Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche Università...
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Progetto e Realizzazione di un Robot a Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Cinematica Parallela per Applicazioni
MedicheMediche
Università degli Studi di Brescia Facoltà di IngegneriaUniversità degli Studi di Brescia Facoltà di IngegneriaCorso di Dottorato in Meccanica Applicata XVII CicloCorso di Dottorato in Meccanica Applicata XVII Ciclo
Presentazione finale di Presentazione finale di Diego TosiDiego Tosi
ProgettiProgetti “METAFOREMETAFORE” e “RIME”
Specifiche di progettoSpecifiche di progettoRobot mediciRobot medici
analisi dello stato dell’arte*
prototipo di robot per il fissaggio di viti peduncolari
spazio di lavoro: 400x400x300 mminclinazione punta: +\- 40°velocitàaccelerazione
**Tesi di laurea di D. MartiniTesi di laurea di D. Martini “ “Catalogazione Comparata di Robot per Applicazioni medicaliCatalogazione Comparata di Robot per Applicazioni medicali”, A.A. 2001/2002”, A.A. 2001/2002
Struttura cinematica ibridaStruttura cinematica ibrida
parte parallelaparte parallelabase moveable pointsmodulare4 assi lineaririconfigurabile3 o 4 gradi di libertàridondante
parte serialeparte seriale3 gradi di libertà2 rot. + 1 trasl.
giunto prismaticogiunto prismatico
giunti sfericigiunti sferici
RiconfigurabilitàRiconfigurabilità
RiconfigurabilitàRiconfigurabilità
asse rotaz. fisso
6 bielle su 3 motori3 gdlsolo traslazioni
3 3 g.d.l.g.d.l.
6 bielle su 4 motori4 gdl3 traslaz.+1 rotaz.
4 4 g.d.l.g.d.l.
7 bielle su 4 motori3 gdl iperstatica4° motore controllato in forzarecupero dei giochi
3 g.d.l. rid.3 g.d.l. rid.
STUDIO CINEMATICO: POSIZIONISTUDIO CINEMATICO: POSIZIONIAnalisi struttura parallelaAnalisi struttura parallela
3 gdl: risolta in forma chiusa
Geometria solidaAlgebra matriciale
4 gdl: risolta numericamente
Equazione trascendente (8° grado)Soluzione approssimataNewton-Raphson su 2 equazioni
InversaInversaposizioni motoriposizioni motoriposizione piattaformaposizione piattaforma
Chiusura vettoriale
3 gdl e 4 gdl: risolta in forma chiusa
DirettaDirettaposizioni motoriposizioni motori posizione piattaformaposizione piattaforma
dSdS spostamento e rotaz. piattaforma spostamento e rotaz. piattaforma
dQdQ spostamento motori spostamento motoriJdSdQ JJ matrice jacobiana matrice jacobiana
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
X [m]
Y[m]
che2-s.min-Z=1.3[m]
+0.4e0
+0.5e0
+0.6e0
+0.7e0
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
X [m]
Y[m]
che2-det-Z=0.85[m]
+0.8e0
+1.0e0
+1.2e0
+1.4e0
-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
X [m]
Y[m]
che2-s.min-Z=1[m]
+0.6e0
+0.8e0
+1.0e0
MAPPATURA INDICI DI PRESTAZIONE MAPPATURA INDICI DI PRESTAZIONE Analisi struttura parallelaAnalisi struttura parallela
)()(
)det()(
max
minJJ
JJcond
SKFdS FFSS forze e coppie sulla piattaforma forze e coppie sulla piattaforma
KK matrice di rigidezza matrice di rigidezza
CCCF
FCFF
JJJJ
K
indici di isotropia globali*
maxminmaxmin
maxmaxmaxmax
CJFJ
CJFJc
FCFF
FCFFf
maxminmaxmin
maxmaxmaxmax
FJCJ
FJCJc
CFCC
CFCCc
indici di cedevolezza separati*
FFFF JC CCCC JC FCFC JC
**I. Fassi, G Legnani., Tosi D., Kineto-Static Indexes for the Isotopic Design of Parallel Mechanisms, 33rd ISR October 7-11,2002
3 & 4 3 & 4 gdlgdl
4 gdl
CONFIGURAZIONI SINGOLARI CONFIGURAZIONI SINGOLARI
Analisi struttura parallelaAnalisi struttura parallela
SPAZIO DI LAVORO SPAZIO DI LAVORO
STUDIO DINAMICOSTUDIO DINAMICO3 e 4 gdlcorpi rigidimassa delle bielle scelta degli attuatori linearimodello dell’attrito
0)()( enppmm FJPqJMJqJMJMF TTT
3 gdl3 gdl
600x600x250600x600x250oppure oppure
500x500x400 500x500x400
inclinazione inclinazione piattaformapiattaforma
max e min max e min
4 gdl4 gdlRECUPERO DEI GIOCHI RECUPERO DEI GIOCHI
-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
X [m]
Y [
m]
-- Z=0.75[m]
1.80
2.002.80
3.004.00
FFrid rid 22÷3÷3FF esterna applicata esterna applicata~
7° biella
Calibrazione struttura parallelaCalibrazione struttura parallelamodello parametrico M.C.P.C. 48 parametri di cui 36 interni
sensori interni ed esterni inclinometri, ecoder sui giunti cardanici, 4° asse trascinato
simulazione di calibrazione
ELIMINAZIONE DEI PARAMETRI TRAMITE ELIMINAZIONE DEI PARAMETRI TRAMITE SVDSVD**
**D. Tosi, G. Legnani, Calibration of a Parallel-Serial Hybrid Redundant Manipulator, Proc. of ISR 2003, Chicago, 2-5 June 2003
LJLL
SS Si
ii
parametri geometrici
posa dellapiattaforma
L
J
JJ
S
SS
sn
s
s
n
2
1
2
1 valori singolari
soglia
SVDSVD
CALIBRAZIONE CON CALIBRAZIONE CON SENSORI A FILO*SENSORI A FILO*
**G. Legnani, D. Tosi, G. Gritti, Optimization of a low-cost wire sensor based calibration procedure for industrial robots, Proc. of ISR 2004, Paris 23-26/3/04
ProgettazioneProgettazione
Assi lineari
Telaio
Piattaforma
Polso seriale
Studi preliminariStudi preliminariProgetto finaleProgetto finale
H. Giberti, P. Righettini, D. Tosi, G. Legnani, R. Adamini, Progerro di “CHEOPE”: un manipolatore ridondante ibrido palallelo-seriale, Proc. of AIMETA 2003, Ferrara 9-12 Sept. 2003
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
MAGNETI PERMANENTIMAGNETI PERMANENTI(SECONDARIO)(SECONDARIO)
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
PRIMARIOPRIMARIO
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
GUIDE LINEARI
CARRELLI ARICIRCOLO DI SFERE
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
FRENOFRENO
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
RIGA OTTICA• aamax max :: 50 m/s50 m/s22 • VVmax max :: 2 m/s 2 m/s • Accuratezza :Accuratezza : 5 5 mm
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
ASSORBITORI DINAMICIASSORBITORI DINAMICI
ProgettazioneProgettazioneASSE LINEARE ASSE LINEARE
CATENA CATENA PORTA CAVIPORTA CAVI
ASSE LINEARE COMPLETOASSE LINEARE COMPLETO
SOFFIETTOSOFFIETTO
ProgettazioneProgettazioneTELAIO TELAIO
PIASTRA DI RIFERIMENTO
LASER
ProgettazioneProgettazioneMONTAGGIO ASSI LINEARI MONTAGGIO ASSI LINEARI
SENSORE
ProgettazioneProgettazioneMONTAGGIO POLSOMONTAGGIO POLSO
ampie rotazionigdl ridondantimovimenti coordinati
Impianto di potenzaImpianto di potenzaControlloreControlloreConvertitori motori polsoConvertitori motori polsoI/O PLC gestione emergenzeI/O PLC gestione emergenzeConvertitori motori lineariConvertitori motori lineariInterfaccia operatoreInterfaccia operatore
RealizzazioneRealizzazioneIMPIANTO ELETTRICOIMPIANTO ELETTRICO
CHEOPECHEOPE
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http://robotics.ing.unibs.it/pagine/pkm/cheope.wmv