Studio e realizzazione di un joystick retroazionato in controllo di forza
Autore
Fabio Antoniazzi - Università degli Studi di Padova - [1999-00]
Documenti
Abstract
È stato affrontato il problema del comando di organi meccanici con la necessità di avere una elevata sensibilità dell’operazione, in particolare quando i volumi dello spazio di lavoro tra il comando e l’end-effector differiscono grandemente. Dapprima sono stati analizzati i sistemi esistenti e, considerando i limiti intrinseci, è stato definito un nuovo metodo di controllo, in cui il comando avviene misurando la forza esercitata dall’operatore e la retroazione avviene sulla posizione dell’end-effector.
Le configurazioni possibili del modello ideato e la sua realizzabilità sono state studiate con Simulink di Matlab.
Per verificarne l’efficacia è stato progettato e realizzato il prototipo di un joystick ad un solo asse, pensato per l’eventuale impiego nel comando di cilindri idraulici, per esempio in una macchina escavatrice.
I componenti principali sono un torsiometro per la rilevazione della forza esercitata dall’operatore, e un azionamento costituito da un motoriduttore in corrente continua accoppiato ad un encoder per la lettura della posizione. Il controllo è effettuato da un microcontrollore ad 8 bit. Le caratteristiche principali sono una forza massima nominale sulla leva di 20 N ed una corsa utile di 30 cm su un arco di ±60°.
L’ambiente esterno e l’interazione dell’attuatore con esso sono stati simulati tramite un PC dotato di una scheda di acquisizione, programmato in linguaggio Visual Basic 6.0.
Sono stati implementati due diversi tipi di controllo e di attuatori, uno in controllo di velocità, tipico sei sistemi idraulici, e l’altro in controllo di forza, come nel caso degli azionamenti elettrici.
Le caratteristiche dell’hardware a disposizione hanno posto il problema di adattare il modello di funzionamento ad un sistema con ritardo, fornendo, di conseguenza, lo spunto per un eventuale utilizzo nei sistemi di teleoperazione.
Le configurazioni possibili del modello ideato e la sua realizzabilità sono state studiate con Simulink di Matlab.
Per verificarne l’efficacia è stato progettato e realizzato il prototipo di un joystick ad un solo asse, pensato per l’eventuale impiego nel comando di cilindri idraulici, per esempio in una macchina escavatrice.
I componenti principali sono un torsiometro per la rilevazione della forza esercitata dall’operatore, e un azionamento costituito da un motoriduttore in corrente continua accoppiato ad un encoder per la lettura della posizione. Il controllo è effettuato da un microcontrollore ad 8 bit. Le caratteristiche principali sono una forza massima nominale sulla leva di 20 N ed una corsa utile di 30 cm su un arco di ±60°.
L’ambiente esterno e l’interazione dell’attuatore con esso sono stati simulati tramite un PC dotato di una scheda di acquisizione, programmato in linguaggio Visual Basic 6.0.
Sono stati implementati due diversi tipi di controllo e di attuatori, uno in controllo di velocità, tipico sei sistemi idraulici, e l’altro in controllo di forza, come nel caso degli azionamenti elettrici.
Le caratteristiche dell’hardware a disposizione hanno posto il problema di adattare il modello di funzionamento ad un sistema con ritardo, fornendo, di conseguenza, lo spunto per un eventuale utilizzo nei sistemi di teleoperazione.
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