Progettazione di un robot mobile con ruote deformabili per superamento ostacoli

Abstract

L’oggetto di questo lavoro nasce con l’intento di sviluppare un robot mobile con ruote dotate di un meccanismo di deformazione controllata per superamento di ostacoli, in particolare gradini. Lo studio si è quindi focalizzato sulla progettazione di una ruota divisa in tre settori di 120°. Ciascun settore è costituito da tre parti: una fissa centrale e due mobili esterne, una in grado di flettersi verso l’interno e una verso l’esterno. Tali flessioni entrano in gioco quando la ruota è a contatto con il gradino, permettendole di superarlo. Fin da subito è sorta anche l’esigenza di bloccare il settore mobile verso l’interno durante il moto su superficie piana, per evitare che il robot oscilli. Si è quindi studiato un meccanismo che nel moto normale è a contatto con il settore mobile, bloccandolo, per poi muoversi e sbloccarlo durante la fase di superamento del gradino. Ciò è reso possibile dalla presenza di un sistema di ritorno elastico. Sono state svolte delle simulazioni multibody per determinare i parametri geometrici e le rigidezze degli elementi elastici, e la progettazione di dettaglio per precedere con la stampa 3D dei componenti e la realizzazione del prototipo.

The object of this work was to develop an innovative locomotion system for ground mobile robots based on deformable wheels to overcome obstacles, in particular steps. The study therefore focused on the design of a transformable wheel divided into three sectors of 120°. Each sector consists of three parts: a fixed central part, and two mobile external parts, one capable of flexing inwards and one outwards. These flexions come into play when the wheel is in contact with the step, allowing it to overcome it. From the outset, the need also arose to lock the moving sector inwards during straight motion on flat grounds to prevent the robot from swinging. Therefore, a mechanism was designed, which in normal motion is in contact with the moving sector, locking it, and then unlocking it during the step-crossing phase. This is made possible by the presence of an elastic return device. Simulations were then carried out to determine the robot geometrical parameters and the stiffness of the elastic elements, then the embodiment design has been performed to proceeded with 3D printing and prototype realization.