Development of a portable robotic arm for a demining robot.

Abstract

Nesta dissertação, um novo braço robótico móvel de 4 graus de liberdade foi desenvolvido para fins humanitários. O braço, embora seja usado principalmente numa plataforma de robô com rodas antiderrapantes, o design é flexível e pode ser facilmente montado em outros robôs com molduras diferentes, mudando apenas placa de base se necessário. O braço proposto consiste em um sistema acionado por fios, mantendo os motores afastados do detector de metais e, portanto, diminuindo o erro das leituras. Esta dissertação, também discute o braço robótico atualmente em uso e lista as suas limitações. O braço robótico será completamente montado e testado num futuro próximo.Os principais desafios na construção de um braço robótico de remoção de minas é a sua capacidade de colidir com um obstáculo e manter flexibilidade para não danificar nenhum componente, e a capacidade de controlar os graus de liberdade no detector de metais sem ter componentes metálicas perto do detector. A importância de ter mais do que dois DoFs controláveis ​​foi considerada crucial nos robôs de remoção de minas para terrenos não regulares, portanto, os esforços futuros devem ser feitos para implementar mecanismos similares ao apresentado neste trabalho em todos os robôs de remoção de minas.Os mecanismos conduzidos por fio tem suas vantagens, são flexível, barato e leve no entanto, mantê-los protegidos, guiados e esticados para alcançar alto desempenho pode ser desafiante em muitos casos.A redução de peso total do braço foi de 55%, pesando agora aproximadamente 9 Kgs, o que é drástico e aumentará a eficiência do Husky. Mais investimentos poderiam ser feitos para reduzir o peso ainda mais, como otimizar o material utilizado nas chapas.Depois de construir e testar o braço, de acordo com os resultados, poderia ser estudado a necessidade de implementar o 5º grau de liberdade no detector de metais, o que implicaria uma nova junta de esfera no detector de metais e um novo sistema de fio conduzido. Além disso, ainda há espaço para melhorar a qualidade de alguns dos componentes do braço, como as juntas e os links de plástico.

In this thesis, a new portable 4 degrees of freedom robotic arm was developed for humanitarian purposes. The arm, although to be mainly used on an existing skid-steered wheeled robot platform, the design is flexible and can be easily mounted on other robots with different frames, by changing the base plate. The proposed arm consists of a wire-driven system, keeping the motors away from the metal detector, hence distorting demining operations least. This thesis, also discusses the robotic arm currently in use, and lists its limitations. The robotic arm will completely assembled and tested in the near future.The major challenges in building a robotic demining arm is adding compliance and keeping the arm metal free. Compliance helps to protect the arm from any harm due to collisions with obstacles or the surface. Metal, when close to the metal detector, interferes with its functioning, reducing its sensitivity, and even making it blind to landmines. Therefore the mechanisms have to be flexible and the joints close to the metal detector should not have metals attached or surrounding them. It is important for the metal detector carrying arm to have more than two controllable DoFs, especially if it is going to be used on non-flat terrains. Therefore, future efforts should be made to implement similar mechanisms to the one presented in this work in all demining robots.The wire driven mechanism has several advantages. It is flexible, cheap and light. However keeping the wires protected, guided and stretched to achieve high performance can certainly be a complex task. The new arm weighs 45% of the existing arm, weighting approximately 9 Kgs. This is drastic decrease in weight and it will boost the energy efficiency of the robot, extending its battery life as well as decreasing wear. Further improvements to the weight are still possible, and these could be achieved by optimizing the material used in the sheets and other components.After building and testing the arm, the need to implement a 5th degree of freedom in the pitch axis of the metal detector may arise. This can be achieved by introducing a new joint or replacing the final joint with a ball joint. This would also require some changes in the wire drive mechanism. Quality of the arm could be improved by improving the 3D printing process, using stronger materials with a more professional 3D printer.