Un robot volante

Le persone hanno familiarità con i droni nel settore dei video professionali e amatoriali. Ma pochi sanno che sono usati anche nell'industria. Possono essere usati per raggiungere luoghi remoti. Se il lavoro del drone va oltre l'ispezione visiva, allora richiede un manipolatore.

Gli studenti dell'Università di Siviglia hanno sviluppato un robot di manipolazione aerea: un drone con un braccio robotico. Può essere utilizzato per raggiungere le aree di lavoro remote o quelle ubicate ad alta quota in modo facile, veloce ed economico. Pertanto sono adatti per applicazioni relative all'ispezione e alla manutenzione in scenari come raffinerie di petrolio e gas, impianti chimici, turbine eoliche, impianti solari o linee elettriche. L'operazione condotta da un manipolatore aereo di solito comporta una sorta di interazione fisica con l'ambiente, ad esempio nell'esecuzione di compiti di prelievo o durante applicazioni gravose. La stima e il controllo delle interazioni esercitate sulla piattaforma aerea in situazioni come queste è necessario per evitare che la stabilità del sistema di controllo venga compromessa, riducendo il rischio di collisioni e urti. La progettazione e lo sviluppo di manipolatori articolari conformi mira anche ad aumentare la sicurezza durante le interazioni in volo, sfruttando la capacità di accumulo di energia e le proprietà di passività delle molle al fine di proteggere il robot aereo da impatti e sovraccarichi.

A differenza della maggior parte dei manipolatori industriali che integrano costosi sensori di forza-coppia nelle articolazioni o nei gripper, i servoattuatori tipicamente impiegati per costruire bracci robotici leggeri per la manipolazione aerea non forniscono una misurazione diretta della coppia, o questa si basa sulla corrente, quindi la sua precisione è bassa a causa dell'attrito statico. Ciò ha motivato lo sviluppo di metodi per stimare le forze e le coppie della deflessione nell'elemento elastico, sia a livello del giunto che nello spazio cartesiano. Nonostante gli evidenti vantaggi della meccanica durante le operazioni di volo, il principale inconveniente di questi meccanismi è la riduzione della precisione di posizionamento dovuta alla deflessione dei giunti o delle maglie, introducendo una dinamica di secondo ordine associata alla del sistema massa-molla-ammortizzatore. Il manipolatore aereo presentato in questo concorso è composto da due componenti: una piattaforma esarotatrice DJI F550 e il manipolatore cartesiano. Il manipolatore cartesiano 2-DOF è costituito da due sistemi di guide lineari igus® NS-01-17-600 (asse X) e NS-01-17-300 (asse Y) e tre carrelli NW-02-17. Due pulegge dentate da 22 mm di Ø sono posizionate all'estremità di entrambe le guide lineari per trasmettere il moto dal micromotore a ingranaggi metallici Pololu (peso 10 grammi, rapporto di riduzione 250:1) alle cinghie dentate, misurando la rotazione con due potenziometri Murata SV-01A affiancati. Si noti che questo dispositivo ha un range elettrico di 333°, che richiede un secondo potenziometro per coprire la zona morta. Dato l'angolo di rotazione e il numero di giri, è possibile calcolare lo spostamento lineare della base cartesiana. Questo è fissato alla base dell'esarotore attraverso due telai in alluminio a forma di U separati di 10 cm, mentre il giunto robotico è fissato al carrello della struttura dell'asse Y. Il braccio mobile impiega un servo Herkulex DRS-0101, un meccanismo di trasmissione compatto a molla-leva supportato da un cuscinetto flangiato JFM-08-06-04, un encoder magnetico AS5048 per la misurazione della deflessione (accuratezza di 0,2°), un'asta di alluminio lunga 250 mm inserita in un EFOM-06 e una pinza scorrevole all'estremità supportata da due cuscinetti ECLM-06 SLIM e due molle di estensione. La deflessione lineare della pinza, che è correlata alla forza di trazione, viene misurata con un potenziometro lineare.