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Title:
ACTUATOR FOR A WORKING ELEMENT, PARTICULARLY A WALKING ROBOT, AND THE METHOD OF CONTROLLING SAID ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/099641
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator which is characterised in that the kinematic connection between the motor and the working element of the robot comprises a mobile link which is pivot fixed to the base of the actuator, a runner which is mounted to the mobile link and which can slide radially along the length thereof and a lever arm which is kinematically connected to the motor and which is hinge-connected to the runner by means of a pin. In this way, the rotation axes of the mobile link, the lever arm and the pin are parallel and said mobile link is kinematically connected to the working element. The distance between the lines that run alongside the rotation axis of the mobile link and the rotation axis of the lever arm may be greater or smaller than the length of the lever arm.

Inventors:
Akinfiev, Theodore (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS CARRETERA DE CAMPO REAL KM 0.200, ARGANDA DEL REY, 28500, ES)
Armada Rodríguez, Manuel (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS CARRTERA DE CAMPO REAL KM. 0200, ARGANDA DEL REY, 28500, ES)
Fernández Saavedra, Roemi Emilia (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS Carretera de Campo Real KM 0.200, Arganda del Rey, 28500, ES)
Application Number:
PCT/ES2003/000244
Publication Date:
December 04, 2003
Filing Date:
May 23, 2003
Export Citation:
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Assignee:
Consejo, Superior Investigaciones Científicas DE. (C/Serrano, 117, MADRID, 28006, ES)
Akinfiev, Theodore (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS CARRETERA DE CAMPO REAL KM 0.200, ARGANDA DEL REY, 28500, ES)
Armada Rodríguez, Manuel (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS CARRTERA DE CAMPO REAL KM. 0200, ARGANDA DEL REY, 28500, ES)
Fernández Saavedra, Roemi Emilia (INSTITUTO DE AUTOMÁTICA INDUSTRIAL, CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS Carretera de Campo Real KM 0.200, Arganda del Rey, 28500, ES)
International Classes:
B25J17/00; A63H11/18; A63H31/08; B25J5/00; B25J19/00; B62D57/032; E05C3/06; F16H21/14; F16H21/18; F16H21/42; (IPC1-7): B62D57/02; A63H11/18; A63H31/08; F16H21/18
Domestic Patent References:
WO2001017631A1
Foreign References:
JP2002306858A
GB2150451A
JPH01256991A
JPH04256589A
JPH07227482A
ES1018896U
US5739655A
Attorney, Agent or Firm:
Represa, Sánchez Domingo (CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS, OFICINA DE TRANSFERENCIA DE TECNOLOGÍA C/Serran, 113 MADRID, 28006, ES)
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Claims:
REINVINDICACIONES
1. Actuador de un elemento de trabajo, principalmente de un robot caminante, que contiene sistema de control, base del actuador con un motor fijado en ella, conectado con el sistema de control y conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo, y que se diferencia en que la conexión cinemática entre el motor y el elemento de trabajo del robot contiene un eslabón móvil, fijado en la base del actuador con posibilidad de giro, una corredera colocada en el eslabón móvil con la posibilidad de deslizamiento a lo largo del eslabón móvil en la dirección radial, un brazo de manivela conectado cinemáticamente con el motor, unido a chamela por medio del dedo con la corredera, de tal manera que los ejes de giro del eslabón móvil, del brazo de manivela y del dedo están realizados paralelamente, y el eslabón móvil está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo.
2. Dispositivo del punto 1, que se diferencia en que la distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela es mayor que la longitud del brazo de manivela.
3. Dispositivo del punto 1, que se diferencia en que la distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela es menor que la longitud del brazo de manivela.
4. Dispositivo de los puntos 13, que se diferencia en que el brazo de manivela tiene un dispositivo regulador, que asegura la posibilidad de regular la longitud del brazo de manivela.
5. Dispositivo de los puntos 14, que se diferencia en que el dispositivo regulador del brazo de manivela posee un motor regulador conectado con el sistema de control.
6. Dispositivo de los puntos 15, que se diferencia en que contiene un sensor de ángulo de giro del motor, y ese sensor está conectado con el sistema de control.
7. Dispositivo de los puntos 16, que se diferencia en que contiene un sensor de ángulo de giro del motor regulador, y ese sensor está conectado con el sistema de control.
8. Dispositivo de los puntos 17, que se diferencia en que contiene un sensor de ángulo entre el brazo de manivela y el eslabón móvil, y ese sensor está conectado con el sistema de control.
9. Dispositivo de los puntos 18, que se diferencia en que la conexión cinemática entre el motor y el brazo de manivela contiene un reductor.
10. Dispositivo de los puntos 19, que se diferencia en que la conexión cinemática entre el eslabón móvil y el elemento de trabajo contiene un reductor.
11. Dispositivo de los puntos 110, que se diferencia en que la conexión cinemática entre el eslabón móvil y el elemento de trabajo contiene un mecanismo piñón cremallera.
12. Dispositivo de los puntos 111, que se diferencia en que el actuador posee un sistema de elementos elásticos, que contiene al menos un elemento elástico tal que uno de sus extremos está fijado en el eslabón móvil y el segundo de los extremos del elemento elástico está fijado en la base del actuador.
13. Dispositivo de los puntos 112, que se diferencia en que el actuador posee un sistema de elementos elásticos, que contiene al menos un elemento elástico tal que uno de sus extremos está fijado en el elemento de trabajo del robot y el segundo de los extremos del elemento elástico está fijado en la base del actuador.
14. Dispositivo de los puntos 1,2, 413, que se diferencia en que el sistema de elementos elásticos es regulado de tal manera que el eslabón móvil está en un equilibrio estable en las posiciones cuando el brazo de manivela se encuentra colocado paralelamente al eslabón móvil.
15. Dispositivo de los puntos 1,313, que se diferencia en que el actuador contiene un sistema de elementos elásticos, que posee al menos un elemento elástico tal que uno de sus extremos está conectado con la base y el segundo extremo está conectado cinemáticamente con el brazo de manivela, y el sistema de los elementos elásticos es regulado de tal manera que el brazo de manivela está en un estado de equilibrio estable en posición cuando el brazo de manivela es paralelo al eslabón móvil y está dirigido en el sentido opuesto al eje de giro del eslabón móvil.
16. Dispositivo de los puntos 115, que se diferencia en que el actuador contiene un fijador de al menos una posición del elemento de trabajo o del eslabón móvil o del brazo de manivela.
17. Método de control del actuador de los puntos 116, que consiste en que se realizan cambios de la longitud del brazo de manivela con la ayuda del motor de regulación durante el proceso de movimiento del brazo de manivela.
18. Método de control del actuador del robot caminante de los puntos 1,2, 414,16, 17, que consiste en que al menos en una parte de la trayectoria el elemento de trabajo se para en posiciones cuando el ángulo entre el brazo de manivela y el eslabón móvil es de 90 grados, y el elemento de trabajo empieza a moverse, girando el brazo de manivela con la ayuda del motor en la dirección del sentido del eje de giro del eslabón móvil en el caso cuando la pierna correspondiente del robot no se apoya en la superficie, y en la del sentido contrario cuando la pierna correspondiente del robot se apoya en la superficie.
19. Método de control del actuador de los puntos 1,313, 1517, que consiste en que al menos en una parte de la trayectoria el elemento de trabajo se para en la posición cuando el brazo de manivela está paralelo al eslabón móvil y está dirigido en el sentido opuesto al eje de giro del eslabón móvil, se realiza una traslación del elemento de trabajo, girando ininterrumpidamente el brazo de manivela con la ayuda del motor un ángulo de 360 grados, después de lo cual finaliza el giro del brazo de manivela.
Description:
TÍTULO El actuador del elemento de trabajo, principalmente de un robot caminante, y el método de control del actuador.

SECTOR DE LA TÉCNICA La invención pertenece a la ingeniería mecánica, y se puede utilizar particularmente en robótica, en dispositivos para la automatización, en actuadores de paso y otros dispositivos.

ESTADO DE LA TÉCNICA En soluciones técnicas conocidas [1-2] se utiliza habitualmente lo siguiente. Actuador para las piernas de un robot caminante, en su mayor parte robots bípedos, con un elemento móvil, con un motor localizado en el elemento móvil, con un elemento base de la pierna el cual es conectado con el elemento móvil por medio de una articulación de rotación conectada cinemáticamente con el motor.

En estas soluciones el motor del actuador junto con una caja de reducción de engranajes constante deben compensar el par producido por la fuerza de gravedad.

El par producido por la fuerza de gravedad se puede compensar utilizando motores pequeños con relaciones de reducción grandes, pero presenta el inconveniente de que restringe mucho la velocidad de la pierna. Otra posibilidad es compensar el par producido por la fuerza de gravedad utilizando motores grandes con relaciones de reducción pequeña, pero tiene el inconveniente de que aumenta el peso del robot y el consumo energético del mismo.

1. Articulated structure for legged walking robot Patent Number EP0433096 Publication date 19-06-1991 Inventor (s) Gomi Hirosi, Kumagai Tomharu, Hirose Masato, Nishikawa Masao B25J5/00; B25J11/00 ; G05D1/10 2. Method and apparatus for dynamic walking control of robot Patent Number US4834200 Publication date 30-05-1989 Inventor (s) Kajita Syuji

B25J5/00; B62D57/02 DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN - Breve descripción de la invención.

Actuador que se diferencia en que la conexión cinemática entre el motor y el elemento de trabajo del robot contiene un eslabón móvil, fijado en la base del actuador con posibilidad de giro, una corredera colocada en el eslabón móvil con la posibilidad de deslizamiento a lo largo del eslabón móvil en la direccion radial, un brazo de manivela conectado cinemáticamente con el motor, unido a charnela por medio del dedo con la corredera, de tal manera que los ejes de giro del eslabón móvil, del brazo de manivela y del dedo están realizados paralelamente, y el eslabón móvil está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo.

La distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela puede ser mayor o menor que la longitud del brazo de manivela.

- Descripción detallada de la invención El objeto de la invención es la disminución de la potencia del motor del acuador, la disminución de los gastos energéticos y el aumento de la velocidad de acción del actuador.

Para conseguir el objeto de la invención, el actuador del elemento de trabajo, principalmente de un robot caminante, contiene un motor 2 fijado en la base 1 y conectado con el sistema de control. El motor 2 está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo 4. Dicha conexión cinemática entre el motor 2 y el elemento de trabajo 4 contiene el eslabón móvil 5 fijado en la base 1 con la posibilidad de giro, la corredera 6 colocada en el eslabón móvil 5 y el brazo de manivela 7 conectado cinemáticamente con el motor 2. La corredera 6 está fijada en el eslabón móvil 5 en direccion radial. El brazo de manivela 7 está unido a charnela por medio del dedo 8 (esférico o cilíndrico) con la corredera 6. El eslabón móvil 5 está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo 4. Dicha conexión cinemática puede estar realizada en forma de reductor, de mecanismo piñón-cremallera, de marcha de cadena o

de correa, etc.; en el más simple de los casos esta conexión cinemática puede estar realizada con la ayuda del fijamiento directo del elemento de trabajo en el eslabón móvil. Los ejes de giro del eslabón móvil 5, del brazo de manivela 7 y del dedo 8 están realizados paralelamente (cuando se utiliza un dedo esférico, esta última condición sobre la paralelidad de los ejes de giro del dedo se realiza automáticamente).

La distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela 7 puede ser menor que la longitud del brazo de manivela 7.

La distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela 7 puede ser mayor o igual que la longitud del brazo de manivela 7.

Estas soluciones técnicas permiten disminuir la potencia del motor, disminuir los gastos energéticos y aumentar la velocidad de la acción del actuador a costa de que la relación de marchas entre el motor 2 y el elemento de trabajo 4 sea variable y dependa esencialmente del ángulo de giro del brazo de manivela 7.

El brazo de manivela 7 puede estar dotado de un dispositivo regulador, que asegure la posibilidad de regular la longitud del brazo de manivela 7. Este dispositivo puede estar realizado, por ejemplo, en forma de una varilla de regulación 9 con rosca izquierda en un extremo y con rosca derecha en el otro extremo, y las partes de respuesta con rosca correspondiente, lo que permite realizar cambios de longitud del brazo de manivela 7 al girar la varilla de regulación 9. El dispositivo regulador del brazo de manivela 7 puede contener un motor de regulación 10 conectado con el sistema de control 3. En el ejemplo considerado el motor de regulación 10 puede estar fijado en una de las partes de respuesta y conectado cinemáticamente con la varilla de regulación 9, por ejemplo, con la ayuda de engranajes cilíndricos de dientes rectos. Esto permite realizar el ajuste óptimo de la relación de marchas en condiciones de carga cambiante. En este caso, el sistema de control realiza la regulación teniendo en cuenta la información de la posición

de la varilla de regulación 9, que se recibe del sensor de posición del motor de regulación 10.

El actuador puede contener un sensor del ángulo de giro del motor 2, de tal forma que este sensor esté conectado con el sistema de control 3. El actuador puede contener un sensor del ángulo de giro del motor de regulación 10, de tal forma que este sensor esté conectado con el sistema de control 3. El actuador puede contener un sensor del ángulo entre el brazo de manivela 7 y el eslabón móvil 5, de tal forma que este sensor esté conectado con el sistema de control 3. El actuador puede contener un sensor del ángulo entre el brazo de manivela 7 y la base 1, de tal forma que este sensor esté conectado con el sistema de control 3.

La conexión cinemática entre el motor 2 y el brazo de manivela 7 puede contener un reductor con una relación de transmisión mayor que la unidad o menor que la unidad.

La conexión cinemática entre el eslabón móvil 5 y el elemento de trabajo 4 puede contener un reductor con una relación de transmisión mayor que la unidad o menor que la unidad. La conexión cinemática entre el eslabón móvil 5 y el elemento de trabajo 4 puede contener un mecanismo piñón cremallera, lo que no excluye la presencia de un reductor (con una relación de transmisión mayor que la unidad o menor que la unidad) en este circuito cinemático (por ejemplo, entre el eslabón móvil y la rueda dentada). El actuador puede contener también un sistema de elementos elásticos. El sistema de elementos elásticos puede contener a su vez uno o varios elementos elásticos. Al menos un elemento elástico 11 puede estar fijado con un extremo en el eslabón móvil 5, y con el otro extremo en la base 1 del actuador. Un extremo del elemento elástico 11 puede estar fijado en el elemento de trabajo del robot 4 y el segundo extremo puede estar fijado en la base 1 del actuador. El sistema de elementos elásticos puede estar regulado de tal forma que el eslabón móvil 5 esté en un equilibrio estable en las posiciones, cuando el brazo de manivela 7 está colocado paralelamente al eslabón móvil 5.

El actuador puede estar realizado de tal forma que contenga al menos un elemento móvil 11, un extremo del cual está conectado con la base y el segundo extremo está conectado cinemáticamente con el brazo de manivela 7 o el motor 2. En este caso el

sistema de elementos elásticos puede estar regulado de tal forma que el brazo de manivela 7 esté en estado de equilibrio estable en posiciones cuando el brazo de manivela 7 está colocado paralelamente al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido del eje de giro del eslabón móvil 5, y en estado de equilibrio inestable en posiciones cuando el brazo de manivela 7 está colocado paralelamente al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido contrario al eje de giro del eslabón móvil 5.

La presencia de los elementos elásticos permite rebajar adicionalmente los gastos energéticos y aumentar la velocidad de la acción a costa de que las fuerzas de inercia en el proceso de movimiento sean compensadas total o parcialmente con los elementos elásticos y no con el motor.

El actuador puede contener fijadores de una o varias posiciones del elemento de trabajo 4. La fijación de la posición del elemento de trabajo puede realizarse en relación a la base 1 (esta variación es preferible ya que asegura una mayor precisión en el posicionamiento), en relación al eslabón móvil 5 o en relación al brazo de manivela 7.

Además son posibles otras variaciones de fijación de la posición del elemento de trabajo 4. La fijación puede ser realizada a costa de la fijación del brazo de manivela 7 o del eslabón móvil 5 en relación a la base 1 o entre ellos mismos. Con el carácter de fijador 12 pueden ser utilizados los picaportes mecánicos. Estos picaportes mecánicos constan de dos partes. Una de las partes puede estar fijada rígidamente en el elemento de trabajo 4, y la otra parte puede estar fijada de forma flexible (para la fijación automática) en la base 1 y estar dotada con el sistema de control 3 del electroimán (para defijación de conexión). Otra variación del fijador 12 puede ser realizada, cuando una de las partes de fijador (fijada, por ejemplo, en la base) representa un electroimán conectado con el sistema de control, y la parte de respuesta es una plataforma de hierro fijada rígidamente en el elemento de trabajo 4, de tal manera que en una posición determinada del elemento de trabajo, el electroimán va a interactuar con esta plataforma.

La utilización de fijadores permite disminuir los gastos energéticos a costa de que durante la parada el motor 2 del actuador puede estar desconectado. Una ventaja adicional de la utilización de fijadores es el aumento de la precisión del posicionamiento

del elemento de trabajo 4, sobre todo en el caso cuando se realiza su fijación en relación a la base 1.

Descripción del funcionamiento del dispositivo.

Régimen 1. Consideremos primero el caso en el que la longitud del brazo de manivela 7 es mayor que la distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela 7 (Figura 1).

En la posición inicial todos los elementos del actuador están en reposo. El sistema de control 3 aplica al motor 2 una tensión de una polaridad determinada y el motor 2 empieza a girar poniendo en movimiento el brazo de manivela 7 conectado cinemáticamente con el motor 2. El brazo de manivela pone en movimiento a través del dedo 8 la corredera 6, que empieza a girar el eslabón móvil 5 y a deslizarse simultáneamente a lo largo de este eslabón móvil. El eslabón móvil 5 pone en movimiento el elemento de trabajo 4 a través de la conexión cinemática (inmediatamente a través del reductor, a través de un mecanismo piñón-cremallera, <BR> <BR> etc. ). Al alcanzar el elemento de trabajo 4 la posición fijada, determinada por el sistema de control 3 a través de las señales del sensor (por ejemplo, del sensor de posición del <BR> <BR> eslabon móvil respecto a la base, del sensor de posición del motor etc. ) o del contador (timer) incorporado en el sistema de control, el sistema de control 3 desconecta la tensión aplicada al motor 2. Por necesidad de mantener al elemento de trabajo 4 en esta posición, el sistema de control 3 puede conectar el régimen de mantenimiento del motor en la posición actual con la ayuda de la conexión inversa a través de uno de los sensores de posición (por ejemplo, el sensor de posición del motor) en vez de desconectar la tensión.

En principio, las posiciones inicial y final del actuador pueden ser cualesquiera. Sin embargo, en el caso en el que en la posición inicial (punto SI) y en la posición final del actuador (punto S3), el brazo de manivela 7 es paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido contrario al eje de giro del eslabón móvil 5, representa el interés máximo. En este caso se puede realizar una traslación del elemento de trabajo girando

ininterrumpidamente el brazo de manivela con la ayuda del motor un ángulo de 360 grados, después de lo cual termina el giro del brazo de manivela. Con tal traslación del brazo de manivela el eslabón móvil tambien girará 360 grados y el elemento de trabajo girará un ángulo determinado por la relación de marchas de la conexión cinemática entre el eslabón móvil y el elemento de trabajo (si se utiliza un mecanismo piñón- cremallera, entonces el elemento de trabajo realizará un movimiento progresivo y no giratorio). Por ejemplo, si la relación de marchas es igual a cuatro, entonces el elemento de trabajo girará un ángulo de 90 grados. El movimiento siguiente del brazo de manivela puede realizarse en el mismo sentido o en el sentido contrario.

Conformemente, el elemento de trabajo girará otros 90 grados o volverá a la posición inicial. En tal régimen, el actuador considerado puede funcionar prácticamente como un actuador de paso. Sin embargo, a diferencia del actuador de paso tradicional que tiene una relación de marchas constante, el actuador propuesto se diferencia en que su relación de marchas no es constante, sino que depende del ángulo de giro del brazo de manivela (Figura 2). En el momento inicial del movimiento la relación de marchas es máxima (eso asegura una alta aceleración). Después, la relación de marchas disminuye suavemente hasta la posición media del brazo de manivela (eso asegura la posibilidad de traslación del elemento de trabajo con una velocidad alta). Después que el brazo de manivela pasa la posición media la relación de marchas empieza a crecer y se hace máxima en la posición final (eso asegura la posibilidad de frenado intensivo del elemento de trabajo). De esta manera se asegura una alta velocidad de acción del actuador. Además, a costa de una relación de marchas cambiante se asegura un rendimiento del motor del actuador más alto porque su velocidad va a ser prácticamente constante en una parte considerable de la trayectoria, sin tener en cuenta que la velocidad del elemento de trabajo va a cambiar considerablemente.

Es interesante también el caso en el que el movimiento del brazo de manivela 7 se realiza en los alrededores de la posición, cuando el brazo de manivela 7 es paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido del eje de giro del eslabón móvil 5 (punto S2). En este caso el actuador puede ser utilizado eficazmente para máquinas caminantes, en particular, para un robot bípedo. Por ejemplo, que el elemento de trabajo 4 del actuador represente una pierna del robot bípedo, y que la base 1 del actuador represente

el cuerpo del robot. Cuando la pierna se apoya en la superficie sobre la cual se mueve el robot y el cuerpo del robot está colocado verticalmente, el brazo de manivela 7 está paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido del eje de giro del eslabón móvil 5. En esta posición la relación de marchas motor-elemento de trabajo tiene un valor mínimo, y en las desviaciones del cuerpo del robot de la posición vertical la relación de marchas aumenta. La carga sobre el actuador se comporta análogamente ; así, en la posición vertical del cuerpo del robot la carga tiene valor minimo y en las desviaciones del cuerpo del robot de la vertical la carga aumenta. De esta manera, el actuador considerado se adapta automaticamente a la carga exterior variable a costa del cambio de la relación de marchas. Esta adaptación es especialmente importante con cargas grandes sobre el actuador (en el ejemplo considerado corresponde a grandes desviaciones del cuerpo del robot de la vertical), lo que permite utilizar un motor de actuador menos potente conservando una alta velocidad de acción del actuador con cargas pequeñas. Si el actuador contiene un dispositivo regulador que permite regular la longitud del brazo del manivela 7, entonces tal dispositivo permite realizar un ajuste de la dependencia de la relación de marchas del actuador del ángulo de giro del brazo de manivela (o del elemento de trabajo) para una concordancia óptima del actuador con la carga (Figura 3). Y si el dispositivo regulador contiene el motor regulador 10 entonces el ajuste se puede realizar directamente en el proceso de movimiento del actuador. En este caso se puede asegurar una adaptación del actuador a la carga que depende no sólo del ángulo de giro del cuerpo del robot (por ejemplo, si en el proceso de inclinación el robot tomó una carga pesada con la mano).

Régimen II. El funcionamiento del actuador en el caso en el que la longitud del brazo de manivela 7 es menor que la distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela 7, se realiza análogamente (Figura 4). La diferencia radica sólo en que en este caso la dependencia de la relación de marchas del actuador del ángulo de giro del brazo de manivela tiene un carácter completamente distinto (Figura 5). Esta dependencia tiene un carácter periódico, con un período de 360 grados y dentro de dicho período se pueden distinguir dos partes, una parte con valores positivos de la relación de marchas (tramo A-B) y otra parte con valores negativos (tramo B-C). El valor negativo de la relación de

marchas significa que el brazo de manivela y el eslabón móvil giran en sentidos contrarios. En los puntos A, B y C la relación de marchas tiende a más o a menos infinito. Estos puntos corresponden a las posiciones en las que entre el brazo de manivela y el eslabón móvil hay un ángulo de 90 grados. En estos puntos la inclinación del eslabón móvil de su posición media va a ser máxima. Correspondientemente en estos mismos puntos la inclinación del elemento de trabajo (conectado cinemáticamente con el eslabón móvil por medio de un mecanismo de transmisión con la relación de marchas constante) de su posición media también va a ser máxima. A cada posición del eslabón móvil dentro de sus límites de traslación (con excepción de los puntos extremos) le corresponden dos posiciones del brazo de manivela, una dentro de los límites del ángulo oc y el otra dentro de los límites del ángulo, (Figura 6). La traslación del eslabón móvil de una posición a cualquier otra posición puede realizarse de dos maneras : traslación del brazo de manivela dentro de los límites del ángulo a o dentro de los límites del ángulo ß. Y la relación de marchas entre el motor y el elemento de trabajo depende esencialmente de dentro de los límites de cual de los ángulos se traslada el brazo de manivela. Si la traslación se produce dentro de los límites del ángulo a, la magnitud absoluta de la relación de marchas va a ser menor que en la traslación producida dentro de los límites del ángulo/3. Esto permite utilizar el movimiento del brazo de manivela dentro de los límites de un ángulo, cuando la carga es pequeña (y obtener altas velocidades de traslación) o dentro de los límites del otro ángulo, cuando la carga sobre el actuador es grande (y con esto tener velocidades menores de traslación). El paso de unos ángulos de trabajo a otros se realiza con la ayuda de la traslación del brazo de manivela a través del punto crítico (A, B o C). El sistema de control recibe infonnación sobre la posición de los elementos del actuador del sensor de ángulo entre el eslabón móvil y el brazo de manivela (variantes : del sensor de posición del motor, del sensor de posición del eslabón móvil o del elemento de trabajo respecto a la base) y se realiza la aplicación de la tensión correspondiente sobre el motor 2. Estas propiedades del actuador pueden ser útiles, por ejemplo, en la utilización de los robots cuando un movimiento se realiza con una carga en el agarre del robot (una gran carga de inercia), y el otro se realiza sin carga (carga pequeña). El caso que presenta máximo interés es cuando en la posición inicial y la posición final del actuador el brazo de manivela 7 es perpendicular al eslabón móvil 5 (es decir, la

traslación se realiza de una posición extrema del eslabón móvil a la otra). En este caso el actuador asegura un cambio óptimo en la relación de marchas para el mantenimiento de las altas aceleraciones del elemento de trabajo al principio y al final del movimiento (una magnitud absoluta alta de la relación de marchas) y para el mantenimiento de las altas velocidades en la parte media de la trayectoria (una magnitud absoluta baja de la relación de marchas). Y el paso puede realizarse o bien dentro de los límites del ángulo a o bien dentro de los límites del ángulo ? dependiendo del sentido de giro del brazo de manivela (y correspondientemente del motor). Como las relaciones de marchas en estos movimientos son diferentes en su magnitud, esto se puede utilizar en los sistemas en los cuales la carga exterior (de inercia o de fuerza) cambia considerablemente. Por ejemplo, al trasladar la mano con carga del robot en un sentido y la mano sin carga del robot en otro sentido. Otro ejemplo de la utilización del actuador es en un robot caminante cuyo actuador de pierna tiene que trasladar alternativamente la pierna del robot en el aire y después el cuerpo del robot en relación a la pierna que se apoya en la superficie. Como las cargas en estos movimientos son considerablemente diferentes, se puede realizar un movimiento muy rápidamente girando un motor en un sentido y el siguiente movimiento puede realizarse lentamente girando el motor en sentido contrario.

De tal manera el actuador permite trasladar el elemento de trabajo de una posición a otra y tener dos leyes de cambio de relación de marchas del actuador diferentes dependiendo del sentido del movimiento del motor.

Igual que antes, la presencia de un dispositivo regulador permite realizar cambios de dependencia en la relación de marchas del actuador del ángulo de giro del brazo de manivela. Sin embargo, a diferencia del caso considerado anteriormente, ahora el cambio de la longitud del brazo de manivela conlleva simultáneamente el cambio de inclinación máxima posible del eslabón móvil (y correspondientemente del elemento de trabajo) de la posición media.

Con una reserva de regulación de la longitud del brazo de manivela suficiente, el mismo actuador puede funcionar en el régimen I y en el régimen II, y el paso entre los dos regímenes se realiza a costa del cambio de la longitud del brazo de manivela. Este paso

puede realizarse con el actuador en reposo o durante su funcionamiento (en este caso se utiliza el motor de regulación).

Se puede obtener un aumento adicional de la efectividad del actuador a costa de la utilización de muelles. Esto resulta útil para la compensación de cargas de inercia (proceso dinámico) y para la compensación de cargas de fuerza (proceso quasiestático).

Por ejemplo, para el actuador que funciona en las condiciones del régimen I, uno de los extremos del elemento elástico (constituido por uno o varios muelles) se puede fijar en la base del actuador, y el otro extremo se puede conectar por medio de charnels con el dedo del brazo de manivela. El punto del fijación del muelle en la base, el eje de giro del eslabón móvil y el eje de giro del brazo de manivela pueden estar en una línea del plano paralelo al plano de giro del brazo de manivela, y el muelle puede ser estirado en todas las posiciones del brazo de manivela. Si el actuador tiene principalmente una carga de inercia y para la realización del paso de trabajo el brazo de manivela se traslada 360 grados (actuador de paso), entonces el punto de fijación del elemento elástico en la base se coloca fuera del segmento que conecta el eje de giro del eslabón móvil y el brazo de manivela por el lado del eje de giro del eslabón móvil (Figura 7). En la posición inicial el brazo de manivela está en estado de equilibrio inestable. Después de que empiece el movimiento, el elemento elástico empuja al brazo de manivela en el sentido de su giro (ángulos de 0 a 180 grados), lo que favorece al movimiento del brazo de manivela, del elemento de trabajo y del eslabón móvil (carga de inercia). Después de pasar la posición media, cuando el sistema tiene una velocidad alta y correspondientemente una alta energía cinética, el elemento elástico empuja al brazo de manivela en el sentido contrario al sentido de su movimiento (ángulos de 180 a 360 grados), lo que favorece un frenado intenso de los elementos. La energía cinética acumulada se transforma en la energía potencial del elemento elástico estirado. Después el proceso se repite. En la posición inicial el actuador se retiene por el motor o por fijador de posición especial (por ejemplo, en forma de picaporte con muelles mecánico que cierra automáticamente el brazo de manivela en el momento en que éste llega a la posición final), que se desfija (por ejemplo, con la ayuda de un electroimán especial) antes del comienzo del siguiente movimiento.

Si el actuador realiza un movimiento en los alrededores de una de las posiciones del brazo de manivela y la carga tiene principalmente un carácter de fuerza y está dirigida en el mismo sentido en el que comenzó la inclinación de esa posición (por ejemplo, en el caso de utilización del actuador en un robot bípedo), entonces se puede utilizar como posición inicial tal posición del brazo de manivela cuando el brazo de manivela 7 es paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido del eje de giro del eslabón móvil (Figura 8). En este caso, el elemento elástico va a compensar automáticamente (parcial o totalmente) la carga externa, lo que permite utilizar un motor de menor potencia. Si la carga de fuerza tiene su valor mínimo, no en la posición inicial del brazo de manivela, sino con cierta inclinación de la posición inicial, entonces el punto de fijación del elemento elástico en la base se puede mover correspondientemente en la dirección hacia fuera de la recta que pasa por el eje de giro del brazo de manivela y del eslabón móvil.

Si el actuador funciona en las condiciones del régimen II, entonces se puede utilizar otro método de fijación del elemento elástico. En este caso el elemento elástico puede ser fijado en el eslabón móvil o en el elemento de trabajo (por ejemplo, en el eslabón móvil) con un extremo, y con el otro extremo en la base. El elemento elástico puede estar constituido de dos muelles, cada uno de los cuales está en un estado estirado (o comprimido) al trasladar el punto de fijación móvil en todo el intervalo de traslaciones (Figura 9). Los muelles están regulados de tal manera que el elemento de trabajo ocupe la posición media con el motor desconectado. En las posiciones extremas el eslabón móvil o el elemento de trabajo se retiene con fijadores (Figura 10). Antes del comienzo del movimiento se realiza la defijación del actuador. Bajo la acción del elemento elástico el eslabón móvil comienza una aceleración intensiva hasta la posición media, después de ello sigue con un frenado intensivo y al llegar a la posición extrema se cierra automáticamente con el fijador. El motor no influye considerablemente en el carácter del movimiento sino que sirve para la compensación de las pérdidas durante el movimiento. Eso permite obtener unas altas velocidades de movimiento con pequeños gastos energéticos.

EXPLICACIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS A continuación se describe detalladamente la invención por medio de dos ejemplos y haciendo referencia a las figuras adjuntas, Figura 1. La longitud del brazo de manivela R es mayor que la distancia L entre los ejes de giro del eslabón móvil y del brazo de manivela Figura 2. Dependencia de la relación de marchas K del ángulo de giro del brazo de manivela 07 para el caso R > L Figura 3. Dispositivo para regulación de la longitud del brazo de manivela Figura 4. La longitud del brazo de manivela R es menor que la distancia L entre los ejes de giro del eslabón móvil y del brazo de manivela Figura 5. Dependencia de la relación de marchas K del ángulo de giro del brazo de manivela 7 para el caso R < L Figura 6. Posiciones extremas del eslabón móvil con R < L Figura 7. Ejemplo de utilización del elemento elástico Figura 8. Ejemplo de utilización del elemento elástico Figura 9. Ejemplo de utilización del elemento elástico Figura 10. Ejemplo de realización del fijador del elemento de trabajo 1. Base 2. Motor 3. Sistema de control 4. Elemento de trabajo 5. Eslabón móvil 6. Corredera (Deslizador) 7. Brazo de manivela 8. Dedo 9. Varilla de regulación 10. Motor de regulación 11. Elemento elástico 12. Fijador 13. Posición inicial 14. Posición final

15. Posición intermedia 16. Reductor 17. Electroimán 18. Parte de respuesta del fijador 19. Parte interactuante con el imán del fijador EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN.

Ejemplo 1 El actuador del elemento de trabajo contiene el motor 2 fijado en la base 1, conectado con el sistema de control 3. El motor 2 está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo 4. La conexión cinemática entre el motor 2 y el elemento de trabajo 4 contiene el eslabón móvil 5, fijado en la base 1 con la posibilidad de giro, la corredera 6, colocada en el eslabón móvil 5 y el brazo de manivela 7 conectado con el motor 2. La corredera 6 está fijada en el eslabón móvil 5 con posibilidad de deslizamiento a lo largo del eslabón móvil 5 en dirección radial. El brazo de manivela 7 está unido a chamela por medio del dedo 8 cilíndrico con la corredera 6. El eslabón móvil 5 está conectado al elemento de trabajo 4 con la ayuda del reductor fijado en serie y del mecanismo piñón- cremallera. Los ejes de giro del eslabón móvil 5, del brazo de manivela 7 y del dedo 8 están realizados paralelamente.

La distancia entre las líneas que pasan a lo largo del eje de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo del eje de giro del brazo de manivela 7 es menor que la longitud del brazo de manivela 7.

El brazo de manivela 7 está dotado de un dispositivo regulador, que asegura la posibilidad de ajustar la longitud del brazo de manivela 7. Este dispositivo está realizado en forma de una varilla de regulación 9 con rosca izquierda en un extremo y con rosca derecha en el otro extremo, y las partes de respuesta con rosca correspondiente. El dispositivo regulador del brazo de manivela 7 contiene el motor de regulación 10 conectado con el sistema de control 3. El motor de regulación 10 está fijado en una de las partes de respuesta y conectado con la varilla de regulación 9 por medio de engranajes cilíndricos de dientes rectos.

El sistema de control contiene un sensor del ángulo de giro del motor 2, ángulo de giro del motor de regulación 10 y un sensor del ángulo entre el brazo de manivela 7 y el eslabón móvil 5.

El actuador contiene un elemento móvil 11, un extremo del cual está conectado con la base y el segundo extremo está conectado por medio de charnela con el brazo de manivela 7 a través del dedo 8. El elemento elástico está regulado de tal forma que el brazo de manivela 7 se encuentra en estado de equilibrio estable en posiciones cuando el brazo de manivela 7 está paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido del eje de giro del eslabón móvil 5, y se encuentra en estado de equilibrio inestable en posiciones cuando el brazo de manivela 7 está paralelo al eslabón móvil 5 y está dirigido en el sentido contrario al eje de giro del eslabón móvil 5.

El actuador contiene un fijador de una posición (inicial) del eslabón móvil 5, realizado en forma de un electroimán fijado en la base, conectado con el sistema de control y con la parte de respuesta hecha de un material ferromagnético, fijada en el eslabón móvil 5.

El método de control del actuador consiste en que se realiza un cambio de longitud del brazo de manivela con la ayuda del motor de regulación en el proceso de movimiento del brazo de manivela.

El método de regulación del actuador consiste en que el elemento de trabajo frena en la posición cuando el brazo de manivela es paralelo al eslabón móvil y está dirigido en el sentido contrario al eje de giro del eslabón móvil, y la traslación del elemento de trabajo se realiza girando ininterrumpidamente el brazo de manivela con la ayuda del motor un ángulo de 360 grados, después de lo cual se termina el giro del brazo de manivela.

Ejemplo 2 El actuador del elemento de trabajo contiene el motor 2 fijado en la base 1, conectado con el sistema de control 3. El motor 2 está conectado cinemáticamente con el elemento de trabajo 4. La conexión cinemática entre el motor 2 y el elemento de trabajo 4

contiene el eslabón móvil 5, fijado en la base 1 con la posibilidad de giro, la corredera 6, colocada en el eslabón móvil 5 y el brazo de manivela 7 conectado a través del reductor con el motor 2. La corredera 6 está fijada en el eslabón móvil 5 en dirección radial con posibilidad de deslizamiento a lo largo del eslabón móvil 5. El brazo de manivela 7 está unido a charnela por medio del dedo 8 cilíndrico con la corredera 6. El eslabón móvil 5 está conectado con el elemento de trabajo 4 por medio de un reductor fijado en serie y de un mecanismo piñón-cremallera. Los ejes de giro del eslabón móvil 5, del brazo de manivela 7 y del dedo 8 están realizados paralelamente. La distancia entre las líneas que pasan a lo largo de los ejes de giro del eslabón móvil 5 y a lo largo de los ejes de giro del brazo de manivela 7 es mayor que la longitud del brazo de manivela 7.

El sistema de control contiene un sensor de ángulo entre el brazo de manivela 7 y el eslabón móvil 5.

El método de control del actuador del robot caminante consiste en que al menos en una parte de la trayectoria el elemento de trabajo se para en posiciones cuando entre el brazo de manivela y el eslabón móvil hay un ángulo de 90 grados, y comienza la traslación del elemento de trabajo girando el brazo de manivela con la ayuda del motor en la dirección del sentido del eje de giro del eslabón móvil en el caso cuando la pierna correspondiente del robot no se apoya en la superficie, y en la dirección contraria cuando la pierna correspondiente del robot se apoya en la superficie.