Σχεδιασμός και Κατασκευή ενός χαμηλού κόστους Αισθητήρα δύναμης/ροπής τριών βαθμών ελευθερίας

Δρακάκης, Γεώργιος; Drakakis, Georgios

dc.contributor.author	Δρακάκης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Drakakis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2022-12-08T09:02:00Z
dc.date.available	2022-12-08T09:02:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56373
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24071
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αλληλεπίδραση ανθρώπου-ρομπότ	el
dc.subject	Αισθητήρας δύναμης/ροπής	el
dc.subject	Χαμηλού κόστους αισθητήρας	el
dc.subject	Τριών βαθμών ελευθερίας	el
dc.subject	Μηκυνσιόμετρα	el
dc.subject	HRI	en
dc.subject	Force/torque Sensor	el
dc.subject	Low-cost Sensor	el
dc.subject	3 degree-of-freedom	el
dc.subject	Load Cells	el
dc.title	Σχεδιασμός και Κατασκευή ενός χαμηλού κόστους Αισθητήρα δύναμης/ροπής τριών βαθμών ελευθερίας	el
dc.title	Design and Construction of a low-cost three degree-of-freedom force/torque Sensor	en
dc.contributor.department	Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών & Αυτομάτου Ελέγχου.Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών & Εγκαταστάσεων.	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Sensors	en
heal.classification	Αισθητήρες	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-07-12
heal.abstract	Force sensing is essential for many manipulation tasks and in general for all robots that physically interact with their environment. Multi-axis force/torque sensors are readily available commercially, but their cost and complexity have so far limited the widespread development of Human-Robot Interaction in the field of robotics. This is because conventional sensors are usually overdesigned to measure human force inputs. For this reason, a large part of the research studies has focused on the search for solutions that will reduce the cost of sensors and provide alternatives for various applications on HRI. As we will see later, solutions have been proposed both in the design of the sensors and in the selection of the transducer (photointerrupters, strain gauges, etc.). This thesis presents the design and construction of a sensor of three degrees-of-freedom to reduce costs and its suitability for a specific application described below. In the beginning, the problem and the main difficulties are identified. After various proposals, the two most prevalent alternatives were examined based on cost, complexity, robustness, etc., and finally, the use of four load cells in a cross structure was chosen. A 3D-printed prototype was made to verify the design and then the sensor from aluminum. Then the main errors of the sensors were reported and analyzed (Hysteresis, Creep, Coupling error). This was followed by the calibration of both sensors and a comparison between them. For the aluminum sensor, some experiments and tests were performed for its characteristics and accuracy, which are presented in diagrams in the next chapter. In addition, design improvements of the two most prevalent alternatives have been proposed and finally, the construction drawings of both sensors are listed in Appendix.	en
heal.abstract	Η ανίχνευση της δύναμης είναι απαραίτητη για πολλές εργασίες χειρισμού και γενικότερα για όλα τα ρομπότ που αλληλοεπιδρούν με το περιβάλλον τους. Οι αισθητήρες δύναμης/ροπής πολλαπλών αξόνων είναι άμεσα διαθέσιμοι εμπορικά, όμως το κόστος και η πολυπλοκότητά τους έχουν περιορίσει μέχρι στιγμής την ευρεία ανάπτυξη στον τομέα της ρομποτικής που αφορά την αλληλεπίδραση Ανθρώπου-Ρομπότ (Human-Robot Interaction). Αυτό συμβαίνει γιατί συνήθως οι συμβατικοί αισθητήρες είναι πολύ μεγαλύτερων απαιτήσεων από αυτές που χρειάζονται για την μέτρηση ανθρώπινης δύναμης. Για τον λόγο αυτό, ένα μεγάλο κομμάτι των ερευνητικών μελετών έχει στραφεί στην αναζήτηση λύσεων, που θα μειώσουν το κόστος των αισθητήρων και θα παρέχουν εναλλακτικές για διάφορες εφαρμογές πάνω στο HRI. Όπως θα δούμε και στη συνέχεια έχουν προταθεί λύσεις τόσο στον σχεδιασμό των αισθητήρων όσο και στην επιλογή του μετατροπέα (φωτοδιακόπτες, μηκυνσιόμετρα κ.α). Σε αυτήν την διπλωματική εργασία παρουσιάζεται ο σχεδιασμός και η κατασκευή ενός αισθητήρα τριών βαθμών ελευθερίας με στόχο το μειωμένο κόστος αλλά και την καταλληλόλητά του για μια συγκεκριμένη εφαρμογή που περιγράφεται παρακάτω. Στην αρχή γίνεται αναγνώριση του προβλήματος και των κύριων δυσκολιών. Μετά από διάφορες προτάσεις εξετάστηκαν οι δύο επικρατέστερες ενναλακτικές με βάση το κόστος, την πολυπλοκότητα, την στιβαρότητα κ.α. και τελικά επιλέχθηκε η χρήση τεσσάρων Load cells σε διάταξη σταυ-ρού. Κατασκευάστηκε ένα πρωτότυπο από 3D Printer για επαλήθευση του σχεδιασμού και στη συνέχεια ο αισθητήρας από αλουμίνιο. Στη συνέχεια έγινε αναφορά και ανάλυση των κύριων σφαλμάτων των αισθητήρων (Υστέρηση, Ερπυσμός, Σφάλμα σύζευξης). Ακολούθησε η βαθμονόμηση και των δύο αισθητήρων και έγινε σύγκριση μεταξύ αυτών. Για τον αισθητήρα από αλουμίνιο έγιναν κάποια πειράματα και έλεγχοι για τα χαρακτηριστικά και την ακρίβειά του, που παρουσιάζονται με διαγράμματα σε επόμενο κεφάλαιο. Επιπλέον προτάθηκαν βελτιώσεις σχεδιασμού των δύο επικρατέστερων εναλλακτικών και τέλος παρατίθενται σε παράρτημα τα κατασκευαστικά σχέδια και των δύο αισθητήρων.	el
heal.advisorName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Kyriakopoulos, Konstantinos	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	67 σ.
heal.fullTextAvailability	false