ITTO970445A1

ITTO970445A1 - THREE DEGREE OF FREEDOM DEFORMABLE FLUID ACTUATOR

Info

Publication number: ITTO970445A1
Application number: IT97TO000445A
Authority: IT
Inventors: Carlo Ferraresi; Bertetto Andrea Manuello; Luigi Mazza
Original assignee: Dipartimento Di Meccanica Poli
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-11-27
Also published as: IT1293899B1; ITTO970445A0

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: Description of the industrial invention entitled:

“Attuatore deformabile a fluido a tre gradi di libertà” "Deformable fluid actuator with three degrees of freedom"

Descrizione Description

La presente invenzione si riferisce ad un attuatore deformabile a fluido a tre gradi di libertà. The present invention refers to a fluid deformable actuator with three degrees of freedom.

Lo scopo dell’invenzione è quello di fornire un apparecchio del tipo indicato, atto all’impiego con fluidi diversi sia liquidi sia gassosi per la movimentazione di oggetti qualunque nello spazio tridimensionale. The purpose of the invention is to provide an apparatus of the type indicated, suitable for use with different fluids, both liquid and gaseous, for the movement of any objects in three-dimensional space.

L’attuazione a fluido è largamente adottata nella robotica sia per operazioni di presa come anche per movimentare strutture di manipolatori. The fluid actuation is widely adopted in robotics both for gripping operations as well as for handling manipulator structures.

Attualmente la quasi totalità di apparecchiature ad azionamento pneumatico o idraulico utilizza attuatori a un grado di libertà costituiti da due parti rigide vincolate fra loro in modo da realizzare l’accoppiamento cinematico richiesto, come ad esempio cilindri a corsa lineare, attuatori rotativi a corsa limitata o no. Currently, almost all pneumatically or hydraulically operated equipment uses single degree of freedom actuators consisting of two rigid parts constrained to each other so as to achieve the required kinematic coupling, such as linear stroke cylinders, limited stroke rotary actuators or no.

L’utilizzo di tali attuatori consente un controllo agevole della posizione, reso possibile anche dalla facilità di applicazione di opportuni trasduttori. The use of these actuators allows easy control of the position, also made possible by the ease of application of appropriate transducers.

Per contro, l’impiego di tali attuatori rigidi a un grado di libertà implica un peso e un ingombro notevole della struttura complessiva. Inoltre, la presenza di parti in moto relativo, il cui accoppiamento richiede resistenza di guarnizioni di tenuta di tipo strisciante, implica l’insorgere di fenomeni di attrito che pregiudicano la precisione del controllo dei movimenti. On the other hand, the use of such rigid actuators with one degree of freedom implies a considerable weight and bulk of the overall structure. In addition, the presence of parts in relative motion, the coupling of which requires the resistance of sliding type seals, implies the onset of friction phenomena that affect the precision of the movement control.

I principali costruttori di componenti per idraulica e pneumatica realizzano anche attuatoli dove il movimento richiesto dall'applicazione è generato dalla deformazione di un elemento flessibile. The main manufacturers of components for hydraulics and pneumatics also produce actuators where the movement required by the application is generated by the deformation of a flexible element.

Un esempio di attuatore pneumatico la cui struttura portante è costituita interamente da un elemento deformabile è il cilindro a soffietto. L'aumento di volume generato dall'aria compressa genera il movimento di allontanamento delle piastre terminali. Sullo stesso principio si basano alcuni tipi di sollevatori idraulici. An example of a pneumatic actuator whose supporting structure consists entirely of a deformable element is the bellows cylinder. The increase in volume generated by the compressed air generates the movement away from the end plates. Some types of hydraulic lifters are based on the same principle.

Caratteristica comune di questi attuatoli è l'assenza di movimenti tangenziali relativi tra gli elementi costituenti la struttura, evitando così i problemi legati all'attrito. (Il movimento attuativo si ottiene infatti dalla sola deformazione dell'elemento flessibile, che risulta essere uno dei principali elementi costituenti il sistema). A common feature of these actuators is the absence of relative tangential movements between the elements making up the structure, thus avoiding the problems associated with friction. (Actual movement is in fact obtained only from the deformation of the flexible element, which is one of the main elements making up the system).

Inoltre l’impiego di attuatori deformabili implica una maggiore semplicità della struttura complessiva dell’apparecchiatura, con conseguenti vantaggi in termini di peso, ingombro e costo. Furthermore, the use of deformable actuators implies greater simplicity of the overall structure of the equipment, with consequent advantages in terms of weight, size and cost.

Un tipo particolare di attuatore flessibile presenta un elemento deformabile costituito da un tubo il cui volume interno è diviso in tre settori da tre pareti disposte a 120°. A particular type of flexible actuator has a deformable element consisting of a tube whose internal volume is divided into three sectors by three walls arranged at 120 °.

La variazione della pressione all’interno dei tre settori, che sono tra loro isolati, determina una variazione di lunghezza ed una inflessione della linea d’asse del tubo. In questo modo vincolando una estremità ad un telaio, è possibile ottenere il posizionamento dell’altra estremità in uno spazio tridimensionale. The variation in pressure within the three sectors, which are isolated from each other, determines a variation in length and a deflection of the axis of the pipe. In this way, by binding one end to a frame, it is possible to obtain the positioning of the other end in a three-dimensional space.

Un tale attuatore può quindi essere teoricamente utilizzato come un manipolatore a tre gradi di libertà, esistendo una correlazione tra i valori delle pressioni all’interno delle camere e la posizione dell’estremità mobile. Tale correlazione non è peraltro rigorosamente biunivoca, essendo influenzata da molteplici fattori riguardanti le caratteristiche di deformazione dell’elemento flessibile, che risente, ad esempio della temperatura, della velocità di manovra, ecc. Such an actuator can therefore theoretically be used as a manipulator with three degrees of freedom, as there is a correlation between the values of the pressures inside the chambers and the position of the mobile end. However, this correlation is not strictly two-way, being influenced by multiple factors concerning the deformation characteristics of the flexible element, which is affected, for example, by temperature, maneuvering speed, etc.

Per questi motivi le applicazioni finora sviluppate con questo tipo di attuatore a tre settori hanno sempre fornito risultati limitati soprattutto riguardo al controllo della posizione. For these reasons, the applications developed up to now with this type of three-sector actuator have always provided limited results, especially with regard to position control.

Un altro aspetto importante riguarda l’ottimizzazione della deformazione dell’ attuatore. Volendo utilizzare l’attuatore come manipolatore a tre gradi di libertà, è evidente che è di particolare interesse la dimensione dello spazio di lavoro. Per questo motivo è importante che l’attuatore sia dotato di accorgimenti che da un lato consentano l’adozione di valori di pressione più elevati possibile, dall’altro indirizzino le deformazioni del materiale nella direzione più conveniente ai fini dell’applicazione. Questi obiettivi sono garantiti dai tappi di estremità e da elementi di rinforzo radiale. Nelle soluzioni attuali i tappi sono normalmente costituiti da inserti a forma di settore di cilindro che vengono applicati alle estremità delle camere dell’elemento flessibile e vengono serrati da un elemento circonferenziale. H rinforzo radiale della struttura dell’elemento flessibile viene normalmente ottenuto introducendo all’interno del materiale elastomerico, al momento della colata, opportune fibre di vari materiali orientate in direzione circonferenziaie. Questo rinforzo impedisce l’aumento della dimensione circonferenziale dell’attuatore, indirizzando la deformazione in direzione prevalentemente assiale, con un evidente vantaggio per l’ampiezza dello spazio di lavoro dell’attuatore. Another important aspect concerns the optimization of the deformation of the actuator. Wanting to use the actuator as a manipulator with three degrees of freedom, it is clear that the size of the workspace is of particular interest. For this reason it is important that the actuator is equipped with devices that, on the one hand, allow the adoption of the highest possible pressure values, and on the other, direct the deformations of the material in the most convenient direction for the purpose of application. These objectives are ensured by the end caps and radial reinforcement elements. In current solutions, the caps are normally made up of cylindrical sector-shaped inserts that are applied to the ends of the chambers of the flexible element and are tightened by a circumferential element. The radial reinforcement of the flexible element structure is normally obtained by introducing inside the elastomeric material, at the time of casting, suitable fibers of various materials oriented in the circumferential direction. This reinforcement prevents the increase in the circumferential dimension of the actuator, directing the deformation in a predominantly axial direction, with an obvious advantage for the width of the actuator's working space.

L’attuatore oggetto della presente invenzione è dotato di caratteristiche tali da consentire il suo utilizzo come manipolatore per il posizionamento di oggetti in uno spazio tridimensionale. La sua costruzione è semplice e di costo limitato. L’attuatore è dotato di un sistema dì sensorìzzazione totalmente integrato da cui è possibile ricostruire la posizione dell’estremità mobile, consentendo così un controllo in catena chiusa. Le prestazioni dell’attuatore sono migliorate dall’adozione di elementi di rinforzo radiale che garantiscono l’invarianza della forma e delle dimensioni del perimetro esterno della sezione retta dell’attuatore durante il funzionamento. Il mantenimento della forma circolare durante l’azionamento in pressione è favorevole per l’ottimizzazione della deformazione dell’attuatore che è totalmente indirizzata in direzione assiale, consentendo così prestazioni superiori a quelle ottenute inserendo semplicemente nel materiale elastomerico fibre circonferenziali di rinforzo. The actuator object of the present invention is equipped with features such as to allow its use as a manipulator for positioning objects in a three-dimensional space. Its construction is simple and of limited cost. The actuator is equipped with a fully integrated sensing system from which it is possible to reconstruct the position of the mobile end, thus allowing a closed chain control. The performance of the actuator is improved by the adoption of radial reinforcement elements that ensure the invariance of the shape and size of the outer perimeter of the straight section of the actuator during operation. Maintaining the circular shape during actuation under pressure is favorable for the optimization of the deformation of the actuator which is totally directed in the axial direction, thus allowing higher performance than those obtained by simply inserting circumferential reinforcing fibers into the elastomeric material.

Le testate dell’attuatore sono disegnate in modo da garantire la completa tenuta sia tra le diverse camere dell’ attuato re, sia verso l’esterno. La tenuta è indipendente dal valore della pressione interna, poiché è la pressione stessa che genera la forza di contatto necessaria alla tenuta. The actuator heads are designed in such a way as to ensure complete sealing both between the different chambers of the actuator and towards the outside. The seal is independent of the value of the internal pressure, since it is the pressure itself that generates the contact force necessary for the seal.

Un attuatore deformabile a fluido a tre gradi di libertà costruito secondo la presente invenzione è costituito sostanzialmente da un elemento flessibile di materiale elastomerico avente la forma di un tubo cilindrico diviso internamente in tre camere longitudinali da tre pareti poste a 120°; da elementi anulari posti esternamente al tubo cilindrico, aventi la funzione di contenere la deformazione radiale delle sezioni trasversali; da una coppia di testate, ciascuna delle quali costituita da tre inserti a forma di settore troncoconico, uno per ogni camera, da una campana, con superficie interna conica, da viti che effettuano il serraggio delle pareti del tubo elastomerico tra gli inserti e la campana e da condotti per l'alimentazione delle camere dell'attuatore; da sensori disposti in direzione longitudinale, lungo le generatrici dell'attuatore, atti a misurare l'allungamento delle generatrici stesse per consentire l'identificazione dell'assetto dell'attuatore nello spazio tridimensionale. A three degrees of freedom fluid deformable actuator constructed according to the present invention is substantially constituted by a flexible element of elastomeric material having the shape of a cylindrical tube internally divided into three longitudinal chambers by three walls placed at 120 °; by annular elements placed externally to the cylindrical tube, having the function of containing the radial deformation of the transverse sections; by a pair of heads, each of which consists of three inserts in the shape of a truncated cone, one for each chamber, by a bell, with a conical internal surface, by screws that tighten the walls of the elastomeric tube between the inserts and the bell and from ducts for feeding the actuator chambers; by sensors arranged in the longitudinal direction, along the generatrices of the actuator, able to measure the elongation of the generatrices themselves to allow the identification of the position of the actuator in the three-dimensional space.

La variazione dei valori di pressione all'interno delle tre camere dell'attuatore produce un allungamento e una inflessione dello stesso. L'adozione degli anelli esterni di irrigidimento rende massima la deformazione longitudinale e l'inflessione, contenendo l'aumento di diametro dell'attuatore. In luogo di anelli rigidi circolari, è possibile adottare una struttura a forma di spirale cilindrica, di adeguata rigidezza. The variation of the pressure values inside the three chambers of the actuator produces an elongation and a deflection of the same. The adoption of external stiffening rings maximizes longitudinal deformation and deflection, limiting the increase in the diameter of the actuator. Instead of circular rigid rings, it is possible to adopt a structure in the shape of a cylindrical spiral, of adequate stiffness.

Il particolare disegno delle testate consente la tenuta completa del fluido all'interno delle camere, evitando pericoli di fughe. L'efficacia della tenuta delle testate è garantita dalla forma conica degli inserti e della campana esterna: in fase di montaggio gli inserti vengono tirati contro la campana da opportune viti, effettuando un serraggio di tutte le pareti, interne ed esterne, del tubo di materiale elastomerico; durante l'esercizio, la pressione interna alle camere incrementa la forza di contatto fra le varie parti, aumentando ulteriormente la tenuta. Vantaggiosamente, la doppia funzione di serraggio degli inserti contro la campana e di alimentazione delle camere degli attuatoli può essere svolta da viti forate assialmente e provviste di adeguati raccordi. La disponibilità del sistema di sensori longitudinali consente l'identificazione dell'assetto dell'attuatore, è così possibile effettuare un controllo della posizione dell'estremità mobile dell'attuatore in catena chiusa. I sensori possono essere costituiti da tre piccoli tubi in gomma siliconica contenenti mercurio liquido e disposti lungo tre generatrici dell'attuatore. Al variare della pressione nelle camere, i sensori subiscono un allungamento che determina una variazione della resistenza elettrica del mercurio contenuto; la misura di tale resistenza permette la valutazione dell'allungamento corrispondente e quindi la ricostruzione della geometria dell'attuatore. Una variante a tale soluzione può essere costituita da tre conduttori elettrici applicati lungo tre generatrici in modo che non vincolino la deformazione longitudinale dell'attuatore; all'aumentare di tale deformazione si verificherà uno scorrimento dei conduttori rispetto ad una delle testate; tale scorrimento può essere rilevato da un contatto strisciante, che misura la resistenza complessiva del conduttore, proporzionale alla distanza tra le due testate lungo la corrispondente generatrice. Una ulteriore variante può essere ottenuta applicando lungo tre generatrici dell'attuatore tre strisce di opportuno materiale cedevole e conduttore di elettricità (ad esempio gomma conduttiva, la cui resistenza elettrica varia se viene deformata), che possono essere utilizzate nello stesso modo previsto per i sensori a mercurio. The particular design of the heads allows the complete sealing of the fluid inside the chambers, avoiding the danger of leaks. The effectiveness of the sealing of the heads is guaranteed by the conical shape of the inserts and of the external bell: during assembly the inserts are pulled against the bell by suitable screws, tightening all the internal and external walls of the material tube. elastomeric; during operation, the pressure inside the chambers increases the contact force between the various parts, further increasing the seal. Advantageously, the double function of clamping the inserts against the bell and supplying the chambers of the actuators can be performed by axially drilled screws and provided with suitable fittings. The availability of the longitudinal sensor system allows the identification of the position of the actuator, so it is possible to check the position of the movable end of the actuator in a closed chain. The sensors can consist of three small silicone rubber tubes containing liquid mercury and arranged along three generators of the actuator. As the pressure in the chambers varies, the sensors undergo an elongation which determines a variation in the electrical resistance of the mercury contained; the measurement of this resistance allows the evaluation of the corresponding elongation and therefore the reconstruction of the geometry of the actuator. A variant to this solution can be constituted by three electrical conductors applied along three generatrices so that they do not constrain the longitudinal deformation of the actuator; as this deformation increases, there will be a sliding of the conductors with respect to one of the heads; this sliding can be detected by a sliding contact, which measures the overall resistance of the conductor, proportional to the distance between the two heads along the corresponding generator. A further variant can be obtained by applying along three generators of the actuator three strips of suitable soft material and conductor of electricity (for example conductive rubber, whose electrical resistance varies if it is deformed), which can be used in the same way as for the sensors. mercury.

Vantaggiosamente, con un corretto dimensionamento strutturale, agendo sia sulle caratteristiche del materiale che sulle dimensioni geometriche delle sezioni resistenti e dell’allungamento dell’attuatore, è possibile adattare le sue prestazione all’applicazióne prevista. Aumentando l’allungamento si otterrà uno spazio di lavoro più esteso, scegliendo un materiale dalle caratteristiche meccaniche più elevate ed aumentando le sezioni resistenti, si potrà ottenere un carico pagante maggiore. Advantageously, with a correct structural sizing, acting both on the characteristics of the material and on the geometric dimensions of the resistant sections and the elongation of the actuator, it is possible to adapt its performance to the intended application. By increasing the elongation, you will get a larger working space, by choosing a material with higher mechanical characteristics and increasing the resistant sections, you can get a higher payload.

Vantaggiosamente, con un principio di funzionamento come quello dell’attuatore deformabile descritto, con un opportuno dimensionamento strutturale sarà possibile utilizzare l’attuatore con fluido di lavoro incompressibile (olio, acqua) a pressioni anche molto elevate con pericolo ridotto in caso di scoppio, ottenendo così un più elevato carico pagante e maggiore precisione di posizionamento. Advantageously, with an operating principle such as that of the deformable actuator described, with an appropriate structural sizing it will be possible to use the actuator with incompressible working fluid (oil, water) at very high pressures with reduced danger in the event of bursting, thus obtaining thus a higher payload and greater positioning accuracy.

Vantaggiosamente, utilizzando due o più attuatori deformabili del tipo di quello descritto collegati in serie è possibile ottenere un manipolatore a sei o più gradi di libertà, avendo così, non solo la possibilità di sfruttare tutti i sei gradi di libertà dello spazio tridimensionale, ma anche la possibilità di elevare a piacere, senza particolare complicazione strutturale del manipolatore o del controllo, la destrezza del manipolatore. Advantageously, using two or more deformable actuators of the type described connected in series it is possible to obtain a manipulator with six or more degrees of freedom, thus having not only the possibility of exploiting all the six degrees of freedom of the three-dimensional space, but also the possibility of raising the manipulator's dexterity as desired, without any particular structural complication of the manipulator or control.

Rispetto ad altri attuatori il trovato non presenta particolari complessità meccaniche o strutturali e, in particolare, non ha motori o trasmissioni, non necessita di alcuna manutenzione particolare e presenta costo molto ridotto. Inoltre è dotato di una sensorizzazione precisa ed a basso costo per il controllo in anello chiuso della posizione dell’estremità mobile, completamente integrata nella struttura del manipolatore e protetta. Compared to other actuators, the invention has no particular mechanical or structural complexities and, in particular, it has no motors or transmissions, does not require any particular maintenance and has a very low cost. It is also equipped with a precise and low-cost sensorization for closed-loop control of the position of the mobile end, fully integrated into the structure of the manipulator and protected.

Il trovato è in grado di operare con fluidi diversi (aria, acqua, olio...) senza richiedere alcuna variazione o modifica nel suo complesso o in una qualche sua parte. The invention is able to operate with different fluids (air, water, oil ...) without requiring any variation or modification as a whole or in any part of it.

Nel trovato, essendo presenti tenute unicamente di tipo statico, in condizioni di normale funzionamento è esclusa una qualsiasi perdita di fluido tra le camere e dalle camere verso l’esterno, escludendo così qualsiasi tipo di inquinamento dell’ambiente da parte del fluido di lavoro che può peraltro essere di tipo non inquinante e a basso costo (es.: aria o acqua). In the invention, since only static type seals are present, in normal operating conditions any loss of fluid between the chambers and from the chambers to the outside is excluded, thus excluding any type of environmental pollution by the working fluid which however, it can be of a non-polluting and low-cost type (eg: air or water).

Il trovato è in grado di agire in ambienti dove siano presenti forti campi elettromagnetici senza sostanziali variazioni delle prestazioni originali. The invention is capable of operating in environments where strong electromagnetic fields are present without substantial variations in the original performance.

Il presente trovato è in grado di agire in ambienti asettici, è facilmente sterilizzabile e adatto ad applicazioni biomediche e può essere conformato in modo da non essere pericoloso in caso di urto accidentale. The present invention is capable of operating in aseptic environments, is easily sterilizable and suitable for biomedical applications and can be shaped so as not to be dangerous in the event of accidental impact.

Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione risultano evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata con riferimento al disegno annesso fornito a puro titolo di esempio non limitativo in cui: la figura 1 rappresenta un complessivo dell’attuatore; la figura 2 rappresenta l’elemento flessibile in elastomero; la figura 3 illustra i gradi di libertà dell’attuatore. Further advantages and features of the present invention are evident from the detailed description that follows, made with reference to the attached drawing provided purely by way of non-limiting example in which: Figure 1 represents an actuator assembly; figure 2 represents the flexible element in elastomer; Figure 3 illustrates the degrees of freedom of the actuator.

Nel disegno è indicato con (1)l’ elemento flessibile dell’attuatore realizzato in materiale elastomerico. Esso è diviso longitudinalmente in tre settori, indicati con A, B, C, dalle pareti di spessore s disposte a 120°. Con L è indicata la lunghezza complessiva dell’elemento (1); con D e d sono indicati rispettivamente il diametro esterno e il diametro interno. Con (2) sono indicate le campane delle testate di estremità. Con (3) sono indicati gli inserti a forma di settore tronco conico; tali inserti vengono introdotti nelle estremità di ogni camera dell’attuatore. Con (4) è indicato uno degli elementi di collegamento che svolgono la duplice funzione di garantire la tenuta del fluido all’interno delle camere e di consentire l’alimentazione del fluido stesso; avvitando l’elemento filettato (4) nel rispettivo inserto, quest’ultimo, grazie alla sua forma conica, determina l’insorgere di forze di contatto sulle pareti a lui adiacenti dell’elemento flessibile (1), garantendo così la tenuta; essendo l’elemento (4) forato assialmente, è possibile effettuare l’alimentazione del fluido all’ interno della rispettiva camera per mezzo del condotto (5). Ogni inserto (3) è quindi predisposto per l’accoppiamento con un corrispondente elemento di collegamento (4). Con (6) sono indicati gli anelli esterni per il contenimento della dilatazione radiale dell’elemento flessibile (1). Gli anelli (6) sono distribuiti lungo tutto lo sviluppo longitudinale dell’elemento flessibile (1). Con (7) sono indicati i mezzi sensori applicati lungo tre generatrici dell’attuatore al fine di rilevare l’allungamento delle generatrici stesse conseguente all’aumento della pressione del fluido interno. The drawing indicates with (1) the flexible element of the actuator made of elastomeric material. It is divided longitudinally into three sectors, indicated by A, B, C, by the walls of thickness s arranged at 120 °. L indicates the overall length of the element (1); the external diameter and the internal diameter are indicated respectively with D and d. With (2) the bells of the end caps are indicated. With (3) the inserts in the form of a frusto-conical sector are indicated; these inserts are introduced into the ends of each actuator chamber. With (4) is indicated one of the connecting elements that perform the dual function of ensuring the tightness of the fluid inside the chambers and allowing the supply of the fluid itself; by screwing the threaded element (4) into the respective insert, the latter, thanks to its conical shape, determines the onset of contact forces on the adjacent walls of the flexible element (1), thus ensuring tightness; being the element (4) axially perforated, it is possible to supply the fluid inside the respective chamber by means of the duct (5). Each insert (3) is therefore prepared for coupling with a corresponding connecting element (4). With (6) are indicated the outer rings for containing the radial expansion of the flexible element (1). The rings (6) are distributed along the entire longitudinal development of the flexible element (1). With (7) the sensor means applied along three generators of the actuator are indicated in order to detect the elongation of the generators themselves resulting from the increase in the pressure of the internal fluid.

Nella figura 3 sono descritti i gradi di libertà dell’attuatore: rispetto ad un sistema di riferimento costituito dagli assi cartesiani X, Y e Z, solidali ad una estremità, l’attuatore è in grado di far assumere all’altra estremità una posizione le cui coordinate dipendono dal valore delle pressioni esistenti aU’intemo delle tre camere; al variare delle pressioni interne si ha una variazione della lunghezza L della linea d’asse dell’elemento flessibile, inoltre si ha un incurvamento della stessa linea d’asse, secondo un raggio di curvatura indicato con r; la linea d’asse incurvata può essere posizionata in un piano passante per l’asse Z ed avente orientamento qualunque. Figure 3 describes the degrees of freedom of the actuator: with respect to a reference system consisting of the Cartesian axes X, Y and Z, integral with one end, the actuator is able to make the other end assume a position whose coordinates depend on the value of the pressures existing inside the three chambers; as the internal pressures vary, there is a variation in the length L of the axis line of the flexible element, in addition there is a curvature of the same axis line, according to a radius of curvature indicated with r; the curved axis line can be positioned in a plane passing through the Z axis and having any orientation.

Claims

Claims. 1. Fluid deformable actuator with three degrees of freedom consisting of a tube of elastomeric material divided longitudinally into three sectors by walls arranged at 120 ° of the same material; by two heads each composed of three inserts in the shape of a truncated cone, by a bell having a conical internal surface and by suitable connecting elements capable of guaranteeing adequate contact forces between the surfaces of the ends of the elastomer tube and the corresponding surfaces of the inserts and of the bell, in order to achieve a perfect seal of the fluid; by a stiffening device applied externally to the elastomeric tube adapted to contain its radial deformation to the advantage of the axial one and adapted to maintain the circular shape of the cross sections of the elastomeric tube; by sensor means applied along three generatrices of the elastomeric tube adapted to measure deceleration of the generators themselves as a consequence of the increase in the pressures inside the three sectors of the elastomeric tube.

2. Actuator according to claim 1, characterized in that the connecting elements between the inserts and the end bell also act as fluid feed ways, being longitudinally perforated.

3. Actuator according to claim 1, characterized in that the radial stiffening device is constituted by a series of rings of metal or other material of adequate strength.

4. Actuator according to claim 1, characterized in that the radial stiffening device is constituted by a spiral of metal or other material having adequate resistance.

5. Actuator according to claim 1, characterized in that the sensor means are made by means of small tubes of yieldable elastomeric material applied along three generators of the actuator and filled with mercury or other electrically conductive liquid, such as to detect the variation of the length of the generatrices by means of the variation of its electrical resistance.

6. Actuator according to claim 1, characterized in that the sensor means are made by means of electrical conductors applied along three generators of the actuator, fixed to one end head and sliding against a suitable contact integral with the other end head, so as to have a variable electrical resistance in fiinting the relative movements between the two heads.

7. Three degrees of freedom fluid deformable actuator according to one or more of the preceding claims, substantially as described and illustrated.