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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA

DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO.

ANNO ACCADEMICO 2004/2005

Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based”

Dottorando: Paolo Pascutto1

Tutore: prof. Aldo Rossi2

Co-turore: prof. Paolo Gallina1

1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; pgallina@units.it Tel: +39 (040) 558 2540.pascutto@libero.it

2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova

2

Controlli Non Time BasedNON Time based controllers:

xd=xd(l)

Pianificazione traiettoria rispetto ad una variabile l (non rispetto al tempo) che dipende dalle grandezze rilevanti per il task da compiere

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Teoria del DRC(Delayed Reference Control)

( ) ( )d d dx x l x t T= = −

T= Time delay = f(forza di interazione Fc)

0

( )t

cT F t dtα= ∫ a influenza forza di equilibrio

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PD controlled system

uPD

xPlanner Plant

Interactionmodel

xd

x

t e+ -

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PD controlled system + DRC block

Plant

DRC BlockpF

uPD

xPlanner

Interactionmodel

xd

x

t e+ -+ -

T

T

t-T

Interazione: FcT ritarda il segnale di

riferimento xd

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Effetti del DRC(Dipendono dal tipo di interazione robot-ambiente)

c

c

Fc dipende dalla posizione: Fc =Fc(x)CASO 1

Fc dipende dalla velocità : Fc =Fc( )CASO 2

x&

Interazione: Fc

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Indice

Machining- Taglio EPS

interazione

“viscosa”

Analisi del DRC

interazione

“elastica”

Rehabilitattion

- Prototipo 2gdl

- Registrazione Terapia

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Interazione “elastica”

Rehabilitattion

- Prototipo 2gdl

- Registrazione Terapia

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Effetto del DRCInterazione elastica

1cF α=

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

1

2

3

4

5

6

7

8

Time [s ]

t-T, T [s]

t-TT

t

T

xd,x

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Time [s ]

Contact Force [N]

t

Fc

c

xd(t-T)= b(t-T)

Contatto

1cF α=

x

Durante il contatto

- T cresce

- xd(t-T) = costante

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Applicazione: prototipo macchina per riabilitazione, 2gdl

- Per la riabilitazione del braccio

- A fili (senso di restrizione ridotto)

- DRC (limitare la forza applicata al paziente)

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Pianificazione della Traiettoria:-Memorizzazione xA, yB nelle diverse posizioni-Memorizzazione FA, FB nelle diverse posizioni

- Interpolazione cubica posizioni (xA, xB)- Interpolazione lineare forze (FA, FB)

A B

tP1 P2 P1

F(t)x(t)

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Risultati:

-Test preliminari condotti in collaborazione con la scuola di fisioterapia di Trieste

-Risultati incoraggianti

Sviluppi:- Test clinici su pazienti

- Sistema di registrazione delle terapie

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Sistema per registrazione delle terapie riabilitative

Motivazioni

Acquisire dati numerici delle fisioterapie: possibilità di registrare forze e posizione degli arti.

Strumenti

2 sensori a 6dof Polhemus

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Sistema per registrazione delle terapie riabilitative

15

Sistema per registrazione delle terapie riabilitative

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Interazione “viscosa”

Machining

- Taglio EPS

- Sviluppi Futuri: DVRC

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Applicazione DRC: taglio di EPSEPS

Archetto Hotwire

Applicazioni:

-Produzione di contenitori

-Tecniche di prototipazione rapida

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EPS Hotwire Cutting

La qualità della superficie dipende da:

-Geometria del filo, lunghezza, tensione, materiale, temperatura

- Spessore EPS

-Velocità di avanzamento dell’utensile

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EPS Hotwire Cutting

Velocità troppo alta

Esiste Forza di taglio ottima Esiste una velocità ottima

Velocità troppo bassa

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Force – Velocity relationship

Forza “ottima”

Velocità critica

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Schema del Test Setup

Esperimenti: filo caldo mosso verso il materiale con velocità pianificata

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Test Setup

T

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Effetto del DRC

velocità pianificata- Moto libero:

- Fase di taglio:

DRC limita la forza di taglio

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Test SperimentaliMatlab - Simulink

α

taglio

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Difetto :- La forza di quilibrio dipende da a e dai parametri che

identificano la relazione F-v.

Sviluppi Futuri:

- Studio di un DRC che consente di settare la forza di equilibriocon un solo parametro, indipendentemente dalla relazione F-v

(DVRC ?)

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Papers

L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Delayed Reference Control (DRC) applied torobotic interaction tasks”, IASME 2004, Udine

L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Force control systems for robot-assisted rehabilitation”, ROBTEP 2004, VyšnéRužbachy, 19. - 21. 5. 2004

P. Gallina, P. Pascutto, R. Mosca, “OPTIMIZED HOTWIRE CUTTING ROBOTIC SYSTEM FOR EXPANDABLE POLYSTYRENE FOAM”, AMST’05, Udine.

P. Pascutto, P. Gallina, L. Bregant, "Implementation of a DRC (Delayed Reference Control) for Robot-Assisted Rehabilitation", IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering

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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA

DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO.

ANNO ACCADEMICO 2004/2005

Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based”

Dottorando: Paolo Pascutto1

Tutore: prof. Aldo Rossi2

Co-turore: prof. Paolo Gallina1

1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; pgallina@units.it Tel: +39 (040) 558 2540.pascutto@libero.it

2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova