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Robot Epilettico

Realizzazione di un robot dalla sembianze umane che simula crisi epilettiche. Parte scenografica nella Tragedia endo-gonidia C.#01 di Romeo Castellucci, Societas Raffaello Sanzio, Cesena

Descrizione

Il robot e' stato realizzato con una struttura/scheletro in acciaio con articolazioni semplificate rispetto a quelle reali. Sono stati utilizzati 6 azionamenti pneumatici, comandati da una scheda a microprocessore Philips 8051 appositamente programmata.
Gli attuatori pneumatici agiscono sulle articolazioni con una frequenza variabile casualmente tra 3 e 50 volte al secondo in modo da ottenere l'effetto visivo della crisi epilettica. La struttura è stata poi imbottita con gomma piuma e successivamente vestita con abiti di un giovane tra 20-30 anni.
Una scatola di comando remota fornisce alla regia la possibilità di accendere o spegnere la crisi oltre che di variare manualmente i parametri del movimento.

Studio anatomico e fenomenologico relativo alla patologia

Il robot ripete per grandi linee gli aspetti anatomici del corpo umano. Ha sembianze e dimensioni di un uomo di 30 anni.

Particolare attenzione alle proporzioni,articolazioni dello scheletro, oltre che ai pesi degli arti (dati necessari al dimensionamento della struttura e degli azionamenti).

Sono state condotte delle osservazioni reali e da filmati di crisi epilettiche.

La struttura

Il dimensionamento della struttura è stata fatta con un CAD partendo da un modello 3D dello scheletro umano

Le ossa principali sono state sostituite con aste rigide mentre le articolazioni con comuni snodi meccanici. Piedi mani e testa sono di un normale manichino da boutique.

Il robot rimane sempre orizzontale sdraiato sul pavimento e non è necessario che si sollevi in verticale. E' stato previsto il movimento indipendente dei 4 arti, della testa, del busto e del bacino.

Per ottenere questi movimenti sono stati previsti azionamenti all'interno delle anche per le gambe, del petto per le braccia, nel collo per la testa e nel torace per busto e bacino.

Per gomiti e ginocchia stati previsti snodi liberi di muoversi sotto la spinta di avambraccio e femore.

Dimensionamento degli azionamenti necessari

Il punto di partenza sono pesi e dimensioni.

  peso dimensione
testa 10Kg 25 cm
braccia   2x5kg 70 cm
busto 30 kg 60 cm
gambe 2x10Kg 70cm

Esemplifichiamo il calcolo per la sola gamba. Facilmente si puo' applicare lo stesso metodo alle altre parti in movimento

La gamba e' una asta rigida incernierata ad una estremità. Non avendo alcun peso da sollevare, l'unica forza da vincere è il peso della gamba stessa. Pertanto la spinta necessaria a sollevare la gamba (Ms) e' pari a

Ms > Mr
Mr = Fp * Xb (dove Fp= P*g  peso della gamba per accelerazione di gravità)

Xb e' la distanza del baricentro. Se consideriamo uniforme il peso della gamba Xb vale la metà della sua lunghezza.

Svolgendo i calcoli si ottiene il momento minimo necessario a sollevare la gamba pari a circa 35Nm.

Per spazi disponibili, costi, difficoltà di controllo e dinamica utile, un motore elettrico è poco indicato a risolvere il problema. Al contrario un cilindro pneumatico è molto più semplice da attuare e da controllare.

La scelta finale e' stata di utilizzare

  • 4 cilindri a doppio effetto a corsa breve, 63mm di alesaggio per gambe e braccia
  • 1 cilindro a doppio effetto, 63mm di alesaggio per busto-bacino
  • 1 cilindro a doppio effetto, 30mm di alesaggio per il collo

Un compressore a 380V eroga aria a 9bar

Interfaccia di comando

scheda di controllo utilizzata

Ogni cilindro viene comandato in modalità ON/OFF da una elettrovalvola. L'azionamento avviene alimentando/disalimentando l'elettrovalvola con l'effetto di estrarre/ritrarre lo stelo del cilindro.

La difficoltà del comando è nella sequenza e durata dei comandi stessi. Risulta praticamente impossibile predisporre una sequenza a priori, pertanto si è ritenuto necessario poter disporre di una unità di controllo versatile e programmabile per poter effettuare la giusta scelta della sequenza di attivazione in funzione dell'effetto visivo dei movimenti ottenuti.

La scelta è stata di utilizzare una scheda a micro controllore con uscite a relay;. E' stata utilizzata una scheda commerciale prodotta e fornita dalla società Grifo Mod GPC R168P.SW.RS232 (in foto) basata su micro Philips 51Rx2 22MHz; Switching, 16 In, 8 Relay, 4 A/D+ 1 D/A;RS232.

Benché la scheda sia sovradimensionata alle esigenze applicative, il suo costo ridotto giustifica il suo utilizzo considerando anche le possibilità di sviluppo che offre.

In particolare sono stati utilizzati

  • le uscite a relè per comandare direttamente le elettrovalvole e quindi i cilindri pneumatici;
  • gli ingressi digitali per realizzare una piccola tastiera che permette di agire manualmente sui singoli azionamenti, oltre che di commutare tra funzionamento automatico o manuale;
  • L'uscita analogica per fornire un segnale 0-2.5V (ris 8bit) proporzionato (tramite sw) alla quantità di movimento del robot. Questo segnale e' stato utilizzato in ingresso di un dispositivo audio in grado di modificare la dinamica di una sorgente acustica in funzione di un riferimento analogico.
    Come risultato si ottiene un suono che e' legato al movimento del robot!

Programmazione dei dispositivi di controllo

La disponibilità della porta seriale e del sistema di sviluppo in BASIC - BASCOM8051 ha permesso di sviluppare con la giusta accuratezza il software di controllo direttamente su personal computer.

Infine la funzione In System Programming del Philips ha permesso di effettuare numerose e rapide riprogrammazioni del micro quindi di svolgere comodamente molti test.

Questa possibilità ha permesso di svolgere la messa a punto della giusta sequenza di attivazione dei cilindri in brevissimo tempo e direttamente con la presenza del regista che ha potuto scegliere l'effetto "epilettico" piu' simile a quello immaginato. Questa soluzione la ritengo fondamentale quando la "distanza formativa" tra il committente e il progettista è tale da rendere impossibile la formazione di specifiche precise.

Il software sviluppato su PC viene scaricato direttamente nella memoria flash del micro che rimane programmata anche in assenza di alimentazione, a meno di una apposita funzione di azzeramento.

Assemblaggio

L'assemblaggio non è stato problematico grazie anche alla dettagliata progettazione della struttura e alla cura avuta dal costruttore Mauro Sirri di Cesena.

Lo studio plastikart di Cesena si è poi occupato della realizzazione del "corpo" con l'imbottitura in gommapiuma e della finale vestizione.

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