Een vliegende robot

Mensen zijn bekend met drones in de professionele en hobbyvideo-sector. Maar weinigen weten dat ze ook in de industrie worden gebruikt. Ze kunnen worden gebruikt om afgelegen plaatsen te bereiken. Als de taak van de drone verder gaat dan visuele inspectie, dan is er een drone met een manipulator nodig.

Studenten van de Universiteit van Sevilla hebben een manipulatierobot in de lucht ontwikkeld, een drone met een robotarm. Hij kan worden gebruikt om afgelegen werkgebieden of gebieden op grote hoogte gemakkelijk, snel en op lage kosten te bereiken. Daarom zijn ze zeer geschikt voor toepassingen die te maken hebben met inspectie en onderhoud in scenario's zoals olie- en gasraffinaderijen, chemische fabrieken, windturbines, zonne-energiecentrales of elektriciteitsleidingen. De bewerking door een luchtmanipulator gaat meestal gepaard met enige vorm van fysieke interactie met de omgeving, bijvoorbeeld bij het uitvoeren van grijptaken of tijdens het uitoefenen van contactkrachten. Het inschatten en beheersen van de interactiespanningen die in dit soort situaties op de hoogwerker worden uitgeoefend, is noodzakelijk om te voorkomen dat de stabiliteit van het besturingssysteem in gevaar komt, waardoor het risico op botsingen en neerstortingen afneemt. Het ontwerp en de ontwikkeling van compatibele gewrichtsmanipulatoren is ook gericht op het verhogen van de veiligheid tijdens de interacties tijdens de vlucht, door gebruik te maken van de energieopslagcapaciteit en de passiviteitseigenschappen van veren om de luchtrobot te beschermen tegen schokken en overbelasting.

In tegenstelling tot de meeste industriële manipulatoren die dure krachtkoppelsensoren integreren in de gewrichten of op de eindeffector, bieden de servoactuators die gewoonlijk gebruikt worden voor het bouwen van lichtgewicht robotarmen voor manipulatie vanuit de lucht geen directe meting van het koppel, of dit is gebaseerd op de stroom, waardoor de nauwkeurigheid laag is door de statische wrijving van de tandwielkast. Dit motiveerde de ontwikkeling van methoden voor het schatten van de krachten en koppels uit de meting van de doorbuiging in het elastische element, hetzij op gewrichtsniveau of in de Cartesische ruimte. Ondanks de evidente voordelen van mechanische conformiteit tijdens de fysieke interacties van de luchtrobot tijdens het vliegen, is het belangrijkste nadeel van deze mechanismen de verminderde positioneringsnauwkeurigheid als gevolg van de doorbuiging van de gewrichten of schakels, waardoor een dynamica van de tweede orde ontstaat die geassocieerd wordt met het massa-veer-dempersysteem. De luchtmanipulator die in deze wedstrijd wordt gepresenteerd, bestaat uit twee componenten: een DJI F550 hexarotorplatform en de Cartesiaanse manipulator. De 2-DOF rechthoekige manipulator is opgebouwd uit twee igus® NS-01-17-600 (X-as) en NS-01-17-300 (Y-as) lineaire geleidingssystemen en drie NW-02-17 loopwagens. Twee 22 mm Ø timingpoelies zijn geplaatst aan het uiteinde van beide lineaire geleiders om de beweging van de Pololu micrometalen tandwielmotor (10 gram gewicht, 250:1 reductieverhouding) over te brengen op de tandriemen, die de rotatie meten met twee naast elkaar geplaatste Murata SV-01A potentiometers. Merk op dat dit apparaat een elektrisch bereik van 333° heeft, waardoor een tweede potentiometer nodig is om de dode zone te dekken. Gegeven de rotatiehoek en het aantal omwentelingen is het mogelijk om de lineaire verplaatsing van de cartesische basis te berekenen. Deze is bevestigd aan de basis van de hexarotor via twee U-vormige aluminium frames met een tussenruimte van 10 cm, terwijl de buigzame gewrichtsarm is bevestigd aan de slede van de lineaire Y-as geleidingsstructuur. De volgarm maakt gebruik van een Herkulex DRS-0101 servo, een compact veerhefboomoverbrengingsmechanisme ondersteund door een JFM-08-06-04 flenslager, een magnetische encoder AS5048 voor het meten van de doorbuiging (0,2° nauwkeurigheid), een 250 mm lange aluminium schakel die in een EFOM-06 is geplaatst en een schuifgrijper aan het uiteinde ondersteund door twee ECLM-06 SLIM lagers en twee verlengveren. De lineaire doorbuiging van de grijper, die gerelateerd is aan de doortrekkracht, wordt gemeten met een lineaire potentiometer.