Come è progettato e costruito PAUL, un robot morbido

Tabella dei link

Abstract e 1 Introduzione

2 Opere correlate

2.1 Azionamento pneumatico

2.2 Bracci pneumatici

2.3 Controllo dei robot morbidi

3 PAUL: Progettazione e produzione

3.1 Progettazione del robot

3.2 Selezione del materiale

3.3 Produzione

3.4 Banca delle prestazioni

4 Acquisizione dati e controllo ad anello aperto

4.1 Configurazione hardware

4.2 Sistema di cattura della visione

4.3 Generazione di set di dati: modelli basati su tabelle

4.4 Controllo ad anello aperto

5 Risultati

5.1 Versione finale PAUL

5.2 Analisi dello spazio di lavoro

5.3 Prestazioni dei modelli basati su tabelle

5.4 Esperimenti di flessione

5.5 Esperimenti di trasporto di peso

6 Conclusioni

Informazioni sui finanziamenti

A. Esperimenti condotti e riferimenti

3.3 Produzione

Il primo passaggio del processo di fabbricazione è quello di ottenere le anime in cera che, inserite nello stampo, servono per creare i fori per quelle che, nel segmento finito, saranno le camere d'aria. Vengono realizzati versando la cera di paraffina in stampi femmina precedentemente realizzati (Figura 5a).

Dopo mezz'ora la cera si è solidificata e i nuclei possono essere rimossi e inseriti nello stampo (Figura 5b). Lo stampo è costituito da quattro parti stampate in 3D (due lati, un tappo inferiore e un'impugnatura superiore su cui poggiano i nuclei) che vengono avvitate insieme e poi sigillate con una perla di silicone caldo per evitare perdite durante la successiva polimerizzazione (Figura 5c).

Il silicone può quindi essere versato nello stampo, che deve essere riempito fino all'orlo per contrastare il ritiro sopra menzionato. In particolare, TinSil8015 richiede un rapporto di massa liquido/catalizzatore di 10:1. Per le dimensioni del segmento sono necessari circa 175 g di miscela totale.

Il processo di stagionatura dura 24 ore a temperatura ambiente (Figura 5d), dopodiché è possibile estrarre il prodotto dallo stampo. Potrebbe essere necessario utilizzare un bisturi per rimuovere le sbavature di silicone (Figura 5e).

Una volta costruito il segmento, i nuclei utilizzati per creare le camere d'aria vengono rimossi. Sebbene il legno possa essere rimosso tirandolo, è necessario applicare calore al segmento per rimuovere la cera. Pertanto, viene prima posto in un forno a 110 ◦C (Figura 5f) e poi immerso in un bagno d'acqua bollente per 15 minuti, il che garantisce l'eliminazione delle tracce residue di cera (Figura 5g).

Poiché i maschi sono passati, è necessario chiudere la parte inferiore del segmento. Per fare ciò, uno strato di silicone viene versato sulla piastra della Figura 5h, incollato sul segmento e lasciato indurire per 24 ore. Infine, i tubi pneumatici vengono uniti al segmento, incollandoli con cianoacrilato e rafforzandone la tenuta con l'utilizzo di flange in plastica (Figura 5i).

Il risultato finale, un segmento funzionale, è rappresentato nella Figura 6. Sperimentalmente, si è scoperto che il suo peso è di 161 g e che, come progettato, ha un'altezza di 100 mm e un diametro esterno di 45 mm.

3.4 Banca delle prestazioni

All'interno del robot, la funzione del banco pneumatico è quella di controllare il flusso di aria compressa dal compressore in base ai segnali di controllo. Nello specifico, il banco PAUL è composto da 6 coppie di valvole 2/2 (modello SMC VDW20BZ1D) e 3/2 (modello SMC Y100) poste in serie, che consentiranno quindi fino a 12 gradi di libertà. Entrambi sono mostrati nella Figura 7. Le caratteristiche fisiche delle valvole 2/2 limitavano la pressione totale dell'assemblaggio a 4 bar, ma per ridurre il rischio di perdite del segmento, è stata ridotta con un regolatore di flusso a 2 bar. La figura 8 presenta uno schema del circuito pneumatico.

Le valvole vengono azionate tramite segnali di tensione da 24 V. Un MOSFET (modello IRF540) è l'interruttore incaricato di gestirli. Inizialmente si pensò di utilizzare dei relè, ma l'elevata corrente che avrebbero consumato ne rese l'impiego impraticabile. Come controller da banco è stato scelto un Arduino Due. Un alimentatore per PC, in grado di erogare fino a 8,5 A, è responsabile dell'alimentazione dell'unità, il cui layout finale è illustrato nella Figura 9.