ITTO20120743A1 - Attuatore a rigidezza variabile con reiezione passiva dei disturbi - Google Patents

Description

"Attuatore a rigidezza variabile con reiezione passiva dei disturbi"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un attuatore a rigidezza variabile, particolarmente per applicazioni robotiche, avente le caratteristiche specificate nel preambolo della rivendicazione indipendente 1.

Gli attuali robot sono macchine eccellenti, ma non sono ancora in grado di interagire con l'ambiente che li circonda, soprattutto quando si tratta di un ambiente non strutturato. Recenti studi sull'uomo hanno dimostrato il ruolo fondamentale che la co-contrazione muscolare svolge nel rispondere a eventi non predicibili durante compiti di manipolazione. In particolare la possibilità di variare la rigidezza dei giunti delle braccia (spalla, gomito e polso) permette all'uomo di interagire agevolmente con ambienti che cambiano con elevata velocità e di respingere disturbi non predicibili. Partendo da tali constatazioni, nell'ultimo decennio gli esperti di robot hanno iniziato a progettare attuatori capaci di modificare attivamente la loro cedevolezza intrinseca con l'intento di riprodurre nei moderni robot la medesima capacità di controllo che ha l'uomo, cioà ̈ la capacità di variare la cedevolezza intrinseca del suo corpo. Tali attuatori sono comunemente noti con gli appellativi di attuatori a rigidezza variabile ("Variable Stiffness Actuators", da cui l'acronimo VSA), di attuatori a impedenza variabile ("Variable Impedance Actuators", da cui l'acronimo VIA) o ancora di attuatori con rigidezza regolabile ("Actuators with Adjustable Stiffness, da cui l'acronimo AwAS).

La figura 1 dei disegni allegati mostra in modo schematico un attuatore a rigidezza variabile, in particolare un attuatore rotante, in cui un motore rotante M à ̈ collegato a un organo di uscita rotante O tramite un elemento elastico a rigidezza variabile S. La posizione (posizione angolare) dell'albero del motore M à ̈ indicata con q, mentre la posizione (posizione angolare) dell'organo di uscita O à ̈ indicata con Î ̧. La rigidezza dell'elemento elastico S à ̈ rappresentata dalla funzione g(q-Î ̧). La forza agente sull'albero del motore M costituisce l'ingresso del sistema ed à ̈ quindi indicata con u. Tutte le altre forze agenti sull'albero del motore M e sull'organo di uscita O sono rappresentate rispettivamente dalle funzioni f (q, q<&>) e h(Î ̧, Î ̧<&>). La dinamica di un tale sistema à ̈ descritta dal seguente modello:

g

Linearizzato nell'intorno di una configurazione di equilibrio (q = qeqe Î ̧ = Î ̧eq), il sistema (1) diventa:

dove x rappresenta la deviazione dalla configurazione di equilibrio, cioà ̈:

dove i parametri a, b, c, d ed e sono dati dalle seguenti derivate, calcolate nella configurazione di equilibrio:

∂ f ∂<h>∂ g ∂ f ∂ h

a = , b = , c = ,d= , e = .

∂ q ∂ Î ̧ ∂ q∂q & ∂ Î ̧<&>

L'equazione (2) descrive quindi in forma linearizzata la dinamica di un attuatore a rigidezza variabile, la cui rappresentazione schematica à ̈ mostrata nella figura 2 dei disegni allegati. L'elemento elastico a e lo smorzatore d rappresentano in forma linearizzata l'interazione del motore M con l'ambiente esterno, mentre l'elemento elastico b e lo smorzatore e rappresentano in forma linearizzata l'interazione dell'organo di uscita O con l'ambiente esterno.

Partendo da tali considerazioni, la Richiedente si à ̈ posta l'obiettivo di realizzare un attuatore a rigidezza variabile, in particolare un attuatore rotante, in grado di reagire ai disturbi in modo passivo, cioà ̈ senza ricorrere a un controllo in retroazione, ma semplicemente sfruttando le proprietà intrinseche dell'attuatore.

Assumendo che i disturbi siano rappresentati da variabili stocastiche agenti come forze sull'albero del motore M (rumore bianco con varianza σq) e sull'organo di uscita O (rumore bianco con varianza σΠ̧), una misura quantitativa della capacità di reiezione dei disturbi à ̈ rappresentata dalla matrice di covarianza P, definita come covarianza del vettore di stato x in risposta alle perturbazioni applicate. Quanto minori sono gli autovalori della matrice P, tanto maggiore à ̈ la reiezione passiva dei disturbi. In particolare, una buona misura quantitativa della reiezione passiva dei disturbi à ̈ data dalla traccia della matrice P, cioà ̈ dalla somma degli autovalori di tale matrice. Per semplicità si riportano qui di seguito alcune equazioni semplificate, che rappresentano i limiti della traccia della matrice P quando la rigidezza c (che in un attuatore a rigidezza variabile à ̈ appunto variabile) dell'elemento elastico S tende a zero o a infinito:

lσ ⋅b⋅e⋅(a+1)+σ ⋅a⋅d⋅ 1 )

imc→ 0traccia(P)=<1 q Î ̧>( a

, (4) 2 aâ‹…bâ‹…d â‹… e

(a+ b)⋅(σ2

<q>+σ2

Î ̧)+(σ<q>+ σΠ̧) 2

limc→∞traccia(P)= , (5)

(a+b)â‹…(d e )

2

∂traccia( P) 1 (a⋅σΠ̧− b â‹… σq)

= − . (6)

∂ c 2 ( ) 2 <<0>

d=e=1 aâ‹…c+bâ‹…c+a â‹… b

Dalle espressioni (4), (5) e (6) si evince che la reiezione passiva dei disturbi aumenta in modo monotono con la rigidezza c dell'elemento elastico interposto fra il motore M e l'organo di uscita O. Anche i parametri a, b, d ed e sono tuttavia fondamentali per garantire una certa capacità di reiezione passiva dei disturbi. Negli esempi noti di attuatori a rigidezza variabile si ha che sia il parametro a sia il parametro b sono pari a zero, non essendo previsti elementi elastici fra il motore M e l'ambiente esterno, né fra l'organo di uscita O e l'ambiente esterno. Dato che la traccia della matrice P tende a infinito per a e b tendenti a zero, gli attuatori a rigidezza variabile noti non presentano alcuna capacità di reiezione passiva dei disturbi.

Scopo della presente invenzione à ̈ dunque realizzare un attuatore a rigidezza variabile che sia dotato della capacità di reiezione passiva dei disturbi.

Questo e altri scopi sono pienamente raggiunti secondo la presente invenzione grazie a un attuatore a rigidezza variabile avente le caratteristiche definite nella parte caratterizzante della rivendicazione indipendente 1.

Forme di realizzazione preferite di un attuatore a rigidezza variabile secondo la presente invenzione formano oggetto delle rivendicazioni dipendenti, il cui contenuto à ̈ da ritenersi come parte integrale e integrante della presente descrizione.

In sintesi, l'invenzione si fonda sull'idea di realizzare un attuatore a rigidezza variabile del tipo sopra specificato, comprendente un corpo cui à ̈ fissato il motore e su cui à ̈ supportato l'organo di uscita e comprendente inoltre mezzi elastici interposti fra il corpo e il motore in modo da esercitare su quest'ultimo una coppia/forza di reazione elastica che si oppone alla coppia/forza motrice da esso generata. La presenza di tali mezzi elastici (corrispondenti all'elemento elastico a del modello di figura 2) garantisce all'attuatore la capacità di reiezione passiva dei disturbi.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, i mezzi elastici interposti fra il corpo dell'attuatore e il motore sono mezzi elastici a rigidezza variabile, in particolare a rigidezza variabile in modo non lineare, configurati in modo che la loro rigidezza aumenti o diminuisca (e quindi aumenti o diminuisca anche la capacità di reiezione passiva dei disturbi dell'attuatore) a seguito dell'attivazione del motore.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, l'attuatore comprende due motori, ciascuno dei quali à ̈ collegato all'organo di uscita tramite rispettivi primi mezzi elastici a rigidezza variabile, e fra ciascun motore e il corpo dell'attuatore sono interposti rispettivi secondi mezzi elastici a rigidezza variabile, i motori e i primi e secondi mezzi elastici essendo configurati secondo una configurazione agonista-antagonista in maniera tale per cui l'attivazione contemporanea dei due motori porta a un aumento della rigidezza dei primi e dei secondi mezzi elastici e quindi a un aumento della capacità di reiezione passiva dei disturbi dell'attuatore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo di esempio non limitativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra in forma di modello un attuatore a rigidezza variabile secondo la tecnica nota;

la figura 2 mostra la versione linearizzata del modello di figura 1;

la figura 3 mostra una vista tridimensionale di un attuatore rotante a rigidezza variabile secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione;

la figura 4 mostra una vista in sezione, secondo un piano perpendicolare all'asse di rotazione dell'organo di uscita, dell'attuatore rotante di figura 3;

la figura 5 mostra una vista tridimensionale in scala ingrandita di un dettaglio dell'attuatore rotante di figura 3;

la figura 6 mostra una vista in sezione, secondo un piano passante per l'asse di rotazione dell'organo di uscita e parallelo agli assi di rotazione dei motori, dell'attuatore rotante di figura 3;

la figura 7 mostra una vista in esploso di uno dei due elementi elastici interposti fra i due motori e l'organo di uscita dell'attuatore rotante di figura 3;

la figura 8 mostra in forma schematica l'elemento elastico di figura 7;

la figura 9 mostra una vista in sezione dei due elementi elastici interposti fra i due motori e il corpo dell'attuatore rotante di figura 3; e la figura 10 mostra in forma di modello l'attuatore rotante di figura 3.

La descrizione dettagliata che segue verrà fornita con particolare riferimento a un attuatore a rigidezza variabile realizzato come attuatore rotante, anche se, come specificato più avanti, il principio di base dell'invenzione à ̈ applicabile anche a un attuatore a rigidezza variabile realizzato come attuatore lineare.

Con riferimento alle figure dalla 3 alla 9, un attuatore rotante a rigidezza variabile secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione à ̈ complessivamente indicato con 10 e comprende fondamentalmente un corpo 11, due motori 12 fissati al corpo 11, due riduttori 14 accoppiati ciascuno al rispettivo motore 12, due sensori di posizione e velocità angolare 16 associati ciascuno al rispettivo motore 12, un organo di uscita 18 destinato a supportare un carico esterno (non mostrato), due primi elementi elastici 20 interposti ciascuno fra il rispettivo motore 12 (ovvero il rispettivo riduttore 14, ove presente) e l'organo di uscita 18, e due secondi elementi elastici 22 interposti ciascuno fra il rispettivo motore 12 (ovvero il rispettivo riduttore 14, ove presente) e il corpo 11. L'organo di uscita 18 à ̈ supportato dal corpo 11 in modo da potere ruotare intorno a un asse di rotazione z, mentre i motori 12 sono disposti in modo da generare ciascuno un moto rotatorio intorno a un rispettivo asse di rotazione x, i due assi di rotazione x giacendo in un piano perpendicolare all'asse di rotazione z ed essendo orientati parallelamente l'uno all'altro.

Per quanto concerne il corpo 11, esso comprende, come mostrato in particolare nelle figure 3 e 6, una coppia di piastre principali 68 e 70, rispettivamente superiore e inferiore (rispetto al punto di vista dell'osservatore della figura 3), disposte parallelamente l'una all'altra e parallelamente al piano in cui giacciono gli assi di rotazione x. Il corpo 11 comprende inoltre una serie di piastre di collegamento che si estendono perpendicolarmente alle due piastre principali 68 e 70 e che sono collegate a queste ultime mediante viti. Più specificamente, tali piastre di collegamento comprendono una piastra di base 48, che à ̈ posta all'estremità del corpo 11 opposta rispetto a quella in cui si trova l'organo di uscita 18 ed à ̈ fissata alle due piastre principali 68 e 70 mediante viti 72, una piastra porta-motori 28 fissata alle due piastre principali 68 e 70 mediante viti 76, una piastra 62 disposta fra la piastra porta-motori 28 e la piastra di base 48 e fissata alle due piastre principali 68 e 70 mediante viti 74 e una piastra lato uscita 78 disposta dal lato dell'organo di uscita 18 e fissata alle due piastre principali 68 e 70 mediante viti 80.

L'organo di uscita 18 à ̈ montato su un albero 82 ed à ̈ a questo solidale a rotazione mediante spina 84. L'albero 82, e con esso quindi anche l'organo di uscita 18, à ̈ supportato a rotazione intorno all'asse di rotazione z mediante una coppia di cuscinetti 86 che sono fissati alle due piastre principali 68 e 70 del corpo 11.

I motori 12 possono essere motori elettrici o motori di qualsiasi altro tipo (ad es. motori idraulici, pneumatici, piezoelettrici, ecc.) e presentano ciascuno un rotore di uscita 24 direttamente collegato a un rispettivo albero motore 26. L'albero motore 26 à ̈ girevole intorno all'asse di rotazione x ed à ̈ collegato da un lato al rispettivo riduttore 14 (che può essere ad esempio un riduttore epicicloidale), ad esempio tramite una vite di bloccaggio o una chiavetta, e dall'altro lato al rispettivo sensore di posizione e velocità angolare 16 (che può essere un encoder magnetico, un encoder ottico, un potenziometro ecc.) che ne misura la posizione e la velocità angolare. Ciascun insieme formato da un motore 12, da un riduttore 14 e da un sensore di posizione e velocità angolare 16 à ̈ rigidamente connesso, preferibilmente dal lato del riduttore 14, al corpo 11, in particolare alla piastra porta-motori 28, mediante viti 30. Sia i gruppi riduttori 14 sia i sensori di posizione e velocità angolare 16, entrambi presenti nella forma di realizzazione illustrata, potrebbero anche essere omessi.

Il moto rotatorio generato da ciascun gruppo motore 12 e riduttore 14 (ove presente) intorno al rispettivo asse di rotazione x viene convertito in moto rotatorio dell'organo di uscita 18 intorno all'asse di rotazione z tramite un rispettivo meccanismo di trasmissione del moto a cavo lungo il quale à ̈ disposto il rispettivo primo elemento elastico 20, come verrà spiegato in dettaglio qui di seguito. La configurazione dei due gruppi motore 12 e riduttore 14 e dei rispettivi meccanismi di trasmissione del moto à ̈ una configurazione di tipo agonista-antagonista, nel senso che tali gruppi sono predisposti per comandare in rotazione l'organo di uscita 18 in versi opposti. Più specificamente, facendo riferimento al punto di vista dell'osservatore della figura 4 il gruppo motore 12 e riduttore 14 superiore à ̈ predisposto per comandare in rotazione l'organo di uscita 18 in verso orario, mentre il gruppo motore 12 e riduttore 14 inferiore à ̈ predisposto per comandare in rotazione l'organo di uscita 18 in verso antiorario.

Su un albero di uscita 32 di ciascun riduttore 14, che à ̈ girevole anch'esso intorno all'asse di rotazione x dell'albero motore 26 del rispettivo motore 12, à ̈ montato un rocchetto 34 che à ̈ collegato in modo solidale a rotazione al rispettivo albero di uscita 32, ad esempio tramite una vite di bloccaggio o una chiavetta (non mostrati). Su ciascun rocchetto 34 à ̈ avvolto un rispettivo primo cavo 52, che à ̈ collegato all'altra estremità al rispettivo primo elemento elastico 20, in maniera tale per cui ciascun primo cavo 52 trasmette al rispettivo primo elemento elastico 20, sotto forma di moto traslatorio in direzione parallela all'asse di rotazione x del rispettivo motore 12, il moto rotatorio generato da quest'ultimo. A tale proposito, ciascun primo cavo 52 si svolge tangenzialmente dal rispettivo rocchetto 34 e, tramite una rispettiva prima puleggia di rinvio 54 supportata a rotazione intorno a un asse parallelo all'asse di rotazione z dell'organo di uscita 18, viene deviato di 90 gradi e corre quindi parallelamente all'asse di rotazione x del rispettivo motore 12. Ciascuna prima puleggia di rinvio 54 à ̈ montata mediante vite 58 su un rispettivo supporto 56 che à ̈ fissato alla piastra porta-motori 28 mediante accoppiamento di forma e mediante una vite 60.

In aggiunta al primo cavo 52, ciascun meccanismo di trasmissione del moto a cavo comprende un rispettivo secondo cavo 98 che à ̈ collegato da un lato al rispettivo primo elemento elastico 20 e dall'altro all'organo di uscita 18. Più specificamente, ciascun secondo cavo 98 si estende dal rispettivo primo elemento elastico 20 in direzione parallela all'asse di rotazione x e viene quindi deviato mediante una rispettiva seconda puleggia di rinvio 100, in modo da avvolgersi tangenzialmente sull'organo di uscita 18, cui à ̈ ancorato tramite un elemento di ancoraggio 104. L'elemento di ancoraggio 104 presenta preferibilmente un foro filettato in cui s'impegna una vite 102, in modo da consentire, mediante rotazione della vite 102 in un verso o nell'altro, di regolare la tensione nel secondo cavo 98. Ciascun secondo cavo 98 serve dunque a convertire lo spostamento lineare del rispettivo primo elemento elastico 20 in spostamento angolare dell'organo di uscita 18, nonché la forza esercitata dal rispettivo primo elemento elastico 20 in coppia esercitata sull'organo di uscita 18 intorno all'asse di rotazione z.

Con riferimento ora in particolare alla figura 7, ciascun primo elemento elastico 20 à ̈ collegato da un lato al rispettivo rocchetto 34 tramite il rispettivo primo cavo 52 e dall'altro lato all'organo di uscita 18 tramite il rispettivo secondo cavo 98. Nella forma di realizzazione proposta, ciascun primo elemento elastico 20 à ̈ un elemento elastico con rigidezza variabile in modo non lineare e a tale scopo sfrutta la variazione del raggio di una rispettiva prima bobina 106 a sezione non circolare su cui à ̈ avvolto il rispettivo primo cavo 52. Più specificamente, ciascun primo elemento elastico 20 comprende un guscio 114, in particolare un guscio di forma cilindrica orientato con il proprio asse perpendicolarmente sia all'asse x sia all'asse z, che à ̈ collegato al rispettivo secondo cavo 98 in modo da trasmettere a quest'ultimo il movimento lineare in direzione parallela all'asse x. All'interno del guscio 114 sono accolte la prima bobina 106, insieme con una molla di torsione 108, che sono disposte entrambe coassiali al guscio 114. La molla di torsione 108 à ̈ accoppiata a un'estremità al guscio 114 e all'opposta estremità alla prima bobina 106. La prima bobina 106 à ̈ calettata su un albero 124 che à ̈ supportato a rotazione dal guscio 114 mediante cuscinetti 126 e 128. Ciascun primo elemento elastico 20 comprende inoltre una puleggia di rinvio 110 montata su un perno 112 fissato al guscio 114, la puleggia di rinvio 110 avendo la funzione di garantire che il rispettivo primo cavo 52 si estenda parallelamente all'asse x nel tratto compreso fra la prima puleggia di rinvio 54 e il primo elemento elastico 20. Ciascun primo elemento elastico 20 comprende infine un rispettivo sensore di posizione angolare 136 atto a rilevare la posizione angolare della rispettiva prima bobina 106. Nella forma di realizzazione proposta, il sensore di posizione angolare 136 à ̈ un encoder magnetico, ma potrebbe anche essere un encoder ottico o un sensore di posizione angolare di qualsiasi altro tipo. La rappresentazione schematica di figura 8 mostra come la variazione non lineare della rigidezza di ciascun primo elemento elastico 20, intesa come rapporto fra la forza esercitata F(q) dall'elemento elastico per effetto di un allungamento q e lo stesso allungamento q, sia dovuta alla variazione del raggio della prima bobina 106, e quindi alla variazione della distanza del punto di tangenza T fra la prima bobina 106 e il primo cavo 52 dall'asse di rotazione della bobina stessa. Noto l'andamento del raggio della prima bobina 106 in funzione della posizione angolare di quest'ultima, e quindi noto l'andamento della rigidezza del primo elemento elastico 20 in funzione della posizione angolare della prima bobina 106, à ̈ possibile stimare la forza esercitata sul primo elemento elastico 20 a partire dalla posizione angolare della prima bobina 106 misurata dal sensore di posizione angolare 136.

Si descriveranno ora, con particolare riferimento alle figure 4 e 9, i secondi elementi elastici 22, ciascuno dei quali à ̈ collegato da un lato al rispettivo motore 12 (ovvero al rispettivo riduttore 14, ove presente) e dall'altro al corpo 11 dell'attuatore. Nella forma di realizzazione proposta, i secondi elementi elastici 22, analogamente ai primi elementi elastici 20, sono realizzati come elementi elastici con rigidezza variabile in modo non lineare e a tale scopo sfruttano ciascuno la variazione del raggio di una rispettiva seconda bobina 40 di sezione non circolare che à ̈ solidale a rotazione a un rispettivo albero di trasmissione 36, a sua volta collegato in modo solidale a rotazione al rispettivo rocchetto 34. Ciascun albero di trasmissione 36 à ̈ supportato in modo girevole intorno al rispettivo asse di rotazione x mediante un rispettivo cuscinetto 38 montato nella piastra 62 del corpo 11. Ciascuna seconda bobina 40 à ̈ quindi solidale a rotazione all'albero di uscita 32 del rispettivo riduttore 14, ove presente, ovvero all'albero motore 26 del rispettivo motore 12. In ciascuna bobina 40 à ̈ prevista una rispettiva gola 41 con andamento elicoidale a raggio variabile, in cui à ̈ accolto un rispettivo cavo 144, il che permette di assicurare la desiderata relazione fra spostamento angolare e raggio della bobina senza il rischio di sovrapposizioni del cavo su se stesso. Ciascuna bobina 40 à ̈ supportata a rotazione da un rispettivo cuscinetto 42 montato nella piastra di base 48 del corpo 11. A ciascuna bobina 40 à ̈ associato un sensore di posizione angolare 46, realizzato ad esempio come encoder magnetico, atto a rilevare la posizione angolare dell'associata bobina 40. Ciascun cavo 144 à ̈ collegato da un lato alla rispettiva bobina 40 e dall'altro a un primo elemento di battuta 148 contro cui insiste una rispettiva molla 150, in particolare una molla a elica cilindrica. Preferibilmente, le molle 150 sono disposte con i propri assi orientati parallelamente l'uno all'altro e giacenti in un piano perpendicolare agli assi x delle bobine 40 e insistono a un'estremità contro il primo elemento di battuta 148, quale elemento di battuta mobile, e all'opposta estremità contro un rispettivo secondo elemento di battuta 156, quale elemento di battuta fisso. I secondi elementi di battuta 156 sono fissati mediante vite 158 l'uno alla piastra principale 68 e l'altro alla piastra principale 70 del corpo 11. Ciascun cavo 144 à ̈ parzialmente avvolto su una rispettiva puleggia di rinvio 146 che ne devia la direzione da tangente alla superficie di fondo della gola 41 a coincidente con l'asse della rispettiva molla 150. Inoltre, ciascun secondo elemento elastico 22 à ̈ configurato in modo che a seguito della rotazione dell'albero motore 26 del rispettivo motore 12, e quindi della rispettiva bobina 40, il rispettivo cavo 144 viene tirato e comprime la rispettiva molla 150 tramite il rispettivo primo elemento di battuta 148, con la conseguenza che ciascuna molla 150 esercita sul rispettivo albero motore 26, tramite il rispettivo cavo 140, una coppia di reazione elastica che si oppone alla coppia motrice esercitata sull'albero motore 26 dal rispettivo motore 12.

In sostanza, la configurazione dell'attuatore rotante 10 sopra descritta à ̈ tale per i due motori 12 comandano la rotazione dell'organo di uscita 18 in versi opposti e l'azionamento di ciascun motore 12 provoca da un lato un aumento della rigidezza del rispettivo primo elemento elastico 20 e dall'altro un aumento della rigidezza del rispettivo secondo elemento elastico 22, e quindi, in base a quanto detto in precedenza con riferimento alle formule (4), (5) e (6), un aumento della capacità di reiezione passiva dei disturbi dell'attuatore stesso.

Un modello dell'attuatore rotante 10 secondo la forma di realizzazione dell'invenzione sopra descritta à ̈ mostrato nella figura 10, dove i due motori 12 sono caratterizzati ciascuno da una massa m1, m2e da una posizione angolare Î ̧1, Î ̧2, l'organo di uscita 18 à ̈ caratterizzato da una massa m e da una posizione angolare Î ̧, i due primi elementi elastici 20, cioà ̈ i due elementi elastici interposti fra i due motori 12 e l'organo di uscita 18, sono caratterizzati dalle rispettive rigidezze k1e k2, e i due secondi elementi elastici 22, cioà ̈ i due elementi elastici interposti fra i due motori 12 e il corpo 11, sono caratterizzati dalle rispettive rigidezze k1<'>e k2<'>.

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, le forme di attuazione e i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto à ̈ stato descritto e illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza con ciò fuoriuscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Ad esempio, anche se nella forma di realizzazione sopra descritta i due motori sono realizzati come motori rotanti, cioà ̈ come motori atti a produrre in uscita un moto rotatorio, essi potrebbero anche essere realizzati come motori lineari, cioà ̈ come motori atti a produrre in uscita un moto lineare.

Inoltre, anche se la forma di realizzazione sopra descritta riguarda un attuatore rotante, cioà ̈ un attuatore il cui organo di uscita à ̈ un organo rotante, l'invenzione à ̈ parimenti applicabile anche a un attuatore lineare, cioà ̈ un attuatore il cui organo di uscita à ̈ mobile di moto lineare. Un attuatore lineare potrebbe ad esempio essere ottenuto a partire dall'attuatore rotante illustrato nelle figure dalla 3 alla 9 aggiungendo un meccanismo di conversione del moto atto a convertire il moto rotatorio dell'organo di uscita 18 (che in questo caso funzionerebbe da organo intermedio di trasmissione del moto) in moto rettilineo dell'organo di uscita vero e proprio.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore (10) a rigidezza variabile, comprendente un organo di uscita (18) mobile, mezzi motori (12, 14) predisposti per comandare il movimento dell'organo di uscita (18), primi mezzi elastici a rigidezza variabile (20) interposti fra detti mezzi motori (12, 14) e l'organo di uscita (18), in maniera tale per cui la trasmissione del moto fra detti mezzi motori (12, 14) e l'organo di uscita (18) avviene attraverso detti primi mezzi elastici (20), e un corpo (11) che supporta detti mezzi motori (12, 14) e l'organo di uscita (18), caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre secondi mezzi elastici (22) interposti fra il corpo (11) e detti mezzi motori (12, 14) in modo da esercitare su questi ultimi una coppia o forza di reazione elastica che si oppone alla coppia o forza motrice da essi generata.
2. 2. Attuatore secondo la rivendicazione 1, in cui l'organo di uscita (18) Ã ̈ supportato dal corpo (11) in modo girevole intorno a un primo asse di rotazione (z), detti mezzi motori (12, 14) essendo predisposti per comandare in rotazione l'organo di uscita (18) intorno al primo asse di rotazione (z).
3. 3. Attuatore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detti secondi mezzi elastici (22) sono mezzi elastici a rigidezza variabile.
4. 4. Attuatore secondo la rivendicazione 3, in cui detti primi e secondi mezzi elastici (20, 22) sono configurati in modo che la loro rigidezza aumenti quando detti mezzi motori (12, 14) comandano in movimento l'organo di uscita (18).
5. 5. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi motori (12, 14) comprendono due motori (12) predisposti per comandare il movimento dell'organo di uscita (18) in versi opposti, in cui detti primi mezzi elastici (20) comprendono due primi elementi elastici (20) interposti ciascuno fra un rispettivo motore (12) e l'organo di uscita (18), e in cui detti secondi mezzi elastici (22) comprendono due secondi elementi elastici (22) interposti ciascuno fra un rispettivo motore (12) e il corpo (11).
6. 6. Attuatore secondo la rivendicazione 5, comprendente inoltre due meccanismi di trasmissione del moto a cavo (34, 52, 98) associati ciascuno a uno dei due motori (12, 14) per trasmettere il moto generato dal rispettivo motore (12, 14) in moto dell'organo di uscita (18) in un rispettivo verso, e in cui i due primi elementi elastici (20) fanno parte ciascuno di un rispettivo meccanismo di trasmissione del moto a cavo (34, 52, 98).
7. 7. Attuatore secondo la rivendicazione 2 e la rivendicazione 6, in cui i due motori (12, 14) sono atti a generare un moto rotatorio ciascuno intorno a un rispettivo secondo asse di rotazione (x), e in cui i due meccanismi di trasmissione del moto a cavo (34, 52, 98) sono atti a convertire il moto rotatorio generato dal rispettivo motore (12, 14) intorno al rispettivo secondo asse di rotazione (x) in moto rotatorio dell'organo di uscita (18) intorno al primo asse di rotazione (z) in un rispettivo verso.
8. 8. Attuatore secondo la rivendicazione 7, in cui ciascun meccanismo di trasmissione del moto a cavo (34, 52, 98) comprende un rocchetto (34) predisposto per essere comandato in rotazione dal rispettivo motore (12, 14), un primo cavo (52) avvolto da un lato sul rispettivo rocchetto (34) e collegato dall'altro lato al rispettivo primo elemento elastico (20) e un secondo cavo (98) collegato da un lato al rispettivo primo elemento elastico (20) e dall'altro lato all'organo di uscita (18).
9. 9. Attuatore secondo la rivendicazione 8, in cui ciascun primo elemento elastico (20) comprende un guscio (114) cui à ̈ fissata un'estremità del rispettivo primo cavo (52) o del rispettivo secondo cavo (98), una prima bobina (106) a raggio variabile su cui à ̈ avvolta rispettivamente un'estremità del rispettivo secondo cavo (98) o del rispettivo primo cavo (52), e una prima molla (108) interposta fra il guscio (114) e la prima bobina (106) in modo da esercitare su quest'ultima una coppia elastica che si oppone allo svolgimento del rispettivo secondo cavo (98) o del rispettivo primo cavo (52).
10. 10. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 7 alla 9, in cui ciascun secondo elemento elastico (22) comprende una seconda bobina (40) a raggio variabile comandata in rotazione dal rispettivo motore (12, 14), una seconda molla (150) collegata a una sua estremità al corpo (11) dell'attuatore, e un cavo (144) che à ̈ avvolto da un lato sulla seconda bobina (40) ed à ̈ collegato dall'altro lato all'altra estremità della seconda molla (150), in maniera tale per cui la rotazione della seconda bobina (40) conseguente all'attivazione del rispettivo motore (12, 14) produce, tramite il rispettivo cavo (144), una deformazione della rispettiva seconda molla (150).