ITTV20120110A1 - Cinematismo trapezio cilindrico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

CINEMATISMO TRAPEZIO CILINDRICO

Analisi dello stato anteriore della tecnica prima dell'innovazione; osservando gli aspetti tecnici costruttivi dei sistemi di movimentazione lineare esistenti, in particolare gii attuatoli elettromeccanici, si può evincere come non esìste sul mercato uno di questi capace di coniugare in uno stesso prodotto aspetti di compattezza, semplicità, potenza e velocità tali da renderlo idoneo per le applicazioni su automi antropomorfi. La ragione à ̈ semplice: i sistemi di movimentazione lineare, o attuatoli elettromeccanici, oggi noti fanno uso di viti TPN o a ricircolo di sfere o cinematismi basati sull'uso di cinghie o catene oppure sono di tipo idraulico e/o pneumatico. I dispositivi realizzati sulla base di viti o quelli a cinghie o catene, sono prevalentemente attivati da motori elettrici e difficilmente inglobabili all'interno di un motore elettrico e pertanto costringono alla realizzazione di strutture ingombranti o componenti meccanici molto costosi da alloggiare all'interno dei motori. Inoltre la scelta di una soluzione, viti o cinghie o catene, comporta sempre la rinuncia ad uno o più aspetti tra la compattezza, la velocità, la semplicità. Gli attuatoli di tipo idraulico, chiamati anche martinetti, e pneumatico sono a prima vista quelli più compatti ma à ̈ solo una compattezza apparente infatti essi hanno necessità di essere collegati rispettivamente ad una pompa idraulica o ad un compressore che, a parte i tubi di collegamento, à ̈ sempre molto ingombrante o pesante a causa del fatto che, dovendo generare elevate pressioni o portate, essa viene realizzata con componenti metallici massicci e quindi pesanti o ingombranti. Dal momento che il martinetto o attuatore pneumatico non à ̈ funzionale in assenza della corrispettiva pompa o compressore à ̈ necessario conglobare nella dimensione del sistema di attuazione o movimentazione lineare ad esso associato anche il volume della pompa o compressore appena considerata.

Obbiettivo che l'innovazione intende raggiungere: l'obbiettivo à ̈ quello di disporre di un sistema di conversione del moto rotatorio in moto traslatorio dotato di caratteristiche di compattezza, velocità e semplicità tali da consentire la realizzazione di sistemi di movimentazione lineare che ne possano ereditare le caratteristiche e quindi beneficiare dei vantaggi. Il Cinematismo Trapezio Cilindrico nel seguito chiamato CTC à ̈ costituito da fasce flessibili, parti rotanti e traslanti che, assemblati tra loro con opportuni gradi di libertà e nel modo che verrà descritto di seguito, permettono di realizzare sistemi di movimentazione lineare, eventualmente motorizzati, dotati di un ingombro, una semplicità e delle prestazioni che non hanno paragoni. Il CTC quindi à ̈ un sistema che costituisce un'alternativa completamente diversa alle viti TPN o a ricircolo di sfere o a cinematismi composti con cinghie o catene o ai martinetti idraulici o pneumatici e consente di alloggiare qualsivoglia motore di qualsivoglia tipo, atto ad attivare le parti, completamente al suo interno conferendo all'attuatore cosi costituito quelle caratteristiche di compattezza che altri sistemi non hanno. Ma i vantaggi che il CTC può dare non sono solo la compattezza e come si potrà evincere dopo la descrizione del suo funzionamento esso à ̈ estremamente semplice, assemblabile con componenti poco costosi e capace di produrre delle accelerazioni superiori ai sistemi fino ad oggi esistenti. Con l'ausilio delle Tavole da 01, 02, 03, 04, 05, 06 e le rispettive Figure da 01 a 19, tutte in vista assonometrica, si descrive il funzionamento di un sistema che converte il moto rotatorio relativo di due elementi in moto traslatorio, relativo, di un terzo elemento rispeto ai due elementi citati attraverso un cinematismo di fasce, anelli e cilindri, il CTC per l'appunto. Le Figure da 01 a 05 delle Tavole 01 e 02 condividono delle sigle la maggior parte racchiuse in opportuni retangoli aventi delle frecce uscenti che indicano l'elemento delle figure a cui si riferiscono. Nel seguito, dopo aver opportunamente definito la nomenclatura degli elementi in gioco, la descrizione farà indifferentemente uso del nome delle parti e/o della sigla corrispondente.

Nomenclatura e descrizione delle parti costituenti il CTC: nelle figure 01 , 02 e 03 della Tavola 01 allegate alla presente domanda di brevetto con la sigla CUR, in giallo, si identifica il Cursore, l'anello giallo, esso à ̈ la parte del CTC che riceve o trasmette moto lineare traslatorio lungo l'asse Z anch'esso rappresentato e contrassegnato nella stesse figure. Alla base delia figura 01 e 03 della Tavola 01 si possono notare due anelli concentrici uno rosso e uno blu contrassegnati dalle sigle BR e BB essi sono la Base Rossa e la Base Blu rispettivamente. BR ha un'appendice escrescente a parallelepipedo di spessore ridotto che prende il nome di Aletta Rossa e sarà contrassegnata con AR come in Figura 01 e 03 della Tavola 01. La stessa cosa per BB nel cui caso prenderà nome Aleta Blu e sarà contrassegnata con AB. I due anelli BR e BB sono concentrici e quello blu à ̈ parzialmente all'interno di quello rosso, inoltre il loro asse à ̈ coincidente con Z. BR e BB sono vincolati a poter ruotare intorno a Z senza che sia possibile alcuna altro tipo di movimento. Le alete AR e AB hanno la funzione accessoria di segnare le posizioni angolari a e β, giacenti sui piano XY, ortogonale al'asse Z, delle BR e BB rispeto allo zero angolare rappresentato in figura 01 dalla superficie grigia parallela a, e passante per Z contrassegnata a sua volta, e di seguito chiamata, 0°. Nelle Figure 04 e 05 della Tavola 02 si possono notare due tubi semitrasparenti uno grigio esterno e uno verde interno essi sono contrassegnati rispetivamente con le sigle CE e CI sono da considerare a tuti gli effeti dei tubi non deformabili quindi dotati di un volume cavo al toro interno. CE e CI prendono il nome rispettivamente di Colonna Esterna e Colonna Interna. La trasparenza non à ̈ in alcun modo vincolante ai fini del funzionamento del CTC essa ha la sola utilità di rendere più comprensibile le dinamiche delle parti. Il volume non nullo sempre compreso tra CE e CI prende il nome di Dominio delle Fasce il quale dipende dai diametri di CE e CI. All'interno di esso à ̈ confinato il moto del CUR. Le colonne sono concentriche e coassiali a Z, inoltre sono immobili lungo Z rispeto a BR e BB, anche se l'immobilità non à ̈ necessaria ai fini del funzionamento del CTC e quindi non à ̈ da considerarsi vincolante ai fini del breveto. Nelle altre Tavole CE e CI sono rappresentati entrambi in grigio: CE molto più trasparente di CI. Nelle Figure 01, 02 e 03 della Tavola 01 si possono vedere delle fasce una rossa una blu che si avvolgono parzialmente intorno a CI assumendo una forma a spirale cilindrica avente per asse Z, sono contrassegnate rispetivamente dalla sigla FR e FB e prendono il nome rispetivamente di Fascia o Principio rosso e Fascia o Principio blu. Esse congiuntamente a CE e CI svolgono il compito di trasformare il moto rotatorio di BR e BB in moto traslatorio di CUR muovendosi e modificando la loro forma all'interno del Dominio delle Fasce. Sono a tuti gli effeti delle fasce o segmenti di nastro di materiale flessibile dotate di una sezione rappresentata nella Figura 18 della Tavola 05 e contrassegnata con la S. Ogni estremità di ogni fascia à ̈ vincolata sul CUR tramite una cerniera rappresentata nelle Figure 01, 02, 03, 04, 05 delle Tavole 01 e 02 dai cilindretti grigi ad esso adiacenti e contrassegnate sulle Tavole 01 e 02 con la sigla CER . L’altra estremità della FR à ̈ vincolata sulla BR con una cerniera rappresentata nelle Figure 01 , 02, 03, 04, 05 delle Tavole 01 e 02 dal cilindretto grigio ad essa adiacente e contrassegnata sulle Tavole 01 e 02 con la sigla CER. L’altra estremità della FB à ̈ vincolata sulla BB con una cerniera rappresentata nelle Figure 01, 02, 03, 04, 05 della Tavola 01 e 02 dal cilindretto grigio ad essa adiacente e contrassegnata sulle Tavole 01 e 02 con la sigla CER. Le CER consentono alle fasce di ruotare intorno al loro asse ma non l'allontanamento delle estremità dai punti di vincolo Gli assi delle CER, a loro volta, sono da considerare ortogonali e intersecanti Z. La lunghezza del tragitto più breve che unisce i punti dì innesto delle cerniere di una fascia calcolata percorrendo la superficie della fascia stessa essa à ̈ anche lunghezza della fascia. Le fasce o principi sono da considerare in grado di cambiare la loro forma a seconda della posizione del CUR ma altresì capaci di conservare la loro lunghezza nelle medesime condizioni. Le figure da 01 a 19 delle Tavole da 01 a 06 rappresentano il CTC a meno del fatto che te estremità delle FR e FB incernierate rispettivamente su BR e BB sono in realtà al di fuori del Dominio delle Fasce così come definito, in realtà la lunghezza di CE e CI va considerata tale da far rientrare al suo interno anche dette estremità quindi anche le BR e BB, anche se questa non à ̈ condizione vincolante per il funzionamento del sistema ovvero il CTC funziona bene anche se le estremità restano per una porzione lunga circa quanto la larghezza della fascia al di fuori del Dominio delle Fasce. La scelta di non rappresentare rigorosamente nelle figure il sistema secondo la definizione delle parti sopra riportata à ̈ stata presa per semplificare la percezione tridimensionale del trovato rendendo più chiare le illustrazioni.

Funzionamento del CTC nel suo insieme: la Figura 06 della Tavola 03 presenta la visione assonometrica degli elementi sopra descritti assemblati in modo da costituire il CTC nella sua interezza ed in posizione ZERO: alla quale corrispondono gli angoli α=β=0 rispetto a 0°. Ipotizziamo ora di agire con opportune coppie di forze (provenienti dalle mani ad esempio) sulle alette AR e AB, e quindi azionare BR e BB, ruotandoli rispettivamente di un angolo a e β diversi da 0 rispetto al riferimento 0°. Detti spostamenti sono rappresentati in Figura 07, 08, 09, 10, 11 delie Tavole 03 e 04 dalle frecce curve rossa e blu rispettivamente poste al di sopra i simboli a e β. Essendo per le fasce FR e FB impossibile modificare la loro lunghezza, in quanto flessibili ma non allungabili, essendo forzatamente confinate nel Dominio delle Fasce dalle CE e CI. per effetto delle cerniere esse saranno trascinate dalle BR e BB e si avvolgeranno intorno al CI trascinando, a loro volta e verso le basi, il CUR. Aumentando ulteriormente a e β, Figura 08 della Tavola 03, le fasce si avvolgeranno ancora di più abbassando ulteriormente il CUR. Seguendo le Figure 09, 10, 11 della Tavola 04 si può vedere come l'aumento progressivo di a e β nelle rispettive direzioni comporti un avvicinamento del CUR alle BR e BB via via maggiore in risposta alla progressione crescente dell'ampiezza degli angoli. I principi FR ed FB sono da tra loro antagonisti sul piano XY mentre sono concordi lungo l'asse Z perché per la loro particolare disposizione, all'atto del funzionamento del cinematismo secondo la sua struttura e le imposizioni vincolari sopra definite, l'applicazione di opportune copie di forze che pongono in rotazione BR rispetto a BB trasmettono delle forze rispettivamente su FR e FB, tramite le CER, tali che le loro componenti sul piano XY si oppongono mentre quelle lungo Z assumono verso concorde sommandosi. Se BB fosse disposto parallelamente a BR allora i principi non sarebbero antagonisti perché né le componenti sul piano XY né quelle lungo Z sarebbero in opposizione tra loro. Se il CTC avesse due principi paralleli non potrebbe trasformare il moto rotatorio relativo di BR e BB in moto traslatorio del CER.

Pertanto il CTC à ̈ tale solo se ha almeno due principi antagonisti ovvero aventi componenti sul piano XY delle forze applicate dalle BR o BB o dai CUR in opposizione tra loro. Invertendo ora il verso di rotazione delle BR e BB si ottiene l'effetto di allontanare il CUR dalle BR e BB. Questo à ̈ facilmente visibile immaginando di invertire le frecce che indicano l'ampiezza degli angoli a e β e percorrendo le Figure dalla 06 alla 11 delle Tavole 03 e 04 in ordine inverso partendo dalla Figura 11 della Tavola 04. Analizzando le forze ortogonali alla sezione S si può notare come esse abbiano sezione per sezione, per quanto piccola, una componente sul piano XY di tipo centripeto o centrifugo a seconda che CUR si avvicini o si allontani dalle basi rispettivamente. Questa componente à ̈ responsabile della fuoriuscita immediata delle FR e FB dal Dominio delle Fasce se non ci fossero CE e CI che svolgono quindi la funzione di ricevere e annullare qualunque allontanamento delle fasce dal Dominio delle Fasce garantendone la posizione funzionale.

Esposizione dei vantaggi rispetto allo stato della tecnica: come si può notare tutto lo spazio interno alia CI, condiviso interamente con CE, non à ̈ funzionale al CTC pertanto risulta utilizzabile per qualunque scopo come ad esempio l'inserimento di un motore che attraverso eventuali organi meccanici intermedi aziona il CTC. Questi organi meccanici unitamente ad un eventuale motore non sono parte integrante del trovato e quindi della domanda di brevetto. Il GTC à ̈ un cinematismo molto compatto e leggero rispetto alle altre soluzioni discusse nella analisi delle anteriorità sopra riportata. Il CTC resta funzionante anche in presenza di diversi tipi di deformazioni della CE o della CI; a differenza degli altri sistemi che di norma perdono la loro funzionalità qualora dovessero subire deformazioni allo stelo. Il CTC à ̈ facilmente reversibile cioà ̈ muovendo il CUR si può ottenere rotazione relativa delle basi; di norma questa caratteristica à ̈ molto difficile se non impossibile nei sistemi a vite o idraulici. Il CTC gode di significative traslazioni dei CUR a fronte dì rotazioni relative delle BR e BB di pochi giri; nel caso dei sistemi a vite per avere un effetto del genere occorre disporre di viti con passo molto lungo di difficile e limitata realizzazione. Il CTC può essere realizzato con molti principi e a titolo di esempio nelle figure 12, 13, 14, 15, 16 e 17 della Tavola 05 sono riportati i passaggi del funzionamento delle Figure 06, 07, 08, 09, 10, 11 delle Tavole 03 e 04 viste prima con un CTC a sei principi due a due antagonisti e in Figura 19 della Tavola 06 sì può vedere il CTC a fine ciclo di discesa del CUR corrispondente alla stessa posizione assunta dal CTC a 2 principi della Figura 11 della Tavola 03 ma dotato di ben 16 principi. La presente domanda di brevetto comprende un qualunque CTC realizzato con numero di principi superiore a 2. L'aumento del numero di principi rende più regolare il funzionamento del sistema e consente la trasmissione di maggiore forza dalle basi al CUR e viceversa. Il CTC à ̈ un cinematismo che può essere utilizzato per realizzare sistemi meccanici di movimentazione lineare, sollevamento, apertura e chiusura, rotazione, conversione di moto. Data la particolare compattezza una delle applicazioni che ne gioverebbe maggiormente à ̈ la robotica, in particolare nell’ambito degli automi antropomorfi, oggi principalmente frenato a causa dell'ingombro, della bassa capacità acceleratrice e del peso dei sistemi di movimentazione dei vari elementi che costituiscono gli arti dei robot. A partire da un motore ed opportuni organi dì trasmissione di moto alle basi BR e BB il CTC può esservi assemblato intorno in modo da minimizzare l'ingombro del sistema nel suo insieme. Il CTC inoltre à ̈ estremamente semplice da realizzare anche con materiali poco costosi e non necessita di parti meccaniche particolarmente precise perché sia perfettamente funzionante e performante. Il CTC infine, rispetto ai sistemi motori muscolari dei sistemi biologici che generano solo forza di trazione, à ̈ in grado di produrre egualmente forza sia di spinta che di trazione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI. 1. Cìnematismo costituito da due corpi dette basi (BR e BB). Le basi sono concentriche, controrotanti sullo stesso piano in modo tra loro relativo, assenti di moto traslatorio relativo lungo il loro asse (Z) 2. Cìnematismo come nella rivendicazione 1 in cui ogni base à ̈ collegata rispettivamente mediante cerniera (CER) ad una fascia (BR con FR) contrapposta a quella dell'altro anello (BB con FB). 3. Cìnematismo come nella rivendicazione 1 e 2 in cui ogni fascia à ̈ flessibile e avvolta in direzione opposta all'altra intorno ad un tubo detto colonna interna (CI) ed il tutto contenuto in un'altro tubo detto colonna esterna (CE). 4. Cìnematismo come nella rivendicazione 1 , 2 e 3 in cui le fasce (FR ed FB) sono racchiuse nel volume compreso tra la colonna interna e quella esterna (Dominio delle Fasce) e incernierate ad un terzo anello (CUR) che scorre lungo l’asse delle basi (Z) all'interno del Dominio delle Fasce.