IT202100001652A1 - Rinvio meccanico per dispositivi robotici - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

?RINVIO MECCANICO PER DISPOSITIVI ROBOTICI?.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un rinvio meccanico per dispositivi robotici. In particolare, si riferisce ad un rinvio meccanico in cui gli assi di entrata ed uscita delle pulegge costituenti il rinvio meccanico non sono paralleli tra loro.

La presente invenzione trova una sua applicazione preferita, ma non esclusiva, nell?ambito dei dispositivi robotici, ed in particolare per quelli che interagiscono fisicamente con l?essere umano quali i robot collaborativi e gli esoscheletri attuati. Quest?ultimi sono caratterizzati da cinematiche complesse in grado di mimare le articolazioni dell?essere umano al fine di fornire assistenza fisica ai movimenti dell?utente.

Tali dispositivi sono solitamente dotati di una pluralit? di articolazioni collegate fra loro mediante parti rigide (o altrimenti dette ?links?). Tali articolazioni permettono il moto relativo, anche a pi? gradi di libert?, tra i links mediante giunti rotoidali o prismatici. In particolare, in un dispositivo robotico si possono identificare:

- link fisso (o di base): solitamente collegato ad un telaio di base;

- link terminale: solitamente collegato ad un organo estremale (c.d. ?end effector?) atto ad eseguire una specifica attivit?, come ad esempio la presa di oggetti;

- link intermedi tra il link di base e quello terminale.

Per la movimentazione nello spazio delle articolazioni e per la generazione di coppie e/o forze di interazione con l?ambiente esterno si utilizzano uno o pi? attuatori collegati ai giunti mediante opportune trasmissioni meccaniche. Solitamente, gli attuatori sono collocati direttamente in corrispondenza dei giunti da movimentare, comportando, tuttavia, delle problematiche in termini di ingombro e peso dei cosiddetti link mobili, vale a dire i link terminali e intermedi.

? nota quindi la realizzazione di sistemi di trasmissione che permettono di posizionare gli attuatori sul link fisso (chiamata in gergo ?remotizzazione?) in modo da ridurre gli ingombri e le masse/inerzie dei link mobili, con evidenti benefici in termini di prestazioni dinamiche del dispositivo robotico e di sicurezza degli operatori posizionati all?interno del suo spazio di lavoro o interagenti fisicamente con esso (ad esempio nel caso dei robot collaborativi o esoscheletri attuati). Inoltre, tale soluzione comporta una riduzione dei requisiti di coppia di alcuni attuatori, principalmente quelli prossimi al link fisso, in quanto questi ultimi non devono sostenere il peso e l?inerzia degli altri attuatori disposti sui link a valle di essi.

Tuttavia, la remotizzazione degli attuatori necessita la realizzazione di trasmissioni meccaniche ?lunghe? in grado di trasmettere la coppia/forza generata da ciascun attuatore ai relativi giunti da movimentare. Queste trasmissioni devono quindi attraversare le articolazioni presenti tra il giunto da attuare e l?attuatore, seguendole e accompagnandole per tutta l?ampiezza dei loro movimenti.

Esistono varie soluzioni per la realizzazione di trasmissioni meccaniche lunghe.

Una prima soluzione nota prevede l?impiego di ruote dentate accoppiate con alberi di trasmissione. Tuttavia, questi componenti, oltre ad essere caratterizzati da un peso significativo, richiedono strette tolleranze di lavorazione per garantire giochi e attriti di funzionamento ridotti, con sconveniente aumento dei costi produzione.

Un?altra soluzione nota prevede l?utilizzo di un sistema di cinghie dentate e/o catene. Anche questa tipologia risulta, tuttavia, alquanto sconveniente in quanto caratterizzata da fluttuazioni del rapporto di trasmissione.

Un?ulteriore soluzione prevede l?utilizzo di cavi guidati da guaine flessibili (c.d. ?bowden cables?) che, grazie alla loro flessibilit?, riescono ad assecondare i movimenti dei link. Ciononostante, tali trasmissioni meccaniche presentano diverse problematiche in quanto necessitano di spazi sufficienti a non costringere le guaine ad assumere curvature eccessive in corrispondenza delle posture limite raggiungibili dal dispositivo robotico. D?altra parte, tali trasmissioni sono caratterizzate altres? da attriti non trascurabili che variano in funzione della curvatura assunta dalle guaine durante la movimentazione delle articolazioni. Inoltre, la variazione della curvatura delle guaine e della tensione del cavo possono generare dei giochi della trasmissione, dovuti principalmente al cambiamento delle superfici del cavo in contatto con la guaina di guida. Per almeno i suddetti motivi, risulta pi? efficace la soluzione che prevede l?utilizzo di cavi in tensione che consente di realizzare trasmissioni meccaniche in grado di attraversare con relativa facilit? articolazioni anche complesse (come, ad esempio, quelle ad assi non paralleli) e capaci di trasmettere forze e potenze relativamente elevate con alta rigidezza, gioco nullo ed attrito molto contenuto.

Nella fattispecie, una trasmissione a cavo in tensione ? solitamente dotata di un cavo, una puleggia motrice, una puleggia condotta e eventuali pulegge folli. La puleggia motrice riceve una predeterminata coppia dall?attuatore cos? da esercitare sul cavo una forza di trazione in grado di movimentarlo. Le pulegge folli provvedono a deviare opportunamente la direzione del cavo nelle sue porzioni interne ai link e in corrispondenza delle articolazioni per consentirne il movimento. La puleggia condotta riceve la forza trasmessa dal cavo e applica la relativa coppia sul giunto da attuare.

Poich? il cavo in tensione pu? trasmettere unicamente forze di trazione, al fine di generare coppie in entrambe le direzioni, ? necessario che il cavo in tensione realizzi un circuito chiuso dotato di un ramo di andata ed uno di ritorno.

Tali trasmissioni bidirezionali a cavo in tensione sono normalmente dotate di mezzi per il pretensionamento (o anche detto precarico) del cavo al fine di prevenire un eccessivo lasco del ramo scarico che potrebbe causare un suo possibile scarrucolamento dalle pulegge (ovvero la fuoriuscita del cavo dalla sua superficie di guida). Inoltre, per mantenere costante il valore del precarico, ? necessario che la lunghezza complessiva del circuito chiuso rimanga costante al variare delle posture del dispositivo robotico. Di conseguenza, i rinvii meccanici necessari per attraversare le articolazioni devono garantire l?invarianza della lunghezza del circuito. Una possibile soluzione per ottenere questa condizione ? quella di fare avvolgere sia il ramo di andata che quello di ritorno su pulegge folli aventi assi coincidenti con gli assi di rotazione dell?articolazione (vedi figura 1), garantendo che entrambi i rami risultino in contatto con tali pulegge in tutte le posture raggiungibili dal dispositivo.

Esistono diversi tipi di rinvii per cavi in tensione. Nella fattispecie, ? possibile definire rinvii di prima specie e rinvii di seconda specie.

Il rinvio di prima specie ?, ad esempio, un rinvio in cui la deviazione del cavo avviene su di un unico piano con parziale avvolgimento attorno ad una o pi? pulegge con assi di rotazione paralleli tra loro.

In figura 1 ? illustrato un esempio di rinvio di prima specie impiegato all?interno di un generico dispositivo robotico A con due gradi di libert? rotazionali ad assi paralleli. In particolare, il dispositivo A ? dotato di un link intermedio B collegato alle sue estremit? ad un link di base C e ad un link terminale D mediante, rispettivamente, una prima e una seconda coppia rotoidale aventi assi di rotazione paralleli tra loro.

Il dispositivo A ? altres? dotato di una trasmissione a cavo in tensione bidirezionale, in cui si individuano un ramo di andata E e un ramo di ritorno F necessari a trasmettere la coppia in entrambe le direzioni, e una puleggia folle G disposta con il suo asse di rotazione coincidente con l?asse della prima coppia rotoidale, al fine di garantire l?invarianza della lunghezza del circuito del cavo in tensione.

Dalla figura 1 ? possibile notare come l?angolo di avvolgimento del ramo di andata sulla puleggia folle G sia relativamente piccolo e che un?ulteriore rotazione in direzione oraria del link intermedio B produrrebbe il distacco del cavo dalla puleggia folle G, non garantendo pi? la condizione di costanza della lunghezza del circuito del cavo. Al fine di aumentare l?escursione angolare ammissibile del link intermedio B, ? possibile utilizzare ulteriori pulegge folli con assi di rotazione solidali al link di base C e/o al link intermedio B e posizionate opportunamente in modo da incrementare l?angolo/gli angoli di avvolgimento del/dei rami del cavo della trasmissione.

Diversamente, i rinvii di seconda specie sono quei rinvii che attraversano articolazioni a due o pi? gradi di libert? i cui assi sono, in generale, non paralleli. In questo caso, il circuito realizzato dal cavo in tensione non ? contenuto in un unico piano.

Per i rinvii di seconda specie si pu? definire l?angolo del rinvio come l?angolo compreso tra l?asse di rotazione della puleggia di ingresso e l?asse di rotazione della puleggia di uscita.

In un rinvio di seconda specie con assi di rotazione delle pulegge di entrata e di uscita incidenti, si definisce ?gap? la distanza minima fra le superfici laterali delle pulegge adiacenti. Nella pratica ? necessario che questo ?gap? sia maggiore di zero per evitare che, a causa delle tolleranze di lavorazione e delle deformazioni indotte dai carichi di esercizio, le pulegge vengano a contatto e generino forze di coazione.

Sono noti in particolare rinvii ad assi incidenti in cui gli assi di rotazione delle pulegge si intersecano in un punto denominato ?centro del rinvio?. Ad esempio, in US4903536A ? descritto un rinvio di seconda specie dotato di una coppia di pulegge con assi di rotazione incidenti. Il rinvio ? configurato per deviare il cavo in tensione di un angolo di rinvio di 90? attraverso il suo parziale avvolgimento tra le pulegge.

In figura 2 ? illustrato un esempio di un rinvio di seconda specie ad assi incidenti H, secondo una soluzione nota, utilizzabile in un dispositivo robotico avente un link di base I collegato, mediante un link intermedio L, ad un link terminale M. Il link intermedio L ? collegato al link di base I e al link terminale M mediante, rispettivamente, una prima e una seconda coppia rotoidale, quest?ultime essendo disposte con gli assi incidenti e ortogonali tra loro. Il rinvio H comprende quindi una prima puleggia folle N disposta con l?asse di rotazione coincidente con l?asse della prima coppia rotoidale e una seconda puleggia condotta O disposta con l?asse di rotazione coincidente con l?asse della seconda coppia rotoidale.

La realizzazione del rinvio tramite pulegge costringe il percorso del cavo a discostarsi sostanzialmente dalla linea retta, corrispondente alla sua configurazione di minima energia potenziale e che, per?, porterebbe allo scarrucolamento dalle pulegge. Secondo l?arte nota, lo scarrucolamento pu? essere impedito garantendo che il gap sia di dimensione minore del diametro del cavo.

Tuttavia, la forza esercitata dal cavo di trasmissione sulle pulegge in corrispondenza del gap pu? provocare un aumento del suo valore, con conseguente scarrucolamento del cavo verso l?interno del rinvio. Questo, a sua volta, comporta la perdita di funzionalit? della trasmissione nonch? una situazione potenzialmente pericolosa per la sicurezza dell?utilizzatore.

Per limitare questa problematica ? necessario irrobustire adeguatamente gli elementi di sostegno delle pulegge, con conseguenti aumenti dell?ingombro e del costo complessivo di tutto il rinvio.

Con maggiore efficacia, lo scarrucolamento del cavo verso il centro del rinvio potrebbe essere impedito con la realizzazione di pulegge dotate di elementi di ritegno, come ad esempio una gola ricavata lungo la superficie laterale della puleggia, caratterizzati da una geometria tale da prevenire lo spostamento del cavo in direzione parallela all?asse di rotazione della puleggia.

Tuttavia, nei rinvii di seconda specie realizzati in accordo con l?arte nota, tale soluzione presenta delle limitazioni legate al fatto che il cavo, per passare da una puleggia all?altra, necessita di uno spazio di libert? in cui non pu? essere sostenuto da nessun elemento di ritegno. In pratica, un elemento di ritegno ricavato su una puleggia non pu? occupare lo spazio necessario al cavo per transitare da una puleggia all?altra, rendendo impossibile dotare le pulegge di elementi di ritegno che impediscano lo scarrucolamento del cavo verso il centro del rinvio.

Ad esempio, nel caso di angoli di rinvio pari o maggiori di 90 gradi tale soluzione non pu? essere utilizzata. Infatti, il cavo, nel passaggio da una puleggia all?altra, interferirebbe con tali elementi di ritegno come mostrato nella figura 3.

Per meglio comprendere tale condizione, in figura 3 ? illustrata una sezione realizzata su un piano contenente gli assi delle pulegge del rinvio di seconda specie di figura 2 in accordo con l?arte nota. Tale rinvio ? dotato di una prima puleggia P avente asse verticale incidente con l?asse orizzontale di una seconda puleggia Q. In figura 3 ? mostrato altres? un ingrandimento del rinvio in corrispondenza della zona di passaggio del cavo tra una puleggia e l?altra, nella quale ? mostrata la proiezione sul piano di sezione della porzione del cavo che si avvolge sulla puleggia P. Questa proiezione ? rappresentata in figura dalle aree R ed U. ? quindi evidente che un qualsiasi elemento di ritegno presente sulla puleggia Q che occupi l?area U andrebbe in interferenza con il cavo stesso, producendo un?usura precoce sia del cavo che del materiale di ritegno. Le stesse considerazioni valgono per eventuali ritegni ricavati sulla puleggia P.

Quindi, non essendo possibile inserire elementi di ritegno sulla superficie delle pulegge con sufficiente efficacia per impedire lo scarrucolamento, le soluzioni dell?arte nota richiedono che sia garantito un valore del gap significativamente inferiore al diametro del cavo in ogni condizione di lavoro. Come sopra anticipato, il mantenimento di un gap minimo risulta particolarmente difficile a causa di possibili deformazioni degli assi che sostengono le pulegge e/o dei giochi dei relativi cuscinetti di sostegno delle pulegge.

Infine, per quanto riguarda l?ingombro del rinvio, ? da notare che esso risulta univocamente determinato dai raggi delle pulegge P e Q, essendo tanto maggiore quanto pi? grandi sono i raggi di quest?ultime.

Considerate le problematiche sopra elencate, la presente invenzione permette, mediante l?aggiunta di una o pi? pulegge intermedie, di realizzare rinvii che siano maggiormente robusti, ovvero pi? efficaci nell?impedire lo scarrucolamento del cavo, e nel contempo pi? compatti. Tali vantaggi sono ottenuti senza la necessit? di inserimento di costosi elementi di supporto delle pulegge.

La presente invenzione riguarda pertanto un rinvio meccanico per dispositivi robotici in grado di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota precedentemente descritti.

Altre caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un rinvio meccanico, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

- le figure 1, 2 e 3 sono viste schematiche di alcune soluzioni dell?arte nota,

- la figura 4 ? una vista schematica di una delle possibili soluzioni di realizzazione del rinvio meccanico in accordo con la presente invenzione,

- la figura 5 riporta la vista schematica di figura 4 con, sovrapposta in tratteggio la soluzione dell?arte nota, che dimostra il minore ingombro del rinvio oggetto dell?invenzione rispetto a quello dell?arte nota,

- la figura 6 rappresenta ulteriori viste schematica del rinvio meccanico oggetto dell?invenzione in cui si dimostra come variando gli angoli di inclinazione tra due pulegge consecutive varia l?entit? degli elementi di ritegno,

- la figura 7 ? una vista ortogonale al piano individuato dagli assi del rinvio oggetto dell?invenzione in cui ? presente un solo ramo di una trasmissione,

- la figura 8 ? una vista prospettica di una forma realizzativa del rinvio oggetto dell?invenzione, relativa al caso di pi? trasmissioni a cavo in tensione,

- la figura 9 ? una vista ortogonale al piano individuato dagli assi del rinvio oggetto dell?invenzione, relativa al caso di pi? trasmissioni a cavo in tensione,

- la figura 10 ? una vista prospettica di un esoscheletro dotato dei rinvii meccanici oggetto dell?invenzione.

Con particolare riferimento a tali figure, si ? indicato globalmente con 1 un rinvio meccanico per dispositivi robotici configurato per trasmissioni di coppia/forza, oggetto dell?invenzione.

In figura 10 ? illustrato il rinvio 1 in accordo con una prima forma di realizzazione inserito all?interno di parte di un esoscheletro antropomorfo per un arto superiore di un utilizzatore con lo scopo di variare la direzione di un elemento di trasmissione 4 di un angolo di rinvio ? predefinito. In particolare, l?esoscheletro comprende un telaio di supporto configurato per sostenere diverse pulegge, ad esempio, orientate ad assi di rotazione paralleli e il rinvio 1 oggetto della presente invenzione. In dettaglio, il rinvio 1 ? configurato per ricevere almeno un elemento di trasmissione 4 e deviarlo tra una direzione di ingresso d1, giacente su di un piano di ingresso, e una direzione di uscita d2, giacente su di un piano di uscita.

Il rinvio 1 comprende, in corrispondenza della direzione di ingresso d1 dell?elemento di trasmissione 4, una puleggia di ingresso 2 configurata per ruotare attorno ad un primo asse di rotazione a1 ortogonale alla direzione di ingresso d1 e per essere almeno parzialmente avvolta dall?elemento di trasmissione 4, e, in corrispondenza della direzione di uscita d2, una puleggia di uscita 3 configurata per ruotare attorno ad un secondo asse di rotazione a2 ortogonale alla direzione di uscita d2 e per essere almeno parzialmente avvolta dall?elemento di trasmissione 4. In dettaglio, il secondo asse di rotazione a2 ? non parallelo al primo asse di rotazione a1. In particolare, ciascuna puleggia 2, 3 presenta una superficie perimetrale atta ad essere avvolta almeno parzialmente dall?elemento di trasmissione 4. L?elemento di trasmissione 4 pu? essere ad esempio un cavo, una cinghia o un qualsiasi tirante flessibile. Preferibilmente, il cavo ? tipo metallico.

Utilmente, le pulegge 2, 3 sono disposte con gli assi di rotazione a1, a2 inclinati tra loro di un angolo predefinito definente l?angolo di rinvio ?. In altre parole, il primo a1 e il secondo asse di rotazione a2 formano tra loro un angolo di rinvio ? avente ampiezza predefinita. In particolare, i piani di rotazione della puleggia di ingresso 2 e di uscita 3 sono disposti sostanzialmente paralleli, rispettivamente, al piano di ingresso e uscita del rinvio 1.

Vantaggiosamente, il rinvio 1 comprende almeno una puleggia intermedia 5 interposta tra la puleggia di ingresso 2 e la puleggia di uscita 3 e configurata per ruotare attorno ad un terzo asse di rotazione a3, giacente in uno dei piani individuati dagli assi a1, a2.

In una o pi? versioni, il terzo asso di rotazione a3 ? giacente in uno dei piani individuati dal primo asse di rotazione a1 e dal secondo asse di rotazione a2. In una o pi? versioni, il terzo asso di rotazione a3 ? giacente in uno dei piani individuati dal primo asse di rotazione a1 o dal secondo asse di rotazione a2. La puleggia intermedia 5 essendo configurata per essere parzialmente avvolta dall?elemento di trasmissione 4.

Vantaggiosamente, la puleggia intermedia 5 ? configurata per ruotare attorno al proprio asse di rotazione a3 inclinato rispetto ad uno dei due assi di rotazione a1, a2 di un angolo ? avente ampiezza minore dell?ampiezza dell?angolo di rinvio ?. Inoltre, i piani di rotazione delle pulegge 2, 3, 5 sono non paralleli.

Preferibilmente, la puleggia intermedia 5 ? disposta secondo un orientamento tale per cui l?angolo ? del terzo asse di rotazione a3 abbia un valore compreso tra il 30% e il 70% dell?angolo di rinvio ?, preferibilmente il 50%.

Utilmente, il rinvio 1 ? ad assi incidenti, vale a dire che le pulegge 2, 3, 5 sono disposte in modo tale che i loro assi di rotazione a1, a2, a3 siano sostanzialmente incidenti in un punto di intersezione O (c.d. ?centro del rinvio?).

Utilmente, la puleggia intermedia 5 ? distanziata da ciascuna puleggia adiacente 2, 3 di un gap G avente dimensione minore del diametro del cavo 4. Nel dettaglio, con il termine ?gap? si intende la minima distanza tra le superfici perimetrali di due pulegge consecutive.

Come illustrato in figura 7 e 8, le pulegge 2, 3, 5 possono presentare una forma sostanzialmente conica, ma ci? non esclude la possibilit? di realizzare il rinvio con pulegge cilindriche.

Nelle forme di realizzazione di figura 8 e 9, le pulegge 2, 3, 5 possono presentare una forma sostanzialmente conica o a tronco di cono. In questo modo, il gap G tra la puleggia intermedia 5 e le pulegge di ingresso e uscita 2, 3 pu? essere reso sostanzialmente costante lungo tutta la lunghezza delle generatrici delle pulegge 2, 3, 5 che giacciono nel piano che contiene i due assi del rinvio.

Preferibilmente, ciascuna puleggia 2, 3, 5 ? avvolta da un solo ramo di una trasmissione (ad esempio quello di andata).

Utilmente, per rendere pi? semplice e compatto il rinvio, ciascuna puleggia 2, 3, 5 pu? essere avvolta sia dal ramo di andata che dal ramo di ritorno di una stessa trasmissione.

Secondo forme di realizzazioni alternative, le pulegge 2, 3, 5 possono tuttavia presentare anche forme diverse, ad esempio sostanzialmente discoidali o cilindriche. I piani di giacitura del cavo dei rami di una trasmissione sulle pulegge 2 e 3 permettono di definire le distanze di trasmissione del rinvio 1, vale a dire le distanze l1, l2 tra i piani di giacitura e il centro del rinvio 1 (vedasi figura 7).

Utilmente, ciascuna puleggia 2, 3, 5 pu? comprendere uno o pi? elementi di ritegno 6 configurati per mantenere il cavo 4 almeno parzialmente avvolto su un piano ortogonale all?asse di rotazione della puleggia 2, 3, 5.

Nella versione illustrata in figura 9, ciascuna puleggia 2, 3, 5 comprende una coppia di elementi di ritegno 6 configurati per ricevere entrambi i rami 4 (ramo di andate e ramo di ritorno) di una trasmissione.

Come illustrato in figura 4 e 9, l?elemento di ritegno 6 pu? comprendere almeno una gola 7 ricavata lungo la superficie perimetrale della puleggia e configurata per ricevere e sostenere il cavo 4 della trasmissione. A tale scopo, la gola 7 presenta un profilo di forma sostanzialmente complementare alla sezione del cavo della trasmissione. Non si esclude tuttavia la possibilit? di utilizzare elementi di ritegno 6 differenti, come ad esempio un?appendice, una flangia o una porzione adeguatamente ricavata sulla superficie per realizzare un accoppiamento di forma tra il cavo 4 e la puleggia.

Con riferimento all?esempio di figura 9, ciascuna gola 7 comprende un bordo inferiore 7a e un bordo superiore 7b disposti, rispettivamente, in posizione prossimale e distale rispetto al centro O del rinvio 1.

Nel dettaglio, almeno il bordo inferiore 7a della puleggia intermedia 5 ? disposto, in corrispondenza del rispettivo gap, in modo tale da essere sostanzialmente allineato al bordo inferiore 7a della puleggia di ingresso 2 e della puleggia di uscita 3 per favorire il passaggio del cavo 4 della trasmissione tra le pulegge 2, 3, 5.

Come descritto precedentemente, la conformazione della gola 7 deve essere tale da consentire il passaggio del cavo 4 da una puleggia all?altra. In particolare, la gola 7 pu? essere caratterizzata da una sua profondit? P definita come la distanza tra le proiezioni del fondo della gola 7 e del bordo inferiore 7a sul piano di rotazione della relativa puleggia 2, 3, 5.

La profondit? P massima con cui pu? essere realizzata la gola 7 per permettere al cavo 4 di passare da una puleggia all?altra dipende dall?angolo di inclinazione tra gli assi di rotazione delle pulegge consecutive: in particolare, minore ? l?angolo di inclinazione tra due pulegge consecutive, maggiore pu? essere la profondit? P della gola 7.

Vantaggiosamente, secondo l?invenzione in oggetto, l?introduzione di una o pi? pulegge intermedie 5 permette di diminuire l?angolo di inclinazione tra gli assi di rotazione delle pulegge consecutive rispetto all?arte nota. In questo modo, ? possibile realizzare, a parit? di angolo di rinvio, gole 7 maggiormente profonde che rendono il rinvio estremamente robusto. La figura 6 mostra la riduzione dell?entit? degli elementi di ritegno all?aumentare dell?angolo di rinvio. In particolare, ? mostrato come al diminuire dell?angolo di rinvio corrisponda un aumento dell?entit? degli elementi di ritegno 6.

In una forma di realizzazione preferita, gli assi delle pulegge 2, 3, 5 giacciono sostanzialmente su di uno stesso piano.

In una forma di realizzazione, illustrata nelle figure 7, 8 e 9, il rinvio 1 presenta un angolo di rinvio ? sostanzialmente maggiore o pari a 90?.

In tale forma di realizzazione, utilmente, la puleggia intermedia 5 ? disposta con l?asse di rotazione a3 inclinato di un angolo ? sostanzialmente pari a 45? rispetto all?asse di rotazione a2. In forme realizzative differenti, l?asse di rotazione a3 ? inclinato rispetto ad uno dei due assi di un angolo ? avente ampiezza sempre minore dell?ampiezza dell?angolo di rinvio ?.

Preferibilmente, ciascuna puleggia 2, 3, 5 ruota rispetto al rispettivo albero tramite, ad esempio, l?utilizzo di uno o pi? cuscinetti.

In uso, il cavo 4 ? parzialmente avvolto in senso alternato alle pulegge 2, 3, 5. Ad esempio, il cavo 4 si pu? avvolgere in senso orario sulla prima 2 e seconda 3 puleggia e in senso antiorario sulla puleggia intermedia 5.

In una o pi? versioni, non illustrate nelle figure, il rinvio 1 pu? comprendere una pluralit? di pulegge intermedie 5 interposte tra le pulegge di ingresso e uscita 2, 3. In tal caso, le pulegge intermedie 5 sono disposte consecutivamente tra la puleggia di ingresso 2 e la puleggia di uscita 3. Utilmente, ciascuna puleggia intermedia 5 ? disposta con il proprio asse di rotazione a3 inclinato rispetto all?asse di rotazione di una delle pulegge adiacenti di un angolo preferibilmente compreso tra il 30% e il 70% dell?angolo di rinvio ?. Ad esempio, se l?angolo di rinvio ? di 90? e comprende una coppia di pulegge intermedie 5, quest?ultime possono essere disposte con l?asse di rotazione a3 inclinato di circa 30? rispetto all?asse di rotazione di una delle pulegge adiacenti.

La figura 10 illustra un esoscheletro antropomorfo per arti superiori e, in dettaglio, la porzione relativa all?articolazione di spalla. L?esoscheletro ? dotato di almeno un primo e un secondo arto collegati tra loro mediante almeno una coppia rotoidale che permette al secondo arto almeno un movimento rotatorio su di un piano di rotazione predefinito. Nella forma realizzativa illustrata in figura 10, i due arti sono collegati tramite un?articolazione dotata di tre gradi di libert? rotazionali.

L?esoscheletro ? altres? dotato di almeno un attuatore per la movimentazione delle diverse articolazioni, collegato a quest?ultime mediante uno o pi? elementi di trasmissione 4.

In detta porzione relativa all?articolazione di spalla sono stati integrati due rinvii 1 realizzati in accordo con l?invenzione in oggetto.

L?integrazione dei rinvii oggetto dell?invenzione nell?implementazione di un esoscheletro per arti superiori ha permesso di constatare come l?invenzione descritta raggiunga gli scopi proposti.

I rinvii oggetto della presente invenzione si sono infatti rivelati pi? robusti allo scarrucolamento del cavo rispetto a quelli dell?arte nota per almeno i seguenti motivi:

- l?inserimento di una puleggia intermedia ha permesso di ridurre il diametro delle pulegge, consentendo una maggiore stabilit? del valore del gap fra le pulegge consecutive a parit? del gioco e delle deformazioni degli elementi di supporto delle stesse (principalmente alberi e cuscinetti). Conseguentemente, ? possibile rendere meno restrittive le tolleranze di lavorazione dei componenti del rinvio che determinano il gioco tra i loro accoppiamenti e tollerare maggiori deformazioni degli elementi di supporto delle pulegge. Quest?ultima condizione consente, a parit? di carichi imposti dalla trasmissione, di alleggerire gli elementi stessi con evidenti benefici in termini di ingombro e massa complessiva del rinvio. Quest?ultimo aspetto ? vantaggioso sia dal punto di vista del contenimento dei costi complessivi del rinvio, sia dal punto di vista del contenimento delle masse in movimento.

- La riduzione dell?angolo compreso fra gli assi di rotazione delle pulegge consecutive permette la realizzazione di elementi di ritegno pi? efficaci. In particolare, la presenza di una puleggia intermedia consente una disposizione geometrica delle pulegge che permette la realizzazione di gole pi? profonde garantendo una maggiore robustezza del rinvio allo scarrucolamento del cavo.

Inoltre, il rinvio realizzato in accordo con l?invenzione in oggetto permette di utilizzare pulegge di diametro inferiore rispetto a quelle dell?arte nota a parit? di distanze di trasmissione ed angolo di rinvio risultando, quindi, maggiormente compatto.

Nella pratica, il valore minimo di tali distanze ? imposto dall?ingombro dei componenti dell?articolazione che deve essere attraversata dalla trasmissione a cavo tramite il rinvio. Tali componenti sono, ad esempio, i link, gli alberi e i cuscinetti che costituiscono l?articolazione.

Al contrario, nella soluzione dell?arte nota, il raggio delle pulegge ? fissato dall?angolo di rinvio e dalle distanze di trasmissione. In particolare, nel caso di angolo di rinvio pari a 90? ? richiesto l?impiego di pulegge di raggi sostanzialmente pari alle distanze di trasmissione.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1) Rinvio meccanico (1) per dispositivi robotici comprendente:

- un elemento di trasmissione (4) destinato ad essere deviato tra una direzione di ingresso (d1) e una direzione di uscita (d2),

- una puleggia di ingresso (2) configurata per ruotare attorno ad un primo asse di rotazione (a1) ortogonale a detta direzione di ingresso (d1) e per essere almeno parzialmente avvolta da detto elemento di trasmissione (4), - una puleggia di uscita (3) configurata per ruotare attorno ad un secondo asse di rotazione (a2) ortogonale a detta direzione di uscita (d2) e per essere almeno parzialmente avvolta da detto elemento di trasmissione (4), detto secondo asse di rotazione (a2) essendo non parallelo a detto primo asse di rotazione (a1),

in cui detto primo (a1) e secondo asse di rotazione (a2) formano tra loro un angolo di rinvio (?) avente ampiezza predefinita,

caratterizzato dal fatto di comprendere

almeno una puleggia intermedia (5) interposta tra detta puleggia di ingresso (2) e detta puleggia di uscita (3) e configurata per ruotare attorno ad un terzo asse di rotazione (a3), giacente in uno dei piani individuati da detti assi (a1, a2) e inclinato rispetto ad uno di detti assi di rotazione (a1, a2) di un angolo (?) avente ampiezza minore dell?ampiezza di detto angolo di rinvio (?), e per essere parzialmente avvolta da detto elemento di trasmissione (4), ed in cui i piani di rotazione di dette pulegge (2, 3, 5) sono non paralleli.

2) Rinvio meccanico (1) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti assi di rotazione (a1, a2, a3) di dette pulegge (2, 3, 5) sono incidenti in un punto di intersezione (O).

3) Rinvio meccanico (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia intermedia (5) ? disposta secondo un orientamento tale per cui detto angolo (?) di detto terzo asse di rotazione (a3) abbia un valore compreso tra il 30% e il 70% di detto angolo di rinvio (?).

4) Rinvio meccanico (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta puleggia intermedia (5) ? distanziata da ciascuna di dette pulegge (2, 3) di un gap (G) avente dimensione minore del diametro di detto elemento di trasmissione (4).

5) Rinvio meccanico (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto angolo di rinvio (?) ha sostanzialmente ampiezza maggiore o pari a 90?.

6) Rinvio meccanico (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascuna di dette pulegge (2, 3, 5) comprende uno o pi? elementi di ritegno (6) configurati per mantenere detto elemento di trasmissione (4) almeno parzialmente avvolto su un piano ortogonale a detto asse di rotazione (a1, a2, a3) di detta puleggia (2, 3, 5).

7) Rinvio meccanico (1) secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto elemento di ritegno (6) comprende almeno una gola (7) realizzata lungo la superficie perimetrale di ciascuna di dette pulegge (2, 3, 5).

8) Rinvio meccanico (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette pulegge (2, 3, 5) presentano una forma sostanzialmente a cono o a tronco di cono.

9) Esoscheletro comprendente un rinvio meccanico (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti.