maxon motor anima una mano robotica umanoide.

L'evoluzione delle mani robotiche realizzate a imitazione della mano umana procede a ritmi vertiginosi: le visioni futuristiche di dispositivi prensili altamente sensibili, dotati come noi di dita e pollici, sono già divenute realtà. Robot con mani a più dita saranno presto utilizzati anche nella nostra quotidianità lavorativa. Dove finora venivano impiegati semplici (ma robusti) gripper a due o tre dita, presto complesse mani a cinque dita saranno in grado di svolgere anche compiti che richiedono una delicatezza e un'accuratezza estreme. Gli eccezionali progressi nel campo della microelettronica e della micromeccanica consentono oggi di realizzare mani robotiche in cui ogni dito è comandabile separatamente e le articolazioni riproducono fedelmente quelle umane. La meccanica e l'elettronica di controllo altamente complesse possono persino essere montate, almeno in parte, su componenti standard comunemente in commercio.

La mano umana è senza dubbio uno degli strumenti più complessi creati dalla natura. Già da anni la ricerca si è concentrata sulle caratteristiche e sui vantaggi di questo straordinario prodotto dell'evoluzione; le conoscenze elaborate trovano oggi applicazione nello sviluppo delle mani robotiche del futuro. Il Centro aerospaziale tedesco (DLR), in collaborazione con l'Harbin Institute of Technology (HIT), ha sviluppato un nuovo tipo di mano robotica. La combinazione di motorizzazioni miniaturizzate di precisione e bus di comunicazione a elevate prestazioni apre nuovi orizzonti nel settore delle mani prensili realizzate a imitazione della mano umana: la nuova DLR-HIT-Hand II possiede cinque dita con quattro articolazioni e tre gradi di libertà ciascuna e presenta dimensioni e peso più ridotti rispetto alla precedente DLR-HIT-Hand I. Le quattro dita consentono di afferrare anche oggetti di forma conica, mentre il pollice funge da “controsupporto”. Affinché la mano possa svolgere tutte le funzioni richieste è necessario che tutti i movimenti meccanici possibili siano comandati e sorvegliati da un sistema intelligente. La presenza di canali di comunicazione altamente efficienti riveste pertanto un'importanza fondamentale.

Comando mediante bus ad alta velocità
I motori della DLR-HIT-Hand II sono incorporati direttamente nelle dita. Ciò significa che bisogna prestare particolare attenzione alle informazioni relative a posizioni e dati operativi fornite a computer di comando. Solo con queste premesse il sistema di azionamento “sensibile” può concretizzare tutte le sue potenzialità. Ogni articolazione è dotata di un sensore angolare senza contatti sviluppato appositamente e di un sensore di coppia. In funzione Vista l'applicazione, entrambi i sensori devono poter garantire una risoluzione particolarmente elevata. Un bus ad alta velocità trasmette il flusso di dati. Un feedback rapido per il confronto tra valori impostati e valori attuali è determinante per il funzionamento del sistema di controllo, in particolare per applicazioni che richiedono la massima precisione e accuratezza. Per questo, oltre al volume di dati, anche la velocità di trasmissione riveste un ruolo centrale. Sviluppato appositamente per questa applicazione, il bus ad alta velocità (25 Mbit/s) con capacità real-time interno alla mano si basa sulla tecnologia FGPA (Field Programmable Gate Arrays). Per il collegamento seriale esterno tra mano e computer di comando sono necessari solamente tre cavi. L'unità di controllo vera e propria, un processore di segnale su scheda PCI, è integrata in un comune PC. Mediante un'interfaccia user-friendly è quindi possibile comandare la mano dal computer. Tutti i dati provenienti dai sensori possono essere visualizzati sul monitor. La rappresentazione dei dati, il controllo e il collegamento tra mano e computer sono stati progettati fin dall'inizio per un uso pratico, per essere utilizzati in futuro in un ambiente industriale .

Azionamento tramite motori flat maxon

Ogni singolo dito richiede diversi motori, comandabili indipendentemente gli uni dagli altri. In questo caso, per ogni mano sono impiegati 15 motori brushless a corrente continua con sensori Hall. I motori EC 20 flat di maxon motor possiedono diversi requisiti fondamentali: sono prodotti disponibili in commercio a un costo accessibile, caratterizzati da un'elevata densità di potenza a fronte di un volume di ingombro ridotto. I motori, inclusi i sensori Hall, formano un'unità di soli 10,4 mm di lunghezza per un diametro esterno di 21,2 mm. Ogni motore pesa 15 g. I motori vengono collegati ai riduttori Harmonic Drive della serie HDUC 05 con lo stesso diametro e vanno così a comporre un gruppo unico. I motori da 3 watt sono disponibili nelle versioni da 12 o da 24 V e forniscono una coppia massima di 8,04 mNm. Un buon comportamento dinamico e cuscinetti a sfere precaricati garantiscono una risposta precisa ai comandi trasmessi, anche in caso di inversione del senso di rotazione. I sensori Hall digitali segnalano sempre con estrema precisione la posizione effettiva al sistema di comando. A vuoto, i motori girano a 9300 rpm.

Grazie ai compatti azionamenti con feedback e alla rapida trasmissione dei dati mediante bus, la nuova DLR-HIT-Hand II può essere comandata con estrema precisione e sensibilità. Micromeccanica e microelettronica si integrano perfettamente tra loro. Oggi, componenti standard possono essere utilizzati per realizzare prodotti ben progettati che in passato non sarebbero stati realizzabili nemmeno con processi speciali e a costi elevatissimi.

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