Modellazione e sperimentazione di una mano di presa a tre dita sottoattuata = Modeling and experimental testing of an underactuated three-fingered gripper

Uno dei principali problemi attuali della società umana è la crisi idrica, fenomeno accentuato specialmente nei paesi in via di sviluppo dal continuo cambiamento climatico e dall'aumento della popolazione. Per sopperire a tale problema è comune scavare pozzi profondi, i quali, una volta in disuso, spesso non vengono messi correttamente in sicurezza. Questo ha determinato negli ultimi anni svariati casi di incidenti che hanno coinvolto bambini caduti in pozzi. Tale progetto di tesi ha lo scopo di ottimizzare un primo prototipo di mano robotica di presa a tre dita sottoattuata realizzato precedentemente col fine di ottenere un secondo prototipo migliorato utile nelle procedure di soccorso del bambino. Nella prima parte verrà analizzato lo stato dell'arte delle mani di presa andando a focalizzare l'attenzione sugli impactive grippers e, in particolare, sui sistemi che utilizzano la sotto-attuazione. Verrà inoltre presentato dettagliatamente il primo prototipo realizzato evidenziandone il funzionamento e le caratteristiche. Seguirà l'analisi dei limiti e delle criticità riscontrate nel primo prototipo durante la fase sperimentale e sulle quali si baserà la realizzazione del secondo prototipo ottimizzato. Per far questo è stato necessario condurre un'analisi del moto del meccanismo che costituisce il sistema seguita da un'analisi statica che ha portato alla conoscenza dell'entità delle forze scambiate sulle falangi durante la presa. Sulla base di tali valori è stato scelto un nuovo motore che rispetta i requisiti dimensionali e prestazionali del progetto. Seguono le modifiche effettuate al telaio, agli elementi che costituiscono la catena di trasmissione e alla geometria delle falangi. Ottenuto il CAD definitivo si è passati alla stampa 3D e all'assemblaggio del sistema contenente anche gli elementi terzi utili all'interfaccia tra computer e motore. Per quanto riguarda il controllo del gripper, è stato realizzato un codice MATLAB e un modello Simulink che consentono di realizzare la presa dell'oggetto da afferrare in maniera autonoma, senza l'ausilio di sensori di posizione esterni e sfruttando solamente i valori di feedback forniti dal servomotore. Dopo aver sviluppato il codice di controllo, sono state effettuate delle prove sperimentali per verificare la corretta apertura e chiusura della mano di presa e per verificare l'auto-rilevamento dell'oggetto in presa.