Manipolatore robotico subacqueo ad elevata destrezza

 1. Premessa
 2. Descrizione della tecnica di attuazione
 3. Descrizione del manipolatore
 3.1. Gripper articolato
 3.2. Sottoassieme di attuazione elettroidraulico
 4. Specifiche
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1. Premessa

Il manipolatore robotico subacqueo ad elevata destrezza e' dispositivo avanzato, specificamente progettato per poter eseguire funzioni di manipolazione complesse e per consentire la presa e manipolazione di oggetti morbidi o fragili.

Il manipolatore e' basato su una innovativa tecnica di attuazione (Sistema elettroidraulico a volume costante ed azionamento elettrico diretto) sviluppata da Eureka Engineering.

Un prototipo del manipolatore e' stato sviluppato per il DIST (Dipartimento di Informatica, Sistemistica e Telematica della Universita' di Genova) nell'ambito del progetto di ricerca AMADEUS II (programma MAST).

Il prototipo AMADEUS II e' dotato di tre dita con due gradi di liberta' ciascuna, comunque la tecnica si presta ottimamente alla realizzazione di manipolatori piu' semplici (ad es. tre dita ad un solo grado di liberta') o configurazioni piu' sofisticate.

2. Descrizione della tecnica di attuazione

Il Sistema elettroidraulico a volume costante ed azionamento elettrico diretto e' basato sull'impiego di un circuito idraulico formato da due soffietti flessibili collegati mediante un tubo flessibile.

Uno dei due soffietti (master) e' collegato all'attuatore elettrico, mentre il secondo (slave) e' collegato al dispositivo da azionare.

Il circuito costituito dai due soffietti e dal tubo di collegamento e' completamente riempito con olio idraulico; data la virtuale incompressibilita' di tale fluido, il circuito risulta non solo a circuito chiuso ma anche a volume costante.

Grazie a cio', il sistema  presenta le seguenti principali caratteristiche:

Al fine di ottenere una elevata banda passante del sistema di attuazione, il soffietto master e' azionato da un motore elettrico lineare, collegato in presa diretta.

Grazie alla particolare tecnica di attuazione impiegata, il manipolatore presenta alcune particolari caratteristiche:

3. Descrizione del manipolatore

Il manipolatore e' costituito da due principali componenti:

3.1. Gripper articolato

Il gripper articolato e' formato da:

3.1.1. Palmo

Il palmo rappresenta la base sulla quale sono montate le dita; queste  sono poste equispaziate a 120 gradi l'una dall'altra.

La installazione su differenti bracci robotici puo essere facilmente realizzata mediante uno specifico adattatore meccanico.

Una telecamera subacquea miniaturizzata puo' essere installata nel centro del palmo in modo da permettere una visione ravvicinata delle operazioni di manipolazione.
 

3.1.2. Dito

Ciascun dito e' azionato da tre soffietti slave che sono integrati nella sua struttura.

Il dito e' costituito da due parti, una fissa ed una mobile; queste due parti sono collegate da un giunto cardanico che consente un movimento a due gradi di liberta'.

La parte mobile, che a riposo e' allineata con quella fissa puo', grazie al giunto, muoversi all'interno di un cono avente asse coincidente con quello della parte mobile, il vertice in corrispondenza del giunto ed una semiapertura di circa 25 gradi.

La parte fissa porta i connettori dei tubi idraulici ed e' montata sul palmo.

La parte mobile e' dotata di una terminazione in elastomero sulla estremita' libera. La forma di tale terminazione e' ottimizzata per la presa e manipolazione di oggetti di differenti dimensioni e forme; inoltre le caratteristiche dell'elastomero contribuiscono al conseguimento di una presa con limitata forza di contatto.

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3.2. Sottoassieme di attuazione elettroidraulico

Il sottoassieme di attuazione elettroidraulico e' costituito da nove unita' uguali, una per ciascuno dei soffietti del manipolatore, e dal cestello di montaggio.
 

3.2.1. Unita' elettroidraulica

La unita' elettroidraulica e' inserita in un contenitore cilindrico; uno dei due dischi terminali porta il connettore idraulico. mentre l'altro porta il connettore a tenuta del cavo elettrico e l'ingresso del dispositivo di compensazione della pressione.

All'interno del contenitore sono alloggiati: il gruppo elettroidraulico, il dispositivo di compensazione della pressione ed una scheda elettrica con i terminali di interconessione.

Il dispositivo di compensazione della pressione e' costituito da un soffietto flessibile montato a tenuta sul lato interno del disco terminale.

Il gruppo elettroidraulico e' costituito da: soffietto master, motore elettrico lineare e sensore di posizione.

Il motore elettrico lineare e' del tipo voice-coil, in particolare del tipo a bobina mobile; lo statore del motore porta i magneti permanenti e forma il circuito magnetico, mentre la bobina si muove nel traferro del circuito magnetico.

Il soffietto master ed il motore lineare sono posti coassiali, e la parte mobile del soffietto e' collegata direttamente al gruppo bobina, in modo da eliminare effetti di attrito e gioco.

Un trasduttore di posizione lineare miniaturizzato, del tipo LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e' impiegato per misurare con precisione il movimento della estremita' mobile del soffietto master.

3.2.2. Cestello

Il cestello di assiemare in modo compatto le nove unita' di azionamento elettroidraulico, che sono disposte a tre a tre su tre piani sovrapposti.

Il cestello e' dotato di maniglie per il trasporto e facilita la installazione del sottoassieme idraulico a bordo di veicoli subacquei.

Il fascio di tubi idraulici di 3m di lunghezza, permette la installazione del gripper sulla maggior parte dei bracci robotici presenti sul mercato.
 
 

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4. Specifiche

Campo di presa (oggetto sferico):       fino ad un diametro di 140mm
Forza di presa:                                        da 0 a 10N

Alimentazione elettrica:                          24 VDC, 30 A

Dimensioni:
  gripper:                                                  250 (l) x 200 mm (dia) [appross.]
  sottoassieme electtroidraulico:           500 x 380 x 450 mm [appross.]

Peso:                                                        35 kg [appross.]

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Brevetto
Prima pagina della domanda di brevetto   (.pdf, 26kB)

Testo completo della domanda di brevetto   (.pdf, 85kB)





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Here are some gripper's movies
DIST1  (.avi, 1.6MB)

DIST2  (.avi, 8MB)
DIST3  (.avi, 8MB)
DIST4  (.avi, 8.6MB)
DIST5  (.avi, 8MB)
EGG  (.avi, 4.5MB)


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