ITTO20130551A1 - Giunto perfezionato con attuazione agonista - antagonista - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“GIUNTO PERFEZIONATO CON ATTUAZIONE AGONISTA - ANTAGONISTA”

La presente invenzione si riferisce ad un giunto per applicazione robotica avente un’attuazione agonista -antagonista, cioè un’attuazione tramite un carico flessore per chiudere il giunto e un carico estensore per aprire il giunto, nel caso il giunto sia a cerniera.

Viene sentita l’esigenza di ridurre l’energia di attuazione di giunti in modo da utilizzare attuatori più compatti e ridurre quindi pesi e ingombri. Inoltre, ciò non deve impattare sul comportamento dinamico del giunto che deve mantenere tempi di risposta ridotti

A tal riguardo è noto incorporare elementi elastici a bordo dei giunti per immagazzinare energia cinetica che può essere rilasciata all’occorrenza ma le forme di realizzazione note non consentono di ridurre in modo soddisfacente la potenza e gli ingombri degli attuatori.

In particolare, è noto che il medesimo elemento elastico che accumula energia svolga anche la funzione di unico collegamento fra l’attuatore ed un elemento mobile del giunto. In tale configurazione, l’elemento elastico presenta una rigidezza sostanzialmente elevata per garantire elevate prestazioni dinamiche e ridurre i tempi di reazione del giunto ma l’energia accumulabile è ridotta o nulla. Ciò comporta l’impiego di attuatori alimentati e dimensionati sulla base dei carichi massimi applicati al giunto, con una conseguente gestione inefficiente dell’energia.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un giunto ad attuazione agonista – antagonista esente dagli inconvenienti sopra specificati.

Lo scopo della presente invenzione è ottenuto tramite un giunto ad attuazione agonista – antagonista secondo la rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- La figura 1 è uno schema funzionale di una prima forma di realizzazione di un giunto secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra alcuni componenti di figura 1; - la figura 3 è una vista laterale di una forma di realizzazione di un giunto secondo gli schemi delle figure 1 e 2;

- la figura 4 è una sezione longitudinale di un particolare di figura 3;

- le figure da 5 a 8 sono schemi funzionali di ulteriori forme di realizzazione di un giunto secondo la presente invenzione; e

- la figura 9 è una sezione secondo la linea IX-IX di figura 3.

In figura 1 è illustrato schematicamente con 1 un giunto a cerniera con attuazione agonista – antagonista comprendente una boccola 2 di supporto, un braccio 3 girevole rispetto alla boccola 2 e supportato radialmente da quest’ultima, un attuatore di alta potenza 4 e un attuatore di bassa potenza 5 collegati al braccio 3 per definire l’attuazione agonista - antagonista.

Secondo la forma di realizzazione di figura 1, l’attuatore di alta potenza 4 è bidirezionale, cioè controlla la posizione del braccio 3 sia in senso orario che in senso antiorario e svolge una funzione sia da attuatore estensore che da attuatore flessore. L’attuatore 4 presenta un motore ad alta potenza M1 e una molla ad alta rigidezza ks per trasmettere un carico in modo passivo dal motore M1 al braccio 3. Pertanto la molla ad alta rigidezza ks, il motore di alta potenza M1 e il braccio 3 sono in serie (figura 1). Vantaggiosamente, il motore M1 è rotativo e la molla ad alta rigidezza ks è una molla torsionale passiva, cioè avente una caratteristica elastica predefinita che teoricamente rimane costante o può variare col tempo in seguito all’utilizzo del giunto 1 e non tramite l’intervento di meccanismo automatico di controllo. La caratteristica elastica della molla ad alta rigidezza ks è elevata per consentire una maggior prontezza di risposta del braccio 3 ai comandi del motore M1. Fra il motore M1 e la molla ad alta rigidezza ks è possibile prevedere un demoltiplicatore di velocità per aumentare il carico applicato dal motore M1 al braccio 3 e/o alla molla ad alta rigidezza ks.

La molla ad alta rigidezza ks consente inoltre di assorbire eventuali carichi impulsivi che possono essere applicati in uso al braccio 3 in modo da evitare potenziali danneggiamenti del motore M1 e/o del riduttore di velocità.

Secondo la forma di realizzazione non limitativa di figura 1, l’attuatore di bassa potenza 5 comprende, disposti in serie, un motore di bassa potenza M2, cioè di una potenza massima o nominale inferiore a quella del motore M1, una molla a bassa rigidezza kp cioè di rigidezza tale da immagazzinare un’energia elastica massima inferiore rispetto a quella immagazzinabile dalla molla ks per trasmettere un carico in modo passivo fra il braccio 3 e il motore di bassa potenza M2, e un innesto asimmetrico fra ingresso e uscita 6 per bloccare la molla a bassa rigidezza kp in una posizione carica quando un rotore del motore M2 non è energizzato oppure frenare un’azione inversa della molla a bassa rigidezza kp sul motore M2 che tende a scaricare la molla a bassa rigidezza kp quando il rotore del motore M2 non è energizzato. In particolare, quando il braccio 3 è fermo, un movimento diretto del motore di bassa potenza M2 carica o scarica la molla a bassa rigidezza kp e, quando il rotore del motore M2 non è energizzato, la molla a bassa rigidezza kp può essere sia scarica che caricata elasticamente. L’innesto asimmetrico 6 trasferisce un carico di ingresso proveniente dal motore M2 verso un’uscita cui è collegata la molla a bassa rigidezza kp. L’innesto asimmetrico 6 è costruito in modo tale che un carico di ingresso applicato dal motore M2 viene trasmesso in uscita alla molla a bassa rigidezza kp sia per caricare che per scaricare la molla kp; invece il carico applicato dalla molla a bassa rigidezza kp non viene trasmesso in modo inverso dall’uscita verso l’ingresso dell’innesto asimmetrico 6 o viene trasmesso in modo molto ridotto in modo da rallentare il rilascio della molla kp. Quando la molla di bassa tensione kp è unidirezionale e il motore M2 è rotativo, l’innesto asimmetrico 6 è un innesto di sopravanzo a due vie e un esempio realizzativo di tale innesto sarà descritto nel seguito. Inoltre, l’innesto asimmetrico 6 può essere passivo, cioè non prevede uno specifico attuatore per bloccare o frenare l’azione inversa della molla a bassa rigidezza kp verso il motore M2. Sia la molla ks sia la molla kp sono tali che un movimento del braccio 3 lungo la propria traiettoria comporti una variazione del carico applicato a ciascuna molla.

Inoltre, l’attuatore di bassa potenza 5 presenta preferibilmente un rendimento maggiore rispetto a quello dell’attuatore di alta potenza 4 nella trasmissione di potenza al braccio 3.. In particolare, il rendimento degli attuatori 4 e 5 è la combinazione del rendimento dei motori M1, M2 e delle eventuali trasmissioni, ad esempio trasmissioni per la demoltiplicazione di velocità, interposte fra i motori M1, M2 e il braccio 3. Il rendimento può essere calcolato come rapporto fra la potenza di uscita e la potenza di ingresso di ciascun componente degli attuatori 4 e 5 ed è compresa fra 0 e 1. Ad esempio, il rendimento della potenza applicata alla molla di bassa rigidezza kp è il rapporto fra quest’ultima e la potenza di alimentazione del motore M2. Vantaggiosamente, se anche l’attuatore di bassa potenza 5 comprende un riduttore di velocità, quest’ultimo presenta un rapporto di demoltiplicazione inferiore rispetto a quello dell’attuatore di alta potenza 4 in modo da presentare un efficienza superiore.

Secondo l’esempio non limitativo di figura 1, la molla ad alta rigidezza ks è bidirezionale in modo da comandare il braccio 3 lungo una traiettoria in un verso e in quello opposto. Invece, la molla a bassa rigidezza kp è una molla unidirezionale, cioè comanda il braccio 3 a percorrere la relativa traiettoria in un solo verso e non in quello opposto. Nell’esempio realizzativo di figura 1, il braccio 3 segue una traiettoria circolare e la molla ks si carica quando il braccio 3 si muove sia in verso orario che in verso antiorario rispetto a un punto di equilibrio mentre la molla kp si carica solamente quando il braccio si muove in senso orario e si scarica quando il braccio sia muove in senso antiorario. In particolare, la molla di bassa rigidezza kp è disposta in modo tale da applicare un carico estensore al braccio 3.

Pertanto il motore M1, tramite un’opportuna centralina di controllo C, applica al braccio 3 un carico flessore ed estensore e comanda in modo attivo la posizione del braccio 3. Il motore M2 viene opportunamente controllato in modo attivo tramite la centralina C prevalentemente per variare la tensione della molla a bassa rigidezza kp.

Il carico elastico applicato dall’attuatore di bassa potenza 5 al braccio 3 è preferibilmente non lineare. In questo modo è possibile variare la rigidezza del giunto 1 sulla base della tensione della molla a bassa rigidezza kp.

A tale scopo, la caratteristica elastica dell’attuatore di bassa potenza 5 può essere memorizzata nella centralina C in modo da controllare la rigidezza elastica del giunto 1 sia tramite un controllo ad anello chiuso che tramite un controllo ad anello aperto.

Allo scopo di consentire il controllo degli attuatori di alta potenza e di bassa potenza 4, 5, il giunto 1 comprende un primo sensore S4 per misurare la posizione, ad esempio la posizione angolare assoluta, del braccio 3 e un secondo sensore S5 per misurare il carico della molla a bassa rigidezza kp. Il giunto 1 può inoltre comprendere un sensore S4’ per rilevare il carico applicato dall’attuatore di alta potenza 4 al braccio 3. I sensori S4, S4’ ed S5 possono misurare svariate grandezze che vengono elaborate dalla centralina di controllo C o tramite semplice amplificazione o tramite calcoli per ottenere i parametri desiderati di posizione e carico e inviare i conseguenti segnali di controllo ai motori M1 ed M2. In merito ai sensori di carico, i componenti di ciascun attuatore 4 e 5 sono in serie fra loro e la posizione del relativo sensore S4’, S5 è tale da misurare il carico che teoricamente viene trasmesso senza perdite dal relativo motore M1 o M2 sino al braccio 3. Il sensore S4 è posizionato direttamente sul braccio 3 o su un organo collegato rigidamente al braccio 3 in modo che la misura della posizione del braccio 3 sia sufficientemente precisa. Pertanto, la molla ad alta rigidezza ks può anche svolgere la funzione di sonda per misurare il carico applicato dall’attuatore di alta potenza 4 sul braccio 3.

E’ stato verificato che risultati elevati di efficienza sono ottenibili quando l’allungamento elastico, che può essere lineare o non lineare, della molla a bassa rigidezza kp presenta un valore superiore al 30%, ancor più preferibilmente superiore al 90%. Tramite una molla metallica è possibile ottenere un valore di allungamento elastico superiore al 30% mentre valori di allungamento elastico superiore al 90% vengono facilmente ottenuti tramite molle a base di gomma o altro materiale elastomerico equivalente.

La figura 2 illustra un esempio schematico di attuatori che possono essere impiegati nel giunto 1. In particolare, il motore di alta potenza M1 comprende un motore elettrico rotativo 10 per comandare in modo bidirezionale un eccentrico 11 tramite la molla ad alta rigidezza ks.

Inoltre, il motore di bassa potenza M2 comprende un motore lineare realizzato tramite un motore elettrico rotativo 12 collegato a un meccanismo vite-madrevite tramite l’innesto asimmetrico 6 per caricare o scaricare la molla a bassa rigidezza kp, che in tale caso è una molla unidirezionale di trazione.

In figura 3 è illustrato un prototipo realizzativo di un giunto secondo gli schemi delle figure 1 e 2. Tale prototipo può essere impiegato come giunto per un gomito, un ginocchio o una spalla di un robot.

Il giunto 1 comprende una struttura rigida 13 per collegare la boccola 2 a rispettivi involucri esterni del motore elettrico rotativo 10 e del motore elettrico rotativo 12 in modo che l’eccentrico 11 sia mobile rispetto alla struttura rigida 13. Se occorre applicare il giunto 1 ad una articolazione di un robot, ad esempio di un ginocchio per una gamba robotizzata, l’eccentrico 11 e la boccola 2 sono distanziati e la struttura rigida 13 è allungata lungo una direzione A e il braccio 3 è collegato all’eccentrico 11 tramite una biella 14 vantaggiosamente dimensionata per realizzare un rapporto di trasmissione 1:1. In particolare, la biella 13 comprende una porzione di estremità 15 incernierata al braccio 3 in una posizione eccentrica rispetto ad un asse B di rotazione definito dalla boccola 2 e una porzione di estremità 16 collegata all’eccentrico 11. Preferibilmente, la connessione incernierata fra la porzione di estremità 15 e il braccio 3 è radialmente interna alla boccola 2.

In figura 3, la molla a bassa rigidezza kp comprende una molla di trazione 17 realizzata di un materiale a base di gomma con un allungamento elastico massimo superiore al 110%. Allo scopo di collegare in trasmissione di carico la molla di trazione 17 al braccio 3, una porzione di estremità 18 della molla di trazione 17 è collegata al braccio 3 in una posizione eccentrica rispetto all’asse B e la molla di trazione 17 appoggia lungo una guida fissata al braccio 3 e definente una superficie curva 19. La superficie curva 19 presenta un profilo avente punto per punto una distanza predefinita dall’asse B e definisce un settore di puleggia oppure di una camma. Tramite una camma è possibile applicare un carico elastico non lineare al braccio 3 anche tramite una molla di trazione 17 avente una caratteristica elastica lineare. In figura 3 la superficie curva 19 ha un profilo ad arco di circonferenza rispetto all’asse B.

Una porzione di estremità 20 contrapposta alla porzione di estremità 18 della molla di trazione 17 è collegata ad una madrevite 21 essendo interposta una cella di carico che definisce il sensore S5. Il motore elettrico rotativo 12 è collegato alla madrevite 21 tramite una vite 23 e l’innesto asimmetrico 6 disposto fra la madrevite 23 e il motore elettrico rotativo 12. Inoltre, il motore elettrico rotativo 12 può comprendere un riduttore di velocità RV a monte dell’innesto asimmetrico 6 e/o della vite 23. Ad esempio, il riduttore di velocità RV ha un rapporto di demoltiplicazione superiore a 15:1, preferibilmente di circa 29:1 realizzato tramite un rotismo epicicloidale eventualmente reversibile.

Secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione, la molla di trazione 17 comprende un fascio di filamenti a base di gomma circondati da una guaina vantaggiosamente realizzata di un tessuto con un allungamento elastico molto inferiore rispetto a quello dei filamenti di gomma. La guaina presenta una lunghezza maggiore rispetto a quella dei filamenti in condizione in deformata ed è fissata al fascio di filamenti in modo tale da comprimere radialmente i filamenti quando questi ultimi si allungano oltre un valore di allungamento predeterminato. La figura 4 illustra schematicamente una sezione longitudinale del motore elettrico rotativo 10 e di una trasmissione 24 per collegare il motore elettrico rotativo 10 all’eccentrico 11.

La trasmissione 24 comprende un demoltiplicatore di velocità 25 (illustrato solo schematicamente) per ridurre il rapporto di trasmissione fra un albero di uscita 26 del motore elettrico rotativo 10, e una barra di torsione 27 collegata all’uscita del riduttore di velocità 25 definente una forma di realizzazione della molla ad elevata rigidezza ks.

Preferibilmente, il motore elettrico rotativo 10 è un motore a corrente continua brushless con avvolgimenti termicamente isolati per funzionare a temperatura sino a 220° e il riduttore di velocità 25 è armonico per ottenere rapporti di demoltiplicazione superiori a 50:1, di circa 80:1, in dimensioni compatte. In particolare, la dimensione diametrale del riduttore di velocità 25 è inferiore di quella del motore elettrico rotativo 10.

La barra di torsione 27 è alloggiata in un involucro 28 che collega rigidamente il riduttore di velocità 25 e la struttura rigida 13 e definisce un supporto radiale per l’eccentrico 11. Il motore elettrico rotativo 10 è collegato rigidamente a e supportato da il riduttore di velocità 25.

Il controllo di posizione del braccio 3 è garantito tramite un primo sensore 29 di posizione angolare montato sull’albero di uscita 26 a monte del riduttore di velocità 25, il sensore S4’ disposto sull’uscita del riduttore di velocità 25 e il sensore S4 disposto fra l’eccentrico 11 e l’involucro 28. Secondo la presente forma di realizzazione, i sensori di posizione sono encoder, i sensori 29, S4’ sono incrementali e il sensore S4 è assoluto. In questo modo, la combinazione dei sensori S4, S4’ e della barra di torsione 27 consente di misurare il carico applicato sul braccio 3 dall’attuatore di alta potenza 4. Vantaggiosamente, il sensore S4’ è montato all’interno dell’involucro 28 su una flangia di collegamento 30 che fissa in modo rigido l’uscita del riduttore di velocità 25 ad un’estremità 31 della molla di torsione 27, essendo quest’ultima collegata all’eccentrico 11 tramite una porzione di estremità 32 longitudinalmente contrapposta all’estremità 31. Il sensore S4 è interno all’involucro 28 e presenta una porzione 34 fissata a quest’ultimo e una porzione collegata all’eccentrico 11. In particolare, l’eccentrico 11 è collegato all’involucro 28 tramite un cuscinetto 33 che circonda la porzione di estremità 32 e presenta un anello esterno fissato all’involucro 28 e un anello interno fissato all’eccentrico 11 e alla porzione 35.

In figura 5, è illustrato uno schema di giunto 50 avente una struttura uguale a quella del giunto di figura 1 salvo per quanto segue. Il giunto 50 comprende un’ulteriore molla di bassa rigidezza kp’ unidirezionale collegata al braccio 3 in modo che la molla di bassa rigidezza kp si carica mentre la molla di bassa rigidezza kp’ si scarica, cioè per generare un’azione bidirezionale. La molla di bassa rigidezza kp’ presenta un’azione aggiuntiva a quella dell’attuatore di alta potenza 4 sul braccio 3, ma può immagazzinare una quantità massima di energia elastica superiore rispetto a quella della molla ad alta rigidezza ks. La molla a bassa rigidezza kp’ può essere collegata al motore di bassa potenza M2 in modo che il relativo carico sia controllato in modo coordinato rispetto a quello della molla a bassa rigidezza kp.

Il giunto 50 può presentare inoltre due molle ad alta rigidezza ks1 e ks2 unidirezionali e collegate al braccio 3 per ottenere un’azione bidirezionale uguale a quella della singola molla bidirezionale ad alta rigidezza ks. Preferibilmente, le molle ad alta rigidezza ks1 e ks2 sono entrambe collegate al motore ad alta poteza M1. Inoltre, una della molle ad alta rigidezza ks1 applica un carico estensore al braccio 3 e l’altra delle molle ad alta rigidezza ks2 applica un carico flessore al braccio 3.

In figura 6 è schematizzato un giunto prismatico o lineare 60. Secondo un esempio realizzativo, i motori M1 ed M2 possono essere entrambi lineari, ad esempio pneumatici, e la molla ad elevata rigidezza può essere una molla ad elica vincolata per essere caricata sia in trazione che in compressione.

In figura 7 è illustrato un giunto 70 avente una struttura uguale a quella del giunto di figura 1 salvo per quanto segue. Il giunto 70 comprende la combinazione di due molle a bassa rigidezza kp, kp’ unidirezionali e in parallelo rispetto al braccio 3 e una molla ad alta rigidezza ks bidirezionale.

La figura 8 illustra uno schema funzionale di un giunto 80 che differisce dal giunto di figura 3 nel fatto che il motore M1 è un attuatore lineare associato a una molla ks di trazione-compressione.

Secondo la forma di realizzazione non limitativa di figura 9, l’innesto asimmetrico 6 comprende un involucro 90 fissato ad esempio alla struttura rigida 13 e definente una sede 91, un elemento di ingresso 92 girevole nella sede 91, un elemento di uscita 93 collegato rigidamente alla vite 23 e girevole rispetto all’elemento di ingresso 92 e una pluralità di rulli 94. L’elemento di ingresso 92 è collegato al motore di bassa potenza M2 ed è sagomato con superfici di contatto per i rulli 94 tali da applicare una forza che tende a distanziare i rulli 94 da una superficie cilindrica interna 95 della sede 91 quando il motore M2 trasmette un carico alla vite 23 sia in senso orario che in senso antiorario. In tale condizione di funzionamento, la coppia viene trasferita tramite un carico che comprime una coppia di rulli 94 fra l’elemento di ingresso 92 e l’elemento di uscita 93, l’altra coppia di rulli essendo compressa quando la coppia del motore M2 inverte direzione. L’azione di bloccaggio o di rallentamento dovuta a frenaggio o bloccaggio quando il rotore del motore M2 è inattivo, comprime una coppia di rulli 94 fra l’elemento di uscita 94 e la superficie interna 95 tramite un carico che presenta, ad esempio, una direzione sostanzialmente radiale. In tale condizione, l’attrito fra i rullo 94 e la superficie interna 95 frena, rallenta o blocca l’elemento di uscita 93 quando la tensione della molla di bassa rigidezza kp tende ad applicare un carico inverso al motore M2. L’azione di frenaggio, rallentamento o bloccaggio viene eseguita da un’altra coppia di rulli quando il carico inverso della vite 23 cambia direzione.

In uso, l’attuatore di elevata potenza 4 viene comandato in modo indipendente dall’attuatore di bassa potenza 5 in modo da poter realizzare strategie differenti e flessibili per la gestione dell’energia. Gli attuatori sono comandati in modo indipendente ma i carichi rilevati dai sensori S4, S4’, S5 sono influenzati sia da un carico applicato al braccio 3 che dal carico applicato da entrambi gli attuatori 4 e 5. L’attuatore di alta potenza 4 trasmette al braccio 3 un carico in tempi brevi poiché presenta una rigidezza complessiva elevata. Inoltre, l’attuatore di alta potenza 4 può essere ottimizzato per fornire picchi di energia e resistere a carichi impulsivi.

L’attuatore di bassa potenza 5 viene azionato per variare la tensione della molla a bassa rigidezza kp per mantenere ad esempio posizioni di equilibrio stabile quando il braccio 3 è sotto un carico esterno statico senza che l’attuatore di alta potenza 4 assorba una quantità rilevante di energia. Tali posizioni, inoltre, possono essere mantenute con consumi energetici bassi o nulli dell’attuatore di bassa potenza 5 tramite l’innesto asimmetrico 6.

I vantaggi che il giunto 1 e le ulteriori forme di realizzazione secondo la presente invenzione consentono di ottenere sono i seguenti.

La separazione fra l’attuatore di alta potenza 4 e l’attuatore di bassa potenza 5 in cui quest’ultimo presenta maggiori capacità di accumulo di energia elastica consente di realizzare un giunto ottimizzato per ottenere sia tempi di risposta ridotti sia un’elevata efficienza energetica.

L’attuatore di alta potenza 4 definisce le caratteristiche sostanziali di carico e rapidità di risposta del giunto 1 e ciò può impattare negativamente sul rendimento sulla base delle prestazioni dinamiche richieste. L’attuatore di bassa potenza 5 è invece realizzato principalmente per variare la tensione della molla di bassa rigidezza kp ed è pertanto più semplice, allo scopo di ridurre il consumo energetico e incrementare il più possibile il rendimento di tale attuatore.

Quando gli attuatori 4 e 5 sono indipendenti fra loro, è possibile ampliare le possibili strategie di controllo e quindi contenere il consumo energetico in varie condizioni di funzionamento.

L’innesto asimmetrico 6 consente di mantenere posizioni di equilibrio quando il braccio 3 è sotto carico con un consumo minimo o nullo di energia.

I sensori S4, S4’, S5 di posizione e/o carico consentono di controllare il giunto. In particolare, l’elemento elastico ks può svolgere contemporaneamente sia la funzione di sonda del sensore di carico dell’attuatore di alta potenza 4 che quella di assorbire carichi impulsivi applicati al braccio 3 in modo da proteggere il motore di alta potenza M1. Infatti, i carichi esterni impulsivi applicati al braccio 3 si trasmettono maggiormente all’elemento più rigido, cioè all’attuatore di alta potenza 4, che quindi può necessitare di una protezione adeguata.

Quando l’attuatore di alta potenza 4 è bidirezionale e preferibilmente quando l’attuatore di bassa potenza 5 è unidirezionale, si ottiene una configurazione ottimizzata per un giunto di un ginocchio per un automa umanoide.

Quando sono previsti i due elementi elastici kp, kp’ disposti in parallelo rispetto al braccio 3, il giunto può mantenere in modo elasticamente stabile una posizione predefinita con un consumo minimo o nullo di energia di alimentazione per gli attuatori, anche se il braccio 3 è completamente scarico da carichi esterni.

Quando il carico applicato al braccio 3 dall’elemento elastico di bassa rigidezza kp non è lineare, una variazione di tensione tramite il motore di bassa potenza 5 comporta la variazione della rigidezza elastica torsionale del giunto.

Risulta infine chiaro che al giunto qui descritto e illustrato è possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

Quando gli attuatori di alta potenza 4 e/o di bassa potenza 5 comprendono coppie di molle unidirezionali disposte in parallelo al braccio 3, le relative caratteristiche di rigidezza possono essere uguali o diverse.

E’ possibile che l’attuatore di alta potenza 4 non comprenda la molla di elevata rigidezza ks in modo che la trasmissione di potenza al braccio 3 sia, almeno teoricamente, rigida. In questo caso, l’energia elastica accumulabile dall’attuatore di alta potenza 4 è sostanzialmente nulla.

In modo dipendente dalle applicazioni i demoltiplicatori di velocità possono essere sostituiti da moltiplicatori di velocità.

In una forma di realizzazione particolarmente semplificata, è possibile omettere la molla di alta rigidezza ks.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Giunto attuato (1) comprendente un primo elemento (2, 13) e un secondo elemento (3) mobili fra loro, un primo attuatore (4) e un secondo attuatore (5) collegati ai detti primo e secondo elemento (2, 3, 13) per comandare in modo agonista - antagonista il movimento del detto giunto (1), in cui il detto primo attuatore (4) presenta una potenza massima o nominale superiore a quella del detto secondo attuatore (5) e il detto secondo attuatore (5) comprende almeno un primo elemento elastico (kp) allungabile in modo da accumulare una quantità massima di energia elastica maggiore rispetto a quella accumulabile dal detto primo attuatore (4).
2. 2. Giunto secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il rendimento di trasmissione della potenza di alimentazione del detto secondo attuatore (5) rispetto alla potenza trasmessa al detto braccio (3) è superiore al rendimento di trasmissione della potenza di alimentazione del detto primo attuatore (4) rispetto alla potenza applicata dal detto primo attuatore al detto braccio (3).
3. 3. Giunto secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto primo attuatore (4) comprende un primo variatore di velocità (25) e il detto secondo attuatore (5) comprende un secondo variatore di velocità (RV), il detto secondo variatore di velocità (RV) avendo un rendimento superiore a quello del detto primo variatore di velocità (25).
4. 4. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto primo attuatore (4) è comandato in modo indipendente rispetto al detto secondo attuatore (5).
5. 5. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto secondo attuatore (5) comprende un dispositivo di tensionamento (12, 21, 23) collegato in serie al detto elemento elastico (kp) e un innesto asimmetrico fra ingresso e uscita (6) disposto fra il detto elemento elastico (kp) e il detto dispositivo di tensionamento (12, 21, 23) per bloccare o frenare una trasmissione inversa del carico dal detto elemento elastico (kp) al detto dispositivo di tensionamento (12, 21, 23) e consentire il tensionamento o il rilascio del detto elemento elastico (kp) da parte del detto dispositivo di tensionamento (12, 21, 23).
6. 6. Giunto secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto innesto asimmetrico fra ingresso e uscita (6) è passivo.
7. 7. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di posizione (S4) per definire la posizione relativa dei detti primo e secondo elemento (2, 13, 3).
8. 8. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di carico (S5) per misurare la tensione del detto elemento elastico (kp).
9. 9. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto primo attuatore (4) comprende un ulteriore elemento elastico (ks) avente una rigidezza massima maggiore di quella del detto primo elemento elastico (kp).
10. 10. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto primo attuatore (4) comprende un ulteriore sensore di carico (S4, S4’) per misurare il carico fra il detto primo attuatore e il detto elemento mobile (3).
11. 11. Giunto secondo le rivendicazioni 9 e 10, caratterizzato dal fatto che il detto sensore di carico (S4, S4’) comprende il detto ulteriore elemento elastico (ks).
12. 12. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto primo attuatore (4) comanda il detto elemento mobile (3) in modo bidirezionale.
13. 13. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto elemento elastico (kp) è unidirezionale.
14. 14. Giunto secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto di comprendere un secondo elemento elastico (kp’) collegato al detto secondo elemento (3) per applicare un’azione bidirezionale in combinazione con il detto elemento elastico (kp) e allungabile in modo da accumulare una quantità massima di energia elastica maggiore rispetto a quella accumulabile dal detto primo attuatore (4).
15. 15. Giunto secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che il detto secondo attuatore (5) comprende il detto secondo elemento elastico (kp’).
16. 16. Giunto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il detto elemento elastico (kp) applica un carico elastico non lineare al detto secondo elemento (3).