ITPD20080345A1 - Dispositivo per la movimentazione automatica di nodi di macchine ad assi controllati - Google Patents

Description

TITOLO

DISPOSITIVO PER LA MOVIMENTAZIONE AUTOMATICA DI NODI

DI MACCHINE AD ASSI CONTROLLATI

DESCRIZIONE

Il presente brevetto à ̈ attinente ai dispositivi per la movimentazione di macchine con due o più assi ed in particolare concerne un nuovo dispositivo per la movimentazione automatica di nodi a flessione e torsione in qualunque tipologia di macchina a due o più assi controllati, come ad esempio robot antropomorfi o macchine automatiche in genere.

Sono note macchine automatiche a più assi, come i robot cosiddetti antropomorfi, ossia bracci meccanici motorizzati costituiti di parti mobili che imitano i movimenti di un braccio umano.

Sono noti, in particolare, robot antropomorfi cosiddetti a sei assi, come esemplificato in figura 0, comprendenti una base (1), alla quale à ̈ vincolato un supporto rotante (2) intorno ad un primo asse (21) genericamente ortogonale a detta base (1).

A detto supporto (2) Ã ̈ incernierato un primo braccio (3) libero di ruotare intorno ad un asse (31) ortogonale rispetto a detto primo asse (21). Detta base (1), detto supporto (2) e detto primo braccio (3) simulano il movimento di una spalla e del braccio umano.

A detto primo braccio (3) à ̈ incernierato un secondo braccio (4), rotante rispetto a detto primo braccio (3) intorno ad un ulteriore asse (41), imitando il movimento dell’avambraccio umano.

A detto secondo braccio (4) Ã ̈ vincolato un supporto (5) rotante intorno ad un asse (51) sostanzialmente parallelo a detto secondo braccio (4), e dove a detto supporto (5) Ã ̈ incernierato un ulteriore elemento (6) rotante rispetto a detto supporto (5) stesso intorno ad un asse (61).

Detto supporto (5) e detto elemento (6) imitano il movimento di un polso che può sia flettersi che ruotare.

A detto elemento (6), infine, Ã ̈ vincolato un ulteriore elemento (7) rotante rispetto a detto elemento (6) intorno ad un asse (71).

I collegamenti tra i diversi supporti, elementi e bracci che formano il robot antropomorfo sono comunemente chiamati nodi.

Un nodo può quindi essere del tipo a torsione (N4, N5, N6), se i due elementi ruotano l’uno rispetto all’altro senza modificare l’angolo di inclinazione tra essi, mentre può essere del tipo a flessione (N1, N2, N3), se i due bracci ruotano l’uno rispetto all’altro modificando l’angolo di inclinazione tra essi.

Generalmente, per la movimentazione controllata di detti nodi del tipo a flessione, à ̈ noto l’impiego di motori cosiddetti torsionali, collegati direttamente al nodo, e dove l’albero del motore à ̈ parallelo o addirittura coincidente con l’asse di rotazione dei bracci.

Detti motori torsionali, che devono esercitare forze elevate su detti nodi, possono essere molto pesanti, rendendo notevolmente pesante l’intera macchina o robot.

Un ulteriore inconveniente dei dispositivi di movimentazione del tipo noto con motori torsionali su ciascun nodo consiste nel loro ingombro, perché ciascuno di detti motori à ̈ anche generalmente collegato ad un riduttore, che ha anch’esso un proprio ingombro.

Sono anche noti dispositivi di movimentazione più complessi, dove il motore non à ̈ collegato direttamente al nodo o all’organo da muovere.

E’ ad esempio un dispositivo di trasmissione del moto costituito di un motore collegato ad una chiocciola nella quale à ̈ impegnata una vite.

Il dispositivo à ̈ anche dotato di una coppia di doppie pulegge disposte in posizione opposte rispetto a detta vite. Ciascuna di dette doppie pulegge à ̈ costituita di una puleggia piccola affiancata e solidale ad una puleggia più grande e dove la puleggia più piccola à ̈ collegata mediante cavo ad un’estremità di detta vite, mentre detta puleggia più grande à ̈ collegata mediante cavo all’organo da movimentare.

Detto dispositivo risulta estremamente complesso e inoltre detta vite, che trasla in due versi, necessita di uno spazio libero da entrambe le parti, occupando quindi un notevole ingombro e spostando inoltre il baricentro del dispositivo in modo rilevante.

Detto dispositivo, pertanto, non può essere facilmente utilizzato in apparecchiature complesse come ad esempio un robot antropomorfo, in quanto risulterebbe una macchina eccessivamente ingombrante e meccanicamente complicata.

Inoltre detto dispositivo à ̈ limitato nel suo utilizzo poiché l’organo da movimentare può essere ruotato solo di un angolo ristretto.

Per ovviare a tutti i suddetti inconvenienti si à ̈ studiato e realizzato un nuovo tipo di dispositivo per la movimentazione automatica di nodi a flessione e nodi a torsione di qualunque tipologia di macchina a due o più assi controllati, come robot antropomorfi o macchine automatiche in genere. Compito principale del presente trovato à ̈ quello di massimizzare la forza generalizzata o momento trasmesso al nodo, minimizzando il momento applicato dal motore.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di essere impiegato in uno o più nodi, a torsione e/o a flessione, in macchine a uno o più assi controllati, particolarmente in qualunque tipologia di macchina dove sia necessario vincere enormi momenti torcenti e flettenti.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di trasformare i momenti ai nodi in forze di trazione.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di massimizzare il rendimento utilizzando opportuni accorgimenti che garantiscano anche una elevata precisione di attuazione e l’applicazione di forze molto elevate.

Altro scopo del presente trovato à ̈ quello di ridurre gli ingombri e anche il peso rispetto ai dispositivi del tipo noto, permettendo quindi l’applicazione in macchine anche molto complesse, come robot antropomorfi o macchine automatiche a due o più assi.

Questi ed altri scopi, diretti e complementari, sono raggiunti dal nuovo dispositivo per la movimentazione automatica di nodi a flessione e nodi a torsione di qualunque tipologia di macchina a due o più assi controllati, come robot antropomorfi o macchine automatiche in genere, in particolare dove sia necessario vincere enormi momenti, flettenti o torcenti.

Il nuovo dispositivo di movimentazione trova particolare applicazione in qualunque tipologia di macchina a più assi controllati, dove uno o più di detti dispositivi possono essere applicati su uno, su tutti o su parte dei nodi a tensione e dei nodi a torsione della macchina.

Il nuovo dispositivo di movimentazione del nodo comprende nelle sue parti principali almeno un attuatore di tipo lineare, azionato da un comando motorizzato, ad esempio un motore elettrico, detto attuatore lineare essendo collegato ad almeno un tamburo di torsione mediante un elemento di tensionamento, ad esempio una catena o un nastro, e dove detto attuatore lineare induce un moto lineare traslatorio in almeno una direzione che viene trasformato in un moto rotatorio di detto tamburo.

Nella soluzione preferita, si prevede che detto attuatore lineare comprenda almeno una vite, collegata a detto motore e rotante intorno al proprio asse longitudinale, detta vite essendo impegnata in una chiocciola a sua volta collegata a detto elemento di tensionamento.

Detta chiocciola à ̈ vincolata a traslare in direzione parallela all’asse longitudinale di detta vite e in uno o entrambi i versi, in funzione della rotazione della vite stessa.

La traslazione di detta chiocciola viene quindi trasmessa a detto elemento di tensionamento che provoca la corrispondente rotazione del tamburo.

Allo scopo di massimizzare il rendimento del dispositivo, garantendo nel contempo la massima precisione, si prevede che detta vite sia preferibilmente del tipo a ricircolo di sfere.

Infatti, nelle normali viti senza fine del tipo TPN, la superficie di contatto tra vite e madrevite à ̈ considerevole e di conseguenza l'attrito sviluppato à ̈ alto causando un basso rendimento del sistema.

Al contrario, nelle viti a ricircolo di sfere, tra il filetto della vite e il filetto della chiocciola sono interposte delle sfere incanalate in apposite piste ricavate all'interno del corpo della chiocciola, consentendo di avere un sistema con scarsi giochi assiali e buon rendimento.

In alternativa a detta vite, si può prevedere che detto attuatore comprenda uno o più pistoni oleodinamici/pneumatici e/o una o più camme o leve in genere e/o altra tipologia nota di motori lineari.

Secondo una soluzione preferita, detto elemento di tensionamento comprende almeno una catena atta ad essere ingranata su detto tamburo, a sua volta dotato di denti di presa. Questa soluzione permette una maggiore presa dell’elemento di tensionamento sul tamburo, garantendo anche una maggiore precisione.

E’ possibile prevedere che, in sostituzione o in combinazione a detta catena, detto elemento di tensionamento comprenda almeno una fune, un cavo o un nastro, in genere o preferibilmente in tecnopolimero, come ad esempio fibre di carbonio, polimeri con fibra di vetro, materiali compositi con polimerici in genere, ecc, avvolto una o più volte su detto tamburo e vincolato ad esso. Per provocare la rotazione in entrambi i versi di detto tamburo, detto dispositivo comprende anche elementi di rinvio.

Nella soluzione preferita, in particolare, detto dispositivo di movimentazione comprende almeno un tamburo di rinvio, collegato a detto tamburo di torsione mediante un elemento di tensionamento di rinvio, unito o non unito a detto primo elemento di tensionamento, a formare ad esempio un anello.

Secondo una soluzione alternativa, detto dispositivo di movimentazione comprende un ulteriore attuatore lineare, disposto simmetricamente a detto primo attuatore lineare rispetto a detto tamburo, al quale à ̈ collegato mediante un ulteriore elemento di tensionamento, unito o non unito a detto primo elemento di tensionamento.

Detti attuatori lineari possono essere collegati entrambi al medesimo comando motorizzato, comprendente un motore elettrico invertibile, per provocare alternativamente la rotazione del tamburo in un verso e nel verso opposto.

Secondo un’ulteriore possibile soluzione alternativa, detto tamburo di torsione à ̈ collegato ad almeno un elemento elastico di ritorno, ad esempio una molla torsionale o elicoidale che contrasta la rotazione del tamburo in almeno un verso.

Si può anche prevedere l’impiego di contrappesi o di qualunque altro mezzo di ritorno atto a contrastare detta rotazione del tamburo in almeno un verso. Le caratteristiche del presente trovato saranno meglio chiarite dalla seguente descrizione con riferimento alle tavole di disegno, allegate a titolo di esempio non limitativo.

In figura 0 Ã ̈ schematizzato un esempio di robot antropomorfo a 6 assi.

Nelle figure 1 e 2 Ã ̈ schematizzato, in vista frontale e laterale, un esempio di robot antropomorfo a 6 assi, dove, su ciascun nodo a tensione (N1, N2, N3) Ã ̈ collocato il nuovo dispositivo di movimentazione (D).

Nelle figure 3, 4 e 5 Ã ̈ invece schematizzato nel dettaglio un solo dispositivo di movimentazione (D) nelle viste frontale, laterale e in pianta.

In figura 6 Ã ̈ schematizzato in dettaglio un tamburo (T) di torsione unito ad un elemento di tensionamento (E) comprendente un nastro (N) avvolto due volte.

In figura 7 Ã ̈ schematizzato un dispositivo di movimentazione (D) applicato ad un nodo a torsione (N4, N5, N6).

Il nuovo dispositivo di movimentazione (D) trova efficace applicazione per la movimentazione di nodi a flessione (N1, N2, N3) e di nodi a torsione (N4, N5, N6) di robot antropomorfi o qualunque altra tipologia di macchina a due o più assi in genere.

Nelle figure 1 e 2, il nuovo dispositivo di movimentazione (D) Ã ̈ applicato ai nodi a flessione (N1, N2, N3) di un robot antropomorfo a 6 assi, mentre in figura 7, il nuovo dispositivo di movimentazione (D) Ã ̈ applicato ad nodo del tipo a torsione (N4, N5, N6).

Il nuovo dispositivo di movimentazione (D) comprende almeno un attuatore di tipo lineare (A), agente in una prima direzione (X), ciascuno collegato ad almeno un motore elettrico (M) e ad almeno un tamburo di torsione (T) mediante uno o più elementi di tensionamento (E), detto tamburo (T) essendo disposto con asse di rotazione (Y) ortogonale a detta prima direzione (X) di azione di detto attuatore lineare (A).

Nella soluzione realizzativa preferita, rappresentata nelle figure 3, 4 e 5, il nuovo dispositivo di movimentazione (D) comprende due di detti attuatori lineari (A) affiancati e paralleli, entrambi collegati in modo simmetrico ad un unico motore elettrico (M) e ad una catena (E) di tensionamento.

Detta catena (E) à ̈ ad anello ed à ̈ avvolta su detto tamburo (T) e su almeno un’ulteriore puleggia o tamburo di rinvio (R).

Ciascuno di detti attuatori lineari (A) comprende preferibilmente ameno una vite (A1) collegata a detto motore elettrico (M), atto a provocare la rotazione della vite (A1) stessa intorno al proprio asse longitudinale (A11), in uno o entrambi i versi.

Detta vite (A1) Ã ̈ inoltre impegnata in almeno una chiocciola (A2), a sua volta collegata a detta catena (E).

La rotazione della vite (A1) in un verso provoca la corrispondente traslazione di detta chiocciola (A2) in direzione parallela a detto asse longitudinale (A11) della vite (A1) stessa.

Detta chiocciola (A2), traslando, agisce su detta catena (E) con una forza di trazione in uno dei due versi e detta catena (E), impegnata su detto tamburo (T), ne provoca la rotazione nel verso corrispondente.

Nella sua applicazione in un nodo a flessione (N1, N2, N3), come da figure 1 e 2, a ciascun tamburo (T) di ciascun dispositivo (D) sono incernierati due bracci o elementi (2, 3; 3, 4; 5, 6), in modo che la rotazione di detto tamburo (T) provoca la rotazione di almeno un braccio/elemento rispetto a quello ad esso incernierato, intorno all’asse di rotazione del tamburo (T) stesso.

Nella particolare soluzione applicativa rappresentata, detti dispositivi di movimentazione (D) sono integrati nel corpo di uno dei due bracci (2, 3, 4) collegati al relativo nodo (N1, N2, N3) e disposti parallelamente al braccio (2, 3, 4) stesso, in modo che l’asse di rotazione (Y) del tamburo (T), coincida con l’asse di rotazione del nodo di flessione (N1, N2, N3).

Nella sua applicazione in un nodo a torsione (N4, N5, N6), come da figura 7, a ciascun tamburo (T) di ciascun dispositivo (D) à ̈ collegato a due elementi (1, 2; 4, 5; 6, 7), in modo che la rotazione di detto tamburo (T) intorno al proprio asse (Y) provochi la rotazione relativa di detti elementi l’uno rispetto all’altro intorno al medesimo asse (Y), senza modificare quindi l’angolo di inclinazione tra essi.

In particolare, detti dispositivi di movimentazione (D) sono disposti lateralmente rispetto al nodo, come schematizzato in figura 7.

Secondo una seconda soluzione preferita, si prevede che detto elemento di tensionamento (E) comprenda un nastro, preferibilmente in tecnopolimero, come ad esempio fibre di carbonio, polimeri con fibra di vetro, materiali compositi con polimerici in genere, ecc, collegato a detta chiocciola (A2) dell’attuatore lineare (A) e avvolto a formare un anello intorno a detto tamburo di torsione (T) e a detto tamburo di rinvio (R), come da figura 6. Per impedire slittamenti del nastro sui tamburi (T, R), si prevede che detto nastro sia avvolto preferibilmente almeno due volte intorno a detto tamburo di torsione (T) e incollato o comunque fissato almeno parzialmente nel primo avvolgimento (T1) al tamburo (T) stesso.

Queste sono le modalità schematiche sufficienti alla persona esperta per realizzare il trovato, di conseguenza, in concreta applicazione potranno esservi delle varianti senza pregiudizio alla sostanza del concetto innovativo.

Pertanto con riferimento alla descrizione che precede e alle tavole accluse si esprimono le seguenti rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.Dispositivo di movimentazione (D) per nodi a flessione (N1, N2, N3) e/o per nodi a torsione (N4, N5, N6) di macchine a due o più assi controllati, ciascuno di detti nodi (N1, N2, N3, N4, N5, N6) comprendente almeno un tamburo di torsione (T) rotante intorno ad asse longitudinale di rotazione (Y), caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un attuatore di tipo lineare (A), agente in una prima direzione (X) ortogonale a detto asse di rotazione (Y) di detto tamburo (T), collegato a detto tamburo di torsione (T) stesso mediante uno o più elementi di tensionamento (E), e dove detto attuatore lineare (A) agisce su detto elemento di tensionamento (E) con una forza di trazione in detta direzione (X), in almeno uno dei due versi, e detto elemento di tensionamento (E), direttamente impegnato su detto tamburo (T), ne provoca la rotazione nel verso corrispondente. 2.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto attuatore lineare (A) comprende almeno una vite (A1) collegata ad almeno un comando motorizzato (M), atto a provocare la rotazione della vite (A1) stessa intorno al proprio asse longitudinale (A11), in uno o entrambi i versi, e almeno una chiocciola (A2), a sua volta collegata a detto elemento di tensionamento (E) e nella quale à ̈ impegnata detta vite (A1), e dove la rotazione di detta vite (A1) in un verso provoca la corrispondente traslazione di detta chiocciola (A2) in direzione parallela a detto asse longitudinale (A11) della vite (A1) stessa, detta chiocciola (A2) agendo su detto elemento di tensionamento (E) con una forza di trazione in uno dei due versi. 3.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta vite à ̈ a ricircolo di sfere. 4.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto comando motorizzato (M) à ̈ un motore elettrico. 5.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere due di detti attuatori lineari (A) affiancati e paralleli, entrambi collegati in modo simmetrico ad un unico motore elettrico (M) e, mediante detto elemento (E) di tensionamento, a detto tamburo (T). 6.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento di tensionamento (E) comprende almeno una catena o cavo o fune o nastro. 7.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento di tensionamento (E) à ̈ avvolto ad anello su detto tamburo (T) e su almeno un’ulteriore puleggia o tamburo di rinvio (R). 8.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto elemento di tensionamento (E) à ̈ vincolato ad un’estremità a detta chiocciola dell’attuatore (A), avvolge detto tamburo (T) in uno o più avvolgimenti ed à ̈ vincolato con l’estremità opposta al tamburo (T) stesso, e dove detto tamburo (T) à ̈ collegato ad almeno un mezzo di rinvio comprendente almeno un elemento elastico o contrappeso o altro mezzo atto a contrastare detta rotazione di detto tamburo (T) in almeno un verso. 9.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto tamburo (T) comprende almeno una puleggia dentata e dove detto elemento di tensionamento (E) comprende almeno una catena (E), impegnata sui denti di detto tamburo (T). 10.Dispositivo di movimentazione (D), come da rivendicazioni 7 o 8, caratterizzato dal fatto che detto elemento di tensionamento (E) comprende un nastro in tecnopolimero, come ad esempio fibre di carbonio, polimeri con fibra di vetro, materiali compositi con polimerici in genere, ecc, collegato a detta chiocciola (A2) di detto attuatore lineare (A) e avvolto almeno due volte intorno a detto tamburo di torsione (T) e incollato o comunque fissato almeno parzialmente nel primo avvolgimento (T1) al tamburo (T) stesso.