All’interno del braccio sono presenti dei sensori di coppia e dei sensori ad effetto hall su ogni giunto del braccio: i sensori di coppia servono a controllare le coppie scambiate in ogni giunto, mentre i sensori ad effetto hall servono per la calibrazione e l’aggiornamento dei contagiri.
2.4.1 Sensori ad Effetto Hall e calibrazione del cobot
I sensori ad effetto hall sono posizionati sui giunti: vengono utilizzati per poter aggiornare la posizione dei contagiri e poter calibrare il cobot. Come per ogni robot c’è una posizione di calibrazione: i giunti hanno delle tacche che indicano la posizione corretta poiché indicano dove si trovano i sensori. Le tacche o contrassegni indicano la posizione che è stata identificata come zero per la calibratura. Nella tabella riportata qui sotto sono indicati i valori in gradi dei vari assi.
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Figura 11 - La figura a sinistra mostra i contrassegni utili per la calibrazione del cobot. Il cobot si trova in posizione di calibratura, come è visibile, in modo migliore, nella figura a destra
L'effetto Hall5 mette in relazione la tensione tra due punti di un materiale conduttore o semiconduttore con un campo magnetico attraverso il materiale. Se usati da soli, i sensori a effetto Hall possono rilevare soltanto oggetti magnetizzati. Invece, se usati in associazione a un magnete permanente come quello mostrato nella Figura, essi sono in grado di rilevare tutti i materiali ferromagnetici.
Tabella 3 - Tabella indicante i gradi per ogni asse nella corretta posizione di calibrazione per i bracci dello YuMi
In questo modo un dispositivo a effetto Hall capta un forte campo magnetico in assenza di un metallo ferromagnetico nelle immediate vicinanze. Quando questo materiale è portato in stretta prossimità del dispositivo, il campo magnetico si affievolisce in corrispondenza del sensore a causa della curvatura delle linee di campo attraverso il materiale. Questa CAD uta di tensione è la chiave per la percezione della prossimità con i sensori a effetto Hall. Le decisioni binarie riguardanti la presenza di un oggetto vengono prese
5 L’effetto Hall è un fenomeno elettromagnetico: su un conduttore si può formare una differenza di potenziale sulle facce opposte del medesimo, detto potenziale di Hall, dovuto a un campo magnetico perpendicolare alla corrente elettrica che scorre in esso. Gli elettroni che si muovono nel conduttore sono soggetti ad un Forza di Lorentz, definita come 𝐹→= 𝑞𝑣→∗ 𝐵→, da cui è possibile ricavare la tensione di Hall calcolabile con la seguente ∆𝑉 = 𝑖𝐵
𝑛𝑞𝑑 , dove n indica il numero di cariche, q la carica elettronica, d spessore del conduttore, i la corrente e B il campo magnetico e v la velocità.
33 confrontando la tensione del sensore con una soglia. È importante notare che utilizzando un semiconduttore, per esempio silicio, si hanno diversi vantaggi in termini di dimensione, robustezza e immunità all'interferenza elettrica. Inoltre, l'uso dei materiali semiconduttori permette la costruzione di circuiti elettronici per l'amplificazione e il rilevamento direttamente sul sensore stesso, riducendone così le dimensioni e il costo.
Figura 12 - A sinistra funzionamento di massima del sensore ad effetto Hall.
All’interno del controller c’è una memoria dove vengono salvati i dati di calibrazione e dove vengono memorizzate le posizioni di arresto del robot. Questa memoria rimane alimentata tramite delle batterie, in questo modo è possibile spegnere o riavviare il controller senza perdere informazioni preziose quali la calibrazione e le posizioni di arresto del cobot.
Una volta posizionati i link dei bracci nella corretta posizione, utilizzando i contrassegni, si possono avviare, tramite il tastierino del cobot, delle funzioni preimpostate tra cui la calibrazione fine e l’aggiornamento dei contagiri. Per eseguire le routine di calibrazione segue l’ordine numerico crescente degli assi partendo, quindi, dal primo e arrivando al settimo.
È importante che i giri siano sempre aggiornati: infatti all’interno del controller sono presenti due batterie che vanno ad alimentare il circuito di memoria dove sono salvati i dati di aggiornamento dei giri. L’importanza di questo fattore è legata alla sicurezza del robot; infatti nel caso in cui si voglia muovere il robot senza aver l’aggiornamento dei giri aggiornato si rischia di danneggiare i giunti e in particolare i blocchi meccanici che limitano la rotazione dei giunti. È possibile anche danneggiare oggetti esterni perché se i contagiri non vengono aggiornati, o mancano i dati, il cobot cercherà di seguire le traiettorie definite nelle routine sviluppate dall’utente; quindi c’è la possibilità di danneggiare oggetti uscendo dall’area di lavoro pensata per l’applicazione.
Per calibrazione fine o absolute accuracy si intende la misura che viene eseguita sulla posizione dei link del cobot: con questa funzione si può migliorare la precisione della misura dell’angolo di ogni asse del braccio così da poter eseguire i movimenti ripetitivi con una ripetitività elevata. Questa funzione esegue dei cicli, per ogni giunto, sfruttando il sensore ad effetto hall: il cobot inizia ad oscillare l’asse intorno a delle posizioni. Il controller andrà a verificare i valori misurati dal sensore con dei valori soglia definiti e finché i valori misurati non sono inferiori ai valori di soglia il controller fa oscillare il giunto. La sequenza che viene eseguita è:
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2. oscilla nell’intorno negativo dell’asse 3. oscilla nell’intero intorno del contrassegno
4. riduce l’intorno del contrassegno e riesegue alcune oscillazioni
In questo modo il sensore ad effetto hall ottiene i dati e li confronta con quelli salvati con la prima calibrazione eseguita dalla casa costruttrice. Con questa routine si può arrivare ad una precisione di 0,01° gradi. Oltre a collocare il manipolatore nella posizione iniziale, la calibratura absolute accuracy compensa anche:
• le tolleranze meccaniche nella struttura del robot • la flessione causata dal carico
Quindi si concentra sulla precisione di posizionamento nel sistema di coordinate cartesiane del robot. Per riottenere nuovamente prestazioni absolute accuracy al 100%, il manipolatore deve essere ricalibrato per absolute accuracy: risulta utile eseguire questa routine quando si installano dei tool nel polso. Questo è possibile se è installato nel controller la scheda absolute accuracy che verrà illustrata successivamente. L’aggiornamento dei giri o calibrazione standard è una routine che esegue delle semplici oscillazioni nell’intorno del contrassegno dell’asse. A differenza della calibrazione fine, l’aggiornamento dei giri controlla la posizione attuale del robot tendando di trovare la posizione definita del sensore, andando ad eseguire solo i punti 3 e 4 della lista precedente.