I robot FRIEND 1 e FRIEND 2
Un precedente progetto ha realizzato il robot FRIEND 1, il
cui prototipo è stato costruito nel Laboratorio
di Robotica, Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano.
FRIEND 1 è stato progettato principalmente
per il recupero di astronauti nello spazio, ma può anche
afferrare oggetti liberi nello spazio : compie queste
operazioni mediante due bracci articolati robotizzati e
sensorizzati. I due bracci possono afferrare un oggetto
libero e portarlo all' interno dei bracci stessi,
assicurandolo contro il corpo sferico del robot. Il prototipo
del FRIEND 1 è azionato da 4 motori c.c. di tipo brushless
alimentati da batterie e fornite di energia elettrica da
pannelli solari ;vi sono 4 encoder sugli snodi e 4
estensimetri su ogni braccio, che inviano le informazioni
relative rispettivamente a posizione dei bracci e forze di
taglio sui bracci al calcolatore .Il robot è controllato con
joystick o mouse, attraverso un software.
Il progetto FRIEND 2 è uno sviluppo del
FRIEND 1: questo robot possiede un terzo braccio ,di
ancoraggio, che gli consente di lavorare agganciato ad una
struttura per compiere lavori di manutenzione.
Il robot FRIEND 3
Il nuovo robot FRIEND 3 nasce, come evoluzione di FRIEND
2, dall' idea di costruire una struttura robotica che operi
con sequenze ripetitive e che possa essere telecomandata a
distanza. Il robot FRIEND 3 serve per la manutenzione,
riparazione ed eventuali sistemazioni di una struttura
orbitante, ed è in grado di muoversi sulla struttura
spaziale, afferrandosi alle travi.
In effetti ,una stazione
orbitante richiede una intensa attività di manutenzione
che può essere eseguita sia con attività extraveicolari sia
con attrezzature automatiche o telerobotiche per alcune
funzioni.Tuttavia, l'attività di manutenzione richiede una
lunga preparazione e presenta notevoli rischi per gli
astronauti. Un robot semplice e flessibile, comandato
mediante telecontrollo, può essere un notevole supporto in
grado di ridurre rischi, tempi e costi, perchè può eseguire
controlli e manutenzioni in modo programmato e continuo,
senza soste e superando anche situazioni pericolose per l'
uomo. Attualmente non esiste nessun robot capace di eseguire
questa attività in un ambiente spaziale, soprattutto se si
tiene conto che tale robot non deve lavorare in un ambiente
noto, ma che può essere modificato da situazioni nuove e non
prevedibili, soprattutto di fronte a guasti e danneggiamenti
della struttura.
Il robot FRIEND 3 presenta un corpo sferico centrale che
contiene le batterie, i controlli, le schede di acquisizione
e il calcolatore di processo. Il corpo centrale sostiene due
bracci, il braccio destro e il braccio sinistro, di
orientamento opposto. Ogni braccio del robot presenta 4 gradi
di libertà : tre giunti rotazionali con assi ortogonali al
piano del braccio e un quadrilatero articolato con moto sul
piano perpendicolare al precedente. Il robot presenta un
terzo braccio, di docking, che consente l' accoppiamento del
corpo centrale alla trave della stazione: il sistema permette
l' accoppiamento del robot con un' asta della struttura ed il
bloccaggio ad essa.
Per lo spostamento sulla trave, FRIEND 3 utilizza i motori
elettrici che si trovano sui giunti dei bracci robotici. Ogni
braccio robotico porta un organo di presa all' estremità che
si aggancia rigidamente agli elementi tubolari della
struttura. Quando un braccio è aggrappato alla struttura, l'
altro braccio può muoversi sotto l' azione dei motori
elettrici e, snodandosi, si porta in una nuova posizione,
agganciandosi poi alla struttura.A questo punto, il primo
braccio diventa libero di muoversi. Quando il robot è giunto
sulla posizione voluta, esce il meccanismo di docking che
blocca il robot nella posizione raggiunta.Ora i due bracci
sono liberi di muoversi, e le loro estremità afferrano gli
utensili necessari per eseguire le funzioni programmate.
Naturalmente, FRIEND 3 è in grado anche di muoversi nello
spazio(free flying) per svolgere compiti diversi, come la
costruzione di un telescopio spaziale o il recupero di
detriti spaziali.
E' importante notare che il robot FRIEND 3 opera seguendo
una strategia del movimento che prevede sia azioni ordinarie
che azioni per fronteggiare eventi straordinari, guasti o
malfunzionamenti.
Livello di autonomia del robot
FRIEND 3
Il robot FRIEND 3 integra dei sistemi elettrici ed
elettronici: ciò richiede la necessità di una adeguata
alimentazione. Occorre valutare la possibilità di impiegare
semplici pannelli solari in supporto alle batterie a bordo,
oppure, in caso di notevoli richieste di energia e di
autonomia, utilizzare pile atomiche. L' impiego di pannelli
solari consente di ottenere energia solo nelle zone dello
spazio illuminate dal sole : nelle zone d'ombra devono essere
utilizzate le sole batterie, situazione che riduce
notevolmente l'autonomia; inoltre, sorge il problema della
collocazione dei pannelli sul corpo del robot. L' impiego
alternativo delle pile atomiche rende il robot dotato di
autonomia praticamente infinita; tuttavia, questa soluzione
complica notevolmente la struttura interna del robot e
introduce problemi relativi alla radioattività dei
componenti.
E' inoltre necessario pianificare attentamente la
manutenzione del robot, per aumentarne l' affidabilità e la
vita utile, e facendo in modo che possa compiere un grande
numero di missioni senza bisogno di controlli frequenti da
parte dei tecnici.
Alimentazione elettrica e manutenzione sono gli aspetti ,
non affrontati nei precedenti studi sul robot FRIEND, che
saranno sviluppati in questo lavoro d'anno.
