Robotica progettata per ambienti difficili

Nel seguente articolo parleremo di come un'azienda utilizza tecniche di progettazione creative e strumenti di configurazione online per fornire motori e riduttori personalizzati per il loro braccio robotico e pinza che si adattano a un'ampia gamma di applicazioni.

Il CEO di Blueprint Lab, Paul Phillips ha unito la sua passione per l'ingegneria meccatronica alla sua passione per il surf e i tuffi nell'oceano. L'azienda con sede nella periferia di Sydney (Australia) progetta e produce prodotti che funzionano nel difficile ambiente dei fondali oceanici. Come racconta Paul: “Ho da subito capito che i produttori di veicoli subacquei avevano bisogno di un hardware specializzato per compiere mansioni esplorative da remoto. Sviluppare questi strumenti era proibitivo e complesso. Il team di Blueprint Lab “ama la tecnologia più di ogni altra cosa” e per questo motivo intendiamo inventare prodotti tecnologicamente innovativi. Amiamo quello che facciamo,” spiega.

Reach Alpha 5 è il più leggero manipolatore sottomarino a cinque funzioni più leggero al mondo.

L'esclusivo selling point dei manipolatori e pinze robotizzati dell'azienda sono le dimensioni. Reach Alpha 5 è il manipolatore ROV più piccolo al mondo, secondo Paul. Quando è raggomitolato misura solo 23 x 15 x 4 cm circa (9 x 6 x 1,5 pollici) e circa 58 cm (23 pollici) completamente esteso con una portata dinamica di 40cm (16 pollici). Il braccio è in grado di sollevare 2 kg (4,4 libbre) di peso alla massima portata e un carico assiale di 100 kg (220 libbre). La forza di chiusura dell'effettore finale è di circa 600 N. Le unità sono progettate per operare a profondità fino a 300 metri (quasi 1000 piedi).

Come soluzione utilizzabile su qualsiasi ROV, Reach Alpha 5 è un dispositivo completamente elettrico che funziona a 18-30 VDC. Il sistema si integra in modo rapido e semplice in conformità ai protocolli RS232/RS485 standard. L'unità offre il rilevamento delle perdite per una maggiore tranquillità al lancio del veicolo. Gli effettori finali intercambiabili comprendono prese a tenaglia oltre a ganasce quadruple, speciali ganasce di recupero, prese piane, ganasce morbide, ganasce parallele e ganasce per il taglio di funi. Le unità sono principalmente realizzate in alluminio AL6061 anodizzato. Bracci ed effettori finali possono essere realizzati in acciaio inossidabile per gli ambienti più difficili che richiedono una maggiore forza.

Reach Alpha 5 è azionato da motori DCX da 16 mm di maxon e da riduttori planetari. I motori sono integrati con una disposizione lato per lato così da poter essere azionati efficacemente in entrambe le direzioni. Un'unità di comando progettata internamente si installa tra i motori mantenendo una disposizione compatta. Un gruppo con ingranaggio ipoidi, anche questo progettato internamente, viene utilizzato come elemento di azionamento finale. Il feedback sul sistema viene fornito da un encoder di posizione assoluto con effetto hall integrato. “Per i giunti con coppia maggiore, utilizziamo riduttori a coppia elevata a causa della loro maggiore capacità di carico. Per gli altri giunti, come ad esempio la pinza e i motori per la rotazione in linea, i componenti DCX standard sono stati sufficienti,” ha dichiarato Paul. 

“Avendo sviluppato internamente hardware, firmware e software dei nostri prodotti, siamo stati in grado di fornire ai nostri clienti livelli di ottimizzazione, funzionalità e assistenza di gran lunga superiori,” sostiene Paul. La sfida maggiore per la nostra azienda è stata portare un prodotto dal prototipo alla fase di produzione. Tutto deve essere sempre perfetto: è fondamentale per garantire la conformità, le capacità di processo e la ripetibilità durante la produzione richieste dai clienti. Per questo motivo Blueprint Lab ritiene che uno dei maggiori vantaggi offerti da maxon sia il configuratore online per la personalizzazione dei motori, con una produzione in 11 giorni che consente ai clienti di ordinare i motori 24/7 e fornire il prodotto nelle quantità dei livelli di produzione secondo le richieste del mercato.

Il programma DCX di maxon comprende motori in grado di offrire una elevata densità di potenza, un'alta efficienza e un funzionamento fluido. I motori sono disponibili per la configurazione online nelle dimensioni da 6 mm a 35 mm. I clienti possono scegliere tra le spazzole in metalli preziosi o grafite, cuscinetti a sfera o sinterizzati e molto altro in un pacchetto compatto o frameless. maxon permette agli utenti di configurare e combinare motori DC o BLDC e riduttori planetari e sensori secondo le specifiche individuali. Nel corso delle diverse generazioni del prodotto, il rapporto tra motore e riduttore è stato modificato per soddisfare al meglio le esigenze dei clienti e migliorare la robustezza. Paul afferma: “La gamma DCX ha consentito la continuità di queste modifiche senza richiedere una progettazione della meccanica. 

Durante la fase di sviluppo di un azionamento, ad esempio, l'azienda potrebbe ordinare persino 20 varianti di motore online prima di scegliere il prodotto giusto. Questo permette all'azienda di risparmiare denaro in quanto il tempo dedicato alla ricerca è molto più costoso. Inoltre consente a Blueprint di testare tutte le opzioni disponibili prima della scelta.

I motori DCX da 16 mm di maxon sono utilizzati nel manipolatore Reach Alpha 5.

Durante una sessione di brainstorming con i dipendenti maxon Bianca Braun e Brett Motum sono state presentate altre idee. Durante la sessione, Paul e il suo team hanno analizzato le unità di comando di maxon. Uno dei primi desideri dell'azienda era incorporare una versione minimale del servoamplificatore ESCON di maxon adattandola ai diametri del motore. La conversazione è poi passata ai metodi di configurazione di un'unità di controllo da parte degli ingegneri. Il progettista seleziona alcune funzioni già presenti nell'hardware dell'unità di comando del motore per poi configurare la forma dell'unità di comando online. “L'apertura di maxon a nuove idee è importante,” sostiene Paul.

La maggior parte delle applicazioni del manipolatore robotico dell'azienda si svolgono in luoghi pericolosi o difficili da raggiungere. Le unità sono utilizzate sui ROV per operazioni di ricerca e recupero, ispezioni di infrastrutture offshore di impianti petroliferi e di gas, raccolta di campioni per ricerche di scienze marine oltre alle operazioni di recupero speciale di primi soccorsi militari e civili. Oltre a essere utilizzato per le ricerche sul fondo degli oceani, Reach Alpha 5 può essere usato per operazioni di polizia e militari con robot artificieri e per l'ispezione visiva ravvicinata di impianti petrolchimici e nucleari.

La realizzazione interna delle tecnologie chiave per Reach Alpha 5 fornisce a Blueprint Lab un forte vantaggio tecnologico sulle altre aziende durante l'espansione in mercati più ampi quali gli impianti nucleari, petrolchimici, terrestri e aerospaziali. “Pensiamo sempre ai prossimi sviluppi,” spiega Paul. Ad esempio gli algoritmi di machine learning sono un argomento caldo in azienda in quanto stanno implementando l'hardware negli ultimi prodotti che li aiuteranno a guidare il futuro dell'AI.

Blueprint Lab è un'azienda con una visione futuristica e una competenza tecnica con oltre 20 ingegneri creativi che amano il loro lavoro. Paul ammette che vorrebbe vedere più donne ingegneri che fanno domanda di lavoro in azienda. “Sarebbe fantastico avere più donne come ingegneri meccatronici in Australia,” ha affermato. “Siamo alla ricerca di persone dinamiche e non ci sono abbastanza laureate per l'industria robotica.” 

È sorprendente ciò che si riesce a realizzare quando si mettono insieme gli ingegneri giusti e i prodotti giusti. La mission di Blueprint Lab è integrare componenti di precisione maxon nei propri prodotti. Con l'aumento dei veicoli comandati da remoto che utilizzano bracci e pinze robotizzati, i prossimi anni saranno sicuramente caratterizzati da aziende come Blueprint Lab.