Ingegneria Industriale e dell'Informazione e di Economia

Accoppiamento di Sottostrutture (Virtual Ptototyping)
Attuatori a Muscolo Pneumatico
Attuatori in Leghe a Memoria di Forma (LMF)
Bioingegneria
Correzione (updating) del Modello EF
Modifica Strutturale
Robotica

Mano di presa con attuatori in Leghe a Memoria di Forma (LMF)
Robot SCARA a struttura flessibile
Robot parallelo ad azionamento pneumatico
Robot parallelo con attuatori in Leghe a Memoria di Forma
Robot parallelo con attuatori in LMF con sensore intrinseco

La soluzione costruttiva per la realizzazione del meccanismo consiste in un telaio a cui sono vincolati gli elementi mobili. Gli attuatori in SMA sono in numero di 4 in una disposizione simmetrica per evitare coppie di rotazione che aumenterebbero le forze di attrito tra slitta e guida. Per il bloccaggio degli attuatori in SMA sul telaio e sulla slitta sono stati sviluppati appositi sistemi di fissaggio regolabili. Le dita hanno la particolarità di essere regolabili in funzione della dimensione dell'oggetto da afferrare. Le molle vengono bloccate sulle guide mediante due fermi regolabili per permettere regolazioni per il corretto funzionamento.
La mano è stata realizzata in materiali leggeri, Alluminio e Nylon, per limitare i pesi. Sono previsti polpastrelli rivestiti in gomma per migliorare le condizioni di presa. Le dimensioni di ingombro sono 19 mm x 60 mm x 80 mm. Il comando della pinza avviene con il passaggio di corrente elettrica attraverso gli attuatori che sviluppano la potenza termica necessaria alla deformazione per effeto Joule. Sono state effettuate verifiche sperimentali delle capacità di presa della pinza. Sono stati comandati afferraggi di oggetti a facce parallele e oggetti cilindrici di diverse dimensioni e pesi.

   

L’obiettivo è il miglioramento delle prestazioni dei bracci di robot cercando tempi di posizionamento brevissimi. In questi casi il controllo classico va in crisi per l’impossibilità di controllare le vibrazioni strutturali. E’ possibile adottare strategie di controllo innovative che tengano in conto il comportamento a vibrazione della struttura e che permettano posizionamenti veloci senza l’insorgenza di vibrazioni. E’ stata individuata una opportuna legge cinematica da applicare al mozzo del link flessibile la quale è in grado di attuare posizionamenti brevi (tempo = 2 periodo fondamentale della struttura) con notevole riduzione delle oscillazioni a fine posizionamento. Nella figura in alto è riportata la legge di coppia da applicare al mozzo e nella figura in basso è riportato il confronto tra le oscillazioni a fine posizionamento che si manifestano con una legge di controllo classico e con il metodo proposto. Si nota una riduzione di circa 20 volte del picco-picco dell’oscilazione.

Il robot ha una architettura cinematica parallela ed è azionato con attuatori pneumatici tradizionali. Il sistema di controllo è basato su logica Fuzzy. E' una macchina e 3 gradi di libertà (GDL) con dimensioni di ingombro di circa 2m x 0.8m x 1m. Il volume di lavoro ha forma "lenticolare". E’ stata effettuata una caratterizzazione statica del robot. Mediante un riscontro triedrale fisso sensorizzato è stato possibile caratterizzare la precisione di posizionamento e la ripetibilità del robot. Sono risultate:
Precisione di posizionamento: 2mm
Ripetibilità di posizionamento: 5.6 mm
E’ stato messo a punto un modello per la previsione del comportamento dinamico del robot. Il modello è stato verificato sperimentalmente attraverso misure delle frequenze proprie della struttura nei diversi punti all’interno del volume di lavoro. Il modello validato sperimentalmente è stato utilizzato per sviluppare mappature, sul volume di lavoro, delle frequenze proprie del robot.

      

L'obiettivo di questo studio è la realizzazione di un piccolo manipolatore a 3 gdl con struttura cinematica parallela utilizzabile come dispositivo di orientamento o per la manipolazione di piccoli oggetti. Il robot ha un ingombro di 180mm x 100mm x 100mm e un volume di lavoro di forma "lenticolare" dell'altezza di 2 mm e diametro di 24 mm. Per i movimenti sono stati utilizzati fili in Lega a Memoria di Forma (LMF) in Ni-Ti del diametro di 150 micron. La struttura cinematica è parallela e i fili vengono mantenuti in tensione mediante una molla interposta tra la base e la piattaforma. E' stato messo a punto un sistema di controllo in catena chiusa. La potenza termica viene generata per effetto Joule facendo attraversare da corrente elettrica gli attuatori stessi. Il controllo è di tipo proporzionale e si avvale del segnale di retroazione di un sensore di posizione a resistenza. L'architettura cinematica prevede gli attuatori collegati alla base mediante cerniere cilindriche disposte a 120° e alla piattaforma con cerniere sferiche. Questa soluzione è stata tradotta costruttivamente realizzando gli attuatori a forma di triangolo isoscele. Questa configurazione oltre a fornire una semplice soluzione costruttiva alle specifiche funzionali, permette anche una amplificazione del movimento degli attuatori. Sulla base del progetto è stato realizzato il prototipo del robot. Sono state effettuate delle verifiche preliminari dei movimenti dei singoli assi e di inseguimento di traiettorie che richiedono il controllo coordinato di tutti e tre gli assi.

Video del manipolatore (8Mb)

L'obiettivo è stato la realizzazione di un manipolatore, di ridotte dimensioni, a tre gradi di libertà. Per l'azionamento sono stati utilizzati fili in LMF e il sistema di controllo retroazionato utilizza l'effetto sensore intrinseco del materiale. In questo modo è stato possibile realizzare una struttura con ingombri ridotti. Sono stati effetuate movimentazioni dei singoli assi e movimenti coordinati che coinvolgono tutti gli assi contemporaneamente. Nella figura in basso è riportato il prototipo realizzato.