|
descrizione del progetto: requisiti |
- Sensore economico: costo massimo di € 600
- Necessità di misurare una forza randomica con range fino a 50 N
- Peso massimo di 500 g
- Dimensioni massime 150x150x150 mm
- Sensore universale
progettazione |
|
La tipologia scelta è una cella estensimetrica basata, quindi, sulla misurazione di deformazioni generate da una forza applicata.
idea di partenza
|
Struttura a 3 componenti :
Le deformazioni si concentrano sulle razze e la forza viene applicata sul piattello superiore. Difetti :
|
design finale
Struttura in alluminio a 3 componenti:
Il principio di funzionamento è il medesimo della soluzione precedente.
Modifiche apportate:
- piattello superiore;
- struttura centrale a crociera;
- supporto inferiore ad anello.
Il principio di funzionamento è il medesimo della soluzione precedente.
Modifiche apportate:
- 4 razze invece che 3
- modifica geometria della singola razza:
- modifica del supporto inferiore:
- inserimento di spine per agevolare il montaggio.
analisi singoli componenti
Piattello superiore
Zona della cella su cui vengono applicate le forze;
presenta un elemento (costruttivo) sulla superficie inferiore che si accoppia con il rispettivo conico della crociera. Sulla faccia superiore vi sono dei fori utili per montare un possibile manipolatore con lo scopo di applicare le forze in maniera più agevole.
| tavola_piattello.pdf |
Struttura centrale a crociera
Le 4 razze che compongono la crociera permettono di risalire alle componenti delle forze in modo piu' semplice.
La parte centrale è formata da una struttura conica in grado di favorire il montaggio con il piattello superiore.
Le 4 razze che compongono la crociera permettono di risalire alle componenti delle forze in modo piu' semplice.
La parte centrale è formata da una struttura conica in grado di favorire il montaggio con il piattello superiore.
| tavola_crociera.pdf |
Struttura inferiore
Supporto a forma di anello sul quale viene fissata la crociera.
Le viti in figura permettono l'ancoraggio dell'intera cella sul robot.
Supporto a forma di anello sul quale viene fissata la crociera.
Le viti in figura permettono l'ancoraggio dell'intera cella sul robot.
| tavola_base.pdf |
aggiunta involucro in plastica
|
Per non intaccare gli estensimetri e non influenzare la loro rispettiva risposta, si è scelto di aggiungere un sistema di copertura parapolvere. Tale consta di 3 elementi in plastica (ABS):
|
semianello
Semianello lavorato con chiusura ad incastro; presenza di fori sulla superficie superiore necessari per il passaggio dei cavi degli estensimetri
La lavorazione inferiore consente il posizionamento dell'involucro senza contatto diretto con gli estensimetri
| tavola_involucro_superiore.pdf |
Assemblaggio
|
posizionamento estensimetri |
Per misurare le deformazioni provocate da una forza agente sul piattello ,si utilizzano tre ponti estensimetrici interi così da poter sfruttare appieno l'amplificazione del segnale nella direzione della misura.
Al fine di scegliere un opportuno posizionamento degli estensimetri e la loro posizione all'interno del ponte di Wheatstone, si sono analizzati i risultati ottenuti tramite diverse analisi FEM effettuate sulla struttura centrale a crociera.
Al fine di scegliere un opportuno posizionamento degli estensimetri e la loro posizione all'interno del ponte di Wheatstone, si sono analizzati i risultati ottenuti tramite diverse analisi FEM effettuate sulla struttura centrale a crociera.
Nell'immagine a fianco è rappresentato il risultato dell'analisi FEM di una forza applicata parallelamente al piano contenente il piattello posto al di sopra della crociera e diretta in direzione x, ovvero parallelamente alle due razze maggiormente deformate. Come si evince dalla foto, il carico provoca le maggiori deformazioni nella parte centrale delle razze; inoltre le facce superiori delle due razze presentano deformazioni di segno opposto, così come quelle delle facce inferiori.
In quest' immagine è invece rappresentato il risultato dell'analisi FEM effettuata per simulare gli effetti provocati da una forza applicata perpendicolarmente al piano del piattello, cioè in direzione z. Rispetto alla precedente immagine si può vedere come le razze si deformano tutte quante in modo analogo, infatti le deformazioni sulla faccia superiore hanno tutte quante lo stesso segno e un entità paragonabile. Lo stesso si può dire per quanto riguarda la faccia inferiore della crociera
Sfruttando quindi le informazioni ottenute e andando ad osservare il differente modo di deformarsi del corpo centrale in base alla direzione di applicazione del carico, è stato quindi possibile proseguire con la definizione del posizionamento degli estensimetri sulle razze e di come collegare tra loro i vari sensori al fine di creare i ponti di Wheatstone necessari.
| posizionamento_estensimetri_e_segnale_in_uscita.pdf |
|
Si arriva a posizionare un totale di 3 ponti interi di Wheastone con un totale di 12 estensimetri.
In particolare sulla faccia superiore del corpo centrale :
|
La stessa cosa la superificie inferiore del corpo centrale.