design and Development of a Collaborative 6-DOF Robot Arm

This research focuses on developing a versatile 6DOF collaborative robot arm through innovative mechanical design, manufacturing techniques, and control solutions. The study not only outlines the design and construction choices to improve the arm's positioning accuracy and repeatability but also aim to answer the question: Is it possible to incorporate collaborative functionality in a robot arm without the need for expensive torque force sensors and instead, utilize the current that flow into the motors to determine the external force applied to it? What are the limitations of this technology? To answer these questions, this study delve in deep into the meticulous selection of what type of reducers and motor use, accompanied by potential solutions to overcome associated challenges. Additionally, the incorporation of 3D printing technology as manufacturing method to build robots arm is studied and tested, not only for its potential reduction of the production costs but also for its capability to create intricate structures and shapes previously unachievable using traditional construction methods. The report is structured as follows: Part I provides an overview of the robot arm, discussing its mechanical configuration and the components employed. In Part II, the manufacturing process and experimental results are detailed. Part III outlines the results obtained, focusing on force sensitivity and the implementation of collaborative functionalities, such as gravity compensation.

Questa ricerca si propone di sviluppare un braccio robotico collaborativo a 6 gradi di libertà, focalizzandosi su un design meccanico innovativo, tecniche di produzione avanzate e soluzioni di controllo. Lo studio non si limita a delineare le scelte di progettazione e costruzione per ottimizzare l'accuratezza e la ripetibilità del posizionamento del braccio, ma si pone anche l'obiettivo di rispondere a una domanda cruciale: è possibile integrare funzionalità collaborative in un braccio robotico senza ricorrere a costosi sensori di forza e coppia, bensì sfruttando la corrente che alimenta i motori per determinare la forza esterna applicata? Quali sono le limitazioni di questa tecnologia? Per rispondere a tali interrogativi, la ricerca si addentra in una selezione accurata di riduttori e motori, presentando possibili soluzioni per superare le sfide associate. Inoltre, viene approfondito e testato l'impiego della stampa 3D come metodo di produzione per il braccio robotico. Con questo approccio non solo si ha il potenziale di ridurre i costi di produzione, ma si ha anche la possibilità di creare strutture e forme complesse, impossibili da realizzare con i tradrizionali processi costruttivi. La struttura della tesi si articola nei seguenti termini: nella Parte I, viene fornita un'ampia panoramica del braccio robotico, con una discussione sulla sua configurazione meccanica e sui componenti impiegati. La Parte II dettaglia il processo di produzione e i risultati sperimentali. La Parte III si concentra sui risultati ottenuti, approfondendo la sensibilità alla forza e l'implementazione delle funzionalità collaborative, come la compensazione gravitazionale.