Passive Compliance
- Detto anche: mechanical compliance
- Categoria: Mechanical structure › Arms & end-effectors
- Tag: compliance, end-of-arm-tooling, assembly, contact, mechanism-design
Flessibilità incorporata nel meccanismo di un robot, come molle, smorzatori o materiali morbidi, che gli permette di cedere alle forze di contatto senza alcuna misura né controllo attivo.
Definizione
Cedevolezza passiva (passive compliance) è la flessibilità meccanica progettata in un robot o nei suoi utensili. Molle, elastomeri, flessure, smorzatori o materiali morbidi si deformano quando su di essi agisce una forza di contatto, così l'end-effector può spostarsi o inclinarsi leggermente per assorbire errori di posizione e di orientamento. Poiché la risposta deriva dalla fisica e non da un controllore, agisce istantaneamente, non richiede sensori né calcolo e continua a funzionare se il software o l'alimentazione vengono meno.
È il corrispettivo della cedevolezza attiva, in cui un controllore, come il controllo di impedenza o di ammettenza, usa misure di forza o di coppia e comandi ai motori per far comportare un robot rigido come se fosse cedevole. La cedevolezza attiva può cambiare la propria rigidezza al volo ma è limitata dalla sensoristica, dalla banda passante del controllo e dalla latenza; la cedevolezza passiva risponde agli urti più velocemente di qualsiasi anello di controllo ma ha una rigidezza fissa o regolabile solo lentamente. Molti sistemi usano entrambe, per esempio un polso cedevole sotto un braccio con controllo di impedenza.
Un esempio ben noto è il dispositivo a cedevolezza con centro remoto (remote center compliance), un polso che colloca il proprio centro di cedevolezza vicino alla punta del pezzo trattenuto, così che il disallineamento laterale e angolare durante l'inserimento di un perno in un foro (peg-in-hole) venga corretto invece di causare inceppamenti. Altre forme sono i supporti del polso a molla o in elastomero, gli attuatori elastici in serie, le dita morbide o basate su flessure e i piedi cedevoli dei robot con gambe. Il prezzo principale è una minore precisione di posizione e la possibilità di oscillazioni, perché il robot non sa più esattamente dove si trova il suo utensile a meno che la deflessione non venga misurata.
Perché è importante
I compiti di contatto come l'inserimento, la pulizia e la presa sono molto sensibili a piccoli errori di posizione, e un robot perfettamente rigido trasforma quegli errori in grandi forze che inceppano i pezzi o danneggiano l'hardware. La cedevolezza passiva assorbe meccanicamente gli errori, il che spesso rende robot più economici e meno precisi e controllori più semplici sufficienti per lavori ricchi di contatti.
Applicazioni principali
- Inserimento di perni in fori (peg-in-hole) e assemblaggio con dispositivi a cedevolezza con centro remoto
- Polsi e supporti utensile cedevoli per lucidatura, levigatura e pulizia
- Pinze morbide e basate su flessure che si adattano alla forma dell'oggetto
- Attuatori elastici in serie per un'interazione sicura e la misura della forza
- Assorbimento degli urti nei piedi dei robot con gambe e nei carrelli di atterraggio dei droni
In pratica
Un braccio a basso costo fallisce ripetutamente nell'inserire spine in un'attrezzatura perché il suo errore di posizione è maggiore del gioco. Invece di passare a un braccio migliore, il team monta un'unità di cedevolezza a molla e smorzatore tra la flangia e la pinza. Durante l'avvicinamento lo smusso della spina tocca il bordo del foro, l'unità si sposta lateralmente e si inclina, e la spina scivola dentro. Il team regola la rigidezza della molla in modo che la pinza non si abbassi sotto il proprio peso, aggiunge smorzamento per fermare le oscillazioni dopo i movimenti rapidi e installa un meccanismo di bloccaggio che rende rigida l'unità durante i movimenti di trasferimento, in cui la precisione conta più della cedevolezza.
Idee sbagliate comuni
- La cedevolezza passiva è la stessa cosa del controllo di impedenza — il controllo di impedenza crea cedevolezza tramite misura e retroazione, mentre la cedevolezza passiva viene dal meccanismo stesso
- Più cedevolezza è sempre più sicura e migliore — troppa cedevolezza riduce la precisione, provoca abbassamenti e oscillazioni e può accumulare energia che viene rilasciata all'improvviso
- Cedevolezza passiva significa che il robot non può sapere dove si trova il suo utensile — la deflessione può essere misurata con encoder o altri sensori, come negli attuatori elastici in serie
Chi dovrebbe saperlo
- Progettisti di utensili di fine braccio e di pinze
- Ingegneri di assemblaggio e automazione
- Progettisti di attuatori e meccanismi
- Ricercatori di robotica con gambe e soft robotics
Tecnologie correlate
- Dispositivo a cedevolezza con centro remoto (Remote Center Compliance Device)
- Attuatore elastico in serie (Series Elastic Actuator)
- Attuatore a rigidezza variabile (Variable Stiffness Actuator)
- Meccanismi a flessura (Flexure Mechanisms)
- Polso cedevole (Compliant Wrist)