ventosa 3’ e invece è pari ad un valore D la distanza tra il primo centro geometrico R’ e la superficie 19’ con cui la ventosa 3’ prende contatto con l’oggetto da movimentare. La differenza tra la distanza d del giunto sferico 101 secondo l’arte nota in figura 1 e la distanza D del giunto semisferico 1’ è di 43 mm, una differenza rilevante per l’effetto che ha sugli ingombri laterali e sui fenomeni di strisciamento e usura della ventosa accoppiata alla porzione maschio 8’.

La distanza nulla tra il primo centro geometrico R’ e la superficie di accoppiamento 10’ alla ventosa 3’ e la distanza minima tra il primo centro geometrico R’ e la superficie 19’ con cui la ventosa 3’ prende contatto con l’oggetto fanno sì che l’ingombro laterale generato dal giunto semisferico 1’ quando si orienta sulla superficie inclinata sia nullo o trascurabile: infatti, mancando la porzione del collo 108 della porzione maschio 106 e una porzione semisferica della testa 107, non ci sono componenti che possono creare ingombri spaziali laterali, cioè manca il “braccio” definito sopra.

Il giunto semisferico 1’ è inoltre provvisto di un sistema di bloccaggio che permette di bloccare il movimento della porzione maschio 8’ rispetto alla porzione femmina 5’ e di conseguenza anche di bloccare la ventosa 3’ nella posizione inclinata.

Nell’esempio mostrato, il sistema di bloccaggio, visibile al meglio in figura 5, è integrato nel giunto semisferico 1’, ossia non è da esso separabile senza che la funzionalità del giunto semisferico 1’ venga meno; il sistema di bloccaggio esplica la sua azione direttamente sull’elemento di ritenuta 11’ e, poiché come descritto precedentemente l’elemento di ritenuta 11’ è fissato alla porzione maschio 8’, esplica la sua azione indirettamente anche sulla porzione maschio 8’ e sulla ventosa 3’ ad essa fissata.

Il sistema di bloccaggio comprende i componenti precedentemente descritti: il tappo 15’, l’elemento di precarico 13’, la molla 12’ e l’elemento di bloccaggio 13’.

Con riferimento alle figure 4-7, la molla 12’ è montata precaricata tra l’elemento di bloccaggio 14’ e l’elemento di precarico 13’, ossia la molla 12’ mantiene il sistema di bloccaggio nella posizione di blocco.

Come premessa per capire come questo avvenga è necessario ricordare che l’elemento di precarico 13’ è vincolato al dispositivo di sospensione 4’ e per questo non è in grado di effettuare spostamenti longitudinali lungo l’asse X’-X’ in funzione della spinta esercitata dalla molla 12’; bensì, sono l’elemento di bloccaggio 14’ e il tappo 15’ suscettibili di spostamenti longitudinali lungo tale asse in risposta alle sollecitazioni impartite dalla molla 12’.

Infatti, sono individuabili una camera superiore 23’ ed una camera inferiore 24’: la camera superiore 23’ si trova tra il tappo 15’ e l’elemento di precarico 13’ mentre la camera inferiore 24’ si trova tra l’elemento di precarico 13’ e l’elemento di bloccaggio 14’ e in essa è alloggiata la molla 12’; entrambe le camere 23’ e 24’ sono in comunicazione di fluido con l’esterno tramite rispettivi canali: un canale superiore 25’ ed un canale inferiore 26’. Questi canali si aprono all’esterno sulla superficie del tappo 15’ con fori 27’a e 27’b che possono essere collegati a rispettive linee dell’aria.

Sono individuabili una posizione di blocco e una posizione di sblocco del sistema di bloccaggio.

Nella posizione di blocco, mostrata in figura 6, la molla 12’ è estesa e comprime l’elemento di bloccaggio 14’ sull’elemento di ritenuta 11’ a cui la porzione maschio 8’ è vincolata; poiché la molla 12’ è precaricata, per essere sbloccata, è necessario insufflare aria nella camera superiore 23’; in questo modo l’insieme costituito dal tappo 15’ e dall’elemento di bloccaggio 14’ si sposta verso il dispositivo di sospensione 4’ (non mostrato in figura), e quindi in direzione opposta rispetto all’elemento di ritenuta 11’, determinando la compressione della molla 12’ sull’elemento di precarico 13’ e il conseguente sblocco dell’elemento di bloccaggio 14’ (che si separa dall’elemento di ritenuta 11’).

Al fine di riportare il sistema di bloccaggio nella posizione di blocco è possibile semplicemente interrompere l’apporto di aria alla camera superiore 23’ in quanto la molla 12’, essendo precaricata, riporta il sistema automaticamente nella posizione di blocco; ma, nel caso in cui si voglia far ritornare il sistema più velocemente nella posizione di blocco oppure si voglia incrementare la forza frenante, è possibile insufflare aria nella camera inferiore 24’ rendendo più facile e veloce l’estensione della molla 12’ e la conseguenza compressione dell’elemento di ritenuta 11’ da parte dell’elemento di bloccaggio 14’.

Le figure 4-7 mostrano il giunto semisferico 1’ in varie posizioni e configurazioni di utilizzo. È da sottolineare che in tali figure per semplicità non è mostrata la ventosa 3’ e il dispositivo di sospensione 4’ e che, nello specifico, nelle figure 5 e 7 non sono mostrati il soffietto 16’ e la molla 17’, ma alla luce della descrizione appena fatta e della figura 2 verranno ugualmente presi in considerazione nella descrizione di queste figure.

In particolare, tenendo presente che il giunto semisferico 1’ può essere montato su un dispositivo di sospensione 4’ al fine di permettere il disallineamento della ventosa 3’ rispetto all’asse X’-X’, è possibile identificare una prima posizione allineata in cui la ventosa 3’ non prende contatto con una superficie inclinata ed una seconda posizione disallineata in cui la ventosa 3’ prende contatto con una superficie inclinata dell’oggetto da movimentare. Per superficie inclinata si intende una superficie non perpendicolare all’asse X’-X’ e non perpendicolare quindi alla direzione lungo cui il dispositivo di sospensione 4’ lavora ammortizzando le corse del robot; di conseguenza la ventosa 3’ si trova nella prima posizione allineata quando il suo asse di simmetria coincide con quello dell’asse longitudinale X’-X’ e si trova nella posizione disallineata quando il suo asse di simmetria non coincide con tale asse X’-X’ ma è incidente rispetto ad esso. Alla luce del fatto che, come è stato descritto precedentemente, la ventosa 3’ è fissata alla porzione maschio 8’, quanto appena detto sulla posizione allineata o disallineata della ventosa 3’ vale anche per la porzione maschio 8’.

Inoltre, alla luce del sistema di bloccaggio descritto precedentemente, è possibile individuare una configurazione bloccata e una configurazione sbloccata: nella configurazione bloccata la ventosa 3’ non è libera di cambiare posizione e resta stazionaria nella posizione che assume nella fase in cui prende contatto con l’oggetto da prelevare, mentre nella posizione sbloccata la ventosa 3’ è libera di inclinarsi e di ritornare alla posizione allineata.

La figura 4 mostra il giunto semisferico 1’ in posizione allineata e in configurazione sbloccata. In questa posizione l’asse di simmetria della porzione maschio 8’ si sovrappone all’asse longitudinale X’-X’ e la sua superficie piana 10’ risulta sostanzialmente perpendicolare a tale asse X’-X’; come è possibile apprezzare dalla figura 4, la porzione femmina 5’ occupa equamente, anche se non interamente, l’interstizio 34’ tra l’elemento di ritenuta 11’ e la porzione maschio 8’. Essendo in configurazione sbloccata, è insufflata aria nella camera superiore 23’ causando la compressione della molla 12’ nella camera inferiore 24’ e il conseguente sblocco dell’elemento di ritenuta 11’, della porzione maschio 8’ e della ventosa 3’. Nell’utilizzo del giunto semisferico 1’, esso può trovarsi nella posizione allineata e sbloccata prima di prendere contatto con l’oggetto da movimentare o dopo aver rilasciato l’oggetto.

Nella figura 6, invece, il giunto semisferico 1’ si trova in posizione allineata e in configurazione bloccata; in questa configurazione non è insufflata aria nella camera superiore 23’ e, di conseguenza, la molla 12’ nella camera inferiore 24’ si trova in posizione estesa ed esercita pressione sull’elemento di bloccaggio 14’ che si attesta contro l’elemento di ritenuta 11’ e in questo modo blocca la posizione assunta da esso, dalla porzione maschio 8’ e dalla ventosa 3’ ad essa fissata.

In figura 5 è mostrato il giunto semisferico 1’ in posizione disallineata e in configurazione sbloccata. In tale posizione disallineata, l’asse di simmetria della porzione maschio 8’ non coincide con l’asse longitudinale X’-X’ ma risulta ad essa incidente in corrispondenza del primo centro geometrico R’ rispetto a cui la porzione maschio 8’ ruota sull’alloggiamento semisferico 7’ della porzione femmina 5’.

Confrontando la figura 5 con la figura 4, si nota che, quando il giunto semisferico 1’ si trova in posizione disallineata, l’interstizio 34’ tra la porzione maschio 8’ e l’elemento di ritenuta 11’ è asimmetrico a causa del disallineamento della porzione 8’: esso risulta occupato maggiormente a sinistra. Infatti, la porzione maschio 8’ si inclina dello stesso grado con cui è inclinata la superficie dell’oggetto da movimentare. In figura 7 è mostrata una vista in prospettiva del giunto semisferico 1’ nella posizione e nella configurazione descritta in figura 5.

La figura 8 mostra l’assieme, identificato con il riferimento 33’, costituito da dispositivo di sospensione 4’, giunto semisferico 1’ e ventosa 3’.

Il dispositivo di sospensione 4’ è composto principalmente da un corpo 28’ e uno stelo 29’ passante attraverso il corpo 28’ o vincolato telescopicamente ad esso; a sua volta il dispositivo di sospensione 4’ può essere installato su un robot che può essere equipaggiato con più dispositivi di sospensione 4’.

Essi vengono utilizzati specialmente quando devono essere movimentati oggetti con superfici poste a distanza differente rispetto al robot.

I dispositivi di sospensione sono solitamente dotati di ventose 3’ che prendono contatto con l’oggetto e la cui presa su di esso è mantenuta grazie al fatto che all’interfaccia tra la ventosa 3’ e la superficie dell’oggetto è creato il vuoto; inoltre, possono essere equipaggiati anche con un dispositivo di frenatura 30’ in grado di bloccare lo stelo 29’ ad una data escursione rispetto al corpo 28’ e/o di limitare la velocità di scorrimento dello stelo 29’ rispetto al corpo 28’.

I dispositivi di sospensione 4’ sono solitamente cavi per consentire il passaggio di aria da e verso le ventose 3’ al fine di bloccare o rilasciare l’oggetto sulla ventosa 3’.

Equipaggiando il dispositivo di sospensione 4’ con il giunto semisferico 1’ è possibile movimentare oggetti con superfici inclinate rispetto all’asse longitudinale X’-X’. Infatti nel tratto finale della corsa di avvicinamento all’oggetto da manipolare, il robot e i relativi dispositivi di sospensione si muovono verso l’oggetto parallelamente all’asse X’-X’ e di conseguenza, il dispositivo di sospensione permette alla ventosa 3’ di entrare in contatto con le superfici inclinate dell’oggetto senza che il dispositivo di sospensione 4’ subisca sollecitazioni derivanti dalla diversa inclinazione della superficie. Il ciclo operativo di un dispositivo di sospensione 4’ dotato di un giunto semisferico 1’ e di una ventosa 3’ consiste nel: muoversi in avvicinamento alla superficie dell’oggetto da movimentare lungo la direzione dell’asse X’-X’, prendere progressivamente contatto con la superficie dell’oggetto con la superficie 19’ della ventosa 3’ e contestualmente aggiustare l’inclinazione della ventosa 3’ e della porzione maschio 8’ del giunto semisferico 1’ a cui essa è fissata, risucchiare dell’aria dalla ventosa 3’ e creare il vuoto per garantire una presa salda sull’oggetto, bloccare il giunto semisferico 1’ nella posizione disallineata per mezzo del sistema di bloccaggio, muoversi nella direzione opposta a quella di avvicinamento e conseguentemente spostare l’oggetto nel luogo desiderato, far passare aria all’interno della ventosa 3’ per permetterne il distacco dall’oggetto e infine muoversi in allontanamento dall’oggetto movimentato.

Il fatto che il giunto semisferico 1’ può, in aggiunta alle posizioni e configurazioni descritte con riferimento alle figure 4-7, anche trovarsi in posizione disallineata e in configurazione bloccata consente di avere notevoli vantaggi nel ciclo operativo descritto; in primo luogo permette di movimentare l’oggetto senza causare oscillazioni derivanti dal riposizionamento della ventosa 3’ in posizione allineata e in secondo luogo consente di ripetere più sequenze operative su oggetti identici senza la necessità di effettuare ogni volta la fase di aggiustamento dell’inclinazione della ventosa 3’, con conseguente guadagno di tempo e minor usura della ventosa 3’.

Tenendo presente i vantaggi precedentemente descritti in relazione al minimo ingombro laterale derivante dall’utilizzo del giunto semisferico 1’, è intuibile che è possibile equipaggiare il robot con dispositivi di sospensione 4’ anche ravvicinati tra loro.

Inoltre, la distanza contenuta D tra il primo centro geometrico R’ e la superficie 19’ della ventosa 3’ fa in modo che, nella fase di presa di contatto con la superficie dell’oggetto da movimentare, si verifichino minimi fenomeni di strisciamento della ventosa 3’ e di conseguente sua usura.

In primo luogo si vuol sottolineare che la precedente descrizione del funzionamento del giunto semisferico 1’ in relazione ad un dispositivo di sospensione 4’ e alla ventosa 3’ ha solo valore esemplificativo: è possibile equipaggiare la porzione maschio 8’ anche con un elemento esterno da supportare diverso da una ventosa, per esempio un elemento di presa, un tastatore, un ugello, ecc., ed è possibile inoltre fissare il giunto semisferico 1’ anche su un elemento esterno di supporto diverso da un dispositivo di sospensione 4’.

Inoltre un tecnico del settore, alla luce della descrizione qui proposta, considererà equivalenti forme realizzative di giunti semisferici con un accoppiamento magnetico tra la porzione femmina 5’ e la porzione maschio 8’, o con la porzione maschio 8’ direttamente fissata al soffietto 16’, o con la porzione maschio 8’ avente il secondo centro geometrico R’’ non coincidente con il primo centro geometrico R’ della porzione femmina 5’, ma leggermente sfalsato rispetto ad esso.

Infine è possibile configurare il sistema di bloccaggio diversamente da come è stato specificatamente descritto in relazione alla figura 5. Per esempio è possibile attuare un sistema di bloccaggio privo della molla 12’ e che quindi è normalmente in posizione di sblocco: in questo caso, il passaggio tra la posizione di sblocco a quella di blocco e viceversa avviene insufflando aria compressa alternativamente nella camera superiore 23’ e inferiore 24’.

In alternativa o in aggiunta ai sistemi di bloccaggio descritti sopra, il giunto semisferico 1’ può essere dotato di un attuatore meccanico, ad esempio un attuatore elettrico, che guida l’elemento di bloccaggio 14’ in movimenti alternati lungo la direzione longitudinale dell’asse X’-X’: quando l’elemento di bloccaggio 14’ è portato in battuta contro l’elemento di ritenuta 11’, impedisce alla porzione maschio 8’ di scorrere sulla/nella porzione femmina 5’ e quando si separa dall’elemento di ritenuta 11’, permette alla porzione maschio 8’ di orientarsi nella porzione femmina 5’ in risposta alla posizione assunta dalla ventosa 3’.

Infine, anche se si è descritto il sistema di bloccaggio solo in relazione alla sua capacità di bloccare la porzione maschio 8’ e la ventosa 3’ in una precisa posizione, è opportuno sottolineare che, modulando la pressione attuata dall’elemento di bloccaggio 14’ sull’elemento di ritenuta 11’ è possibile anche utilizzare il sistema di bloccaggio come sistema di frenatura nella fase di aggiustamento dell’inclinazione del giunto semisferico 1’.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un giunto semisferico (1’) comprendente: - una porzione femmina (5’) che definisce un alloggiamento semisferico (7’) avente un primo centro geometrico (R’); - una porzione maschio (8’) comprendente una porzione semisferica (31’) alloggiata scorrevole e orientabile nell’alloggiamento semisferico (7’); in cui la porzione maschio (8’) è accoppiabile ad un elemento esterno in corrispondenza del primo centro geometrico (R’).
2. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 1, in cui la porzione maschio (8’) comprende mezzi di accoppiamento (18’) ad un elemento esterno da supportare e in cui la distanza tra detti mezzi di accoppiamento (18’) dal primo centro geometrico (R’) è inferiore al raggio della porzione maschio (8’), oppure è nulla.
3. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui la porzione maschio (8’) è accoppiabile ad un elemento esterno da supportare in corrispondenza di una superficie di accoppiamento (10’) opposta all’alloggiamento semisferico (7’) e in cui la distanza della sua superficie di accoppiamento (10’) dal primo centro geometrico (R’) è inferiore al raggio della porzione maschio (8’), oppure è nulla.
4. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-3, accoppiabile ad un elemento esterno da supportare sul primo centro geometrico (R’) o ad una distanza da esso inferiore al raggio della porzione semisferica.
5. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-4, in cui la porzione femmina (5’) comprende un alloggiamento semisferico (7’) e una porzione longitudinale (6’) che si estende lungo un asse longitudinale (X’-X’).
6. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-5, comprendente un elemento di ritenuta (11’) della porzione maschio (8’) nella porzione femmina (5’) che mantiene la porzione maschio (8’) coniugata all’alloggiamento semisferico (7’).
7. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 6, in cui l’elemento di ritenuta (11’) è conformato a cupola, ed è fissato alla porzione semisferica (31’) in modo che l’alloggiamento semisferico (7’) resta interposto a sandwich tra la porzione semisferica (31’) e l’elemento di ritenuta (11’) stesso.
8. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui tra l’elemento di ritenuta (11’) e la porzione semisferica (31’) è definito un interstizio (34’) in cui è alloggiata scorrevole la porzione femmina (5’).
9. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-8, in cui la porzione femmina (5’) è fissabile ad un elemento esterno di supporto del giunto semisferico (1’), ad esempio un robot.
10. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-9, comprendete un elemento di precarico (13’) vincolato alla porzione femmina (5’) e a sua volta fissabile ad un elemento esterno di supporto.
11. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-10, comprendente un elemento di ritenuta (11’) della porzione maschio (8’) all’interno della porzione femmina (5’), e un elemento di bloccaggio (14’) movibile tra una posizione di blocco, in corrispondenza della quale detto elemento di bloccaggio (14’) si trova in posizione prossimale rispetto alla porzione maschio (8’) e in battuta contro l’elemento di ritenuta (11’), e una posizione di sblocco in corrispondenza della quale detto elemento di bloccaggio (14’) si trova in una posizione distale rispetto all’elemento maschio (8’) e separato dall’elemento di ritenuta (11’).
12. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 11, comprendente un elemento di precarico (13’) che definisce con l’elemento di bloccaggio (14’) una camera inferiore (24’), alimentabile con un fluido in pressione, in cui l’elemento di precarico (13’) è stazionario rispetto alla porzione femmina (5’) e l’elemento di bloccaggio (14’) è suscettibile di movimenti alternati in avvicinamento e allontanamento a/da l’elemento di precarico (13’) in risposta alla pressione esercitata dal fluido nella camera inferiore (24’), e in cui nella posizione di massima distanza dall’elemento di precarico (13’), l’elemento di bloccaggio (14’) è in battuta contro l’elemento di ritenuta (11’) e blocca la porzione maschio (8’) nella porzione femmina (5’), impedendo spostamenti relativi tra questi due elementi, e in cui nella posizione di minima distanza dall’elemento di precarico (13’), l’elemento di bloccaggio (14’) è separato dall’elemento di ritenuta (11’) e la porzione maschio (8’) è orientabile nella porzione femmina (5’).
13. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 12, comprendente un tappo (15’) che definisce con l’elemento di precarico (13’) una camera superiore (23’) alimentabile con un fluido in pressione in alternativa alla camera inferiore (24’), in cui la camera superiore (23’) si trova dalla parte opposta alla camera inferiore (24’) rispetto all’elemento di precarico (13’), e in cui l’elemento di bloccaggio (14’) è suscettibile di movimenti alternati in allontanamento e avvicinamento da/a l’elemento di precarico (13’) in risposta alla pressione esercitata dal fluido nella camera superiore (24’), in controfase rispetto ai movimenti provocati dal fluido alimentato alla camera inferiore (24’).
14. Giunto semisferico (1’) secondo la rivendicazione 13, comprendente un primo elemento resiliente (12’) alloggiato nella camera inferiore (24’) che esercita costantemente una spinta sull’elemento di bloccaggio (14’) nella direzione che lo porta in battuta contro l’elemento di ritenuta (11’), e in cui la forza esercitata dall’elemento resiliente (12’) è contrastata dalla pressione esercitata da un fluido nella camera superiore (24’).
15. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 13-14, in cui l’elemento di bloccaggio (14’) è conformato a bicchiere, con la base inferiore semisferica, e il tappo (15’) chiude superiormente a tenuta l’elemento di bloccaggio (14’), e in cui l’assieme formato dal tappo (15’) e dall’elemento di bloccaggio (14’) è scorrevole sulla porzione femmina (5’) e sull’elemento di precarico (13’) ad essa fissato, e in cui il volume interno a detto assieme è diviso nelle due camere inferiore (24’) e superiore (23’) dall’elemento di precarico (13’), che funziona da setto, a tenuta.
16. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 11-15, comprendente un secondo elemento resiliente (17’) che contrasta i movimenti della porzione maschio (8’) nell’alloggiamento semisferico (7’), preferibilmente funzionalmente interposto tra l’elemento di bloccaggio (14’) e la porzione maschio (8’) o l’elemento di ritenuta (11’).
17. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 11-16, comprendente un attuatore meccanico dell’elemento di bloccaggio (14’), ad esempio un attuatore elettrico, attivabile per portare l’elemento di bloccaggio (14’) in battuta contro l’elemento di ritenuta (11’) e bloccare la porzione maschio (8’) nella porzione femmina (5’), impedendo spostamenti relativi tra questi due elementi, e per separare l’elemento di bloccaggio (14’) dall’elemento di ritenuta (11’) e permettere alla porzione maschio (8’) di riposizionarsi nella porzione femmina (5’).
18. Giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-17, in cui il primo centro geometrico (R’) coincide con il centro di rotazione della porzione maschio (8’) nella porzione femmina (5’).
19. Assieme (33’) comprendente il giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-18 e una ventosa (3’) associata alla porzione maschio (8’).
20. Assieme (33’) comprendente il giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-18, e un dispositivo di sospensione (4’) per manipolatori industriali fissato alla porzione femmina (5’).
21. Assieme (33’) comprendente il giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-18, una ventosa (3’) e un dispositivo di sospensione (4’) per manipolatori industriali.
22. Uso del giunto semisferico (1’) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-18 per supportare ventose (3’) o altri componenti meccanici su manipolatori industriali, ad esempio robot.