Sommario
Questa tesi si propone di studiare e sviluppare una classe di motoriduttori per robotica con la caratteristica di possedere cedevolezza regolabile in tempo reale. La proprietà di cedevolezza dei giunti, sia essa simulata attraverso il controllo o inserita realmente nella struttura meccanica del robot, è importante ai fini di garantire la sicurezza di operazioni con interazione tra manipolatore e uomini. Un’interazione sicura impone una limitazione dei valori che la forza e la velocità di impatto possono assumere. La soluzione adottata attualmente consiste nell’implementare la necessaria cedevolezza a livello di software di controllo. Questa soluzione è però intrinsecamente limitata dai ritardi di trasmissione legati alle cedevolezze e inerzie del braccio meccanico. La soluzione da noi proposta consiste nell’inserire una cedevolezza passiva, puramente meccanica. L’inserimento di un elemento cedevole nella trasmissione può però rendere il controllo di posizione meno preciso. Da qui la necessità di recuperare le prestazioni utilizzando un meccanismo che permetta di regolare la cedevolezza durante la esecuzione di un moto. Partendo dall’idea di utilizzare due attuatori collegati ad un unico giunto mediante molle non lineari, è stato studiato un nuovo tipo di motoriduttore e gli schemi di controllo che ne permettono l’efficace utilizzo. E’ stato realizzato un modello dinamico per la simulazione di siffatti dispositivi, è stato costruito un prototipo meccanico su cui si è provato uno schema di controllo appositamente progettato. Infine si propone una nuova realizzazione che permette di meglio sfruttare lo stesso principio di funzionamento.
Abstract
This thesis presents the development of a novel programmable passive compliance actuator for robotic manipulators. The property of compliance of the joints, either emulated by the controller, or inserted in the mechanical structure, is important to get a good interaction of the manipulator with the environment. A safe interaction impose a limit on the values that contact forces may assume, to avoid damage either to the manipulator itself, or to objects and people situated in the workspace. To introduce compliance in the joints at mechanical level makes position control less accurate.
From here the need to overcome this trade-off by using a mechanism that allow the compliance to be controlled. Starting from a concept already used consisting in using two motors connected to one joint by non-linear springs, a design for a new actuator was studied, of which was first realized a dynamic model executable by Simulink. Then a prototype was realized that permitted to try the control scheme implemented in the simulations. A new design was also proposed, that uses the same concept of the built prototype.
