IT202100019049A1

IT202100019049A1 - Pinza di presa e suo metodo di controllo

Info

Publication number: IT202100019049A1
Application number: IT102021000019049A
Authority: IT
Inventors: Luca Fiorio; Rocco Antonio Romeo; Alberto Parmiggiani; Michele Gesino; Marco Rossi; Alberto Mingotti; Salvatore Palmieri
Original assignee: Fondazione St Italiano Tecnologia; Camozzi Automation S P A
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2023-01-19
Also published as: EP4373642A1; CN117651630A; US20240300094A1; CN117651630A8; WO2023002303A1

Description

DESCRIZIONE

[0001] La presente invenzione riguarda una pinza di presa ed un metodo di controllo della forza di presa di tale pinza, in particolare per applicazioni robotiche.

[0002] Sono note pinze di presa adatte ad afferrare e trasportare un oggetto. Generalmente, le pinze di presa comprendono un corpo pinza ed almeno due griffe o dita di presa, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione di apertura griffe (che corrisponde ad esempio ad una posizione inattiva) ed una posizione di chiusura griffe (che corrisponde ad esempio ad una posizione di afferraggio di un oggetto).

[0003] Ad esempio, nel caso di pinze pneumatiche, all?interno del corpo pinza ? alloggiato un gruppo di attuazione pneumatico operativamente accoppiato alle griffe per muovere, per il tramite di un fluido di comando in pressione, le griffe tra la posizione aperta e la posizione chiusa. La forza di presa ? regolata per il tramite di un regolatore di pressione adatto a regolare la pressione del fluido di comando nel gruppo di attuazione pneumatico.

[0004] In alcune forme di realizzazione note, ad esempio del tipo in cui le griffe sono scorrevoli lungo guide lineari, le pinze sono affette dalla presenza di forze di attrito non trascurabili, che rendono difficile effettuare con precisione alcune azioni in applicazioni di manipolazioni robotiche. Inoltre, a causa di attriti si possono manifestare fenomeni di incollaggio o scivolamento.

[0005] In particolare, uno degli effetti pi? marcati della presenza di forze di attrito ? che, per una data forza di attuazione esercitata sulle griffe, le forze di presa diminuiscono rapidamente all'aumentare della distanza dell'oggetto afferrato dalla base della pinza. Inoltre, le forze di attrito a secco creano una banda morta che complica l'applicazione di piccole forze al di sotto della soglia di forza iniziale. Infine, quando si controlla la forza di presa, le forze di attrito agiscono come disturbi, complicando cos? la pianificazione e l'esecuzione delle azioni di presa.

[0006] Tutti gli effetti sopra menzionati rendono difficile:

[0007] - rilevare i contatti tra le griffe di presa e l'oggetto da afferrare,

[0008] - valutare se l'oggetto da manipolare ? stato effettivamente afferrato;

[0009] - valutare se la presa ? stata ottenuta nel modo desiderato;

[0010] - controllare la forza di presa.

[0011] Generalmente, ? difficile controllare le griffe di una pinza, soprattutto nel caso di pinza pneumatica. Solitamente, quindi, le griffe vengono mantenute o completamente aperte o completamente chiuse.

[0012] Ad esempio, il controllo della forza applicata dalle pinze pneumatiche non ? semplice a causa anche della dipendenza di tale forza dalla pressione dell'aria nelle camere della pinza.

[0013] Infine, le pinze pneumatiche sono normalmente prive di un sistema di rilevamento della posizione. Per questo motivo il posizionamento preciso delle griffe di presa pu? essere ottenuto solo per le posizioni ?tutto aperto? e ?tutto chiuso? ma non nelle posizioni intermedie.

[0014] In letteratura, il controllo della forza delle pinze pneumatiche ? stato presentato in alcuni lavori. Ad esempio, in E. Ottaviano, M. Toti, and M. Ceccarelli, ?Grasp force control in two finger grippers with pneumatic actuation,? Proceedings of ICRA 2000, vol. 2, pp. 1976?1981, 2000, ? stata proposto un controllo proporzionale-integrale; in , ?Closedloop force control of a pneumatic gripper actuated by two pressure regulators?, IEEE/RSJ IROS, 2019, sono stati proposti sensori di forza commerciali per chiudere l'anello; in

?Reduced order sliding mode control for pneumatic actuator,? IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 2, no. 3, pp. 271?276, 1994, ? stato proposto un controllo in modalit? di scorrimento, che si basa sulla misurazione della posizione e sulla stima della velocit?. Algoritmi pi? sofisticati che ricorrono ad esempio a funzioni di programmazione quadratica (R. A. Romeo et al., ?Closed-loop force control of a pneumatic gripper actuated by two pressure regulators, IEEE/RSJ IROS, 2019) o a filtri di Kalman (

?Dynamic control of a pneumatic rigid gripper?, IEEE Robotics and Automation Letters, 2020), non risolvono comunque il problema della presenza dell'attrito.

[0015] Uno scopo della presente invenzione ? quindi quello di proporre una pinza di presa ed un metodo di controllo della forza di presa in grado di compensare gli effetti delle forze di attrito.

[0016] Un altro scopo dell?invenzione ? quello di fornire una pinza di presa ed un metodo di controllo della forza di presa che permettano una migliore manipolazione degli oggetti afferrati, un controllo pi? accurato della forza di presa ed una maggiore precisione nel controllo della posizione delle griffe.

[0017] Tali scopi sono conseguiti con una pinza di presa in accordo con la rivendicazione 1 e con un metodo di controllo della forza di presa di un oggetto in accordo con la rivendicazione 10.

[0018] Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione preferite o vantaggiose del metodo di controllo e della pinza.

[0019] In accordo con una forma generale di realizzazione, la pinza di presa comprende un corpo pinza, almeno due griffe di presa, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione di apertura griffe ed una posizione di chiusura griffe, un gruppo di attuazione alloggiato all?interno del corpo pinza, e un gruppo di trasmissione alloggiato all?interno del corpo pinza.

[0020] Il gruppo di attuazione ? operativamente accoppiato all?almeno una griffa mobile attraverso il gruppo di trasmissione per muovere la griffa mobile tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura.

[0021] La pinza comprende inoltre un sensore di posizione griffe, adatto a misurare la posizione assoluta delle griffe, ed un eventuale sensore di forza di presa, adatto a misurare la forza di presa esercitata dalle griffe sull?oggetto.

[0022] La pinza ? dotata di un?unit? di elaborazione operativamente collegata a tali sensori e al gruppo di attuazione.

[0023] L?unit? di elaborazione comprende un modulo estimatore di attrito e un modulo compensatore di attrito.

[0024] Il modulo estimatore di attrito ? configurato per stimare le forze di attrito statico e/o dinamico agenti sui componenti del gruppo di trasmissione e sulle griffe, le forze di attrito statico essendo calcolate dal modulo estimatore sulla base delle reazioni vincolari cui sono sottoposti i componenti del gruppo di trasmissione e le griffe, le reazioni vincolari essendo calcolate almeno in funzione della forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione e/o della forza di presa misurata dal sensore di forza di presa, essendo noto il coefficiente di attrito (?i) dei materiali della pinza e/o del lubrificante utilizzato.

[0025] Le forze di attrito dinamico sono calcolate sulla base della velocit? delle griffe, dell?ampiezza delle superfici di strisciamento e della distanza tra dette superfici di strisciamento delle griffe, essendo nota la viscosit? del lubricante utilizzato.

[0026] Il modulo compensatore di attrito ? configurato per controllare il gruppo di attuazione sulla base dei segnali provenienti dai sensori e della stima delle forze di attrito proveniente dal modulo estimatore.

[0027] In una forma di realizzazione, la pinza comprende inoltre un sensore di forza di attuazione adatto a misurare la forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione sull?almeno una griffa mobile (attraverso il gruppo di trasmissione).

[0028] In una forma di realizzazione, la pinza comprende ulteriormente almeno un sensore di centro di pressione, adatto a rilevare le coordinate del centro di pressione (CoP) tra le griffe della pinza quando le griffe esercitano una forza di presa sull?oggetto.

[0029] Almeno alcune delle componenti della reazione vincolare Ri possono essere calcolate in funzione delle coordinate del centro di pressione (CoP).

[0030] In alcune forme di realizzazione, indicato con i il numero delle superfici che esercitano una reazione vincolare, la componente i-esima della forza di attrito statico (Ffi) ? stimata attraverso la formula

[0031] Ffi = Ri * ?i * ?,

[0032] dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie e ? ? un parametro indicante la direzione della forza di attrito.

[0033] In alcune forme di realizzazione, la forza di attrito statico (F) ? stimata utilizzando il modello di Coulomb espresso dalla formula

[0034]

[0035] dove ? la velocit? delle griffe, Fc = Ri * ?c, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie, ?c ? il coefficiente di attrito cinetico, e dove Fe ? la risultante delle forze esterne.

[0036] In alcune forme di realizzazione, indicato con i il numero delle superfici di strisciamento, la componente i-esima della forza di attrito dinamico (Fvi) ? stimata attraverso la formula

[0037]

[0038] dove Ci = ?i*(Si/di), dove ? la velocit? delle griffe, ?i ? la viscosit? del lubrificante impiegato, Si ? l?ampiezza della i-esima superficie di strisciamento e di ? la distanza tra la i-esima superficie di strisciamento e la superficie rispetto alla quale scorre.

[0039] In una forma di realizzazione, il sensore di centro di pressione (CoP) ? basato sul sensore di forza di presa, il sensore di forza di presa essendo adatto ad effettuare misure di coppia.

[0040] In questo caso, l?unit? di elaborazione essendo programmata per calcolare le coordinate (CoPX , CoPY) del centro di pressione come:

[0041] dove MX e MY sono i momenti misurati del sensore di forza di presa effettiva (Fm) rispettivamente secondo l?asse X e Y, e dove |FZ| ? il valore assoluto della forza di presa effettiva (Fm) lungo l?asse Z.

[0042] Costituisce inoltre oggetto della presente invenzione un metodo di controllo della forza di presa di una pinza pneumatica, dove la pinza comprende un corpo pinza, almeno due griffe di presa, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione di apertura griffe ed una posizione di chiusura griffe, un gruppo di attuazione alloggiato all?interno del corpo pinza, e un gruppo di trasmissione alloggiato all?interno del corpo pinza, il gruppo di attuazione essendo operativamente accoppiato all?almeno una griffa mobile attraverso il gruppo di trasmissione per muovere la griffa mobile tra la posizione aperta e la posizione chiusa.

[0043] In una forma generale di realizzazione, il metodo comprende le fasi di:

[0044] - stimare le forze di attrito statico e/o dinamico agenti sui componenti del gruppo di trasmissione e sulle griffe,

[0045] - regolare la forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione sull?almeno una griffa mobile sulla base della stima delle forze di attrito.

[0046] Le forze di attrito statico sono calcolate sulla base delle reazioni vincolari cui sono sottoposti i componenti del gruppo di trasmissione e le griffe, le reazioni vincolari essendo calcolate almeno in funzione della forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione e/o della forza di presa esercitata dalle griffe sull?oggetto, essendo noto il coefficiente di attrito (?i) dei materiali della pinza e/o del lubrificante utilizzato.

[0047] Le forze di attrito dinamico sono calcolate sulla base della velocit? delle griffe, dell?ampiezza delle superfici di strisciamento e della distanza tra dette superfici di strisciamento delle griffe, essendo nota la viscosit? del lubricante utilizzato.

[0048] In alcune forme di realizzazione, indicato con i il numero delle superfici che esercitano una reazione vincolare, la componente i-esima della forza di attrito statico (Ffi) ? stimata attraverso la formula

[0049] Ffi = Ri * ?i * ?,

[0050] dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie e ? ? un parametro indicante la direzione della forza di attrito.

[0051] In alcune forme di realizzazione, la forza di attrito statico (F) ? stimata utilizzando il modello di Coulomb espresso dalla formula

[0052]

[0053] dove ? la velocit? delle griffe, Fc = Ri * ?c, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie, ?c ? il coefficiente di attrito cinetico, e dove Fe ? la risultante delle forze esterne.

[0054] In alcune forme di realizzazione, il metodo prevede inoltre di calcolare le coordinate del centro di pressione (CoP) tra le griffe della pinza quando le griffe esercitano una forza di presa sull?oggetto, e di calcolare almeno alcune delle componenti della reazione vincolare Ri in funzione di tali coordinate del centro di pressione (CoP).

[0055] In alcune forme di realizzazione, indicato con i il numero delle superfici di strisciamento, la componente i-esima della forza di attrito dinamico (Fvi) ? stimata attraverso la formula

[0056]

[0057] dove Ci = ?i*(Si/di), dove ? la velocit? delle griffe, ?i ? la viscosit? cinematica del lubrificante impiegato, Si ? l?ampiezza della i-esima superficie di strisciamento e di ? la distanza tra la i-esima superficie di strisciamento e la superficie rispetto alla quale scorre.

[0058] Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della pinza pneumatica e del metodo di controllo della forza di presa secondo l?invenzione risulteranno comunque evidenti dalla descrizione di seguito riportata di suoi esempi preferiti di realizzazione, dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle allegate figure, in cui:

[0059] - La figura 1 rappresenta schematicamente una generica pinza di presa;

[0060] - la figura 2 ? una vista prospettica esplosa di un esempio di pinza di presa pneumatica;

[0061] - la figura 3 ? uno schema a blocchi dell?insieme dei sensori/attuatori e dei moduli software della pinza secondo l?invenzione;

[0062] - la figura 4 ? una vista schematica di lato di una pinza, in cui ? rappresentata la distanza tra il centro di pressione delle griffe e la guida di scorrimento delle griffe.

[0063] In detti disegni, con 1 ? stata indicata in modo schematico una pinza di presa pneumatica nel suo complesso.

[0064] La pinza di presa 1 comprende un corpo pinza 10, almeno due griffe di presa 18, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione aperta inattiva ed una posizione chiusa di presa di un oggetto, un gruppo di attuazione 14 alloggiato all?interno del corpo pinza, e un gruppo di trasmissione 15 alloggiato all?interno del corpo pinza 10.

[0065] Il gruppo di attuazione 14 ? operativamente accoppiato all?almeno una griffa mobile attraverso il gruppo di trasmissione 15 per muovere la griffa mobile tra la posizione aperta e la posizione chiusa.

[0066] In una forma di realizzazione, ad ogni griffa di presa 18 ? rigidamente collegato un dito di presa 19.

[0067] La pinza comprende inoltre un sensore di posizione griffe, adatto a misurare la posizione assoluta delle griffe.

[0068] La pinza 1 pu? inoltre essere dotata di un sensore di forza di presa 46, adatto a misurare la forza di presa esercitata dalle griffe sull?oggetto.

[0069] In una forma di realizzazione illustrata nella figura 2, la pinza 1 ? una pinza pneumatica e il gruppo di attuazione ? un gruppo di attuazione pneumatico operante con un fluido in pressione, ad esempio aria compressa.

[0070] In una forma di realizzazione illustrata nella figura 2, il gruppo di attuazione pneumatico 14 comprende un?unit? a pistone comprendente un pistone 16 alloggiato scorrevolmente in una camera pistone ricavata nel corpo pinza 10. Il pistone 16 ? operativamente collegato a due griffe 18 scorrevoli in una guida griffe 20, ad esempio una guida a ?T?. Ogni griffa 18 supporta rigidamente un rispettivo dito 19.

[0071] Nella forma di realizzazione illustrata nell?esempio della figura 2, le griffe 18 sono scorrevoli lungo un asse di traslazione griffe Z ed il pistone 16 ? scorrevole lungo un asse pistone X perpendicolare all?asse di traslazione griffe Z. Il gruppo di attuazione pneumatico 14 comprende una coppia di leve di rinvio 22 che collegano una rispettiva griffa 18 al pistone 16.

[0072] In una forma di realizzazione illustrata nel diagramma a blocchi della figura 3, il corpo pinza 10 alloggia:

[0073] - un sensore di posizione griffe 30, adatto a misurare la posizione assoluta delle griffe;

[0074] ? un sensore di pressione di linea 32, adatto a misurare la pressione dell?aria nella linea di alimentazione della pinza;

[0075] ? un sensore di pressione camera di apertura 34, adatto a misurare la pressione pneumatica in una camera di apertura pinza del gruppo di attuazione pneumatico 14; 140;

[0076] ? un sensore di pressione camera di chiusura 36, adatto a misurare la pressione pneumatica in una camera di chiusura pinza del gruppo di attuazione pneumatico;

[0077] - regolatori di pressione 40 adatti a permettere un controllo della pressione pneumatica nelle camere di apertura e di chiusura.

[0078] In una forma di realizzazione, le griffe 18 o le dita 19 sono dotate di un sensore di forza e/o coppia 46, ad esempio una cella di carico, adatto a misurare la forza di presa e due associati momenti angolari.

[0079] La pinza di presa 1 comprende, o ? collegata a, un?unit? di elaborazione 50 operativamente collegata ai sensori sopra menzionati e ai regolatori di pressione. L?unit? di elaborazione 50 comprende un modulo estimatore 51, che include in particolare un modulo estimatore di attrito 52, e un modulo compensatore di attrito 54, pi? avanti descritti.

[0080] Il modulo estimatore 51 pu? inoltre includere un modulo estimatore di velocit? griffe 53 e un modulo estimatore Centro di Pressione (CoP) 55.

[0081] Le misure fornite dai sensori (del corpo pinza e delle griffe) possono essere utilizzate dal modulo estimatore 51 per stimare le seguenti quantit?:

[0082] ? velocit? delle griffe: le misure fornite dal sensore di posizione griffa sono utilizzate per calcolare la velocit? relativa tra le griffe 18 e il corpo pinza 10. Poich? ogni griffa 18 ? rigidamente collegata al rispettivo dito 19, la velocit? delle griffe corrisponde anche alla velocit? delle dita 19;

[0083] ? Centro di Pressione (CoP): le misurazioni ottenute dal sensore di forza e/o coppia 46 possono fornire una stima precisa delle coordinate del centro di pressione (CoP) del contatto tra le griffe o dita e l'oggetto da afferrare;

[0084] - Forza di attrito: la stima della velocit? delle griffe, la stima del centro di pressione e le misure fornite dal sensore di forza e/o coppia sono combinate da un algoritmo del modulo estimatore di attrito 52 per stimare la forza di attrito delle griffe.

[0085] Verranno ora descritte alcune modalit? di calcolo delle forze di attrito da parte del modulo estimatore.

[0086] Un fattore che influenza il calcolo delle forze di attrito in pinze pneumatiche con guide lineari di scorrimento ? la distanza di presa L (figura 4), ovvero la distanza tra il centro di pressione (CoP) e l?origine del sistema di riferimento del sensore di forza e/o coppia 46 (se presente) o dal punto di applicazione della forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione.

[0087] Infatti, in pinze di questo tipo, la stessa forza applicata alle griffe produce forze di presa differenti a seconda della distanza dell'oggetto afferrato dalle guide, poich? i valori dei momenti provocano un attrito variabile nelle guide delle griffe.

[0088] La misurazione della distanza di presa L consente di compensare questo effetto secondario e di ottenere una maggiore fedelt? nell'applicazione della forza di presa desiderata. Grazie alla stima del Centro di Pressione (CoP) ? possibile calcolare la distanza L.

[0089] Nel prosieguo della descrizione, con Ffi e Fvi si indicheranno le componenti delle forze di attrito statico e dinamico, rispettivamente, dove i indica il numero delle superfici che esercitano una reazione vincolare sui componenti del gruppo di trasmissione e sulle griffe, nel caso di attrito statico, o delle superfici scorrevoli, nel caso di attrito dinamico.

[0090] In particolare, la conoscenza delle forze di attrito statico Ffi contribuisce notevolmente a stimare correttamente la forza di presa. Queste forze influenzano il funzionamento e le prestazioni della pinza e cambiano in funzione della distanza di presa L e di conseguenza del momento generato.

[0091] In accordo con un aspetto dell?invenzione, per ottenere il valore delle componenti delle forze di attrito viene impiegato un modello di equazioni che permette di stimare tali forze senza alcuna identificazione sperimentale.

[0092] In particolare, nel caso di attrito statico, le componenti i-esime delle forze dipendono dalle reazioni vincolari R?, che sono funzioni della forza di attuazione che agisce sulle griffe (attraverso il gruppo di trasmissione). Conoscendo il valore di tale forza di attuazione, ? possibile stimare il valore delle reazioni vincolari R? esplicitandole nelle equazioni del modello sviluppato. Infine, utilizzando gli specifici coefficienti di attrito noti per i materiali e/o i lubrificanti utilizzati, ? possibile ricostruire il valore delle forze di attrito.

[0093] Nel caso statico, cio? quando la velocit? delle griffe ? nulla, la forza di attrito i-esima Ff? ? espressa come segue:

[0094] Ff? = R?*??*?

[0095] dove ?? ? il coefficiente di attrito dei materiali o del lubrificante utilizzati, R? ? la reazione vincolare che agisce normalmente sulla superficie considerata e ? ? un parametro relativo al segno della velocit? delle griffe, che indica la direzione della forza di attrito.

[0096] Come detto sopra, almeno alcune delle reazioni vincolari Ri sono in funzione delle coordinate del Centro di Pressione, ovvero della distanza L tra il Centro di Pressione e l?origine del sistema di riferimento del sensore di forza e/o coppia o il punto di applicazione della forza di attuazione.

[0097] In alternativa, il coefficiente di attrito ?? pu? essere espresso attraverso uno dei modelli di attrito utilizzati nei sistemi meccanici multibody, ad esempio il modello di Coulomb, dove la forza di attrito potrebbe essere espressa come segue:

dove ? la velocit? delle griffe (o delle griffe), Fc = Ri * ?c, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie, ?c ? il coefficiente di attrito cinetico, e dove

Fe ? la risultante delle forze esterne.

[0098] Nel caso dinamico occorre considerare un altro contributo, ovvero le forze di attrito viscoso (Fv?) generate dal movimento. Indicato con i il numero delle superfici di strisciamento, la componente i-esima della forza di attrito dinamico (Fvi) ? stimata attraverso la formula

Fvi =

dove Ci = ?i*(Si/di),

dove ? la velocit? delle griffe, ?i ? la viscosit? cinematica del lubrificante impiegato, Si ? l?ampiezza della i-esima superficie di strisciamento e di ? la distanza tra la i-esima superficie di strisciamento e la superficie rispetto alla quale scorre.

[0099] Pertanto, il modulo estimatore di attrito ? configurato per stimare le forze di attrito statico e/o dinamico agenti cui componenti del gruppo di trasmissione 15 e sulle griffe 18, le forze di attrito statico essendo calcolate dal modulo estimatore sulla base delle reazioni vincolari cui sono sottoposti componenti del gruppo di trasmissione e le griffe. Tali reazioni vincolari sono calcolate in funzione della forza attuazione esercitata sulle griffe dal gruppo di attuazione, essendo noto il coefficiente di attrito (?i) dei materiali della pinza e/o del lubrificante utilizzato.

[00100] Le forze di attrito dinamico sono calcolate dal modulo estimatore sulla base della velocit? delle griffe, dell?ampiezza delle superfici di strisciamento e della distanza tra dette superfici di strisciamento delle griffe, essendo nota la viscosit? del lubricante utilizzato.

[00101] Il modulo compensatore di attrito 54 ? configurato per controllare il gruppo di attuazione 14 (ad esempio l?almeno un regolatore di pressione 40 nel caso di pinza pneumatica) sulla base dei segnali provenienti dai sensori e della stima delle forze di attrito proveniente dal modulo estimatore 52.

[00102] Come detto sopra, in alcune forme di realizzazione il sensore di centro di pressione (CoP) ? basato sul sensore di forza di presa, il quale ? adatto ad effettuare misure di coppia. In questo caso, l?unit? di elaborazione calcola le coordinate (CoPX , CoPY) del centro di pressione come:

[00103] dove MX e MY sono i momenti misurati del sensore di forza di presa rispettivamente secondo l?asse X e Y, e dove |FZ| ? il valore assoluto della forza di presa effettiva (Fm) lungo l?asse Z.

[00104] La pinza di presa pneumatica sopra descritta permette, grazie ai sensori e agli algoritmi del modulo estimatore e del modulo di compensazione dell?attrito, di raggiungere gli scopi prefissati. In particolare, le griffe e quindi le dita sono controllate tenendo conto degli effetti delle forze di attrito, compensandoli.

[00105] Inoltre, con la pinza proposta le seguenti funzioni possono essere implementate in modo molto pi? preciso rispetto alle pinze pneumatiche secondo lo stato dell?arte:

[00106] - rilevare il contatto con l'oggetto che viene afferrato;

[00107] - stimare le coordinate del Centro di Pressione;

[00108] - stimare la forza normale;

[00109] - misurare l'orientamento della pinza e delle griffe;

[00110] - controllare la forza di presa;

[00111] - rilevare il contatto tra le griffe e l'oggetto afferrato;

[00112] - correggere la forza di presa da perturbazioni esterne (ad esempio contatti, accelerazioni);

[00113] Ulteriormente, la pinza di presa sopra descritta permette di conseguire i seguenti vantaggi tecnici:

[00114] - valutare le prestazioni della pinza in base all'efficienza (usura o problemi);

[00115] - prevedere quando la pinza necessita di manutenzione (ad esempio a causa di usura, difetti, lubrificante mancante);

[00116] - migliorare la sicurezza (per persone e oggetti).

[00117] Alle forme di realizzazione della pinza di presa e del metodo di controllo della presa di un oggetto secondo l?invenzione un tecnico del ramo, per soddisfare esigenze contingenti, potr? apportare modifiche, adattamenti e sostituzioni di elementi con altri funzionalmente equivalenti, senza uscire dall'ambito delle seguenti rivendicazioni. Ognuna delle caratteristiche descritte come appartenente ad una possibile forma di realizzazione pu? essere realizzata indipendentemente dalle altre forme di realizzazione descritte.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Pinza di presa, comprendente: - un corpo pinza; - almeno due griffe di presa, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione di apertura griffe ed una posizione di chiusura griffe; - un gruppo di attuazione alloggiato all?interno del corpo pinza; - un gruppo di trasmissione alloggiato all?interno del corpo pinza, il gruppo di attuazione essendo operativamente accoppiato all?almeno una griffa mobile attraverso il gruppo di trasmissione per muovere detta griffa mobile tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura; - un sensore di posizione griffe, adatto a misurare la posizione assoluta delle griffe; - un eventuale sensore di forza di presa, adatto a misurare la forza di presa esercitata dalle griffe sull?oggetto; - un?unit? di elaborazione operativamente collegata a detti sensori e a detto gruppo di attuazione e comprendente un modulo estimatore di attrito e un modulo compensatore di attrito, in cui: - il modulo estimatore di attrito ? configurato per stimare le forze di attrito statico e/o dinamico agenti sui componenti del gruppo di trasmissione e sulle griffe, le forze di attrito statico essendo calcolate dal modulo estimatore sulla base delle reazioni vincolari cui sono sottoposti i componenti del gruppo di trasmissione e le griffe, le reazioni vincolari essendo calcolate almeno in funzione della forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione e/o della forza di presa misurata dal sensore di forza di presa, essendo noto il coefficiente di attrito (?i) dei materiali della pinza e/o del lubrificante utilizzato, le forze di attrito dinamico essendo calcolate sulla base della velocit? delle griffe, dell?ampiezza delle superfici di strisciamento e della distanza tra dette superfici di strisciamento delle griffe, essendo nota la viscosit? del lubricante utilizzato; - il modulo compensatore di attrito essendo configurato per controllare il gruppo di attuazione sulla base dei segnali provenienti dai sensori e della stima delle forze di attrito proveniente dal modulo estimatore.
2. Pinza secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un sensore di forza di attuazione adatto a misurare la forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione sull?almeno una griffa mobile.
3. Pinza secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente inoltre almeno un sensore di centro di pressione, adatto a rilevare le coordinate del centro di pressione (CoP) tra le griffe della pinza quando le griffe esercitano una forza di presa sull?oggetto.
4. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, indicato con i il numero delle superfici che esercitano una reazione vincolare, la componente i-esima della forza di attrito statico (Ffi) ? stimata attraverso la formula Ffi = Ri * ?i * ?, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie e ? ? un parametro indicante la direzione della forza di attrito.
5. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la forza di attrito statico (F) ? stimata utilizzando il modello di Coulomb espresso dalla formula

dove ? la velocit? delle griffe, Fc = Ri * ?c, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie, ?c ? il coefficiente di attrito cinetico, e dove Fe ? la risultante delle forze esterne.
6. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-5, in cui almeno alcune delle componenti della reazione vincolare Ri sono calcolate in funzione delle coordinate del centro di pressione (CoP).
7. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui, indicato con i il numero delle superfici di strisciamento, la componente i-esima della forza di attrito dinamico (Fvi) ? stimata attraverso la formula

dove Ci = ?i*(Si/di), dove ? la velocit? delle griffe, ?i ? la viscosit? del lubrificante impiegato, Si ? l?ampiezza della i-esima superficie di strisciamento e di ? la distanza tra la iesima superficie di strisciamento e la superficie rispetto alla quale scorre.
8. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 3-7, in cui il sensore di centro di pressione (CoP) ? basato sul sensore di forza di presa, il sensore di forza di presa essendo adatto ad effettuare misure di coppia, l?unit? di elaborazione essendo programmata per calcolare le coordinate (CoPX , CoPY) del centro di pressione come:

dove MX e MY sono i momenti misurati del sensore di forza di presa effettiva (Fm) rispettivamente secondo l?asse X e Y, e dove |FZ| ? il valore assoluto della forza di presa effettiva (Fm) lungo l?asse Z.
9. Pinza secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il gruppo di attuazione ? un gruppo di attuazione pneumatico e comprende un?unit? a pistone comprendente almeno un pistone alloggiato scorrevolmente in una rispettiva camera pistone ricavata nel corpo pinza, detto almeno un pistone essendo operativamente collegato ad almeno una griffa scorrevole in una guida griffe.
10. Metodo di controllo della forza di presa di una pinza, dove la pinza comprende: - un corpo pinza; - almeno due griffe di presa, almeno una delle quali movibile rispetto ad un?altra tra una posizione di apertura griffe ed una posizione di chiusura griffe; - un gruppo di attuazione alloggiato all?interno del corpo pinza; - un gruppo di trasmissione alloggiato all?interno del corpo pinza, il gruppo di attuazione essendo operativamente accoppiato all?almeno una griffa mobile attraverso il gruppo di trasmissione per muovere detta griffa mobile tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura; il metodo comprendendo le fasi di: - stimare le forze di attrito statico e/o dinamico agenti sui componenti del gruppo di trasmissione e sulle griffe, - regolare la forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione sull?almeno una griffa mobile sulla base della stima delle forze di attrito, in cui le forze di attrito statico sono calcolate sulla base delle reazioni vincolari cui sono sottoposti i componenti del gruppo di trasmissione e le griffe, le reazioni vincolari essendo calcolate almeno in funzione della forza di attuazione esercitata dal gruppo di attuazione e/o della forza di presa esercitata dalle griffe sull?oggetto, essendo noto il coefficiente di attrito (?i) dei materiali della pinza e/o del lubrificante utilizzato, e in cui le forze di attrito dinamico sono calcolate sulla base della velocit? delle griffe, dell?ampiezza delle superfici di strisciamento e della distanza tra dette superfici di strisciamento delle griffe, essendo nota la viscosit? del lubricante utilizzato.
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui, indicato con i il numero delle superfici che esercitano una reazione vincolare, la componente i-esima della forza di attrito statico (Ffi) ? stimata attraverso la formula Ffi = Ri * ?i * ?, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie e ? ? un parametro indicante la direzione della forza di attrito.
12. Metodo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui la forza di attrito statico (F) ? stimata utilizzando il modello di Coulomb espresso dalla formula

dove ? la velocit? delle griffe, Fc = Ri * ?c, dove Ri ? la componente i-esima della reazione vincolare agente sulla i-esima superficie, ?c ? il coefficiente di attrito cinetico, e dove Fe ? la risultante delle forze esterne.
13. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-12, comprendente le fasi di: - calcolare le coordinate del centro di pressione (CoP) tra le griffe della pinza quando le griffe esercitano una forza di presa sull?oggetto; - calcolare almeno alcune delle componenti della reazione vincolare Ri in funzione di dette coordinate del centro di pressione (CoP).
14. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-13, in cui, indicato con i il numero delle superfici di strisciamento, la componente i-esima della forza di attrito dinamico (Fvi) ? stimata attraverso la formula

dove Ci = ?i*(Si/di), dove ? la velocit? delle griffe, ?i ? la viscosit? cinematica del lubrificante impiegato, Si ? l?ampiezza della i-esima superficie di strisciamento e di ? la distanza tra la i-esima superficie di strisciamento e la superficie rispetto alla quale scorre.