Progettazione e simulazione di un robot modulare sottoattuato a 2 o 3 gradi di libertà

La presente tesi di laurea magistrale propone la progettazione di un robot sottoattuato, a partire dall’analisi dei concetti teorici fondamentali fino alla sua realizzazione. I robot sottoattuati rappresentano una famiglia di robot di recente concezione. In particolare, la caratteristica che li differenzia dagli altri robot ad oggi disponibili in commercio, è legata al ridotto numero di attuatori rispetto alle coppie cinematiche presenti. Infatti, in un robot sottoattuato, il numero di motori è inferiore al numero di gradi di libertà di quest’ultimo. Viceversa, in un robot convenzionale, il numero di attuatori equivale il numero di gradi di libertà dello stesso. Questa tipologia di robot diventa quindi interessante anche dal punto di vista economico, sia per il minore costo di produzione grazie all’assenza di uno o più attuatori, sia in esercizio, per un minor consumo di energia elettrica, anche se quest’ultimo fattore va verificato caso per caso. La sfida affrontata, rivolta sia all’ ambito della ricerca scientifica sia ad una possibile proposta per l’ambiente industriale, prevede innanzitutto la determinazione di specifiche condizioni progettuali teoriche, attraverso l’analisi del modello dinamico del manipolatore. Tali condizioni matematiche sono necessarie per poter eseguire il controllo del cinematismo in relazione alla pianificazione di traiettoria, ma diventano utili anche per fare luce su alcuni aspetti fondanti nella progettazione di un robot sottoattuato generico. In seguito, viene proposta una soluzione progettuale in grado di rispettare tali condizioni, descrivendone le fasi salienti della progettazione e le problematiche affrontate. Il robot, oltre ad essere sottoattuato, deve sottostare alla proprietà di modularità, ossia essere costituito da componenti che presentano totalmente o in parte la medesima geometria. Ciò consente di adottare un numero consistente di parti in comune, tra cui gli attuatori, per assemblare quattro varianti del robot in questione. Le prime due varianti sono a 2 gradi di libertà, una disposta nel piano orizzontale e l’altra nel piano verticale; le altre due varianti rispecchiano la medesima configurazione a 3 gradi di libertà. La trattazione ha poi previsto la computazione di alcune verifiche statiche e dinamiche della struttura, concentrandosi sull’analisi vibrazionale e sulle implicazioni che ognuna delle quattro architetture produce sul modello dinamico. Lo studio è avanzato con le simulazioni di traiettoria, descrivendo il metodo di controllo dei motori e offrendo degli spunti di riflessione su fenomeni cinematici e vibrazionali verificatesi in questa fase. Il lavoro, infine, si è concluso con la messa in tavola del progetto, concentrandosi sulla scelta delle rugosità e delle tolleranze dimensionali.