Automazione Oggi 451

Sensori GENNAIO-FEBBRAIO 2024 AUTOMAZIONE OGGI 451 | 89 applicazioni sono caratterizzate dal sensore di forza/coppia che funge da interfaccia tra il robot e gli organi di presa (EOAT). In figura 1 viene mostrata una tipica e semplice configurazione dell’interfaccia robot-organo di presa che utilizza un sensore di forza/coppia. Nel caso di Bota Systems non è necessario alcun adattatore fisico, poiché il sensore di forza/cop- pia viene montato direttamente su una flangia EN ISO-9409-1-80-6-M8. Il sensore dispone di un’interfaccia elettrica con connettore M8 che utilizza una connessione RS422, USB o Ether- cat. Quando si utilizza l’opzione RS422 o USB, il sensore è alimentato direttamente da una porta USB e richiede 5V/1,5W. Con Ethercat, il sensore è alimentato da un alimentatore esterno da 7 a 48 V con un consumo di energia fino a 1,5W. La tecnologia dei sensori di forza/coppia Esistono diversi materiali e tecnologie che pos- sono essere utilizzati per produrre sensori di forza/coppia. I sensori di Bota Systems sono fabbricati utilizzando estensimetri a resistenza a lamina metallica, che sono componenti molto robusti, in grado di fornire una linearità co- stante, una bassa deriva e una buona stabilità alla temperatura. Gli estensimetri sono stati svi- luppati e ottimizzati dall’azienda nel corso del tempo per fornire risultati superiori, superando altre metodologie di misurazione come quelle ottiche, a infrarossi, ecc. I sensori Bota Systems sono realizzati con una lega di alluminio o con uno speciale acciaio ad alta resistenza che garantisce una stabilità ela- stica a lungo termine e un’elevata resistenza allo sforzo. Inoltre, le parti metalliche dei sen- sori di coppia sono trattate termicamente per attenuare lo scorrimento (creep) e consentire misurazioni affidabili e costanti. La produzione di tali sensori adotta tutte le misure possibili per ridurre al minimo le non linearità har- dware, al fine di eliminare gli errori accumulati che non possono essere risolti tramite algo- ritmi software. Queste misure comprendono la compensazione dell’offset di temperatura e di guadagno, la conversione raziometrica della tensione, il carico simmetrico, la scher- matura contro le interferenze elettromagne- tiche (EMI), la compensazione della capacità parassita e dell’induttanza, tutti elementi che riducono al minimo gli errori e miglio- rano il rapporto segnale/rumore. La qualità finale del segnale e la sua latenza dipendono molto dalla qualità del condizionamento del segnale e dell’elettronica di acquisizione dei dati. Tali sensori generano segnali di uscita a basso rumore che, insieme all’elevata velocità di acquisizione dei dati, riducono la necessità di applicare un ulteriore filtro, il che minimizza i ritardi del segnale. Il trasduttore del sensore di Bota Systems è una tecnologia proprietaria in attesa di brevetto che consente di ridurre i costi di produzione, assicura una deriva a bassa temperatura e un fattore di forma com- patto. L’elettronica del sensore e dell’interfac- cia è completamente integrata e schermata all’interno della custodia del sensore. Ciò ri- duce significativamente il cablaggio, il peso, la complessità e l’incertezza della misura, consentendo al contempo funzioni avanzate come la compensazione inerziale. Sensori integrati e sensori autonomi a confronto Per fare un confronto tra sensori integrati e sen- sori autonomi, è stato installato un sensore di forza/coppia di Bota Systems su un robot con carico utile di 20 kg, e lo si è confrontato con il sensore di forza/coppia integrato nel robot. Il test è stato condotto utilizzando un robot specifico, tuttavia rappresenta un’applicazione tipica in grado di fornire risultati comparativi oggettivi. In figura 2 viene illustrato in modo chiaro che la capacità di carico del sensore di Bota Sy- stems si adatta alla curva di carico del robot da 20 kg, mentre il sensore integrato non sembra riuscire a coprire l’intera area di fun- zionamento del robot. Ad esempio, un carico Fig. 2 - Il sensore di forza/coppia si dimostra perfetto per robot con payload 20 kg Sensore di Bota Systems Sensore integrato Portata (Fx, Fy, Fz) (Mx, My, Mz) +/- 2000, 4.000 N +/- 200, 200 N +/- 70, 70 Nm +/- 20, 20 Nm Rumore 1σ (Fx, Fy, Fz) (Mx, My, Mz) at 100 Hz 70 mN, 50 mN 200 mN, 200 mN 2 mNm, 0.7 mNm 10 mNm, 6 mNm Precisione <1% 2,75% Accuratezza <1% 5% Frequenza di campionamento Fino a 2 kHz Fino a 0,5 kHz Tab. 1 - Il sensore di Bota a confronto con il sensore integrato nel robot