Dove si trovano i sensori
Un robot umanoide è una catena di attuatori elettrici che porta il proprio peso. Ogni giunto deve conoscere la sua posizione, la coppia che eroga e la sua temperatura; piedi e polsi devono conoscere le forze al contatto; la batteria deve conoscere la temperatura delle celle. La posizione viene dagli encoder e l’assetto da un’unità di misura inerziale, entrambi dispositivi digitali con una propria elaborazione. Il resto sono misure analogiche classiche: ponti estensimetrici e termoresistenze, la stessa fisica di una bilancia o di una protezione motore, in uno spazio molto più piccolo.
Coppia e forza: ponti estensimetrici
I torsiometri dei giunti e i sensori forza/coppia a sei assi sono corpi elastici con estensimetri collegati a ponte di Wheatstone. La loro uscita si specifica come per una cella di carico: millivolt di segnale per volt di alimentazione al carico nominale. Un ponte da 2 mV/V alimentato a 5 V dà 10 mV a fondo scala; un giunto al 30 % della coppia nominale produce quindi 3 mV, e un millesimo del fondo scala vale 10 µV. Per questo amplificatore e convertitore stanno dentro il sensore o subito accanto: un segnale di questa entità non sopravvive al passaggio in un cablaggio in movimento accanto alle fasi del motore.
Il calcolatore per celle di carico fa questo conto per qualsiasi sensibilità, alimentazione e carico. Il calcolatore per ponti estensimetrici fa un passo indietro, dalla deformazione degli estensimetri all’uscita del ponte, e il calcolatore di risoluzione ADC mostra cosa può risolvere il convertitore dietro il ponte: con 18 bit senza rumore e guadagno 128, un segnale di 10 mV per 100 N viene risolto a circa 0,0015 N. Tratta un ponte alla volta. La matrice che separa le sei componenti di un sensore forza/coppia ed elimina la diafonia deriva dalla taratura del costruttore e non può essere riprodotta da un calcolatore generico.
Dove si trova il torsiometro conta quanto la sua sensibilità. Misurato sul lato uscita del riduttore, il segnale comprende ciò che il segmento eroga davvero; misurato sul lato motore, attrito e gioco del riduttore si interpongono tra sensore e carico.
Temperatura: avvolgimenti e celle
Gli avvolgimenti dei motori sono protetti da un sensore annegato nello statore, di solito un termistore NTC o una PT1000. Entrambi si leggono come resistenza. Un comune termistore da 10 kΩ, β = 3950 K, scende a circa 1270 Ω a 80 °C e a 698 Ω a 100 °C secondo il modello Beta; una PT1000 legge 1460,68 Ω a 120 °C. Il calcolatore per termistori NTC e il calcolatore PT100 / PT1000 convertono nei due sensi.
La scelta tra i due dipende anche dal cablaggio. In un arto il sensore è di solito collegato con due fili sottili, la cui resistenza si somma alla lettura. Con 3 m di rame da 0,205 mm² (AWG 24), una PT1000 a due fili legge circa 0,13 °C in più a 80 °C; una PT100 sugli stessi fili circa 1,3 °C in più, dieci volte peggio, perché la sua resistenza cambia dieci volte meno per grado. Il calcolatore dell’errore dei cavi RTD lo mostra per qualsiasi lunghezza e sezione. Un termistore da 10 kΩ è ancora meno sensibile alla resistenza dei cavi, al prezzo di una curva fortemente non lineare e di una maggiore dispersione tra esemplari.
I pacchi batteria usano gli stessi termistori da 10 kΩ su celle e barre. Il valore Beta varia tra componenti (3435 K e 3950 K sono entrambi diffusi), e usare quello sbagliato sposta la lettura di diversi gradi lontano da 25 °C; ricavatelo quindi dal datasheet del componente montato.
Cosa un calcolatore non può dire
I numeri sopra sono conversioni a livello di sensore. Non dicono nulla della dinamica che rende difficili queste misure in un robot: banda dell’anello di coppia, ritardo termico tra avvolgimento e sensore, deriva termica di un ponte estensimetrico o fusione dei dati di encoder e inerziali. Per encoder, unità inerziali, pelli tattili e visione questo sito non ha strumenti.
La tenuta merita una verifica a parte. Un attuatore o un connettore IP67 ha superato una prova di immersione temporanea, che da sola non comprende le prove a getto d’acqua di IP65 e IP66; il decodificatore del grado IP spiega quale grado copre cosa.
Aggiornato il 11 ottobre 2026