Come progettare un robot

Per progettare un robot disegno le parti di un robot con un software CAD, dove costruisco un modello 2D/3D per simulare il robot.

Quali software CAD usare? Ci sono diverse risorse gratuite nell'ambito del Computer Aid Design. Ad esempio LibreCad per il CAD 2D, Blender per costruire un modello 3D. Il modello 3D è utile per la simulazione del robot mentre il progetto 2D è utile per la produzione.

Quando la simulazione funziona a dovere, passo alla realizzazione di un prototipo in versione in miniatura.

Lo studio dei requisiti

Per prima cosa identifico i requisiti pratici che il robot deve avere. A cosa serve? Quali caratteristiche deve avere?

Esempio. Il robot deve spostarsi in una casa, passare sotto il letto per raccogliere la polvere, evitare gli ostacoli, ecc.

Una volta ottenuto il quadro dei requisiti pratici, li traduco in requisiti tecnici.

Esempio. L'altezza del robot, il numero delle ruote, la velocità dello spostamento, il peso con carico massimo, i costi dei componenti, il diametro delle ruote, la coppia e il numero dei giri dei motori, ecc.

Le componenti del robot

Il primo componente a cui pensare è il sistema che consente al robot di spostarsi nell'ambiente circostante ( robot drive mechanism ).

Uno dei meccanismi più semplici di locomozione è una piattaforma circolare composta da due quattro ruote:

• 2 ruote motrici su un asse comune, ogni ruota è controllata da un motore dedicato (differential drive). In questo modo il robot può anche ruotare su se stesso.
• 2 ruote di supporto senza motore, ortogonali alle ruote motrici, che garantiscono la stabilità del robot.

Nota. Esistono anche altri sistemi di locomozione ma sono più complessi.

Una volta deciso il sistema di locomozione, studio le caratteristiche dei singoli componenti meccanici del robot.

• I motori
  Le caratteristiche più importanti di un motore sono la coppia e il numero di giri (RPM). Il numero dei giri posso calcolarlo con questa formula

  RPM = (60*Velocità/sec)/(3.14*DiametroRuota)

  La coppia massima serve al robot per iniziare a spostarsi, superando l'attrito. E' quindi necessario conoscere il peso del robot e il coefficiente di attrito. Posso calcolarla in questo modo.

  Coppia = Coefficiente di attrito * Peso Medio su ogni ruota(in mg) * raggio delle ruote(in m)

• Le ruote
  Il diametro delle ruote è strettamente legato all'altezza massima da terra del robot.
• Il telaio (chassis)
  Esistono diversi modelli di telaio. I più semplici sono caratterizzati da una piattaforma di base circolare e si sviluppano in altezza mantenendo una forma cilindrica o meno su più livelli (TurtleBot). Il design varia a seconda dei casi.

E così via.