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Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche

Università degli Studi di Brescia Facoltà di Ingegneria Corso di Dottorato in Meccanica Applicata XVII Ciclo. Presentazione finale di Diego Tosi. Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche. Specifiche di progetto. Progetti “ METAFORE ” e “RIME”.

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Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche

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Presentation Transcript

  1. Università degli Studi di Brescia Facoltà di Ingegneria Corso di Dottorato in Meccanica Applicata XVII Ciclo Presentazione finale di Diego Tosi Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche

  2. Specifiche di progetto Progetti “METAFORE” e “RIME” Robot medici • analisi dello stato dell’arte* • prototipo di robot per il fissaggio di viti peduncolari • spazio di lavoro: 400x400x300 mm • inclinazione punta: +\- 40° • velocità • accelerazione *Tesi di laurea di D. Martini “Catalogazione Comparata di Robot per Applicazioni medicali”, A.A. 2001/2002

  3. Struttura cinematica ibrida parte seriale • 3 gradi di libertà • 2 rot. + 1 trasl. giunti sferici giunto prismatico parte parallela • base moveable points • modulare • 4 assi lineari • riconfigurabile • 3 o 4 gradi di libertà • ridondante

  4. Riconfigurabilità

  5. Riconfigurabilità 4 g.d.l. 3 g.d.l. rid. 3 g.d.l. • 7 bielle su 4 motori • 3 gdl iperstatica • 4° motore controllato in forza • recupero dei giochi • 6 bielle su 4 motori • 4 gdl • 3 traslaz.+1 rotaz. • 6 bielle su 3 motori • 3 gdl • solo traslazioni • asse rotaz. fisso

  6. Analisi struttura parallela Inversa posizione piattaforma posizioni motori 3 gdl e 4 gdl: risolta in forma chiusa • Chiusura vettoriale Diretta posizioni motori posizione piattaforma 3 gdl: risolta in forma chiusa 4 gdl: risolta numericamente • Geometria solida • Algebra matriciale • Equazione trascendente (8° grado) • Soluzione approssimata • Newton-Raphson su 2 equazioni STUDIO CINEMATICO: POSIZIONI

  7. Analisi struttura parallela dQ spostamento motori J matrice jacobiana dS spostamento e rotaz. piattaforma FS forze e coppie sulla piattaforma K matrice di rigidezza • indici di cedevolezza separati* • indici di isotropia globali* *I. Fassi, G Legnani., Tosi D.,Kineto-Static Indexes for the Isotopic Design of Parallel Mechanisms, 33rd ISR October 7-11,2002 MAPPATURA INDICI DI PRESTAZIONE

  8. Analisi struttura parallela STUDIO DINAMICO 4 gdl • 3 e 4 gdl • corpi rigidi • massa delle bielle • scelta degli attuatori lineari • modello dell’attrito 3 & 4 gdl l - - Z=0.75[m] 4 gdl 3 gdl 4.00 SPAZIO DI LAVORO 3.00 0.3 2.80 7° biella 0.2 2.00 0.1 Y [m] 1.80 0 ~ inclinazione piattaforma max e min 600x600x250 oppure 500x500x400 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 X [m] Frid 2÷3F esterna applicata CONFIGURAZIONI SINGOLARI RECUPERO DEI GIOCHI

  9. Calibrazione struttura parallela • modello 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 CALIBRAZIONE CON SENSORI A FILO* valori singolari SVD posa della piattaforma soglia parametri geometrici *D. Tosi, G. Legnani, Calibration of a Parallel-Serial Hybrid Redundant Manipulator, Proc. ofISR 2003, Chicago, 2-5 June 2003 *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 ELIMINAZIONE DEI PARAMETRI TRAMITE SVD*

  10. Progettazione Progetto finale • Assi lineari • Telaio • Piattaforma • Polso seriale Studi preliminari 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

  11. Progettazione ASSE LINEARE

  12. Progettazione ASSE LINEARE MAGNETI PERMANENTI (SECONDARIO)

  13. Progettazione ASSE LINEARE PRIMARIO

  14. Progettazione ASSE LINEARE GUIDE LINEARI CARRELLI A RICIRCOLO DI SFERE

  15. Progettazione ASSE LINEARE

  16. Progettazione ASSE LINEARE FRENO

  17. Progettazione ASSE LINEARE • RIGA OTTICA • amax :50 m/s2 • Vmax :2 m/s • Accuratezza :5 mm

  18. Progettazione ASSE LINEARE ASSORBITORI DINAMICI

  19. Progettazione ASSE LINEARE ASSE LINEARE COMPLETO SOFFIETTO CATENA PORTA CAVI

  20. Progettazione PIASTRA DI RIFERIMENTO TELAIO

  21. Progettazione LASER SENSORE MONTAGGIO ASSI LINEARI

  22. Progettazione MONTAGGIO POLSO • ampie rotazioni • gdl ridondanti • movimenti coordinati

  23. Realizzazione IMPIANTO ELETTRICO • Impianto di potenza • Controllore • Convertitori motori polso • I/O PLC gestione emergenze • Convertitori motori lineari • Interfaccia operatore

  24. CHEOPE Scarica il filmato: http://robotics.ing.unibs.it/pagine/pkm/cheope.wmv

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