ITPI20120070A1 - Metodo e dispositivo di attuazione di meccanismi pluriarticolati che interagiscono fisicamente con l¿uomo - Google Patents

Description

Descrizione METODO E DISPOSITIVO DI ATTUAZIONE DI MECCANISMI PLURIARTICOLATI CHE INTERAGISCONO FISICAMENTE CON L’UOMO”

Ambito dell’invenzione

La presente invenzione si colloca nell’ambito dei dispositivi che interagiscono fisicamente con l’uomo (Physical Human-Device Interaction).

In particolare, l’invenzione si riferisce ad un metodo di attuazione di un meccanismo pluriarticolato che interagisce fisicamente con l’uomo.

Inoltre, l’invenzione si riferisce ad un dispositivo che attua tale metodo.

Descrizione della tecnica nota

Sono noti dispositivi atti ad interagire fisicamente con l’uomo che possono essere applicati ad esempio negli ambiti della riabilitazione motoria di pazienti colpiti da traumi neurologici (Rehabilitation Robotics), della assistenza fisica degli anziani o dei disabili durante le loro attività di vita quotidiana (Assistive Robotics) o della riduzione degli sforzi articolari derivanti dalla movimentazione di materiale nei processi logistici e produttivi (Material Handling Robotics).

Tali dispositivi sono costituiti da meccanismi pluriarticolati, caratterizzati dall’essere direttamente o indirettamente, ad esempio tramite l’interposizione di un utensile, in contatto fisico con il corpo dell’utente in uno o più punti, al fine di fornire determinate forze di interazione, atte, ad esempio, a supportare il carico movimentato o aiutare il paziente a compiere dei movimenti di riabilitazione.

Sono altresì noti i cosiddetti “azzeratori di gravità”, che riducono il peso degli utensili impiegati nelle operazioni manuali in una catena di montaggio, o riducono il peso proprio dell’arto di un paziente, come nel caso dei sistemi robotici utilizzati per la riabilitazione motoria.

Nella modalità di impiego tipica di questi dispositivi le forze di interazione con l’uomo da essi generate sono costanti per intervalli di tempo relativamente lunghi. Poi, questi dispositivi possono essere classificati come attivi o passivi, in funzione della presenza o meno di attuatori impiegati per la generazione della forza di interazione. I vantaggi e gli svantaggi delle due tipologie di dispositivi sono descritti di seguito.

I sistemi attivi hanno un elevato grado di flessibilità d’uso in quanto consentono di generare forze di interazione di intensità e orientazione rapidamente variabili nel tempo. Un esempio di dispositivo attivo interagente con l’uomo è l’esoscheletro per gli arti inferiori descritto in CN102088933, nel quale attuatori agenti sulle articolazioni di flessione dell’anca generano coppie di supporto alla deambulazione.

Tuttavia, per la generazione della forza di interazione, i sistemi attivi impiegano attuatori , ad esempio motori elettrici,che vengono continuamente alimentati in ogni condizione di funzionamento. Ne consegue un elevato consumo di energia e la necessità di accumulatori/generatori pesanti e ingombranti, difficilmente imbarcabili nel dispositivo, come sarebbe invece desiderabile nel caso delle ortesi attive.

Inoltre, i sistemi attivi necessitano di adeguati sensori e di sofisticati controlli degli attuatori per raggiungere una sufficiente accuratezza della forza di interazione con l’uomo da essi generata. Questa soluzione non è intrinsecamente sicura per l’utente, in quanto si possono determinare instabilità della forza di interazione qualora il controllore del dispositivo non sia sufficientemente robusto alla variabilità dei parametri dinamici dell’uomo e dell’ambiente con i quali il dispositivo interagisce fisicamente.

Diversamente, i dispositivi passivi, usando elementi passivi per generare la forza di interazione, quali contrappesi o elementi elastici, non necessitano di alcuna energia in tutte le condizioni operative, non richiedono sensori e controlli sofisticati e sono intrinsecamente sicuri, in virtù della natura passiva della tecnica di attuazione. Inoltre, essi trovano applicazione in molte modalità di impiego in cui le forze di interazione con l’uomo sono costanti per intervalli di tempo relativamente lunghi.

Ad esempio in FR2541574A1 o in WO2012042416A2 sono descritti sistemi passivi in grado di sostenere ed equilibrare in qualsiasi configurazione un braccio umano, tramite l’impiego di opportuni contrappesi, che vengono scelti in base alla taglia dell’utilizzatore.

D’altra parte, la necessità di una registrazione manuale del dispositivo non permette nei dispositivi passivi la modifica rapida e continua della forza di interazione. Inoltre, le attuali tecniche di bilanciamento/attuazione basate su elementi passivi, quali elementi elastici e/o contrappesi, pongono dei vincoli che rendono problematica la realizzazione di meccanismi aventi cinematiche complesse, come sono, ad esempio, quelle degli esoscheletri indossabili sugli arti umani.

Un ulteriore inconveniente degli attuali dispositivi passivi è rappresentato dall’eccessivo ingombro delle parti mobili del meccanismo e dalla ridotta mobilità dei suoi giunti, causata dalla necessità di dover alloggiare nella stessa struttura del meccanismo gli elementi passivi e i relativi componenti accessori.

Esistono anche dispositivi utilizzanti elementi elastici come descritto in R Barents, M Schenk, WD Van Dorsser, BM Wisse, JL Herder, (2011), "Spring-to-Spring Balancing as Energy-Free Adjustment Method in Gravity Equilibrators", ASME Journal of Mechanical Design, Volume 133, Issue 6, pp 061010. Esso utilizza una molla che funge da serbatoio di energia elastica, in modo tale che l’energia totale del sistema, ovvero la somma di quella potenziale e quella elastica, risulti sempre costante. Nello stesso articolo si evidenzia come il principio fisico sfruttato richieda necessariamente l’utilizzo di una molla avente lunghezza a riposo nulla. Una siffatta molla ha la caratteristica di esercitare una forza proporzionale alla sua lunghezza, anziché al suo allungamento/accorciamento. Tuttavia, l’applicazione di tali dispositivi ad un meccanismo pluriarticolato risulterebbe complessa e difficoltosa.

Sintesi dell’invenzione

È quindi scopo della presente invenzione fornire un metodo e un dispositivo di attuazione, per un meccanismo pluriarticolato interagente fisicamente con l’uomo, che consentano di generare un sistema di forze desiderata in corrispondenza del punto di contatto del meccanismo con l’arto umano con i vantaggi delle tecniche passive e di quelle attive, senza averne le relative limitazioni.

È uno scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto metodo e dispositivo che consentano di modificare l’intensità e orientazione di tale forza senza richiedere una registrazione manuale.

È un altro scopo particolare della presente invenzione fornire un siffatto metodo e dispositivo che non richieda consumo di energia, fintantoché l’intensità e/o l’orientazione della forza sono mantenute costanti nel tempo.

È un altro scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo e dispositivo che non comportino ingombri eccessivi della porzione del meccanismo aderente all’arto umano.

È un altro scopo dell’invenzione fornire un metodo di attuazione, per un meccanismo pluriarticolato interagente fisicamente con l’uomo, che non comporti ingombri eccessivi della porzione del dispositivo aderente all’arto umano.

È un altro scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo e dispositivo che non comportino limitazioni dell’ampiezza dei movimenti concessi dal dispositivo.

È un altro scopo dell’invenzione fornire un siffatto metodo e dispositivo che siano applicabili a qualsiasi cinematica di meccanismo pluriarticolato, in termini di numero e sequenza dei gradi di libertà e, in particolare, a cinematiche isomorfe a quelle degli arti umani, come nel caso degli esoscheletri indossabili sulle braccia o sulle gambe umane.

Questi e altri scopi sono raggiunti da un dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato,

detto meccanismo pluriarticolato comprendendo:

‐ una porzione di base;

‐ una articolazione di base, il cui asse di rotazione è solidale a detta porzione di base e definisce un primo sistema di riferimento solidale a detta porzione di base;

‐ una porzione di interazione atta a fornire ad un arto di un utilizzatore un punto di contatto, in corrispondenza del quale una forza di interazione, avente una predeterminata intensità e orientazione, rispetto a detto primo sistema di riferimento, è applicabile a detto arto;

‐ un numero predeterminato di porzioni mobili (links) tra loro connesse tramite articolazioni in modo da formare una cinematica seriale a partire da detta articolazione di base, in modo che la prima porzione mobile sia connessa a detta porzione di base tramite detta articolazione di base e l’ultima porzione mobile sia solidale a detta porzione di interazione, ognuna di dette porzioni mobili comprendendo un segmento cinematico di lunghezza invariante rispetto a movimenti di detta porzione di interazione rispetto a detta porzione di base, detto segmento cinematico essendo il segmento di minima distanza che connette il primo asse con il secondo asse delle articolazioni adiacenti di una porzione mobile o, nel caso dell’ultima porzione mobile, il segmento tra l’ultima articolazione e detto punto di contatto di detta porzione di interazione;

in cui detto dispositivo di attuazione comprende

- un meccanismo specchio comprendente:

- uno o più punti di articolazione specchio solidali a detta porzione di base, di cui uno di detti punti definisce un secondo sistema di riferimento solidale a detta porzione di base, - un numero di porzioni mobili specchio e, quindi, di segmenti cinematici specchio pari al numero di porzioni mobili di segmenti cinematici di detto meccanismo pluriarticolato, ogni segmento cinematico specchio essendo girevolmente connesso a detta porzione di base in corrispondenza di uno dei suoi due estremi e di detto uno o più punti di articolazione specchio e avendo lunghezza proporzionale alla lunghezza del corrispondente segmento cinematico del meccanismo pluriarticolato, secondo un fattore di proporzionalità uguale per tutti i segmenti cinematici;

- mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento agenti su detti segmenti cinematici specchio,

- mezzi di trasmissione tra detto meccanismo pluriarticolato e detto meccanismo specchio, in cui detti mezzi di trasmissione sono configurati per:

- mantenere l’orientamento di ciascuno dei segmenti cinematici di detto meccanismo pluriarticolato rispetto a detto primo sistema di riferimento sostanzialmente uguale all’orientamento di ciascuno di detti segmenti cinematici specchio rispetto a detto secondo sistema di riferimento, per tutti i movimenti possibili di detta porzione di interazione rispetto a detta porzione di base, - trasmettere detto sistema di forze di bilanciamento da detto meccanismo specchio a detto meccanismo pluriarticolato, in modo da bilanciare detta forza di interazione applicata in corrispondenza di detto punto di contatto di detta porzione di interazione.

In tal modo, poiché il meccanismo specchio ha lo stesso numero di segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato, è possibile associare ad ogni segmento specchio uno e uno solo segmento cinematico del meccanismo pluriarticolato e viceversa.

Tuttavia, mentre i segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato, che costituiscono la spezzata che collega il punto di contatto della porzione di interazione con la porzione di base,hanno, in generale entrambi gli estremi mobili rispetto alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato, il meccanismo specchio ha i segmenti specchio tutti girevolmente connessi alla porzione di base in corrispondenza di uno dei suoi due estremi e, quindi, hanno tutti un estremo fisso rispetto alla porzione di base Questa semplificazione permette di generare il sistema di forze di bilanciamento come semplici coppie rispetto agli estremi fissi dei segmenti cinematici specchio, per mezzo di generatori di coppia. Tali coppie sono poi trasmesse alle articolazioni del meccanismo pluriarticolato tramite i mezzi di trasmissione.

In particolare, i mezzi di trasmissione tra il meccanismo pluriarticolato e il meccanismo specchio possono essere dimensionati in modo tale da garantire che le orientazioni dei segmenti cinematici del meccanismo specchio rispetto al secondo sistema di riferimento siano sostanzialmente uguali alle corrispondenti orientazioni dei segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato rispetto al primo sistema di riferimento, per tutti i movimenti possibili della porzione di interazione rispetto alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato. In tal modo, se detti mezzi per generare generano forze tali che tutti i segmenti cinematici del meccanismo specchio siano equilibrati per una stessa prima forza, agente sui loro estremi mobili e avente un certa intensità e orientazione rispetto al secondo sistema di riferimento, il meccanismo pluriarticolato risulterà essere equilibrato per una forza di interazione avente stessa orientazione della prima forza, ma rispetto al primo sistema di riferimento, e intensità proporzionale alla prima forza.

E’ da notare che se un segmento cinematico del meccanismo pluriarticolato ha una lunghezza sostanzialmente nulla, perché, ad esempio, i due assi adiacenti di una porzione mobile del meccanismo pluriarticolato sono incidenti in un punto , non sarà necessario generare alcuna coppia sul corrispondente segmento cinematico del meccanismo specchio, in quanto la coppia prodotta dalla forza di interazione sul primo estremo del segmento cinematico del meccanismo pluriarticolato è nulla, essendo il suo secondo estremo sostanzialmente coincidente col primo. Pertanto è sufficiente che i mezzi per generare le forze di bilanciamento agenti su detto meccanismo specchio abbiano un numero di generatori di coppia pari al numero di segmenti cinematici di lunghezza non nulla, che è in generale minore del numero di gradi di libertà del meccanismo pluriarticolato a cinematica seriale.

In particolare, detti mezzi per generare comprendono generatori di coppia.

In particolare, ognuno di detti generatori di coppia comprende almeno un elemento elastico passivo avente una prima ed una seconda estremità, in cui detta prima estremità è connessa all’estremità mobile del segmento cinematico specchio a lunghezza non nulla associato al generatore di coppia, e detta seconda estremità è connessa a un elemento di sostegno solidale con detta porzione di base del meccanismo pluriarticolato.

Detti elementi elastici possono essere strutturati e dimensionati in modo tale che la coppia generata da detto o ciascun elemento elastico passivo sia sostanzialmente uguale all’intensità del momento prodotto da detta specificata forza di interazione, applicata ad un secondo estremo del segmento cinematico di detto meccanismo pluriarticolato e di competenza dell’elemento elastico passivo, e valutato ad un primo estremo del segmento cinematico.

Vantaggiosamente, detti mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento agenti su detto meccanismo specchio comprendono mezzi per modificare l’orientazione di detta forza di interazione, senza che per questo sia richiesto l’intervento manuale da parte di un operatore.

Vantaggiosamente, detti mezzi per modificare l’intensità di detta forza di interazione comprendono primi mezzi di spostamento di detto elemento di sostegno rispetto a detta porzione di base, in particolare atti a modificare la distanza tra detta prima e detta seconda estremità.

Sempre vantaggiosamente, detti mezzi per modificare detta forza di interazione comprendono secondi mezzi di spostamento di detto elemento di sostegno rispetto a detta porzione di base, atti a consentire la modifica della orientazione di detta forza di interazione.

Vantaggiosamente, detti mezzi per modificare l’orientamento di detta forza comprendono secondi mezzi di spostamento di detto elemento di sostegno rispetto a detta porzione di base, in particolare atti a modificare la direzione della retta passante tra detta prima e detta seconda estremità.

In particolare, detti mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento in detto meccanismo specchio comprendono meccanismi generatori di coppia di numero uguale al numero di detti segmenti cinematici di lunghezza non nulla, ognuno di detti meccanismi generatori di coppia essendo:

- meccanicamente connesso a detto meccanismo specchio e a detti mezzi per modificare l’intensità e/o l’orientazione della forza di interazione;

- dotato solamente di elementi elastici passivi, - associato ad uno specifico segmento cinematico di detto meccanismo specchio.

In tal modo, i mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento nel meccanismo specchio possono comprendere meccanismi generatori di coppia sprovvisti di elementi attivi ossia di attuatori, e di numero pari al numero dei segmenti cinematici di lunghezza non nulla del meccanismo specchio e, quindi, del meccanismo pluriarticolato, e non necessariamente di numero pari ai gradi di libertà del meccanismo pluriarticolato. Per questo motivo, ad ogni segmento cinematico può essere associato un solo meccanismo generatore di coppia e viceversa, dotato di opportune connessioni con il corrispondente segmento del meccanismo specchio e con la porzione di base del meccanismo pluriarticolato.

Inoltre, le coppie agenti sui giunti di articolazione del meccanismo articolato, necessarie a equilibrare la specificata forza di interazione con l’utilizzatore, sono generate tramite il solo impiego degli elementi passivi, contenuti nei meccanismi generatori di coppia, senza necessità di alimentare forza motrice esterna fintantoché la forza di interazione ha intensità e orientazione costante, rispetto alla porzione di base del meccanismo. Questa caratteristica consente notevole risparmio energetico e autonomia del dispositivo di generazione di coppia. Inoltre, consente di ridurre notevolmente il peso, data l’assenza di pesanti motori generatori di coppia.

Inoltre, un siffatto dispositivo consente di modificare l’intensità e l’orientazione della forza di interazione rispetto al supporto del meccanismo pluriarticolato in modo automatico, agendo sugli attuatori del meccanismo atto alla modifica dell’intensità e/o orientazione della forza di interazione e, quindi, senza necessità di intervento manuale.

In particolare, detto meccanismo specchio è predisposto remotamente rispetto a detto meccanismo pluriarticolato. Ad esempio, può essere disposto in uno zaino portato dall’utilizzatore, o in un bagaglio posto adiacentemente all’utilizzatore. Questo consente di semplificare notevolmente il progetto del meccanismo pluriarticolato, non dovendo quest’ultimo ospitare i meccanismi generatori di coppia o gli eventuali motori per modificare l’intensità e/o l’orientamento. Ulteriore vantaggio della rimozione di tali componenti dal meccanismo pluriarticolato è la possibilità di contenere al minimo possibile le masse e gli ingombri dei suoi link e segmenti cinematici mobili, compatibilmente con le sollecitazioni meccaniche prodotte dalle forze esterne agenti sul dispositivo.

In particolare, le masse e ingombri contenuti dei segmenti mobili del meccanismo pluriarticolato, consentono la realizzazione di dispositivi di interazione con l’uomo con elevate prestazioni dinamiche e spazio di lavoro maggiormente prossimo a quello naturale dell’arto umano rispetto ai meccanismi esistenti, in virtù delle minori limitazioni ai movimenti, che, diversamente, segmenti più grossi e pesanti richiederebbero per evitare eventuali interferenze con l’arto umano, sul quale il dispositivo è indossato.

Ulteriore vantaggio è quello di poter configurare il meccanismo specchio e i meccanismi generatori di coppia con ampia libertà progettuale, non dovendo soddisfare i vincoli dettati dagli ingombri dell’arto umano, perché posti remotamente rispetto ad esso.

Infine, essendo i primi estremi dei segmenti specchio solidali alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato, il progetto del meccanismo atto a modificare l’orientazione e l’intensità della forza di interazione risulta grandemente semplificato, rispetto al caso in cui tali estremi risultino mobili.

In una forma realizzativa preferita, detti mezzi di trasmissione comprendono una pluralità di cavi inestensibili che si impegnano in una pluralità di pulegge previste in detto meccanismo pluriarticolato e anche in una pluralità di pulegge specchio in detto meccanismo specchio.

Vantaggiosamente, ciascun cavo inestensibile definisce un percorso chiuso mediante dette pulegge. In alternativa, può essere disposto per formare un sistema di azionamento di tipo agonista-antagonista.

In particolare, sono previste pulegge in corrispondenza dei giunti articolati di detto meccanismo pluriarticolato associati ad una corrispondente pluralità di pulegge specchio disposte rispettivamente sui giunti di articolazione specchio di detto meccanismo specchio.

Il primo sistema di riferimento e il secondo sistema di riferimento sono distinti, ma l’orientazione relativa tra i due sistemi di riferimento è costante, essendo entrambi solidali alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato. Preferibilmente, il primo sistema di riferimento e il secondo sistema di riferimento coincidono e i segmenti specchio sono sempre paralleli ai segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato.

In una possibile forma realizzativa, detti meccanismi generatori di coppia comprendono:

- un primo e un secondo corpo rigido meccanicamente connessi tramite un’articolazione con asse fisso rispetto a entrambi;

- una prima, una seconda ed una terza puleggia folle, i cui assi sono tra loro paralleli e disposti ai vertici di un triangolo, essendo gli assi della prima e della terza puleggia solidali a detto primo corpo rigido, l’asse della seconda solidale a detto secondo corpo rigido e l’asse della terza collineare con l’asse di articolazione di detto secondo corpo rigido rispetto a detto primo corpo rigido;

- un elemento elastico lineare passivo avente una prima estremità connessa a detto primo corpo rigido;

- un cavo inestensibile o tendine, che si avvolge esternamente sulle tre pulegge e ha la prima estremità connessa a detto primo corpo rigido e la seconda estremità connessa alla seconda estremità dell’elemento elastico.

In tal modo è possibile riprodurre l’azione meccanica di un elemento elastico lineare con lunghezza a riposo pari a zero, connesso direttamente sugli assi della prima e della seconda puleggia. Inoltre, tale azione meccanica produce una coppia in corrispondenza dell’asse di articolazione del secondo corpo rigido rispetto al primo, tale da equilibrare una forza agente su un punto appartenente alla congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della seconda puleggia, essendo tale forza invariante, sia per intensità che per orientazione, rispetto a detto primo corpo rigido, al variare della posizione relativa di detto secondo corpo rigido rispetto al primo. In particolare, la direzione della forza equilibrata è parallela alla congiungente degli assi della prima e della terza puleggia e l’intensità della forza è direttamente proporzionale alla distanza dell’asse della terza puleggia rispetto all’asse della prima.

Al fine di modificare l’intensità e l’orientazione della forza di interazione, è, dunque, sufficiente modificare la distanza dell’asse della prima puleggia rispetto all’asse della terza e la direzione della congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza, ed esempio mediante motori, preferibilmente in modo automatico.

In una possibile forma realizzativa, detto meccanismo pluriarticolato comprende:

- una prima porzione mobile articolata alla porzione di base mediante l’articolazione di base

- una seconda porzione mobile che funge da porzione di interazione con l’arto di un utilizzatore in modo da fornire detto punto di contatto,

- una seconda articolazione, che connette girevolmente la porzione di interazione con la prima porzione mobile, essendo l’asse della articolazione di base e l’asse della seconda articolazione ortogonali e incidenti in un punto, distinto da detto punto di contatto;

-in cui detta seconda porzione mobile, che funge da porzione di interazione, ha detto punto di contatto che non cade sull’asse della seconda articolazione e, quindi, una distanza non nulla esiste tra l’asse di detta seconda articolazione e detto punto di contatto,

detto meccanismo specchio comprende:

- una porzione di base specchio coincidente o solidale con la porzione di base del meccanismo pluriarticolato,

- una prima porzione mobile specchio girevolmente connessa alla porzione di base specchio mediante un primo giunto di articolazione specchio

- una seconda porzione mobile specchio girevolmente connessa alla prima mobile specchio mediante un secondo giunto di articolazione specchio

-in cui gli assi di detto primo e detto secondo giunto di articolazione specchio sono ortogonali e incidenti in detto punto di articolazione specchio;

detti mezzi di trasmissione comprendono:

- una prima puleggia condotta e una puleggia folle, aventi entrambi assi coincidenti con l’asse di detta articolazione di base, in cui detta prima puleggia condotta è solidale con detta prima porzione mobile di detto meccanismo pluriarticolato;

- una seconda puleggia condotta coassiale con l’asse di detta seconda articolazione del meccanismo pluriarticolato e solidale con la porzione di interazione del meccanismo pluriarticolato;

- eventuali pulegge folli secondarie montate sulla prima porzione mobile del meccanismo pluriarticolato; - una prima puleggia condotta specchio e una puleggia folle specchio, coassiali con l’asse di detto primo giunto di articolazione di detto meccanismo specchio ed essendo detta prima puleggia condotta specchio solidale con detta prima porzione mobile specchio; - una seconda puleggia condotta specchio, avente asse allineato all’asse di detta seconda articolazione del meccanismo specchio e essendo detta seconda puleggia condotta specchio solidale con detta seconda porzione mobile specchio;

- eventuali pulegge folli specchio secondarie, montate alla prima porzione mobile specchio;

- cavi inestensibili che si avvolgono su dette pulegge condotte e folli del meccanismo pluriarticolato e del meccanismo specchio in modo da realizzare due trasmissioni meccaniche indipendenti, delle quali la prima trasmette la coppia generata su detta prima puleggia condotta specchio a detta prima puleggia condotta del meccanismo pluriarticolato, e la seconda trasmette la coppia generata su detta seconda puleggia condotta specchio a detta seconda puleggia condotta del meccanismo pluriarticolato,

-in cui le pulegge folli secondarie e le pulegge folli specchio secondarie deviano i cavi inestensibili in modo che siano sempre in contatto con le pulegge folli e condotte durante tutti i movimenti possibili di detto meccanismo pluriarticolato.

Affinché sia garantito che l’orientazione del segmento cinematico di detto meccanismo pluriarticolato, rispetto a detto primo sistema di riferimento , sia sostanzialmente uguale all’orientazione del corrispondente segmento cinematico di detto meccanismo specchio, rispetto a detto secondo sistema di riferimento, per tutti i movimenti possibili del meccanismo pluriarticolato, è necessario che i diametri primitivi di dette pulegge condotte e folli, siano identici alle corrispondenti pulegge condotte specchio e pulegge folli specchio.

In questo esempio di applicazione del metodo è necessario l’impiego di un solo meccanismo generatore di coppia, in quanto il meccanismo pluriarticolato pur avendo due porzioni mobili ha un solo segmento cinematico di lunghezza non nulla, ossia quello relativo alla seconda porzione mobile del meccanismo pluriarticolato. Il segmento cinematico relativo alla prima porzione mobile, infatti, ha lunghezza nulla, in quanto gli assi adiacenti di questa porzione mobile sono tra loro incidenti in un punto. Corrispondentemente, il meccanismo specchio avrà un solo segmento cinematico specchio di lunghezza non nulla..

Vantaggiosamente, affinché il meccanismo generatore di coppia possa generare una coppia di bilanciamento congruente con la forza di interazione richiesta, la congiungente dell’asse della terza puleggia con l’asse della seconda puleggia del generatore di coppia è parallela al segmento specchio ad esso associato e la congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza puleggia è parallela alla direzione specchio della forza di interazione, ovvero parallela a quella direzione la cui orientazione rispetto a detto secondo sistema di riferimento è uguale all’orientazione della forza di interazione richiesta rispetto a detto primo sistema di riferimento.

Nella suddetta forma realizzativa, questa condizione può essere ottenuta connettendo il secondo corpo rigido del meccanismo generatore di coppia con la seconda porzione mobile del meccanismo specchio, tramite una prima articolazione di connessione avente asse parallelo con la congiungente dell’asse della seconda puleggia del meccanismo generatore di coppia con l’asse della sua terza puleggia, e connettendo il primo corpo rigido del meccanismo generatore di coppia con la porzione di base del meccanismo pluriarticolato, tramite una seconda articolazione di connessione avente asse parallelo alla congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza puleggia del meccanismo generatore di coppia e parallela alla direzione specchio della forza di interazione richiesta, essendo gli assi di detta prima e detta seconda articolazione di connessione incidenti in un punto coincidente con l’estremo fisso del segmento cinematico del meccanismo specchio di competenza del meccanismo generatore di coppia.

Come detto, la direzione della forza di interazione e, quindi, l'orientazione di detta congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza puleggia di detto meccanismo generatore di coppia può essere modificato tramite detti mezzi per modificare la direzione della forza di interazione. Per consentire una modifica arbitraria di tale direzione nello spazio tridimensionale, è sufficiente che questi mezzi consentano rotazioni di detta congiungente, rispetto alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato, intorno a due assi non paralleli a detta congiungente e tra loro incidenti in un punto appartenente a detta congiungente e coincidente con l’estremo fisso del segmento cinematico associato al generatore di coppia.

In una possibile realizzazione i mezzi per modificare la direzione della forza di interazione comprendono un meccanismo a cinematica seriale dotato di due gradi di libertà rotazionali, aventi assi tra loro incidenti in un punto coincidente con l’estremo fisso del segmento cinematico del meccanismo specchio. Vantaggiosamente, tale assi di rotazione sono ortogonali.

In un’ altra possibile realizzazione del meccanismo generatore di coppia, il circuito del cavo inestensibile è realizzato in due tratti distinti, il primo tratto connettendo la prima puleggia con la seconda puleggia, il secondo tratto connettendo la seconda puleggia con la terza puleggia. Inoltre la seconda puleggia è realizzata con due pulegge distinte, una puleggia madre e una figlia tra loro solidali e aventi assi di rotazione coincidenti ma piani delle gole di alloggiamento del cavo distinti e spostati in direzione assiale. Infine il piano della gola di alloggiamento del cavo della prima puleggia è allineato al piano di alloggiamento della gola di detta puleggia madre della seconda puleggia, mentre la terza puleggia è allineato a detta puleggia figlia della seconda puleggia in modo da consentire che l’ingombro della prima puleggia non interferisca con l’ingombro della terza puleggia, quando sono richiesti valori piccoli dell’ intensità della forza di interazione o un cambiamento del verso della forza di interazione.

Questa forma realizzativa consente di regolare in modo completo l’intensità forza di interazione, in quanto consente di ottenere valori positivi, nulli o negativi di tale intensità.

In una ulteriore possibile forma realizzativa, detto meccanismo pluriarticolato comprende:

- una prima porzione mobile articolata alla porzione di base mediante l’articolazione di base;

- una seconda porzione mobile articolata alla prima porzione mobile mediante una seconda articolazione; - una terza porzione mobile articolata alla seconda porzione mobile mediante una terza articolazione;

- una quarta porzione mobile articolata alla terza porzione mobile mediante una quarta articolazione, in cui detta quarta porzione mobile funge da porzione di interazione con l’arto di un utilizzatore in modo da fornire detto punto di contatto,

in cui:

- detta articolazione di base e dette seconda e terza articolazione hanno assi a due a due ortogonali e incidenti in uno stesso punto di incidenza,

- detta quarta articolazione ha asse parallelo all’asse della terza articolazione in modo che la minima distanza tra l’asse di detta terza e detta quarta articolazione rappresenti un primo segmento cinematico di lunghezza non nulla,

- detta quarta porzione mobile funge da porzione di interazione e detto punto di contatto solidale con la porzione di interazione non cade sull’asse della quarta articolazione,per cui il segmento cinematico relativo alla quarta porzione mobile risulta anch’esso non nullo. Pertanto il meccanismo pluriarticolato ha solamente due segmenti cinematici non nulli e, pertanto, necessita, di soli due generatori di coppia;

in cui detto meccanismo specchio comprende

- una porzione di base specchio coincidente o solidale con la porzione di base del meccanismo pluriarticolato,

- una prima porzione mobile specchio girevolmente connessa alla porzione di base specchio tramite un primo giunto di articolazione specchio;

- una seconda porzione mobile girevolmente connessa alla seconda porzione di base specchio tramite un secondo giunto di articolazione specchio;

- una terza porzione mobile girevolmente connessa alla seconda porzione mobile specchio tramite un terzo giunto di articolazione specchio;

- una quarta porzione mobile specchio girevolmente connessa alla seconda porzione mobile specchio tramite un quarto giunto di articolazione specchio; - in cui gli assi di detti primo, secondo e terzo giunto di articolazione sono a due a due ortogonali e incidenti in uno stesso punto di incidenza, mentre l’asse di detto quarto giunto di articolazione è parallelo all’asse di detto terzo giunto di articolazione e passante per detto punto di incidenza in cui detti mezzi di trasmissione della coppia comprendono:

- pulegge condotte solidali con le rispettive porzioni mobili di detto meccanismo pluriarticolato;

- pulegge condotte specchio solidali con dette porzioni mobili specchio

- quattro cavi inestensibili che si avvolgono su dette pulegge condotte e su pulegge folli del meccanismo pluriarticolato e del meccanismo specchio in modo da realizzare altrettante trasmissioni meccaniche indipendenti, per trasmettere le coppie generate su dette pulegge condotte specchio alle rispettive pulegge condotte del meccanismo pluriarticolato, in cui le pulegge folli del meccanismo pluriarticolato e del meccanismo specchio deviano i cavi inestensibili in modo che siano sempre in contatto con le pulegge folli e condotte durante tutti i movimenti possibili di detto meccanismo pluriarticolato,

ed in cui detti mezzi per generare le forze di bilanciamento comprendono due generatori di coppia indipendenti, il primo connesso alla terza porzione mobile in un punto distinto da detto punto di incidenza e il secondo connesso alla quarta porzione mobile in un punto distinto da detto punto di incidenza.

In particolare, un siffatto meccanismo è utilizzabile per realizzare un esoscheletro per l’arto superiore, comprendendo l’abduzione-adduzione della spalla, la rotazione della spalla, la flessione della spalla e la flessione del gomito. In questo caso, il meccanismo pluriarticolato ha quattro gradi di libertà, ma la sua cinematica è caratterizzata da due soli segmenti cinematici, e il secondo segmento comprende l’elemento di interazione. Infatti, gli assi delle prime tre articolazioni sono incidenti in un punto, l’asse della quarta articolazione non è passante per tale punto e il punto di contatto dell’elemento di interazione non cade sull’asse dell’ultima articolazione.

Il meccanismo specchio ha lo stesso numero di articolazioni del meccanismo pluriarticolato, la stessa orientazione relativa degli assi di articolazione e lo stesso numero di segmenti specchio.

Il meccanismo specchio è configurato in modo tale che entrambi i suoi segmenti specchio sono girevolmente connessi alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato in corrispondenza del punto di articolazione specchio. Viceversa il meccanismo pluriarticolato ha soltanto il primo segmento cinematico articolato alla articolazione di base mentre il secondo segmento cinematico ha entrambe le estremità mobili.

Anche in questo caso, mezzi di trasmissione preferibilmente comprendenti pulegge folli e condotte e cavi inestensibili, sono utilizzati per garantire che l’orientazione dei segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato rispetto al primo sistema di riferimento siano sostanzialmente uguali alle orientazioni dei corrispondenti segmenti cinematici del meccanismo specchio rispetto al secondo sistema di riferimento.

In questo esempio di applicazione del metodo di attuazione, avendo il meccanismo pluriarticolato due segmenti cinematici, sono necessari due generatori di coppia distinti, ognuno di essi associato ad un solo segmento cinematico e connesso sia al meccanismo specchio che alla porzione di base del meccanismo pluriarticolato.

In una prima forma realizzativa del meccanismo specchio relativo al meccanismo pluriarticolato avente quattro articolazioni, considerato come esempio applicativo del metodo di attuazione oggetto dell’invenzione, gli estremi fissi dei due segmenti cinematici del meccanismo specchio coincidono tra loro e con l’intersezione delle prime tre articolazioni del meccanismo specchio.

Vantaggiosamente, ognuno dei due generatori di coppia utilizzati comprende una molla a spirale.

Sempre vantaggiosamente, i mezzi per modificare l’intensità e la direzione della forza comprendono un totale di quattro motori, di cui i primi due sono comandati in modo sincrono per modificare l’intensità della forza e gli altri due sono comandati in modo indipendente per modificare la sua orientazione. In particolare, ognuno dei primi due motori è associato ad un solo generatore di coppia ed è utilizzato per modificare la distanza della prima puleggia rispetto alla terza puleggia del generatore di coppia di propria competenza, mentre gli altri due sono utilizzati per modificare la congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza puleggia di entrambi i generatori di coppia.

Vantaggiosamente, almeno uno di due assi di orientamento è realizzato con un meccanismo a centro remoto di rotazione costituito da una guida circolare. In tal modo, viene creato spazio per alloggiare i meccanismi generatori di coppia. In tal caso, i due meccanismi generatori di coppia sono disposti sostanzialmente ad incastro l’uno rispetto all’altro in una zona centrale di detta guida circolare.

In tal modo si hanno vantaggi dal punto di vista degli ingombri e dei pesi delle porzioni mobili del meccanismo pluriarticolato è evidente, in quanto tali elementi devono unicamente soddisfare le esigenze strutturali e alloggiare i componenti delle trasmissioni meccaniche (pulegge e cavi), mentre i componenti di attuazione sia passivi che attivi sono posizionati remotamente rispetto all’arto dell’utilizzatore.

In una seconda forma realizzativa del meccanismo specchio relativo al meccanismo pluriarticolato avente quattro articolazioni, considerato come secondo esempio applicativo del metodo di attuazione oggetto dell’invenzione, gli estremi fissi dei due segmenti cinematici del meccanismo specchio non coincidono ma sono spazialmente separati. In questo modo risulta più semplice il disegno dei meccanismi generatori di coppia, in quanto si riduce la possibilità di interferenze tra loro durante i movimenti del meccanismo pluriarticolato.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà ora illustrata con la descrizione che segue di una sua forma realizzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

‐ la figura 1A mostra un generico braccio che ruota attorno ad un punto di articolazione e sul quale grava una forza che è bilanciata mediante un meccanismo generatore di coppia a molla disposto tra un determinato punto del braccio e un supporto fisso;

‐ la figura 1B mostra un meccanismo generatore di coppia a molla applicato al braccio di figura 1A e in grado di fornire una lunghezza a riposo pari a zero.

la figura 2 mostra un generico braccio di un meccanismo pluriarticolato costituiti da catene seriali di n link realizzati come il braccio di figura 1A,

la figura 3 mostra un meccanismo pluriarticolato costituiti da catene seriali di tre link in corrispondenza dell’ultimo dei quali è applicata una forza F,

la figura 4A mostra uno schema del dispositivo di attuazione secondo l’invenzione in cui sono visibili il meccanismo pluriarticolato di figura 3 e un meccanismo specchio tra loro collegati mediante mezzi di trasmissione;

la figura 4B mostra una variante dello schema di figura 4A con l’aggiunta al meccanismo specchio di mezzi di variazione dell’intensità della forza;

la figura 4C mostra una variante dello schema di figura 4A con l’aggiunta al meccanismo specchio di mezzi di variazione dell’orientamento della forza;

la figura 4D mostra una variante dello schema di figura 4A con l’aggiunta al meccanismo specchio di mezzi di variazione dell’orientamento della forza e della intensità della forza;

la figura 5 mostra una cinematica elementare di un meccanismo pluriarticolato a due gradi di libertà che è possibile equilibrare mediante l’invenzione;

la figura 6 mostra un meccanismo specchio con due segmenti specchio e una trasmissione mediante pulegge per collegare i due segmenti specchio in modo da trasmettere forze ed angoli ad esempio al meccanismo di figura 5;

la figura 7 mostra un generatore di coppia passivo con molla tradizionale e lunghezza a riposo zero analogo a quello mostrato in figura 2;

la figura 8 mostra un meccanismo di orientamento a due gradi di libertà, per modificare l'orientamento e/o l’intensità della forza del generatore di coppia passivo di figura 7;

la figura 9 mostra il meccanismo specchio di figura 6 completo del generatore di coppia passivo di figura 7 e del meccanismo per modificare l'orientamento e/o l’intensità della forza di figura 8;

la figura 10 mostra un braccio antropomorfo con quattro gradi di libertà e due segmenti invarianti;

la figura 11 mostra una possibile implementazione di un meccanismo specchio avente le funzioni schematicamente per un meccanismo pluriarticolato funzionante come quello schematizzato in figura 10;

la figura 12 mostra un primo generatore passivo di coppia per un meccanismo specchio come da figura 11; la figura 13 mostra un secondo generatore passivo di coppia per un meccanismo specchio come da figura 11; la figura 14 mostra un possibile meccanismo di orientamento, applicabile ad un meccanismo specchio come da figura 11;

la figura 15 mostra il meccanismo specchio di figura 11 completo del generatore di coppia passivo di figura 13 e 13 e del meccanismo di orientamento di figura 14; la figura 16 mostra è mostrato un esoscheletro indossato su un braccio di un operatore e con un supporto a zaino per portare un meccanismo specchio; la figura 17 mostra parzialmente l’esoscheletro di figura 16 con dettaglio sui segmenti cinematici;

la figura 18 mostra in dettaglio l’esoscheletro di figura 16.

Descrizione di forme realizzative esemplificative Con riferimento alla figura 1A, considerando un generico braccio o segmento 1, avente un punto di articolazione O sul quale grava una forza F in corrispondenza del punto G, ad esempio il peso di una massa m, un meccanismo generatore di coppia può comprendere una molla 8 connessa tra:

‐ un punto Q del segmento che connette il punto di articolazione O e il punto G dove si vuol generare la forza F; si nota che in figura 1A il suddetto segmento è il braccio 1, ma potrebbe essere diverso dal braccio 1 se quest’ultimo fosse un corpo rigido avente forma diversa da un segmento;

‐ un punto P che cade sulla retta passante per il punto di articolazione O e parallela alla direzione 4 della forza F che si vuol generare; si nota che in figura 1A la forza F è schematizzata come la forza peso di una massa m, ma può essere una forza di direzione 4 qualsiasi.

Un aspetto notevole di questa configurazione, già messa in evidenza dal sopra citato articolo di Herder et al., è che è possibile rendere l’equilibrio indipendente dall’angolo θ tra il segmento o braccio 1 e la direzione del segmento OP parallela alla direzione 4. Infatti, applicando la forza F nel punto G distante l dal punto O, indicando con a e b rispettivamente i segmenti OP e OQ, per l’equilibrio alla rotazione attorno al punto O risulta necessario rispettare la relazione:

k*a*b = F*l [1]

che è indipendente da θ purché la molla 8, la cui rigidezza è indicata con k abbia lunghezza a riposo zero.

Per creare un meccanismo generatore di coppia passivo che si basa su un tale vantaggioso principio, è possibile anche utilizzare, in modo mostrato in figura 1B:

‐ una molla standard 80, ovvero una molla avente lunghezza a riposo diversa da zero e avente una caratteristica di forza proporzionale al suo allungamento/ accorciamento;

‐ un opportuno sistema cavo-pulegge comprendente:

‐ una puleggia 81 in corrispondenza di detto punto P, ‐ una puleggia 82 in corrispondenza di detto punto Q, ‐ una puleggia 83 in corrispondenza di detto punto di articolazione O,

‐ un cavo 35 passante per ciascuna delle tre pulegge 81-83, ad un’estremità fissato ad una delle pulegge, ad esempio la puleggia 81, e all’altra estremità collegato alla molla 80.

In tal modo, il tratto PQ ha la risposta elastica della molla 80, e ha lunghezza a riposo pari a zero, essendo un tratto di cavo inestensibile.

Lo schema di figura 1A, e della equivalente figura 1B, può essere esteso a casi di meccanismi pluriarticolati costituiti da catene seriali di n link come quello mostrato in figura 2. Tale generico link di una catena seriale ha lunghezza li, con i che va da 1 a n, e ad esso può essere applicata una generica forza da equilibrare Fiin corrispondenza di un suo generico punto.

Tali meccanismi pluriarticolati possono essere equilibrati globalmente utilizzando per ogni link una molla, montata con le modalità prima descritte, ad avente costante elastica kiopportunamente calcolata. Nel caso particolare che al meccanismo pluriarticolato sia applicata un’unica forza F in corrispondenza di un predeterminato segmento, ad esempio un end-effector situato su un segmento terminale della catena seriale, ogni costante elastica ki risulta ottenibile con la formula [1].

Seguendo questo schema, tuttavia, per ogni segmento i di detta catena seriale e al variare della configurazione della stessa, sarebbe necessario che i rispettivi punti Pi di ogni segmento i si trovino ad una distanza aisulla retta passante per il rispettivo punto di articolazione Oie parallela alla direzione della forza Fiche si vuol generare, e che tale direzione sia costante al variare della configurazione della catena. Tutte queste condizioni sono molto complesse da attuare nella pratica, dato che sarebbe necessario soddisfarle per ogni configurazione del meccanismo pluriarticolato. Pertanto, per un generico meccanismo pluriarticolato questa impostazione rimane valida solo sul piano teorico.

Infatti, anche nel caso più semplice di figura 3, di un meccanismo pluriarticolato 10, avente una porzione di base S, una prima articolazione O e soli tre link, 1, 2, 3 di lunghezza l1, l2, l3, che formano una cinematica seriale, con forza F applicata ad esempio all’estremità del link 3, ad esempio in corrispondenza di un elemento di interazione non mostrato, il suddetto schema di bilanciamento passivo sarebbe di difficile applicazione, anche nell’ipotesi semplificativa che la forza F da equilibrare agente sul link 3 fosse costante in direzione e intensità.

Secondo l’invenzione, in figura 4A è mostrato in modo schematico un metodo di attuazione ed un relativo dispositivo, che risolve il suddetto problema.

Il meccanismo pluriarticolato 10, semplificato a un numero di tre link come in figura 3, comprende un supporto ed una pluralità di segmenti l1, l2, l3tra loro connessi in modo da conferire al meccanismo pluriarticolato un determinato numero di gradi di libertà, e connessi mediante un giunto articolato ad un supporto non mostrati, ad esempio l’origine del segmento l1, che definisce un primo sistema di riferimento x,y,z. Esso inoltre comprende una porzione, ad esempio l’estremità del link 3, atta a supportare un carico F con una determinata direzione di carico in corrispondenza della porzione di interazione. Tale porzione di interazione può essere ad esempio l’endeffector di un braccio robotico, ad esempio come mostrato successivamente in figura 16.

Come segmenti cinematici del meccanismo pluriarticolato possono essere considerati proprio i link, che hanno lunghezze l1, l2, l3invarianti con il movimento del meccanismo pluriarticolato e sono tali da connettere un punto solidale con il supporto e il predefinito punto di applicazione del carico, ad esempio il punto di contatto di un esoscheletro pluriarticolato con un arto di un utilizzatore.

Un metodo di attuazione secondo l’invenzione (figura 4A) prevede, in una prima fase, di predisporre un “meccanismo specchio” 30 comprendente un numero di segmenti specchio l’1, l’2, l’3pari al numero di segmenti 1,2,3 del meccanismo pluriarticolato 10. Il meccanismo specchio 30 ha un corrispondente giunto articolato specchio O’ connesso ad un secondo supporto che definisce un secondo sistema di riferimento x’,y’,z’. In aggiunta, sono previsti mezzi di collegamento 20 tra il meccanismo pluriarticolato 10 e il meccanismo specchio 30 che mantengono l’orientamento di ciascuno dei segmenti cinematici l1, l2, l3rispetto al primo sistema di riferimento x,y,z uguale all’orientamento di ciascuno dei segmenti specchio l’1, l’2, l’3rispetto al secondo sistema di riferimento x’,y’,z’, per ogni movimento del meccanismo pluriarticolato rispetto al giunto articolato. Ad esempio, tali mezzi di collegamento possono essere pulegge e cavi, che fanno replicare ogni movimento dei segmenti l1, l2, l3da parte dei segmenti specchio l’1, l’2, l’3.

La successiva fase prevede quindi di generare un sistema di forze di bilanciamento sul meccanismo specchio 30, in modo che essa sia poi trasmessa al meccanismo pluriarticolato 10 mediante i mezzi di trasmissione 20. Tale forza è fornita da molle di opportune costanti elastiche k1, k2, k3. Nello schema base di figura 4A, è possibile quindi equilibrare una forza costante F agente in un punto del terzo link di un meccanismo pluriarticolato 10, per qualsiasi orientamento dei link l1, l2, l3, predisponendo un meccanismo specchio 30 con link specchio l’1, l’2, l’3che:

‐ hanno dimensione proporzionale ai link l1, l2, l3;

‐ hanno la medesima distanza a della loro origine comune O’ dal punto P’;

‐ hanno orientazione rispetto al sistema x’y’z’ sostanzialmente uguale a quella che hanno i link l1, l2, l3rispetto al sistema xyz;

‐ sono soggetti a forze passive date da molle k1’, k2’, k3’ che obbediscono alla legge [1] e hanno lunghezza a riposo nulla;

‐ restituiscono ai link l1, l2, l3attraverso i mezzi di trasmissione le forze di bilanciamento generate dalle molle.

Utilizzando molle normali, che non hanno lunghezza a riposo nulla, il principio fisico vantaggiosamente sfruttato non sarebbe sempre valido. Tuttavia, utilizzando lo schema di figura 1B per la generazione della forza di bilanciamento passiva, si ha un comportamento come se la lunghezza a riposo della molla fosse nulla, permettendo uno sfruttamento della legge [1].

Si nota che i link specchio non hanno necessariamente lunghezza uguale ai link del meccanismo pluriarticolato. Questo permette di avere forme ridotte del meccanismo specchio 30 rispetto al meccanismo pluriarticolato 10, trovando un giusto compromesso tra la costante elastica delle molle e la lunghezza dei link specchio.

Nel caso la forza F non sia costante, in orientamento e/o in intensità, è possibile aggiungere mezzi di variazione della intensità della forza, o mezzi di variazione dell’orientamento della forza, o entrambi, che modificano rispettivamente la distanza a pari alla lunghezza O’P’, o l’orientamento del segmento O’P’, o entrambi. Infatti, come sopra detto, affinché la relazione [1] sia applicabile, è necessario che la forza da equilibrare sia parallela alla direzione del segmento OP, e che la distanza OP non vari. Se la forza varia in intensità o direzione, la distanza OP o la sua direzione vanno fatte variare di conseguenza.

In particolare, come mostrato in figura 4B, 4C, 4D, può essere prevista una fase di modifica attuata attraverso mezzi scelti tra:

‐ mezzi per modificare dell’intensità della forza 40 (Fig.4B), che rispetto ad O’ spostano il punto P’ in un punto P’*, senza modificare l’orientamento originale di O’P’,

‐ mezzi per modificare dell’orientazione della forza 45 (Fig.4C), che modificano l’orientamento di O’P’ senza variare la distanza di P’ rispetto ad O’, spostano il punto P’ in un punto P’**,;

‐ o una loro combinazione (Fig.4D), per modificare sia l’orientamento di O’P’ che la distanza di P’ rispetto ad O’, come qui sopra definito.

In tal modo, il meccanismo specchio 30 fornisce al meccanismo pluriarticolato 10 le forze di bilanciamento richieste, sia nel caso in cui le forze da bilanciare siano costanti in direzione e intensità, sia nel caso in cui vari l’intensità e/o l’orientamento della forza da bilanciare, quale un rispettivo carico con intensità e/o direzione di carico variabile.

Gli schemi di figure 4A-4D possono essere quindi realizzati praticamente, superando le difficoltà teoriche sopra evidenziate, per bilanciare con forze passive i carichi agenti su un meccanismo pluriarticolato. Inoltre, gli schemi di figure 4A-4D sono applicabili per qualsiasi numero di link della catena cinematica seriale del meccanismo pluriarticolato.

Le forze di bilanciamento sono date totalmente da elementi passivi, ossia ad esempio le molle k’1, k’2, k’3e sono trasmesse dal meccanismo specchio 30 ai segmenti del meccanismo pluriarticolato 10 mediante i mezzi di trasmissione 20, costituiti ad esempio da cavi e da pulegge.

Per la variazione della intensità della forza e/o dell’orientamento della forza possono essere utilizzati i rispettivi mezzi 40 e 45 di figure 4B, 4C, 4D, ad esempio motori. Va precisato che tali motori non rendono il meccanismo specchio un meccanismo attivo. Infatti i mezzi 40 e/o 45 spostano soltanto il punto P’, senza contribuire a generare le forze di bilanciamento, che vengono sempre generate, negli esempi finora fatti, dalle molle e trasmesse dalle pulegge e dai cavi. Pur essendo presenti dei motori, si tratta di organismi di controllo del sistema, e non di attuatori, che generano forze o coppie necessarie per il bilanciamento.

Facendo ora riferimento alla figura 5, in essa è mostrata una cinematica elementare di un meccanismo pluriarticolato 10 a due gradi di libertà che è possibile equilibrare mediante l’invenzione. In tal caso, per semplificare la rappresentazione, un primo asse 11 ed un secondo 12 asse rappresentano due gradi di libertà del meccanismo pluriarticolato generico 10, ortogonali ed incidenti in un punto 13. Il primo asse 11 ruota attorno ad una articolazione di base che è solidale ad una porzione di base non mostrati.

Con riferimento alla figura 6, per bilanciare la forza F secondo una applicazione dell’invenzione, anziché disporre mezzi di bilanciamento passivi sul meccanismo pluriarticolato 10, è possibile creare un meccanismo specchio con due segmenti specchio 14’ e 15’ omologhi, e collegare i due segmenti specchio 14’ e 15’ in modo da trasmettere, con cavi e pulegge, gli angoli compiuti dai segmenti specchio 14’ e 15’ ai segmenti 14 e 15.

In particolare, figura 6 sono mostrati i segmenti specchio 14’ e 15’ che possono essere connessi ai relativi link del meccanismo articolato 10 di figura 5, con i link specchio girevoli attorno agli assi 11’ e 12’ incidenti nel centro di articolazione 13’.

In particolare, sono previsti quattro cavi o tendini 25, due per ogni grado di libertà, che provengono in modo non mostrato dal meccanismo articolato 10, di cui in figura 6 per semplicità ne è mostrato solo uno. Più precisamente, i tendini 25 relativi al primo grado di libertà 11 del primo segmento 14 del meccanismo articolato 10 di figura 5 guidano la prima puleggia 51 relativa al primo grado di libertà 11’ del meccanismo specchio 30. Analogamente, i tendini relativi al secondo grado di libertà 12 del secondo segmento 15 del meccanismo articolato 10 guidano la seconda puleggia 52 relativa al secondo grado di libertà del meccanismo specchio 30, e sono guidati per mezzo di ulteriori pulegge folli 55.

Risulta quindi che ogni puleggia condotta 51 e 52 è collegata a un segmento, rispettivamente 14 e 15, così che l’intera cinematica possa essere replicata in orientamento.

Il meccanismo specchio va poi completato da un generatore di coppia passivo 40 (fig. 7) e può comprendere un meccanismo di orientamento (fig. 8) a due gradi di libertà, per modificare l'orientamento e/o l’intensità della forza in base a quella agente sul link 15, ad esempio l’end-effector di un arto robotico, per ottenere infine il meccanismo specchio 30 di figura 9.

Il generatore di coppia passivo 40, mostrato in figura 7, è un possibile meccanismo che genera la coppia richiesta per bilanciare la forza esterna F di figura 5. In particolare, il generatore di coppia 40 è composto da due segmenti rigidi 41, 42 articolati in 43 intorno all'asse 45.

Con riferimento alla figura 7, il segmento 41 può ruotare liberamente rispetto ad un telaio fisso non mostrato, attorno ad un asse di rotazione 44 la cui direzione corrisponde a quella della forza specificata F. L'asse di rotazione 44 e l'asse di rotazione 45 (che sono perpendicolari), e l'asse della coppia interna di rotazione definito dal segmento 42, si intersecano al centro 13’ del meccanismo specchio 100 completo, come visibile in figura 9,

Inoltre, in modo analogo allo schema di figura 1B, il generatore di coppia 40 di figura 7, comprende tre pulegge 81, 82 e 83 disposte ai vertici di un triangolo. In aggiunta, la puleggia mobile 81 può traslare lungo la direzione dell'asse di rotazione 44, per la variazione dell’intensità della forza, mentre la puleggia fissa folle 83 ha un asse allineato con l'asse 45 e la puleggia mobile 82 ha un asse che può ruotare intorno all’asse 45 del secondo segmento rigido 42.

Un cavo inestensibile 35 è attaccato con una prima estremità 35a alla puleggia mobile 81 mentre con l’estremità opposta 35b è collegato ad un elemento elastico 80. L’elemento elastico 80 è a sua volta collegato mediante una estremità 80a, opposta all’estremità 35b, ad un punto che è parte integrante con il primo segmento rigido 41.

L'orientamento dell'asse di rotazione 44 del generatore di coppia 40, quando montato nel meccanismo specchio completo 100 di figura 9, può essere modificato utilizzando il meccanismo di orientamento 50 di figura 8, composto da due attacchi rigidi 61 e 62 articolati intorno ad un asse 45’. Il primo attacco 61 può ruotare rispetto ad un telaio fisso, non mostrato, intorno all'asse 44’ che è allineato con il primo asse 44 del meccanismo specchio di figure 7 e 9. Quindi il meccanismo di orientamento 50 ha due gradi di libertà e può essere azionato da due motori indipendenti, non mostrati in figura, per modificare l'orientamento della forza sull’end-effector dell'arto robotico.

Combinando tutti gli elementi di figure 6-8, otteniamo il meccanismo specchio completo 100 come sistema globale di attuazione di forze di bilanciamento passive, mostrato in Figura 9.

Sempre secondo l’invenzione, è possibile bilanciare un braccio antropomorfo 10 con quattro gradi di libertà schematizzato in figura 10. Il meccanismo pluriarticolato 10 può ad esempio replicare l’abduzione-adduzione della spalla, asse 21, la rotazione della spalla, asse 22, la flessione della spalla, asse 23, e la flessione del gomito, asse 24. È inoltre necessario evidenziare che gli assi 21, 22, 23 dei primi tre gradi di libertà hanno un punto comune 27, ossia il centro della spalla. Quindi, sono sufficienti i soli due segmenti rigidi 16 e 17 per connettere un punto fisso 27 con l’end effector, dunque essi rappresentano due segmenti cinematici di lunghezza non nulla. Il primo asse 21 ruota attorno ad una articolazione di base che è solidale ad una porzione di base non mostrati.

La cinematica mostrata nella presente figura 10 evidenzia che un unico piano β contiene il centro spalla 27 e l’end-effector 18 del segmento 17 dove viene applicata la forza F, e quindi anche i segmenti cinematici propriamente detti 16 e 17 di lunghezza L1e L2invariante rispetto al movimento del meccanismo pluriarticolato 10.

Dal momento che ogni segmento cinematico 16 e 17 contribuisce alle variazioni dell'energia potenziale rispetto alla forza applicata sull'end-effector 18, anche se il braccio possiede quattro gradi di libertà, secondo l’invenzione, nel meccanismo specchio 30 serviranno solo due elementi passivi, in tal caso molle, uno per ogni segmento cinematico.

Nelle Figure 11-15 viene mostrata una possibile implementazione di un meccanismo specchio avente le funzioni schematicamente indicate in figure 4A-4D per un meccanismo pluriarticolato come quello schematizzato in figura 10.

Il meccanismo pluriarticolato può essere costituito dall'arto robotico 10 (figura 11), formato da un primo link 16 e da un secondo link 17, che termina con un endeffector 18, dove un utente può ad esempio introdurre la mano o il polso.

Dal braccio 10, descritto in maggior dettaglio più avanti, possono provenire i tendini di collegamento 25, di cui uno solo mostrato, rinviati mediante pulegge, diretti verso il meccanismo specchio 30 che replica l’arto. Le pulegge folli 55 permettono ai cavi o tendini 25 di raggiungere le pulegge specchio di azionamento 57 e 58 relative a ciascun di grado libertà, con riferimento al centro del meccanismo ed ai segmenti specchio 16’ e 17’.

All'interno del meccanismo specchio 30 di figura 11, studiato per il meccanismo pluriarticolato 10, è previsto uno spazio per alloggiare due generatori passivi di coppia, uno per ogni segmento specchio, illustrati in maggior dettaglio nelle figure 12 e 13, dove sono indicati con 40 e 41, e illustrati in modo assemblato in figura 15.

Con riferimento alla figura 12 e 13, un generatore passivo di coppia 40, 41, per motivi di spazio e dimensioni, prevede una molla a spirale 89 invece di una molla lineare. Ovviamente i generatori passivi di coppia 40 e 41 mantengono i concetti esposti invariati, ai fini del calcolo della costante elastica k per il generatore passivo di coppia, come da relazione [1]. In particolare, i bracci 16a e 17a di figure 12 e 13 sono atti a ruotare rispettivamente attorno agli assi 21’, 24’ che nella configurazione montata di figura 15 sono gli stessi dei bracci 16’ e 17’.

In particolare, nella configurazione montata di figura 15, i bracci 16a e 17a dei meccanismi 40 e 41 sono vincolati alle rispettive estremità dei bracci 16’ e 17’ mediante rispettivi snodi 16’a e 17’a. I generatori passivi di coppia 40, 41 consentono anche la regolazione della intensità della forza. Infatti, il movimento della puleggia mobile 81 consente la regolazione del valore della distanza a, ed è ottenibile ad esempio per mezzo di un motore 90 che porta due ingranaggi conici 91 e 92 collegato ad una vite di manovra 93, a cui è collegata la puleggia mobile 81. Grazie al sistema di cavi e pulegge 35,81,86,87,88 si ottiene la realizzazione di una molla a lunghezza a riposo zero, simile a quello di figura 1A, anche se, come mostrato figure 12 e 13, le pulegge 86 e 88 sono su due piani differenti. In questo modo, è possibile, con minimo ingombro, spostare la puleggia mobile 81 in modo da avere un valore di forza positivo, negativo o nullo, e di conseguenza di ogni segno.

Lo spazio tra il motore 90 e la molla 89 consente di montare due generatori passivi di coppia 40, 41 in posizione capovolta l’uno rispetto all’altro. Infatti, in tale spazio di uno dei due generatori alloggia la molla 89 dell’altro dei due generatori di coppia, come visibile in figura 15.

In figura 14 è mostrato un possibile meccanismo di orientamento 50, che fornisce i due gradi di libertà al fine di impostare l'orientamento desiderato della forza da esercitare. L'asse di primo orientamento 22’ si realizza in modo "standard", con un supporto 53 per realizzare il relativo giunto, mentre il secondo asse 21’ è realizzato per mezzo di una guida circolare 54, sulla quale scorre un carrello 56, con una sede 56a per le pulegge di comando, con l'obiettivo di lasciare libero lo spazio attorno al secondo asse 21’, per alloggiare i due generatori di coppia 40, 41.

Combinando il meccanismo specchio 30 di figura 11, i due generatori di coppia 40,41 di figure 12 e 13, e il meccanismo di orientamento 50 di figura 14, si ottiene il meccanismo specchio completo 100 di figura 15, come sistema globale di attuazione di forze di bilanciamento passive per due segmenti cinematici a quattro gradi di libertà.

Da un punto di vista generale, il sistema globale di I M C l i attuazione di forze di bilanciamento passive 100 di figura 15 è costituito da più elementi in moto relativo tra loro in funzione dei movimenti dell'arto robotico. Il movimento dei segmenti 16’ e 17’ attorno agli assi 21’, 22’, 23’ e 24’ consente di realizzare un esoscheletro nella forma di un braccio pluriarticolato 10 in grado di seguire la maggior parte dei movimenti di un braccio umano, permettendo escursioni sufficientemente ampie per ciascun grado di libertà senza possibilità di interferenza tra loro e per qualsiasi configurazione degli arti robotici e del meccanismo di orientamento.

Il meccanismo 100 di figura 15 occupa il minimo ingombro, ed è quindi facilmente trasportabile da un utilizzatore che indossa un meccanismo pluriarticolato come esoscheletro, e può essere facilmente portato ad esempio in un supporto, ad esempio di tipo a zaino 120, come ad esempio mostrato in figura 16.

Con riferimento alle figure da 16 a 18, è mostrato un esempio di un esoscheletro indossabile su un braccio di un operatore che comprende una porzione di supporto 120 solidale con il tronco 155 dell’operatore umano 150, cioè una porzione di supporto a zaino 120 che non si muove rispetto al tronco (link 0). Inoltre, l’esoscheletro comprende un primo elemento mobile 14 atto a permettere la rotazione rispetto alla porzione di supporto 120 attorno ad un primo asse 101 che passa sostanzialmente attraverso il centro dell'articolazione della spalla nel caso del braccio, o attraverso il centro della articolazione dell'anca nel caso della gamba (non mostrato). In particolare, il primo asse 101 è sostanzialmente ortogonale al piano trasversale del tronco 155, cioè sostanzialmente ortogonale al piano che passa sostanzialmente attraverso i centri delle articolazioni delle spalle per l’arto superiore e attraverso i centri delle articolazioni dell'anca per l’arto inferiore.

Inoltre, l’esoscheletro comprende un secondo elemento mobile 15 atto a consentire la rotazione rispetto al primo elemento mobile 14 lungo un secondo asse 102 che passa sostanzialmente attraverso il centro dell'articolazione della spalla per l'arto superiore o attraverso il centro della articolazione dell'anca per l’arto inferiore e che è sostanzialmente ortogonale al primo asse 101 di rotazione del primo elemento mobile 14 rispetto alla porzione di supporto 120. In particolare, l’esoscheletro consente di ottenere l'attuazione per la rotazione del secondo elemento mobile 15 rispetto al primo elemento mobile 14 per mezzo di un meccanismo a centro di rotazione remoto.

Ad esempio, il centro di rotazione remoto può basarsi su due parallelogrammi articolati collegati tra loro, mostrati in figura 16 e 18.

In particolare, i parallelogrammi articolati si compongono di quattro segmenti rigidi 131, 132, 133 e 134 articolati tra loro e con il primo elemento mobile 14 ed il secondo elemento mobile 15, per mezzo di una pluralità di giunti di articolazione 141,142,143,144,145,146,147. Ciascun giunto di articolazione comprende un rispettivo asse di rotazione parallelo al secondo asse 102 di rotazione del secondo elemento mobile 15 rispetto al primo elemento mobile 14.

Un primo segmento rigido 131 dei quattro segmenti rigidi 131, 132, 133 e 134 ruota rispetto al primo elemento mobile 14 per mezzo di un primo giunto di articolazione 141.

Un secondo segmento rigido 132 ruota rispetto al secondo elemento mobile 15 per mezzo di un secondo giunto di articolazione 142. Il secondo elemento mobile 15 ruota rispetto al secondo elemento rigido 132 attraverso un terzo giunto di articolazione 143.

Un terzo segmento rigido 133 dei suddetti quattro collegamenti rigido, ruota rispetto al secondo elemento mobile 15 per mezzo di un quarto giunto di articolazione 144 e ruota rispetto al primo segmento rigido 131 per mezzo di un quinto giunto di articolazione 145.

Un quarto segmento rigido 134 ruota rispetto al primo elemento mobile 14 per mezzo di un sesto giunto di articolazione 146 e ruota rispetto al secondo segmento rigido 132 per mezzo di un settimo giunto di articolazione 147.

Gli assi di rotazione del primo giunto di articolazione 141 e sesto giunto di articolazione 146 ed il primo 101 e secondo asse 102 del primo 14 e secondo elemento mobile 15 appartengono ad un primo piano.

Gli assi di rotazione del terzo 143 e quarto 144 giunto di articolazione e l'asse di rotazione 101 del primo elemento mobile 14 rispetto al secondo elemento mobile 15 appartengono ad un secondo piano.

La distanza tra il primo giunto di articolazione 141 ed il secondo giunto di articolazione 142 è uguale alla distanza tra detto terzo giunto di articolazione 143 ad il primo asse 101 del primo elemento mobile 14 rispetto al secondo elemento mobile 15.

Inoltre, la distanza tra il sesto giunto di articolazione 146 ed il settimo giunto di articolazione 147 è uguale alla distanza tra il terzo giunto di articolazione 143 e l'asse di rotazione del primo elemento mobile 14 rispetto al secondo elemento mobile 15.

Ancora, la distanza tra il secondo giunto di articolazione 142 ed il terzo giunto di rotazione 143 è uguale alla distanza tra il primo giunto di articolazione 141 e l'asse di rotazione del primo elemento mobile 14 rispetto al secondo elemento mobile 15.

Infine, la distanza tra il quinto giunto di articolazione 145 ed il quarto giunto di articolazione 144 è uguale alla distanza tra il primo giunto di articolazione 141 e l'asse di rotazione del primo elemento mobile 14 rispetto al secondo elemento mobile 15.

In particolare, come mostrato in figura 16, l’esoscheletro comprende un terzo elemento mobile 16 rispetto al secondo elemento mobile 15 attorno ad un terzo asse 103 che passa sostanzialmente attraverso il centro di articolazione della spalla per l’arto superiore o attraverso il centro di articolazione dell’anca per l’arto inferiore. Il terzo asse 103 è sostanzialmente ortogonale all'asse di rotazione 102 del secondo elemento mobile 15 rispetto al primo elemento mobile 14.

In aggiunta, l’esoscheletro comprende un quarto elemento mobile 17 rispetto al terzo elemento mobile 16 attorno ad un quarto asse 104 che passa sostanzialmente attraverso il centro di articolazione della spalla per l’arto superiore o attinterazioneraverso il centro di articolazione dell’anca per l’arto inferiore. Il terzo asse 103 è sostanzialmente parallelo all'asse di rotazione 102 del terzo elemento mobile 16 rispetto al secondo elemento mobile 15.

In particolare (fig. 17) l’esoscheletro per l’arto superiore può prevede un quinto elemento mobile 125 rispetto al quarto elemento mobile 124 attorno ad un quinto asse 105 che passa sostanzialmente attraverso il centro di articolazione del gomito ed è sostanzialmente allineato con la direzione principale dell’avambraccio.

Può essere inoltre previsto un sesto elemento mobile 126 rispetto al quinto elemento mobile 125 attorno ad un sesto asse 106 che passa sostanzialmente attraverso il centro di articolazione del polso ed è sostanzialmente ortogonale con l’asse 105 del quinto elemento mobile 125 rispetto al quarto elemento mobile 17.

Può essere ancora previsto un settimo elemento mobile 127 rispetto al sesto elemento mobile 126 attorno ad un settimo asse 107 che passa sostanzialmente attraverso il centro di articolazione del polso sostanzialmente ortogonale con l’asse 106 del sesto elemento mobile 126 rispetto al quinto elemento mobile 125.

Un siffatto esoscheletro ha uno spazio di lavoro che non limita minimamente il naturale spazio di lavoro dell’arto umano, e ha un sistema di attuazione, ad esempio il meccanismo specchio completo 100 di figura 15, che può essere posizionato in remoto nello zaino 120, senza minimamente interferire con lo spazio di lavoro.

Il meccanismo specchio completo 100 con le leggere motorizzazioni necessarie soltanto per caricare la distanza e il punto di applicazione dei meccanismi passivi generatori di coppia 40 e 41, è facilmente trasportabile nello zaino 120 dall’utilizzatore 150 senza sforzi eccessivi. Grazie all’esoscheletro e al meccanismo specchio con generatori di coppia passivi presente nello zaino 120 l’avambraccio del’utilizzatore è totalmente sostenuto per qualsiasi direzione e intensità della forza agente sull’end-effector 18.

Possono essere previsti mezzi sensori (non mostrati) della intensità e dell’orientamento della forza agente sull’end effector e mezzi di controllo (non mostrati) per modificare l’intensità e l’orientamento delle forze di bilanciamento in funzione di segnali provenienti dai mezzi sensori. In tal caso, per qualsiasi forza agente sull’end effector 18, l’utilizzatore è istantaneamente e automaticamente sollevato da tale forza, in modo da applicare con efficacia l’invenzione in casi Rehabilitation Robotics, Assistive Robotics e Material Handling Robotics.

La descrizione di cui sopra di una forma realizzativa specifica è in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tale forma realizzativa specifica senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e, quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forma realizzativa specifica. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato, detto meccanismo pluriarticolato (10) comprendendo: ‐ una porzione di base (S); ‐ una articolazione di base (O), il cui asse di rotazione (11, 21) è solidale a detta porzione di base (S) e definisce un primo sistema di riferimento (x,y,z) solidale a detta porzione di base (S); ‐ una porzione di interazione (18) atta a fornire ad un arto di un utilizzatore un punto di contatto, in corrispondenza del quale è applicabile a detto arto una forza di interazione (F), avente una predeterminata intensità e orientazione rispetto a detto primo sistema di riferimento; ‐ un numero predeterminato di porzioni mobili (1,2,3,14,15,16,17) tra loro connesse tramite articolazioni (21,22,23,24,101,102,103) in modo da formare una cinematica seriale a partire da detta articolazione di base (O), in modo che la prima porzione mobile (1, 21) sia connessa a detta porzione di base (S) tramite detta articolazione di base (O) e l’ultima porzione (3, 24) mobile sia solidale a detta porzione di interazione (18), ognuna di dette porzioni mobili (1,2,3,14,15,16,17) comprendendo un segmento cinematico di lunghezza invariante rispetto a movimenti di detta porzione di interazione (18) rispetto a detta porzione di base (S), detto segmento cinematico essendo il segmento di minima distanza che connette il primo asse con il secondo asse delle articolazioni adiacenti di una porzione mobile o, nel caso dell’ultima porzione mobile, il segmento tra l’ultima articolazione e detto punto di contatto di detta porzione di interazione (18); in cui detto dispositivo di attuazione comprende - un meccanismo specchio (30) comprendente: - almeno un punto di articolazione specchio (O’) solidale a detta porzione di base (S), definente un secondo sistema di riferimento (x’,y’,z’) solidale a detta porzione di base (S), - un numero di porzioni mobili specchio e, quindi, di segmenti cinematici specchio (14’, 15’, 16’, 17’), pari al numero di porzioni mobili e segmenti cinematici di detto meccanismo pluriarticolato (10), ogni segmento cinematico specchio essendo girevolmente connesso a detta porzione di base (S) in corrispondenza di uno dei suoi due estremi e di detto punto di articolazione specchio e avendo lunghezza proporzionale alla lunghezza del corrispondente segmento cinematico del meccanismo pluriarticolato (10), secondo un fattore di proporzionalità uguale per tutti i segmenti cinematici; - mezzi per generare (k’1,k’2,k’3, 40, 80, 89) un sistema di forze di bilanciamento agenti su detti segmenti cinematici specchio (14’, 15’, 16’, 17’), - mezzi di trasmissione (25) tra detto meccanismo pluriarticolato (10) e detto meccanismo specchio (30), in cui detti mezzi di trasmissione (25) sono configurati per: - mantenere l’orientamento di ciascuno dei segmenti cinematici (1,2,3,14,15,16,17) di detto meccanismo pluriarticolato (10) rispetto a detto primo sistema di riferimento sostanzialmente uguale all’orientamento di ciascuno di detti segmenti cinematici specchio (1’,2’,3’,14’, 15’, 16’, 17’) rispetto a detto secondo sistema di riferimento, per tutti i movimenti possibili di detta porzione di interazione (18) rispetto a detta porzione di base (S), trasmettere detto sistema di forze di bilanciamento da detto meccanismo specchio (30) a detto meccanismo pluriarticolato (10), in modo da bilanciare detta forza di interazione (F) applicata in corrispondenza di detto punto di contatto di detta porzione di interazione (18). 2. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento comprendono mezzi scelti tra: - mezzi per modificare l’intensità di detta forza in funzione di variazioni dell’intensità di detto carico agente su detta porzione di interazione (18); - mezzi per modificare l’orientamento di detta forza in funzione di variazioni della direzione di detto carico agente su detta porzione di interazione (18); - una loro combinazione. 3. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 2, in cui detti mezzi per generare un sistema di forze di bilanciamento comprendono un elemento elastico passivo associato ad un predeterminato segmento cinematico specchio, detto elemento elastico passivo avendo una prima ed una seconda estremità, in cui detta prima estremità è connessa all’estremità mobile di detto segmento cinematico specchio e detta seconda estremità è connessa a un elemento di sostegno solidale con detta porzione di base (S) del meccanismo pluriarticolato (10), in particolare detti mezzi per modificare l’intensità di detta forza comprendono primi mezzi di spostamento di detto elemento di sostegno rispetto a detta porzione di base (S), in particolare atti a modificare la distanza tra detta prima e detta seconda estremità, e detti mezzi per modificare l’orientamento di detta forza comprendono secondi mezzi di spostamento di detto elemento di sostegno rispetto a detta porzione di base (S), in particolare atti a modificare la direzione della retta passante tra detta prima e detta seconda estremità. 4. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi per generare comprendono meccanismi generatori di coppia di numero uguale al numero di detti segmenti cinematici di lunghezza non nulla, ognuno di detti meccanismi generatori di coppia essendo - meccanicamente connesso a detto meccanismo specchio (30) e a detti mezzi per modificare l’intensità e/o l’orientazione della forza di interazione (F); - dotato solamente di elementi elastici passivi, - associato ad uno specifico segmento cinematico di detto meccanismo specchio. 5. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi di trasmissione (25) comprendono una pluralità di cavi inestensibili ed una pluralità di pulegge di numero pari al numero di giunti articolati di detto meccanismo pluriarticolato (10) associati ad una corrispondente pluralità di pulegge specchio disposte rispettivamente su ciascun giunto di articolazione specchio di detto meccanismo specchio (30), in particolare, ciascun cavo inestensibile definisce un percorso chiuso mediante dette pulegge, in particolare detto meccanismo specchio (30) essendo predisposto remotamente rispetto a detto meccanismo pluriarticolato (10) e azionato da detti tendini, in particolare in uno zaino portato dall’utilizzatore (150), o in un bagaglio posto adiacentemente all’utilizzatore (150). 6. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detti mezzi passivi per applicare una forza a detto segmento specchio comprendono un generatore di coppia passivo comprendente: ‐ un primo e un secondo corpo rigido meccanicamente connessi tramite un’articolazione con asse fisso rispetto a entrambi; ‐ una prima, una seconda ed una terza puleggia folle, i cui assi sono tra loro paralleli e disposti ai vertici di un triangolo, essendo gli assi della prima e della terza puleggia solidali a detto primo corpo rigido, l’asse della seconda solidale a detto secondo corpo rigido e l’asse della terza collineare con l’asse di articolazione di detto secondo corpo rigido rispetto a detto primo corpo rigido; ‐ un elemento elastico lineare passivo avente una prima estremità connessa a detto primo corpo rigido; ‐ un cavo inestensibile o tendine, che si avvolge sulle tre pulegge e ha la prima estremità connessa a detto primo corpo rigido e la seconda estremità connessa alla seconda estremità dell’elemento elastico in particolare, detti mezzi per modificare l’intensità di detta forza sono rappresentati da detto generatore di coppia passivo, in cui detta prima puleggia è una puleggia mobile atta a variare la sua posizione spaziale rispetto a detta seconda puleggia, più in particolare, detta puleggia mobile può traslare lungo una direzione definita da un'asse di traslazione passante per detta puleggia mobile e detta puleggia fissa. 7. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detto meccanismo pluriarticolato (10) comprende ‐ una prima porzione mobile articolata alla porzione di base (S) mediante l’articolazione di base (O) ‐ una seconda porzione mobile che funge da porzione di interazione (18) con l’arto di un utilizzatore (150) in modo da fornire detto punto di contatto, ‐ una seconda articolazione, che connette girevolmente la porzione di interazione (18) con la prima porzione mobile, essendo l’asse della articolazione di base (O) e l’asse della seconda articolazione ortogonali e incidenti in un punto, distinto da detto punto di contatto; ‐ in cui detta seconda porzione mobile, che funge da porzione di interazione (18), ha detto punto di contatto che non cade sull’asse della seconda articolazione e ha una predeterminata lunghezza tra detta seconda articolazione e detto punto di contatto, e detto meccanismo specchio (30) comprende: ‐ una porzione di base (S) specchio coincidente o solidale con la porzione di base (S) del meccanismo pluriarticolato (10), ‐ una prima porzione mobile specchio girevolmente connessa alla porzione di base (S) specchio mediante un primo giunto di articolazione specchio ‐ una seconda porzione mobile specchio girevolmente connessa alla porzione di base (S) specchio mediante un secondo giunto di articolazione specchio ‐ in cui gli assi di detto primo e detto secondo giunto di articolazione specchio sono ortogonali e incidenti in detto punto di articolazione specchio; in cui detti mezzi di trasmissione (25) comprendono: ‐ una prima puleggia condotta e una puleggia folle, aventi entrambi assi coincidenti con l’asse di detta articolazione di base (O), in cui detta prima puleggia condotta è solidale con detta prima porzione mobile di detto meccanismo pluriarticolato (10); ‐ una seconda puleggia condotta coassiale con detta seconda articolazione del meccanismo pluriarticolato (10) e solidale con la porzione di interazione (18) del meccanismo pluriarticolato (10); ‐ eventuali pulegge folli secondarie montate alla prima porzione mobile del meccanismo pluriarticolato (10); ‐ una prima puleggia condotta specchio e una puleggia folle specchio, coassiali a detto primo giunto di articolazione di detto meccanismo specchio (30) ed essendo detta prima puleggia condotta specchio solidale con detta prima porzione mobile specchio; ‐ una seconda puleggia condotta specchio, avente asse allineato all’asse di detta seconda articolazione del meccanismo specchio (30) e essendo detta seconda puleggia condotta specchio solidale con detta seconda porzione mobile specchio; ‐ eventuali pulegge folli specchio secondarie, montate alla prima porzione mobile specchio; ‐ cavi inestensibili che si avvolgono su dette pulegge condotte e folli del meccanismo pluriarticolato (10) e del meccanismo specchio (30) in modo da realizzare due trasmissioni meccaniche indipendenti, delle quali la prima trasmette la coppia generata su detta prima puleggia condotta specchio a detta prima puleggia condotta del meccanismo pluriarticolato (10), e la seconda trasmette la coppia generata su detta seconda puleggia condotta specchio a detta seconda puleggia condotta del meccanismo pluriarticolato (10), ‐ in cui le pulegge folli secondarie e le pulegge folli specchio secondarie deviano i cavi inestensibili in modo che siano sempre in contatto con le pulegge folli e condotte durante tutti i movimenti possibili di detto meccanismo pluriarticolato (10). 8. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui un generatore passivo di coppia comprende: ‐ una coppia di pulegge di rinvio collegate ad una prima ed una seconda estremità di un elemento di collegamento rigido, detto elemento di collegamento rigido essendo girevolmente connesso in corrispondenza di detta prima estremità ad un supporto; ‐ una puleggia mobile atta a variare la sua posizione spaziale rispetto a detta coppia di pulegge di rinvio; ‐ un tendine di collegamento atto a collegare tra loro detta coppia di pulegge di rinvio con detta puleggia mobile, in cui detto tendine di collegamento è associato ad un elemento elastico e forma con dette pulegge un percorso sostanzialmente chiuso; ‐ in cui detta prima puleggia mobile giace su un piano sghembo rispetto al piano che contiene detta seconda e terza puleggia in modo tale che detta puleggia mobile sia atta a traslare lungo detto piano sghembo senza intersecare detto piano sul quale giacciono detta seconda e terza puleggia. 9. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 1, in cui detto meccanismo pluriarticolato (10) comprende: ‐ una prima porzione mobile articolata alla porzione di base (S) mediante l’articolazione di base (O); ‐ una seconda porzione mobile articolata alla prima porzione mobile mediante una seconda articolazione; ‐ una terza porzione mobile articolata alla seconda porzione mobile mediante una terza articolazione; ‐ una quarta porzione mobile articolata alla terza porzione mobile mediante una quarta articolazione, in cui detta quarta porzione mobile funge da porzione di interazione (18) con l’arto di un utilizzatore (150) in modo da fornire detto punto di contatto, in cui: ‐ detta articolazione di base (O) e dette seconda e terza articolazione hanno assi a due a due ortogonali e incidenti in uno stesso punto di incidenza, ‐ detta quarta articolazione ha asse parallelo all’asse della terza articolazione in modo che la minima distanza tra l’asse di detta terza e detta quarta articolazione rappresenti un primo segmento cinematico di lunghezza non nulla ‐ detta quarta porzione mobile funge da porzione di interazione (18) e detto punto di contatto solidale con la porzione di interazione (18) non cade sull’asse della quarta articolazione,per cui il segmento cinematico relativo alla quarta porzione mobile risulta anch’esso non nullo, per cui detto meccanismo pluriarticolato (10) ha solamente due segmenti cinematici non nulli; in cui detto meccanismo specchio (30) comprende: ‐ una porzione di base (S) specchio coincidente o solidale con la porzione di base (S) del meccanismo pluriarticolato (10), ‐ una prima porzione mobile specchio girevolmente connessa alla porzione di base (S) specchio tramite un primo giunto di articolazione specchio; ‐ una seconda porzione mobile girevolmente connessa alla seconda porzione di base (S) specchio tramite un secondo giunto di articolazione specchio; ‐ una terza porzione mobile girevolmente connessa alla seconda porzione mobile specchio tramite un terzo giunto di articolazione specchio; ‐ una quarta porzione mobile specchio girevolmente connessa alla seconda porzione mobile specchio tramite un quarto giunto di articolazione specchio; ‐ in cui gli assi di detti primo, secondo e terzo giunto di articolazione sono a due a due ortogonali e incidenti in uno stesso punto di incidenza, mentre l’asse di detto quarto giunto di articolazione è parallelo all’asse di detto terzo giunto di articolazione e passante per detto punto di incidenza detti mezzi di trasmissione (25) della coppia comprendendo: ‐ pulegge condotte solidali con le rispettive porzioni mobili di detto meccanismo pluriarticolato (10); ‐ pulegge condotte specchio solidali con dette porzioni mobili specchio ‐ quattro cavi inestensibili che si avvolgono su dette pulegge condotte e su pulegge folli del meccanismo pluriarticolato (10) e del meccanismo specchio (30) in modo da realizzare altrettante trasmissioni meccaniche indipendenti, per trasmettere le coppie generate su dette pulegge condotte specchio alle rispettive pulegge condotte del meccanismo pluriarticolato (10), in cui le pulegge folli del meccanismo pluriarticolato (10) e del meccanismo specchio (30) deviano i cavi inestensibili in modo che siano sempre in contatto con le pulegge folli e condotte durante tutti i movimenti possibili di detto meccanismo pluriarticolato (10), ed in cui detti mezzi per generare le forze di bilanciamento comprendono: ‐ due generatori di coppia indipendenti, il primo connesso alla terza porzione mobile in un punto distinto da detto punto di incidenza e il secondo connesso alla quarta porzione mobile in un punto distinto da detto punto di incidenza. 10. Dispositivo di attuazione per un meccanismo pluriarticolato (10) come da rivendicazione 9, in cui ‐ detti mezzi per modificare l’intensità e la direzione della forza comprendono quattro motori, di cui due primi motori sono comandati in modo sincrono per modificare l’intensità della forza e due secondi motori sono comandati in modo indipendente per modificare la sua orientazione, in particolare, ognuno dei due primi motori è associato ad un solo generatore di coppia ed è utilizzato per modificare la distanza della prima puleggia rispetto alla terza puleggia del proprio generatore di coppia, mentre ognuno dei due secondi motori è utilizzato per modificare la congiungente dell’asse della prima puleggia con l’asse della terza puleggia di entrambi i generatori di coppia, in particolare, almeno uno di due assi di orientamento è realizzato con un meccanismo a centro remoto di rotazione costituito da una guida circolare in modo da creare uno spazio per alloggiare i meccanismi generatori di coppia disposti sostanzialmente ad incastro l’uno rispetto all’altro in una zona centrale di detta guida circolare, in particolare ognuno dei due generatori di coppia comprende una molla a spirale. “METODO E DISPOSITIVO DI ATTUAZIONE DI MECCANISMI PLURIARTICOLATI CHE INTERAGISCONO FISICAMENTE CON L’UOMO” 1. An actuating device for a multi-joint mechanism, said multi-joint mechanism (10) comprising: ‐ a base portion (S); ‐ a base joint (O) that has a rotation axis (11,21) integral to said base portion (S), defining a first reference system (x,y,z) integral to said base portion (S); ‐ an interaction portion (18) arranged to provide a contact point to a user’s limb, at which an interaction force can be applied to said limb (F), said interaction force having a predetermined intensity and direction with respect to said first reference system; ‐ a predetermined number of movable portions (1,2,3,14,15,16,17) connected to one another by means of joints (21,22,23,24,101,102,103) in such a way that a serial kinematic chain is formed starting from said base joint (O), wherein the first movable portion (1,21) is connected to said base portion (S) by said base joint (O) and the last movable portion (3,24) is integral to said interaction portion (18), wherein each of said movable portions (1,2,3,14,15,16,17) comprises a kinematic segment whose length is invariant upon movement of said interaction portion (18) with respect to said base portion (S), wherein each kinematic segment is a minimum distance segment connecting a first joint axis with a second joint axis of adjacent joints of a movable portion or, in the case of the last movable portion, said kinematic segment is a segment located between the last joint and said contact point of said interaction portion (18); wherein said actuating device comprises: ‐ a mirror mechanism (30) comprising: - at least one mirror joint (O’) integral to said base portion (S), defining a second reference system (x’,y’,z’) integral to said base portion (S), - a number of mirror movable portions and, respectively, a number of mirror kinematic segments (14’,15’,16’,17’), which is the same number as the movable portions and the same number as the kinematic segments of said multijoint mechanism (10), each mirror kinematic segment pivotally connected to said base portion (S) at one end thereof and to said mirror-joint point, and have a length that is proportional to the length of the corresponding kinematic segment of the multi-joint mechanism (10), according to a same proportionality factor for all the kinematic segments; - a balance force generation means for generating (k’1,k’2,k’3,40,80,89) a system of balance forces acting on said mirror kinematic segments (14’,15’,16’,17’), - a transmission means (25) that is arranged between said multi-joint mechanism (10) and said mirror mechanism (30), wherein said transmission means (25) is configured to: ‐ maintain the direction of each kinematic segments (1,2,3,14,15,16,17) of said multi-joint mechanism (10) with respect to said first reference system substantially equal to the direction of each of said mirror kinematic segments (1’,2’,3’,14’,15’,16’,17’) with respect to said second reference system, for any possible movement of said interaction portion (18) with respect to said base portion (S), ‐ transmit said system of balance forces from said mirror mechanism (30) to said multi-joint mechanism (10), in such a way that said interaction force (F) applied at said contact point of said interaction portion (18) is balanced by said balance forces.
2. 2. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said balance force generation means comprises a means selected from the group consisting of: ‐ a force intensity change means for changing the intensity of said force responsive to variations of the intensity of a load acting on said interaction portion (18); ‐ a force direction change means for changing the direction of said force responsive to variations of the direction of a load acting on said interaction portion (18); ‐ a combination thereof.
3. 3. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 2, wherein said balance force generation means comprises a passive resilient element associated with a predetermined mirror kinematic segment, said passive resilient element having a first end and a second end, wherein said first end is connected to the mobile end of said mirror kinematic segment and said second end is connected to a support element that is integral to said base portion (S) of the multi-joint mechanism (10), in particular said force intensity change means comprises a first means for moving said support element with respect to said base portion (S), in particular said first means for moving arranged to change the distance between said first end and said second end, and said force direction change means comprises a second means for moving said support element with respect to said base portion (S), in particular said second means for moving arranged to change the direction of a line that passes between said first end and said second end.
4. 4. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said balance force generation means comprises torque generation mechanisms in the same number as said kinematic segments that have a non-zero length, wherein each of said torque generation mechanisms: ‐ is mechanically connected to said mirror mechanism (30) and to said force intensity change means and/or to said force direction change means for changing the direction of said interaction force (F); ‐ is equipped only with passive resilient elements; and ‐ is associated to a specific kinematic segment of said mirror mechanism.
5. 5. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said transmission means (25) comprises a plurality of inextensible tendons and a plurality of pulleys in the same number as the joints of said multi-joint mechanism (10) that are associated with a corresponding plurality of mirror pulleys that are respectively arranged on each mirror movable portions of said mirror mechanism (30), in particular each inextensible cable defines a loop along with said pulleys, in particular said mirror mechanism (30) being remotely arranged with respect to said multi-joint mechanism (10) and operated by said tendons, in particular in a rucksack worn by the user (150), or in a case laying adjacent to the user (150).
6. 6. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said passive means for applying a force to said mirror segment comprises a passive torque generator comprising: ‐ a first rigid body and a second rigid body which are mechanically connected by a joint that has an axis fixed to both of them; ‐ a first idle pulley, a second idle pulley and a third idle pulley which have axes parallel to one another and arranged at the vertices of a triangle, the axes of the first pulley and of the third pulley integral to said first rigid body, the axis of the second pulley integral to said second rigid body and the axis of the third pulley collinear with the joint axis of said second rigid body with respect to said first rigid body; ‐ a passive linear resilient element having a first end connected to said first rigid body; ‐ an inextensible cable or tendon, which is wound about the three pulleys and which has the first end connected to said first rigid body and the second end connected to the second end of the resilient element, in particular, said force intensity change means is formed by said passive torque generator, wherein said first pulley is a movable pulley arranged to adjust its own space position with respect to said second pulley, more in particular, said movable pulley can translate along a direction defined by a translation axis passing through said movable pulley and said fixed pulley.
7. 7. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said multi-joint mechanism (10) comprises: ‐ a first movable portion that is movably joined with the base portion (S) through the base joint (O); ‐ a second movable portion which works as interaction portion (18) with a user’s limb (150), in order to provide said contact point; ‐ a second joint, which pivotally connects the interaction portion (18) with the first movable portion, wherein the axis of the base joint (O) and the axis of the second joint are mutually orthogonal and incident to each other in a point that is distinct from said contact point; wherein said second movable portion, which works as interaction portion (18), has said contact point that does not fall on the axis of the second joint, and has a predetermined length between said second joint and said contact point, and said mirror mechanism (30) comprises: ‐ a mirror base portion (S) coincident or integral to the base portion (S) of the multi-joint mechanism (10); ‐ a first mirror movable portion pivotally connected to the mirror base portion (S) by a first mirror joint; ‐ a second mirror movable portion pivotally connected to the mirror base portion (S) by a second mirror joint; wherein the axes of said first mirror joint and of said second mirror joint are mutually orthogonal and incident in said mirror-joint point; wherein said transmission means (25) comprises: ‐ a first driven pulley and an idle pulley, both having their own axes coincident with the axis of said base joint (O), wherein said first driven pulley is integral to said first movable portion of said multi-joint mechanism (10); ‐ a second driven pulley co-axial to said second joint of the multi-joint mechanism (10) and integral to the interaction portion (18) of the multi-joint mechanism (10); ‐ possible secondary idle pulleys mounted to the first movable portion of the multi-joint mechanism (10); ‐ a first mirror driven pulley and an idle mirror pulley, coaxial to a first joint of said mirror mechanism (30) and said first mirror driven pulley integral to said first mirror movable portion; ‐ a second mirror driven pulley, which has an axis aligned with the axis of a second joint of the mirror mechanism (30) and said second mirror driven pulley integral to said second mirror movable portion; ‐ possible mirror secondary idle pulleys mounted to the first mirror movable portion; ‐ inextensible tendons that are wound about said driven and idle pulleys of the multi-joint mechanism (10) and of the mirror mechanism (30), in such a way that two independent mechanical transmissions are provided, wherein a first mechanical transmission transmits the torque generated on said first mirror driven pulley to said first driven pulley of the multi-joint mechanism (10), and a second mechanical transmission transmits the torque generated on said second mirror driven pulley to said second driven pulley of the multi-joint mechanism (10), ‐ wherein the secondary idle pulleys and the mirror secondary idle pulleys deflect the inextensible tendons in such a way that the latter are always in contact with the idle and driven pulleys during any possible movement of said multi-joint mechanism (10).
8. 8. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein a passive torque generator comprises: ‐ a couple of driven pulleys connected to a first end and a second end of a stiff connection element, said stiff connection element pivotally connected to a support at said first end; ‐ a movable pulley arranged to modify its space position with respect to said couple of driven pulleys; ‐ a connection tendon which is suitable for connecting to each other said couple of driven pulleys with said movable pulley, wherein said connection tendon is associated with a resilient element and forms a substantially closed path together with said pulleys; ‐ wherein said first movable pulley lays in a plane slanted with respect to the plane that contains said second pulley and said third pulley such that said movable pulley can translate along said slanted plane without intersecting said plane on which said second pulley and said third pulley lay.
9. 9. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 1, wherein said multi-joint mechanism (10) comprises: ‐ a first movable portion that is movably joined with the base portion (S) by the base joint (O); ‐ a second movable portion movably joined with the first movable portion by a second joint; ‐ a third movable portion movably joined to the second movable portion by a third joint; ‐ a fourth movable portion movably joined to the third movable portion by a fourth joint, wherein said fourth movable portion works as interaction portion (18) with the user’s limb (150), in such a way that said contact point is provided, wherein: ‐ said base joint (O) and said second joint and said third joint have axes in pairs mutually orthogonal and incident in a same intersection point, ‐ said fourth joint has an axis parallel to the axis of the third joint so that the minimum distance between the axis of said third joint and of said fourth joint forms a first kinematic segment that has a non-zero length; ‐ said fourth movable portion works as interaction portion (18) and said contact point that is integral to the interaction portion (18) does not fall on the axis of the fourth joint, whereby the kinematic segment of the fourth movable portion has a non-zero length as well, whereby said multijoint mechanism (10) has only two kinematic segments that have a non-zero length; wherein said mirror mechanism (30) comprises: ‐ a mirror base portion (S) coincident or integral to the base portion (S) of the multi-joint mechanism (10), ‐ a first mirror movable portion pivotally connected to the mirror base portion (S) by a first mirror joint; ‐ a second movable portion pivotally connected to the second mirror base portion (S) by a second mirror joint; ‐ a third movable portion pivotally connected to the second mirror movable portion by a third mirror joint; ‐ a fourth mirror movable portion pivotally connected to the second mirror movable portion by a fourth mirror joint; wherein the axes of said first joint, of said second joint and of said third joint are in pairs mutually orthogonal and are incident in a same intersection point, whereas the axis of said fourth joint is parallel to the axis of said third joint and passes at said intersection point, said torque transmission means (25) comprising: ‐ driven pulleys integral to respective movable portions of said multi-joint mechanism (10); ‐ mirror driven pulleys integral to said mirror movable portions; ‐ four inextensible tendons that are wound about said driven pulleys and about idle pulleys of the multi-joint mechanism (10) and of the mirror mechanism (30), in such a way that corresponding independent mechanical transmissions are provided for transmitting the torques that are generated on said mirror driven pulleys to respective driven pulleys of the multi-joint mechanism (10), wherein the idle pulleys of the multi-joint mechanism (10) and of the mirror mechanism (30) deflect the inextensible tendons so that the latter are always in contact with the idle pulleys and with the driven pulleys during any possible movement of said multi-joint mechanism (10), and wherein said balance force system generation means comprises: ‐ two independent torque generators, the first of which is connected to the third movable portion at a point distinct from said intersection point, and the second of which is connected to the fourth movable portion at a point distinct from said intersection point.
10. 10. An actuating device for a multi-joint mechanism (10) according to claim 9, wherein said force intensity and direction change means comprise four motors, wherein two first motors are synchronously operated to change the intensity of the force, and two seconds motors are independently operated to change the direction of the force, in particular each of said two first motors is associated with a single torque generator and is used to change the distance of the first pulley from the third pulley of its own torque generator, while each of said two seconds motors is used to modify the junction line between the axis of the first pulley and the axis of the third pulley of both torque generators, in particular at least one of two direction axes is made with a remote centre of rotation mechanism consisting of a circular guide to form a space for housing the torque generation mechanisms fixedly joined to one another in a central zone of said circular guide, in particular each of said two torque generators comprises a spiral spring.