Σχεδίαση και κατασκευή ανθρωπόμορφου μεταλλικού ρομποτικού χεριού.

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή εργασία πραγματεύεται την κατασκευή ενός ανθρωπόμορφου μεταλλικού χεριού, με ικανότητες που αντικαθιστούν εκείνες ενός φυσικού ανθρώπινου χεριού. Σαφέστερα, γίνεται λόγος για την αναγκαία κατασκευή ρομποτικών χεριών που, σήμερα, χρησιμοποιούνται είτε ως προσθετικά μέλη (σε άτομα με αναπηρία) είτε ως λειτουργικά μέλη (σε δύσκολες συνθήκες εργασιακών εφαρμογών-χώρων). Ωστόσο, η σημαντική πρόοδος που σημειώνεται, τα τελευταία χρόνια, στο χώρο της τεχνολογικής επιστήμης υπέδειξε τον δρόμο για ένα ιδιάζον μηχανολογικό αντίγραφο του ανθρώπινου χεριού, στηριζόμενο σε προγραμματιζόμενες κινήσεις και σε αναπαραγόμενες λειτουργικές χειρονομίες, ακόμα και αν αυτό σημαίνει τη μίμηση βασικών παραγοντικών κινήσεων. Έτσι, λοιπόν, στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται λόγος στο ανθρώπινο και ανθρωπόμορφο ρομποτικό χέρι, εστιάζοντας περισσότερο στην ανατομία και στην κινησιολογία του ανθρώπινου χεριού και κατ’ επέκταση του ρομποτικού χεριού, έπειτα από μια σύντομη ιστορική αναδρομή της ρομποτικής. Εν συνεχεία, Στο κεφάλαιο 2 γίνεται περιγραφή του ρομποτικού χεριού. Σαφέστερα, τονίζεται η σημαντικότητα των Επενεργητών των αρθρώσεων και κατ’ επέκταση η συμβολή τους στην αναπαραγωγή κινήσεων του ρομποτικού χεριού. Τέλος, αναφέρονται πειραματικά αποτελέσματα χρήσης του ρομποτικού χεριού, αλλά και οι λαβές που μπορούν να πραγματοποιηθούν από αυτό. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στη σχεδίαση και κατασκευή του ρομποτικού χεριού, ξεκινώντας, από την επιλογή του κατάλληλου εξοπλισμού για τη κατασκευή των τεμαχίων, που αποτελείται το ρομποτικό χέρι. Στη συνέχεια, αναφέρεται ο Μηχανολογικός Σχεδιασμός Κοπής (CAM) και η προετοιμασία της εργαλειομηχανής CNC. Έπειτα μετά από ανάλυση του μηδενισμού του ακατέργαστου των δακτύλων, της παλάμης και της ραχιαίας επιφάνειας ακολούθησε η διαδικασία κοπής. Στο τέταρτο κεφάλαιο απεικονίζεται η διαδικασία της συναρμολόγησης του ρομποτικού χεριού, η προετοιμασία των σερβοκινητήρων και των κομματιών των δακτύλων και μια ενδεικτική αναφορά του κόστους κατασκευής του ρομποτικού χεριού. Τέλος αναφέρονται μερικές προτάσεις βελτίωσης.

This thesis concerns the design and the development of an anthropomorphic robotic hand that was manufactured at the Control Systems & Robotics Laboratory of the Technological Educational Institute of Crete. The robotic hand is intended to function as a general-purpose research tool for the study of machine dexterity, grasping and object manipulation. The robotic hand, which is named TALOS II, has a thumb and four fingers, with a total of 16 degrees of freedom (d.o.f). The joints are driven by RC-servo motors that are housed in the phalanges and the palm of the hand. This simplifies the mechanical configuration of the joints and has the advantage that a common RC-servo controller can independently control the servo actuators of the joints. The manufacturing process, the mechanical configuration of the joints and assembly of the robotic hand are also presented in detail. Finally experimental results are given to evaluate the practicability and effectiveness of the robotic hand in grasping objects and mimicking human gestures.