{"id":20624,"date":"2021-12-23T10:21:31","date_gmt":"2021-12-23T09:21:31","guid":{"rendered":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/?p=20624"},"modified":"2025-04-18T10:15:50","modified_gmt":"2025-04-18T08:15:50","slug":"gli-attuatori-dynamixel-p-per-costruire-dei-rovers-marziani","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.generationrobots.com\/blog\/it\/gli-attuatori-dynamixel-p-per-costruire-dei-rovers-marziani\/","title":{"rendered":"Gli attuatori Dynamixel-P per costruire dei rovers marziani"},"content":{"rendered":"\t\t
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Unendo performance e robustezza, gli attuatori Dynamixel di ROBOTIS sono utilizzati per la prototipazione nel campo della robotica spaziale<\/strong>, in particolare dal CNES<\/strong> (Centro Nazionale francese di Studi Spaziali).<\/p>\n

Il CNES li impiega anche per la progettazione del prototipo terrestre<\/strong> di un robot di esplorazione che sar\u00e0 inviato su Fobos, uno dei due satelliti naturali del pianeta Marte.<\/p>\n

L’obiettivo di questo piccolo robot<\/strong>: studiare le propriet\u00e0 fisiche e la composizione del regolite che copre la superficie di Fobos.<\/p>\n

Perch\u00e9 andare su Fobos?<\/h2>\n

Questo progetto di rover, frutto di una cooperazione tra Francia e Germania, fa parte della missione MMX<\/a><\/strong> (Martian Moons Exploration), dell’agenzia spaziale giapponese JAXA.<\/p>\n

L’obiettivo della missione MMX \u00e8 comprendere meglio la storia della formazione delle due lune di Marte. Lo studio dei satelliti di Marte dovrebbe permettere di perfezionare gli attuali modelli di formazione dei pianeti del sistema solare, in particolare, di saperne di pi\u00f9 sull’origine dell’acqua sulla Terra<\/strong>. Per questo motivo, la sonda giapponese \u00e8 dotata di una serie di strumenti scientifici. Atterrer\u00e0 successivamente sulle due lune per raccogliere alcuni grammi di regolite, che saranno poi riportati sulla Terra tramite una capsula di ritorno per essere studiati.<\/p>\n

Il piccolo rover sar\u00e0 rilasciato sulla superficie di Fobos dalla sonda MMX durante un sorvolo a bassissima altitudine. La sua missione dovrebbe durare circa un centinaio di giorni.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Va notato che le due piccole lune potrebbero svolgere un ruolo importante nella conquista di Marte da parte dell’uomo. Infatti, sono viste come stazioni di collegamento tra il viaggio interplanetario e l’atterraggio vero e proprio. Proprio come il modulo Apollo, in orbita lunare, ha servito da collegamento per il lander di atterraggio Eagle nel 1969. La missione MMX dovrebbe essere lanciata nel 2024<\/strong> dalla base di Tanegashima, con un ritorno del campione sulla Terra verso il 2029.<\/p>\n

La missione del binomio franco-tedesco: progetta un astromobile autonomo di solo 25 kg<\/h2>\n

La missione tedesca<\/h3>\n

Il DLR<\/strong>, l’agenzia spaziale tedesca, \u00e8 responsabile della struttura esterna<\/strong> dell’astromobile, dei componenti che garantiscono la sua mobilit\u00e0 (gambe, ruote) e del meccanismo di separazione<\/strong> dalla sonda. Inoltre, forniranno due strumenti scientifici: un radiometro<\/strong> e uno spettrometro Raman<\/strong>.<\/p>\n

La missione francese<\/h3>\n

Il CNES<\/strong>, l’agenzia spaziale francese, lavora sul computer di bordo<\/strong> e sul suo software di volo<\/strong>, sulla catena di alimentazione<\/strong> elettrica (pannello solare, batteria, convertitori) e sul link di telecomunicazione<\/strong> radio tra il rover e la sonda. Gli strumenti francesi sono costituiti da 4 telecamere ad alta risoluzione<\/strong>.<\/p>\n

Architettura meccanica: focus sulla funzione uprighting<\/h2>\n

Abbiamo discusso di questa missione con Jean Bertrand, ingegnere al CNES e responsabile della meccatronica<\/strong> presso il Dipartimento di Robotica di Tolosa per l’Esplorazione Planetaria del Centro Spaziale di Tolosa.<\/p>\n

Per la missione MMX, Jean Bertrand \u00e8 responsabile della costruzione del modello terrestre del rover<\/strong>. Per la motorizzazione ha scelto di rifornirsi da Generation Robots, distributore esclusivo degli attuatori Dynamixel<\/strong><\/a> in Francia.<\/p>\n

Lo scopo del modello funzionale del rover \u00e8 quello di testare la funzione di raddrizzamento (detta \u00ab uprighting <\/strong>\u00bb) del rover MMX.<\/p>\n

A cosa serve la funzione up-righting?<\/h3>\n

Quando la sonda spaziale MMX sorvoler\u00e0 Fotos ad una altitudine molto bassa (circa 40 m), rilascer\u00e0 il rover cos\u00ec com’\u00e8, senza alcun sistema di protezione o frenaggio. Poich\u00e9 la gravit\u00e0 su Phobos \u00e8 estremamente debole, una caduta libera di 40 m equivale a una caduta di soli 6 cm sulla Terra<\/strong>.<\/p>\n

Il piccolo rover rimbalzer\u00e0 quindi sulla superficie, fino a stabilizzarsi in una posizione casuale<\/strong>. Una volta che il robot sar\u00e0 stabilizzato, verr\u00e0 attivata la funzione uprighting.<\/p>\n

Il robot eseguir\u00e0 questa operazione complessa in completa autonomia<\/strong>, poich\u00e9 il controllo remoto dalla Terra \u00e8 assolutamente impossibile per tutta la fase di atterraggio. Un altro vincolo \u00e8 che l’operazione dovr\u00e0 avvenire con una sola carica della batteria<\/strong>, poich\u00e9, i pannelli solari sono ovviamente ripiegati sul dorso del rover in questa fase.<\/p>\n

I motori dispiegheranno le lunghe gambe del robot (dotate di ruote alle estremit\u00e0), che saranno poi utilizzate come leve per farlo rotolare lungo il terreno<\/strong> in modo che si trovi finalmente nella sua posizione operativa, in piedi sulle sue quattro ruote.<\/p>\n

La sequenza di raddrizzamento (uprighting) \u00e8 stata progettata per funzionare indipendentemente dalla posizione in cui il robot si stabilizzer\u00e0<\/strong> sulla superficie di Fotos. Se dovesse trovarsi su un fianco, le zampe non avrebbero effetto leva. La sequenza include quindi una posizione chiamata \u00ab\u00a0paracadutista<\/strong>\u00ab\u00a0, in cui il rover ha le quattro gambe orientate verso l’alto. Questa posizione gli permette di capovolgersi, almeno parzialmente, a pancia in su. Una serie di movimenti successivi delle quattro gambe gli consente infine di ritornare in posizione.<\/p>\n

Una volta in posizione, i pannelli solari, che alimenteranno il robot durante tutta la sua missione, potranno essere dispiegati in totale sicurezza.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Un prototipo terrestre per testare e convalidare la funzione up-righting<\/h2>\n

Il prototipo utilizzato per effettuare i test e convalidare la funzione uprighting \u00e8 necessariamente diverso dal robot che sar\u00e0 inviato su Fobos.<\/p>\n

Infatti, la gravit\u00e0 di Fobos \u00e8 2000 volte pi\u00f9 debole<\/strong> di quella terrestre. Il vero rover, progettato per Fobos, rischierebbe di essere rapidamente distrutto<\/strong> se dovesse fare delle capriole sotto gravit\u00e0 terrestre. Il suo telaio in nido d’ape in fibra di carbonio e le sue sottili gambe (anche se realizzate in titanio) non sopporterebbero a lungo gli urti!<\/p>\n

Il modello terrestre \u00e8 robusto e non molto costoso rispetto al vero rover. Il suo telaio, praticamente infrangibile, \u00e8 realizzato in policarbonato<\/strong>. I suoi attuatori sono della marca Dynamixel<\/strong>, e sono robusti e caratterizzati da un’alta precisione.<\/p>\n

I punti di forza degli attuatori Dynamixel per il CNES<\/h3>\n

Questo progetto richiede motori con diversi tipi di controllo (in posizione o in velocit\u00e0<\/strong>). \u00c8 proprio ci\u00f2 che offrono nativamente gli attuatori Dynamixel, che incorporano controlli PID precisi e stabili.<\/p>\n\n

Allo stesso tempo offrono molteplici parametri di configurazione<\/strong>. \u00c8 ad esempio possibile limitare facilmente la coppia, il che \u00e8 importante per garantire la sicurezza degli operatori quando si utilizzano attuatori potenti come i Dynamixel-P<\/a><\/strong>. Per il dispiegamento delle gambe, la coppia degli attuatori \u00e8 stata limitata<\/strong> al 30% oltre il valore necessario per il raddrizzamento del robot.<\/p>\n

Un altro grande vantaggio degli attuatori Dynamixel per questa missione \u00e8 che possono essere controllati tramite un collegamento seriale UART<\/strong>. Lo stesso avverr\u00e0 anche per il robot che sar\u00e0 inviato su Fobos, che utilizza SpaceWire<\/strong>, rete di telecomunicazione storicamente basata sullo standard IEEE 1355 e oggi utilizzato in un gran numero di missioni spaziali<\/strong> da NASA, ESA e JAXA (l’agenzia spaziale giapponese).<\/p>\n

Ci\u00f2 consente di sviluppare codici informatici abbastanza simili per controllare i motori sia del modello di prova che del vero rover<\/strong>. Ad esempio, come il sistema di locomozione del DLR, i Dynamixel possono recuperare la velocit\u00e0 e la coppia istantanee a una frequenza di 10 Hz. Questo \u00e8 molto importante perch\u00e9 il monitoraggio continuo dello stato degli attuatori \u00e8 una funzione vitale dell’algoritmo di uprighting.<\/p>\n

Un altro vantaggio \u00e8 che tutti gli attuatori della gamma sono controllati allo stesso modo<\/strong>, il che consente di testare diversi modelli di attuatori<\/strong> con lo stesso codice informatico e quindi determinare rapidamente quale sia l’attuatore ottimale per una specifica applicazione.<\/p>\n

Durante le varie fasi del progetto, il team del CNES ha potuto cos\u00ec passare con facilit\u00e0 dagli attuatori MX-64<\/a><\/strong> utilizzati sul primo prototipo, alla gamma professionale Dynamixel-P (modello PH54-100-S500-R<\/a><\/strong>) per il modello definitivo.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Versione del prototipo con attuatori MX64-AR<\/p><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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\"Version<\/figure>

Versione del prototipo con attuatori PH54-100-S500-R<\/p><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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L’unico vincolo era quello di implementare una tabella di indirizzamento<\/strong> indicizzata negli attuatori Dynamixel-P, in modo che potessero essere controllati esattamente con lo stesso codice informatico dei Dynamixel MX o XM.<\/p>\n

Nella versione finale del modello, questa tabella di mappatura consente l\u2019utilizzo di catene miste<\/strong> tra gli attuatori Dynamixel delle ruote (serie XM) e i Dynamixel-P (ex Dynamixel Pro), utilizzati per il dispiegamento delle gambe.<\/p>\n

Per il software incorporato nel mock-up, il CNES ha scelto il linguaggio C<\/strong>, sempre per rimanere il pi\u00f9 vicino possibile al software del rover reale<\/strong>. Il C non \u00e8 necessariamente il modo pi\u00f9 semplice per pilotare gli attuatori Dynamixel, ma grazie al kit di sviluppo software (SDK<\/strong>) e alla documentazione<\/strong> fornita dal produttore ROBOTIS, \u00e8 comunque accessibile a uno sviluppatore C con qualche anno di esperienza.<\/p>\n\n

Selezione degli attuatori Dynamixel per il prototipo del rover MMX<\/h3>\n\n

Motorizzazione delle ruote: attuatori XM430-W210-R<\/h4>\n\n

=> Motivo della scelta:<\/strong> in questo caso, le dimensioni sono un fattore importante. Non \u00e8 necessario avere una coppia elevata o molta velocit\u00e0, ma servono attuatori compatti che possano essere posizionati all\u2019interno delle ruote.<\/p>\n

Dispiegamento delle gambe: attuatori MX-64AR, poi PH54-100-S500-R<\/h4>\n\n

=> Motivo della scelta:<\/strong> i primi test sono stati effettuati con i MX-64AR; ma in alcune situazioni un solo attuatore doveva sopportare tutto il peso del modello, risultando insufficiente in termini di coppia. Gli attuatori della gamma Dynamixel-P offrono invece una potenza ampiamente sufficiente in ogni situazione.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Attuatore XM430-W210-R<\/a><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Attuatore MX-64AR<\/a><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Attuatore PH54-100-S500-R<\/a><\/div><\/div><\/div>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t
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Contattaci per discutere del tuo progetto o per richiedere un preventivo<\/span><\/h2><\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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