Abstract- Several applications for industrial and service robotics require a variable compliance transmission between motors and robot links. The aim of this work is to propose some general design solutions for actuators with integrated variable stiffness transmission, to be used in different application fields (safety for human-robot interaction, haptics, legged-robot locomotion, etc.). The aim of this study deals with the systematic identification of all the possible layouts that can be defined by rigid and elastic connections between the elements of a selectable compliance actuator made by two motors and two Harmonic Drive reduction gears. After a first step in which the set of all possible configurations is reduced bases on functional specifications, an analysis of the remaining solutions is performed. A physical model for their mechanical behaviour is proposed. A comparison between the different solutions is presented to make a selection for the actuator design stage. The solution adopted to obtain the stiffness variation is presented to draw the guideline for this approach.
Sommario – In diverse applicazioni della robotica industriale e di quella di servizio è richiesta una trasmissione a cedevolezza variabile tra i motori ed i link dei robot. Lo scopo di questo lavoro è quello di proporre alcune soluzioni progettuali per attuatori con trasmissione a rigidezza variabile integrata, che possano essere usati in diversi campi di applicazione (sicurezza nell’ambito delle interazioni tra uomo e robot, aptica, locomozione di legged-robot).
La parte centrale dello studio riguarda l’identificazione sistematica di tutti i possibili layout definiti dai collegamenti rigidi ed elastici realizzabili tra i componenti di un attuatore a cedevolezza variabile composto da due motori e due riduttori Harmonic Drive. Dopo una prima fase di rimozione dei sistemi non funzionanti da tutte le configurazioni trovate, segue uno studio analitico delle soluzioni rimaste. Per queste viene proposto un modello fisico del comportamento meccanico. Sulla base dei risultati ottenuti è possibile effettuare un confronto tra le differenti soluzioni e sceglierne alcune per la fase di progettazione degli attuatori. Prima di tracciare le linee guida per l’approccio alla progettazione viene quindi presentata la soluzione utilizzata per effettuare la variazione di rigidezza.
