MakerFaire : il robot RG2

RG2 Robot

Nel panorama del mondo dei robot possiamo distinguere attualmente due realtà molto diverse tra loro. La prima è rappresentata da prototipi realizzati da gruppi di ricerca e università con grosso dispendio di risorse e costi elevati, l’altra da apparecchi di uso comune quali ad esempio gli aspirapolvere roomba di costo contenuto ma di concezione e uso molto semplice.

copertina_eng

RG2 rappresenta un tentativo di avvicinare questi due mondi cioè di realizzare un robot abbastanza complesso e di tipo antropomorfo ma di utilizzo più comune e costo abbordabile. Volutamente il campo di utilizzo non è precisamente definito in quanto esso rappresenta semplicemente una piattaforma mobile da impiegare per usi diversi quali trasporto di cose e persone oppure come struttura mobile di sostegno.

L’aspetto costo è stato viceversa il filo conduttore di tutto il progetto. Un robot antropomorfo necessita inevitabilmente di numerosi attuatori e ancor più sensori ed interfacce elettroniche, quindi il costo di ogni singolo componente deve rimanere basso. Il costo dei soli materiali impiegati in RG2 è di poco superiore ai 1000 euro e le tecnologie impiegate rendono il progetto realizzabile anche fuori da laboratori professionali.

Essenzialmente il progetto può essere suddiviso in tre principali campi:

  • meccanica,
  • elettronica/alimentazione
  • software,

vediamo la prima:

MECCANICA

La struttura geometrica a doppio prisma triangolare deformabile delle due gambe è stata selezionata tra altre in quando ha consentito di impiegare solo 4 attuatori/gamba per generare tutti i movimenti necessari pur mantenendo la piattaforma superiore sempre parallela al terreno. Ogni piede può alzarsi – avanzare – spostarsi lateralmente e ruotare rispetto alla piattaforma superiore.

meccanicaLa parte superiore della gamba o “coscia” dispone di tre motori: due uguali e paralleli alzano e abbassano il “ginocchio” quando lavorano in sincronia, viceversa una differenza tra i due determina la rotazione dello stesso. il terzo motore controlla il movimento laterale. Il tutto è sostenuto da 3 bracci dotati di nodi sferici alle estremità. Il “polpaccio”, anch’esso sostenuto da tre bracci, può solo muoversi su e giù grazie al quarto motore.

meccanica

Gli attuatori sono spinti da motori cc e riduttori epicicloidali che ruotano le viti trapezoidali in boccole di bronzo. Questa soluzione, non ottimale dal punto di vista del rendimento, è però molto più economica rispetto alle viti a ricircolo di sfere. Con un consumo sotto sforzo di circa 300 W garantiscono una spinta fino a 1000 N ed una velocità fino a 10 cm/sec. L’allungamento/accorciamento di un attuatore determina la rotazione del braccio e del potenziometro associato generando pertanto una tensione proporzionale all’angolo. Questa tensione misurata dalle schede di acquisizione rappresenta il principale input per il controllo del movimento.

ELETTRONICA

4 schede elettroniche appositamente progettate e costruite in proprio garantiscono il controllo dei motori e la lettura dei sensori. Un’ulteriore scheda è invece montata su ognuno dei 2 piedi per interfacciarsi alle 8 celle di carico che misurano il peso e la sua distribuzione.

P1010330

Ogni scheda dispone di 2 ponti full-bridge a MOS per il controllo di 2 motori. E’ possibile modulare la potenza erogata, invertire il senso di rotazione e cortocircuitare gli avvolgimenti per garantire l’arresto dei motori.Il microprocessore a 8 bit che genera i segnali di pilotaggio dei motori legge contemporaneamente gli input analogici provenienti da vari sensori: tra questi anche la lettura della corrente che attraversa i motori.

L’alimentazione dell’elettronica è indipendente da quella dei motori. Questi ultimi vengono alimentati da due binari che scorrono paralleli sopra le schede e collegati ad una batteria AGV al piombo da 12V 18Ah. Entro breve tempo verrà sostituita da una batteria al Litio. Per motivi di sicurezza è stato interposto un relè controllato dall’operatore che lo abilita tramite pulsante. Non va mai dimenticato infatti che le forze prodotte dagli attuatori sono notevoli e potenzialmente in grado di causare danni a persone e cose.

SOFTWARE

E’ praticamente impossibile per un essere umano controllare tutti e otto i motori contemporaneamente e con la necessaria velocità e precisione, quindi questa operazione è affidata al software installato su un PC. Questo esegue un polling delle 6 schede ognuna dotata di un proprio indirizzo. Vengono registrati dati quali posizione, velocità, corrente, tensione batteria etc.che possono essere anche visualizzati sullo schermo per analisi e correzioni. E’ comunque possibile controllare manualmente ogni singolo motore.

copertina_1

copertina_1In questa prima fase del progetto il robot deve seguire una serie di posizioni predeterminate che comportano ad esempio il sollevamento della piattaforma o il procedere della camminata. Viene impiegato a tale scopo un controllo di tipo PD ma altre soluzioni sono allo studio. Tale schema permette di testare la parte meccanica ed elettronica ed è infatti emerso fin da subito che i giochi tra gli ingranaggi e tra i giunti, l’elasticità dei materiali impiegati e i ritardi della parte elettronica e del software non garantiscono ancora una sufficiente precisione di movimento. Questo effetto è particolarmente critico durante l’azionamento parallelo dei due motori della coscia. Quando uno accelera più dell’altro insorge una rotazione indesiderata che può causare l’incrocio tra le due gambe. Per fortuna, sono problemi affrontabili perfezionando il software e attualmente il robot è in grado di camminare pur con qualche incertezza.

sequenza

In una seconda fase verrà aggiunto un software di livello più alto che ricevuto il comando, ad esempio tramite un joystick, di avanzare, attiverà la corretta sequenza da far eseguire al primo livello. Entrambi i processi possono essere svolti anche da una rete neurale simulata e le prime prove eseguite su di un robot più piccolo hanno dato risultati incoraggianti.

Conclusione

RG2 è un progetto ancora in via di sviluppo e miglioramenti sopratutto in ambito software e sensoristico seguiranno a breve. L’obbiettivo da raggiungere è quello di garantire una camminata fluida e stabile aumentando sempre più portata e velocità.

Qui potete scaricare la brochure del robot RG 2

 

 

 

 

 

 

stefano gustin

Diplomato in telecomunicazioni a Trieste nel '84 collabora con vari gestori di telefonia mobile, progetta e realizza apparecchi elettronici di misura anche presso istituti di ricerca e aziende pubbliche. Abbinando passione per la meccanica e competenze in elettronica e software gli hanno consentito di cimentarsi nel campo della robotica.

Lascia un commento

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.