Robot per applicazioni non convenzionali

0
890

foto 6Braccia artificiali sempre più sofisticate per chi è privo di un arto, braccia aggiuntive per svolgere lavori complessi, fino a strumenti utili in ambito medico e tecnologico: sono questi alcuni esempi che dimostrano come la robotica, oggi, sia in costante evoluzione.

Protesi innovative per chi è privo di un arto, robot in grado di interagire in azienda e in altre situazioni, arti aggiuntivi per ampliare le capacità di persone impegnate in attività manuali e ancora strumenti utili in campo medico e tecnologico… Sono questi solo alcuni esempi di robot innovativi e sofisticati, oggi ritenuti non convenzionali, che stanno dimostrando come la robotica sia in costante evoluzione e possa diventare sempre più utile in ambito lavorativo e nella vita quotidiana. Realizzato da Deka Integrated Solutions e approvato dalla FDA, il Deka Arm System è un braccio – protesi progettato per aiutare le persone prive di un arto a compiere attività più complesse di quelle realizzabili con le protesi di solito usate e a fare movimenti del braccio più naturali. Il sistema, a batteria, può essere configurato per essere usato da persone con arti mancanti dall’articolazione della spalla o dalla metà superiore o inferiore del braccio ma non da quanti sono privi dell’arto dal gomito o dall’articolazione del polso. I movimenti del Deka Arm System sono controllati da elettrodi electromyogram (EMG). La contrazione dei muscoli di chi usa questo sistema, insieme al contatto della protesi al corpo, causano attività elettrica che è rilevata dagli elettrodi, i quali inviano al processore della protesi segnali, tradotti in ben 10 movimenti specifici. Più le persone diventano esperte nell’uso di questa protesi, più saranno in grado di svolgere attività complesse come preparare il cibo, portarlo alla bocca, chiudere e aprire cerniere lampo, chiudere con le chiavi una serratura, pettinare i capelli.

Robot in grado di muoversi come esseri umani

Il Centro Aerospaziale Tedesco (German Aerospace Center – DLR) ha progettato, invece, il sistema mano-braccio “Hand Arm System”. Questo sistema nasce dall’idea di costruire robot in grado di muoversi come gli esseri umani e capaci di interagire con le persone, un progetto, questo, che richiede strategie di motion control diverse da quelle usate per robot industriali statici in una cabina di sicurezza. L’Hand Arm System è stato realizzato per rendere disponibile una mano e un braccio robot più simile agli arti umani, in grado di resistere agli impatti pesanti e di immagazzinare energia a breve termine. Questo sistema meccatronico integrato è paragonabile a un braccio umano dal punto di vista dinamico, cinematico e della forza; si avvale di 112 sensori di posizione e di 52 drive. Adopera attuatori in ogni articolazione e ha una gamma di movimenti analoghi a quelli di un braccio umano al quale è simile anche dal punto di vista delle dimensioni e del peso. Il sistema si contraddistingue per 26 gradi di libertà, 19 nella mano. Motori separati adattano la rigidità e il posizionamento delle articolazioni. L’avambraccio contiene 44 moduli motore intelligenti con inverter a potenza integrata, fornitori di potenza e sensori di deviazione.

Afferrare gli oggetti al volo

La Scuola Politecnica Federale di Losanna (Ecole Polytechnique Federale di Losanna – EPFL), invece, ha progettato un braccio e una mano robot in grado di prendere oggetti al volo, lanciati verso di esso, in un tempo inferiore a 50 Ms (megasecondi), anche su complesse traiettorie. Il braccio misura 1,5 m, ha tre articolazioni e una mano con quattro dita; questo dispositivo è stato creato per testare sistemi robotici volti a catturare oggetti in movimento. I progetti di braccio robot che richiedono pre-programmazioni per realizzare diversi compiti e calcolare nuove traiettorie rispondono in modo troppo lento, per questo i ricercatori aiutano il dispositivo a individuare nuove traiettorie guidando manualmente e ripetutamente il braccio robot in direzione dell’obiettivo. Il robot è connesso a telecamere nell’area di riferimento, per creare un modello per ogni obiettivo cinetico basato su traiettoria, velocità e rotazione. Negli ultimi millisecondi dell’approccio all’obiettivo, il braccio robot connette le proprie attività alla traiettoria per una cattura precisa, aiutata da controllori che sincronizzano i movimenti della mano e delle dita. Flux Integration ha realizzato il braccio robotico di precisione FLX.ARM, usabile in uffici, laboratori, piccolo spazi produttivi e progettato per realizzare lavorazioni come attività di stampa in 3D e di assemblaggio elettronico. Gli inventori hanno ridotto i costi di produzione e di assemblaggio usando attuatori in serie, progettazione automatica e calibrazione, arrivando a un prezzo al di sotto dei 2.300 euro. Il primo modello della serie, FLX.ARM.S16.ZX8, è basato su una piattaforma di controllo ad anello chiuso con codici ottici a risoluzione ultra elevata integrata per il controllo, posizionamento e rilevamento di collisione. Tra i suoi toolhead modulari rientrano un toolhead di stampa 3D che integra un metallo E3D hot end con un filamento guida, un toolhead pick-and-place, un toolhead lighty duty e una sonda. Il braccio robot ha un raggio di 16 inches nel piano X-Y e 8 inches nel piano Z e rende disponibile un ampio spazio di lavoro.

Dalla proboscide alle braccia aggiuntive

Festo ha presentato il Bionic Handling Assistant. Ispirato al modo in cui la proboscide di un elefante si muove e afferra gli oggetti, ha 11 gradi di libertà che gli consentono di spostarsi liberamente e con precisione in tutte le direzioni. Il tool di presa preciso del sistema assistente flessibile può afferrare oggetti in autonomia, senza richiedere un’operazione manuale o la programmazione. La sua mano-asse ha un’articolazione sferica e un modulo di pinzaggio che si adatta alle dita. Può contare sulla funzionalità di riconoscimento di un’immagine integrata; la piccola telecamera del modulo di pinzaggio rileva e segue gli oggetti target e guida il comando della pinza, il movimento e il recupero deli oggetti. La resilienza strutturale del sistema lo rende adatto e sicuro a essere usato in presenza di umani. Questo strumento può essere valorizzato in attività di riabilitazione e in campo agricolo.  I ricercatori all’Arbeloff Laboratory del MIT stanno sviluppando sistemi artificiali che comprendono spalle e braccia, destinate a persone sane che potranno montarle ai fianchi, indossandole come elementi di estensione del proprio corpo.  L’obiettivo è rendere i movimenti degli arti artificiali sempre più coordinati con i movimenti umani, permettendo all’indossatore di dimenticare la loro presenza. Le braccia sono state sviluppate nell’ambito del progetto Supernumerary Robotic Limbs per aiutare i lavoratori che assemblano veivoli a eseguire prove complesse o difficili, in genere richieste a due persone. In due versioni, il sistema consiste in una struttura meccatronica con un’unità zaino che contiene attuatori e due braccia, attaccate a un’imbragatura con cinghie imbottite e una cintura da fissare ai fianchi.

Dallo spazio alla medicina

Il braccio robotico esteso del rover Mars Curiosity della Nasa, che è atterrato su Marte, si caratterizza per braccia che gli consentono di trasportare strumenti scientifici e altri tool. Le braccia a tre articolazioni imitano spalla, gomito e polso. Il trapano percussivo del braccio e il sistema di gestione dei campioni raccoglie e prepara campioni di roccia per due strumenti localizzati sul corpo di Curiosity. Anche alla fine del braccio ci sono una telecamera a colori, uno spettrometro identificatore di elementi, un porzionatore a cucchiaio per collezionare campioni dal suolo e una spazzola per pulire la superficie della roccia. Il rover trasporta ben 10 strumenti, tra cui c’è anche una stazione metereologica. La tecnologia usata dalla Canadian Space Agency per sviluppare la stazione spaziale Canadarm, Canadarm2, e le braccia Dextre robotic è stata adattata per le diagnosi e i trattamenti chirurgici. Il Canadian Centre for Surgical Innovation and Invention ha sviluppato, infatti, l’Image-Guided Autonomous Robot (IGAR), studiato per diagnosticare e trattare i tumori. Basato sulla capacità di Canadarm di muovere persone e oggetti delicatamente e con precisione, l’IGAR potrà eseguire biopsie, analizzare i risultati, e trattare precocemente i tumori. La prima versione è progettata per aiutare le donne con un elevato rischio di tumore al seno. Questo strumento lavora entro un’immagine di risonanza magnetica (MRI) di una macchina di scanning, che può mostrare la dimensione e la localizzazione del tumore in modo più preciso di una mammografia o una ecografia a ultrasuoni. Il robot, che sta superando una serie di test clinici, potrà essere adattato per individuare e trattare altri tumori (al polmone, al rene, al fegato e alla prostata) e potrà essere usato anche per la chirurgia della colonna vertebrale.

Robot per aree pericolose

Robot significativi sono anche quelli, volanti, progettati per entrare in aree pericolose dopo un disastro o in strutture collocate in luoghi remoti. L’Aerial Robotics Cooperative Assembly System dell’Unione Europea ha progettato robot volanti autonomi, con arti manipolatori multi-giuntura, smontabili, che cooperano nell’afferrare oggetti, nello spostarli verso le loro destinazioni e, se necessario, nel manipolarli durante l’assemblaggio. Multiple articolazioni aiutano i robot a stabilizzarsi quando sono in volo. I ricercatori dal Centre for Advanced Aerospace Technology (CATEC) di Siviglia, in Spagna, e l’Università di Siviglia hanno costruito e collaudato 10 robot multi-rotore attrezzati con più di sette articolazioni per braccio, molteplici sensori, programmati con mappe 3D e corredati di istruzioni. Il braccio a tre connessioni, usato nel progetto, è montato su una base quadrata che include elettronica di controllo e due servomotori che guidano le prime due articolazioni per minimizzare il dislocamento del centro di massa del robot. Il servomotore che guida l’effettore finale è localizzato alla fine del secondo collegamento. I primi due collegamenti hanno una struttura in lattice per ridurre il peso. Per concludere, un richiamo al film Guerre Stellari: il braccio Darth Fener, proposto da Uncle Milton Industries, è un gioco per avvicinare i ragazzi al mondo dei robot, imparando a costruirli. Il kit include 45 parti che servono ad assemblare un braccio dalla lunghezza di 16 pollici (n.d. un pollice è uguale a 2,54 cm). I controlli nella base permettono di far muovere, estendere e contrarre il braccio tramite leve e di far chiudere le dita della mano per afferrare gli oggetti. L’ampio numero di parti ha l’obiettivo di accrescere l’agilità del braccio: una parte separata contiene i tendini delle dita, e un pezzo di palmo, per esempio. Il braccio, dal design elegante, è completamente meccanico e non richiede batterie.

 

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here