Studio e realizzazione di un joystick retroazionato in controllo di forza

È stato affrontato il problema del comando di organi meccanici con la necessità di avere una elevata sensibilità dell’operazione, in particolare quando i volumi dello spazio di lavoro tra il comando e l’end-effector differiscono grandemente. Dapprima sono stati analizzati i sistemi esistenti e, considerando i limiti intrinseci, è stato definito un nuovo metodo di controllo, in cui il comando avviene misurando la forza esercitata dall’operatore e la retroazione avviene sulla posizione dell’end-effector.
Le configurazioni possibili del modello ideato e la sua realizzabilità sono state studiate con Simulink di Matlab.

Per verificarne l’efficacia è stato progettato e realizzato il prototipo di un joystick ad un solo asse, pensato per l’eventuale impiego nel comando di cilindri idraulici, per esempio in una macchina escavatrice.

I componenti principali sono un torsiometro per la rilevazione della forza esercitata dall’operatore, e un azionamento costituito da un motoriduttore in corrente continua accoppiato ad un encoder per la lettura della posizione. Il controllo è effettuato da un microcontrollore ad 8 bit. Le caratteristiche principali sono una forza massima nominale sulla leva di 20 N ed una corsa utile di 30 cm su un arco di ±60°.

L’ambiente esterno e l’interazione dell’attuatore con esso sono stati simulati tramite un PC dotato di una scheda di acquisizione, programmato in linguaggio Visual Basic 6.0.
Sono stati implementati due diversi tipi di controllo e di attuatori, uno in controllo di velocità, tipico sei sistemi idraulici, e l’altro in controllo di forza, come nel caso degli azionamenti elettrici.

Le caratteristiche dell’hardware a disposizione hanno posto il problema di adattare il modello di funzionamento ad un sistema con ritardo, fornendo, di conseguenza, lo spunto per un eventuale utilizzo nei sistemi di teleoperazione.