Studio preliminare di un attuatore lineare estensibile

I manipolatori paralleli a cavi (CDPR) rappresentano una soluzione efficiente per la movimentazione su ampi spazi di lavoro, ma sono intrinsecamente limitati dal fatto che i cavi possono esercitare unicamente forze di trazione. Questa tesi affronta tale limitazione attraverso lo studio preliminare di un attuatore lineare estensibile, progettato per sostituire un cavo in un robot ibrido (h-CSPR) e capace di operare sia in trazione che in compressione. L'obiettivo primario è stato definire i requisiti e validare la fattibilità di un attuatore leggero, compatto e ad alto rapporto di stoccaggio, simile a un cavo, ma dotato di rigidezza a compressione. Il lavoro si è articolato in quattro fasi principali. In primo luogo, è stata condotta un'analisi dello stato dell'arte degli attuatori estensibili, identificando nelle molle a nastro (tape springs) e nelle strutture a parete sottile le tecnologie più promettenti. Successivamente, è stato sviluppato un caso di studio tramite la modellazione statica in ambiente MATLAB di un h-CSPR planare. La simulazione ha permesso di quantificare i requisiti di forza, dimostrando come un attuatore con capacità di spinta e tiro contenute, definite in 30 N per un carico utile di 0.5 kg, sia sufficiente a incrementare significativamente lo spazio di lavoro (oltre il 66%) rispetto a un CDPR tradizionale. La terza fase ha riguardato la progettazione preliminare di un prototipo. È stato sviluppato un braccio estensibile con "profilo a X", composto da due molle a nastro commerciali disposte con convessità contrapposte. È stato inoltre progettato un sistema di trasmissione del moto di tipo "puller", ovvero a rulli di trazione, e un sistema di stoccaggio su rocchetti folli. Il prototipo è stato realizzato prevalentemente mediante stampa 3D.Infine, l'attuatore è stato sottoposto a validazione sperimentale su un banco prova dedicato. I risultati hanno soddisfatto le richieste: l'attuatore ha sostenuto un carico di compressione (spinta) di circa 61~N e un carico di trazione di circa 90N, eccedendo ampiamente il target di progetto di 30N. Il punto critico del sistema non è stato il cedimento strutturale (buckling) del braccio, ma lo slittamento nel sistema di trasmissione a rulli. Questo studio preliminare ha confermato la validità dell'architettura proposta, dimostrando che è possibile realizzare un attuatore estensibile, leggero e a basso costo, capace di migliorare le prestazioni dei robot a cavi.