Risoluzione del sistema di 3 equazioni
4.2.3 Prove di “Tipo B”: Caratterizzazione della pinza di manipolazione
L’obiettivo di questa tipologia di prove definite di “Tipo B” è quello di caratterizzare il funzionamento della pinza di manipolazione per ottenere la configurazione dei parametri di set-up in funzione del tipo di oggetto da manipolare.
La prima parte di questa tipologia di prove, le prove di Tipo B.1, ha interessato l’influenza dei principali parametri del controllore installato sul funzionamento del gripper ed in particolare come questi condizionano il ciclo di presa e di rilascio ipotizzato.
La seconda parte delle prove, quelle di Tipo B.2, ha invece interessato la caratterizzazione delle principali grandezze che interessano la pinza durante la fase di presa o di rilascio. Quest’ultima categoria di prove infatti permette di definire i parametri di set-up del controllore in funzione del tipo di oggetto da afferrare.
La Fig. 4-33 riporta lo schema generale del set-up di prova. In particolare sono evidenziati i principali componenti costituenti la strumentazione di misura e le grandezze fisiche misurate durante l’esecuzione delle prove.
Fig. 4-33: Schema generale set-up di prova.
Oscilloscopio Arduino UNO
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[ B 5 <‰
[Š
N[ ‹D„)D Drive Controller Motoriduttore + Encoder Sensori di forza Oggetto di presa Gripper Vista dall’alto del gripper SISTEMA DI MISURA116 La strumentazione di misura installata per l’esecuzione delle misure prevedeva i seguenti componenti:
- Oscilloscopio “SCOPIX II 0X7104” con relativo software “SX-Metro”, [39]
- Microcontrollore “Arduino UNO” con relativo software “Arduino 1.6.5”, [40]
- n° 3 Sensori di forza “FlexiForce® A301”, [31]
- n° 3 Resistori 11 kohm ¼W 5% - per ricavare la forza di presa applicata
- Resistore 2 Ohm 5W 5% - per ricavare la corrente assorbita dal motoriduttore
Le grandezze fisiche principali misurate o ricavate durante l’esecuzione delle prove sono le seguenti:
- Tensione di alimentazione del motoriduttore VaM
- Corrente assorbita dal motoriduttore iM
- Posizione angolare dell’albero del motore ϑM
- Forza di presa applicata dalle griffe sull’oggetto afferrato FGi
Per quanto riguarda la misura della tensione di alimentazione VaM e della corrente iM
assorbita dal motoriduttore durante il proprio funzionamento, lo schema del sistema di misura è quello riportato in Fig. 4-34. In particolare è possibile notare che la misura della corrente iMè stata ricavata a posteriori in quanto, durante le prove, la grandezza fisica misurata è la tensione ai capi della resistenza RI.
I canali dell’oscilloscopio utilizzati per le misure sono:
- Canale CH1 Tensione VRI.
- Canale CH2 Tensione di alimentazione del motoriduttore VaM
- Canale CH3 Segnale di Start
Fig. 4-34: Schema sistema di misura per la misura della tensione di alimentazione e della corrente assorbita del motoriduttore.
Gripper Motoriduttore + Encoder Oscilloscopio RI CH1 CH2 CH3 Drive Controller Start
117 Per quanto riguarda la misura della posizione angolare dell’albero motore ϑMe della forza di presa FG applicata all’oggetto afferrato, lo schema di misura è quello riportato in Fig. 4-35. La misura della forza di presa è stata eseguita posizionando i sensori di forza sulla superficie esterna dell’oggetto di presa.
I pin della scheda Arduino Uno utilizzati per le misure sono:
- Pin Digitale 1 Segnale di Start
- Pin Digitale 2 Segnale Encoder Ch A
- Pin Digitale 3 Segnale Encoder Ch B
- Pin Analogico 1 Tensione Sensore di Forza S1
- Pin Analogico 2 Tensione Sensore di Forza S2
- Pin Analogico 3 Tensione Sensore di Forza S3
Fig. 4-35: Schema sistema di misura per la misura della forza di presa e della posizione del motoriduttore. Drive Controller A rdui no U no DI AI Motoriduttore+ Encoder R1 R2 R3 Oggetto afferrato Sensori di forza
118
4.2.4 Esecuzione delle prove e analisi dei risultati
Di seguito viene riportata l’analisi dei dati misurati durante l’esecuzione della campagna di prove di Tipo B.1. In Fig. 4-36 viene riportato l’esempio generale del ciclo di funzionamento che permette di eseguire l’esecuzione della presa di un oggetto. Tale ciclo è eseguito dopo aver scelto una combinazione adeguata dei parametri di funzionamento.
Fig. 4-36: Esempio generale del ciclo di funzionamento della pinza di manipolazione.
La fase P1 e la P2 sono quelle fasi del ciclo di presa che interessano l’avvicinamento veloce all’oggetto. La fase P3 e poi la fase P4 determinano invece le fasi del ciclo di presa che interessano prima l’avvicinamento lento, dopo l’autocentraggio ed infine l’applicazione della forza di presa.
Tab. 4-1: Elenco dei principali parametri di funzionamento del controllore.
Parametro Range Coeff. K Significato
RT1 [0÷255] KRT1 = 25 ms Durata rampa di accelerazione CLT [0÷255] KCLT = 100 ms Durata corsa avvicinamento veloce
CL [0÷200] KCL = 0,5% % duty cycle fase P2 CC [0÷200] KCL = 0,5% % duty cycle fase P3
SD - KSD = 1 Numero di impulsi encoder fase P3+P4 RT2 [0÷255] KRT2 = 25 ms Durata rampa di decelerazione Alcuni esempi che permettono di esplicitare i parametri del controllore:
- Esempio 1: Parametro RT1
RT1 = 15 Durata rampa accelerazione = RT1 · KRT1 = 15 · 25 = 375 ms = 0,375 s
P1 P2 P3 P4
SD Set point RT1 CLT RT2 C C C L %DC Tempo, s119
- Esempio 2: Parametro CL
CL = 120 % duty cycle fase P2 = CL · KCL = 120 · 0,5 = 60%
- Esempio 3: Parametro SD
SD = 150 Numero di impulsi fase P3+P4 = SD · KSD = 150 · 1 = 150 impulsi encoder La Fig. 4-37 riporta lo schema di riferimento dei parametri geometrici che interessano la posizione delle griffe rispetto ad un oggetto da afferrare.
Fig. 4-37: Schema grandezze di riferimento per la posizione griffe.
Tab. 4-2: Elenco dei parametri geometrici relativi alla posizione delle griffe.
Parametro Unità di
misura Significato
ϑ
MPA rad Posizione angolare “Pinza Aperta” dell’albero motoreϑ
MPC rad Posizione angolare “Pinza Chiusa” dell’albero motoreγ
PA ° Posizione angolare “Pinza Aperta” della griffaγ
PC ° Posizione angolare “Pinza Chiusa” della griffaΔ
γ
° Corsa angolare della griffa tra le due posizioni di lavoroΔ
γ
1 ° Corsa angolare “Avvicinamento veloce” della griffaΔ