Robot in esplorazione sui percorsi sterrati.

Sempre più spesso i sistemi robotizzati intelligenti vengono impiegati nelle operazioni di salvataggio della protezione civile – là dove per l'uomo è troppo pericoloso intervenire. Questi robot, divenuti aiutanti indispensabili, cercano i superstiti dopo un'esplosione, un terremoto o altre calamità naturali o permettono l'esplorazione di zone inaccessibili. I potenti motori EC di maxon motor azionano il robot di salvataggio giapponese “Quince”.

I robot impiegati nelle zone colpite da calamità naturali devono essere caratterizzati da un'elevatissima capacità di adattamento. Devono essere abbastanza piccoli, leggeri e sufficientemente agili da penetrare nei cunicoli o nei passaggi stretti nel cuore degli edifici. Inoltre, i terreni difficili non devono rappresentare assolutamente un ostacolo. Questi robot di salvataggio penetrano negli edifici ed esplorano per rilevare la presenza di gas, radiazioni o altri pericoli mortali prima di impiegare nelle stesse zone il personale di salvataggio. Il robot Quince ha dimostrato di possedere tutte le caratteristiche necessarie. Nel giugno 2011, a seguito del grave terremoto in Giappone e la catastrofe nucleare di Fukushima, Quince è stato in grado di arrivare ai piani superiori del reattore danneggiato. Lì ha misurato la radioattività e ha inviato all'esterno immagini ad alta definizione (vedere il codice QR). Là dove l'occhio dell'uomo non riusciva ad arrivare, il robot è stato in grado di fornire informazioni preziose.

Quince pesa soltanto 27 chilogrammi ed è dotato di quattro cingoli mobili (flipper). I flipper si adattano automaticamente alle diverse pendenze del suolo, sia esso una scala ripida o un terreno accidentato. Per fare ciò è molto importante che il contatto con il terreno sia ottimale. Il contatto col terreno viene analizzato con precisione misurando l'assorbimento di potenza dei motori dei flipper. Inoltre i sensori PSD (Position Sensitive Device) sui flipper anteriori e su quelli posteriori misurano la distanza dal terreno. Oltre all'impiego ad una pinza (vedere figura 2), è possibile fissare al robot due laser scanner che sono in grado di rilevare con precisione la struttura dell'area esplorata.

Inoltre Quince è dotato di una “Bird‘s Eye Camera” e, con una velocità di 1,6 metri al secondo, il robot è in grado di spostarsi molto rapidamente. Al comando del robot, l'operatore deve impostare la direzione del robot, ma è il robot stesso a determinare la posizione ottimale dei flipper per l'attraversamento delle varie superfici, (ad esempio una scala). I modelli più recenti di Quince presentano un dispositivo incorporato per la raccolta di polvere radioattiva o particelle ultrasottili e uno scanner 3D. Per fare in modo che i robot non si perdano, è possibile stabilire la connessione a una rete wireless, che è l’unico modo per guidare il robot in caso di rottura del cavo di collegamento.

Il robot di salvataggio è stato progettato da Eiji Koyanagi, vicedirettore del Chiba Institute of Technology Future Robotics Technology Center (fuRO). Koyanagi ha iniziato a lavorare come insegnante e a 51 anni è diventato docente universitario. La sua storia lavorativa mostra quindi un background completamente diverso da quello degli altri ricercatori di robotica. Quince è stato progettato appositamente per ambienti estremamente pericolosi per l'uomo. Il suo campo di intervento sono infatti soprattutto le aree colpite da calamità naturali. “Quando si sviluppa un robot bisogna prima di tutto pensare ai compiti che dovrà svolgere. Questa è la sfida più grande”, dichiara Koyanagi. Fino a ora sono stati costruiti otto robot Quince. Prima della loro realizzazione, era necessario assicurarsi che tutti i componenti impiegati fossero al 100% funzionali. Per questo motivo sono stati eseguiti numerosi test nella grande area di esercitazione “Disaster City” a College Station (Texas). Quince è stato anche l'unico robot a completare l'intero percorso di quest'area in occasione della competizione RoboCup. Per l’utilizzo all'interno della centrale nucleare Fukushima Dai-ichi è stato necessario adattare alcune specifiche. “Le condizioni negli edifici del reattore nucleare sono estreme. Se avessimo tentato di impiegare Quince senza alcuna modifica, sarebbe probabilmente stata la fine per lui”, dichiara Koyanagi. Per questo, durante l'esplorazione in Giappone il robot doveva essere in grado di resistere a una caduta da due metri di altezza senza subire alcun danno e continuare a funzionare senza alcuna manutenzione.

Motori potenti per qualsiasi ostacolo

Per la scelta dei motori, la necessità del fuRO è stata l'estrema affidabilità. I motori devono fornire elevata potenza ed efficienza ma al contempo essere piccoli e leggeri. “Sono proprio queste le caratteristiche soddisfatte dai motori maxon”, spiega Koyanagi. Per l'azionamento vengono impiegati sei potenti motori maxon. Ognuno dei due cingoli principali del robot presenta due motori senza spazzole a corrente continua EC4-pole 30 che forniscono una potenza di 200 watt ciascuno. Questi potenti motori a 4 poli danno il meglio di sé quando il robot Quince percorre aree non in piano. Quattro ulteriori motori (EC 22) muovono i cingoli mobili secondari (flipper), modificando automaticamente l'angolazione in funzione del suolo. L'unità di scansione 3D del Quince viene posizionata correttamente mediante un motore RE-max 24. Grazie alla speciale tecnologia di avvolgimento e ai magneti a quattro poli, gli azionamenti EC-4pole maxon risultano imbattibili quando si tratta di fornire la massima potenza per unità di volume o di peso. I motori si caratterizzano per l'assenza di cogging, l'elevato rendimento e una dinamica di controllo eccellente. L’involucro in metallo garantisce inoltre una buona dissipazione del calore e stabilità meccanica. Tutti i motori sono stati combinati con il riduttore planetario GP32HP (High Power) con encoder MR. Questo riduttore è stato adattato alle necessità del cliente incorporando un cuscinetto a sfere di grandi dimensioni e un albero motore rinforzato. Con questa potente soluzione, Quince è totalmente in grado di affrontare quasi ogni ostacolo senza problemi.

 © maxon motor ag

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