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Progetto e Realizzazione di un Robot a Cinematica Parallela per Applicazioni Mediche - PowerPoint PPT Presentation


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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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Presentation Transcript

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”

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


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



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


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


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


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


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*


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


Progettazione

ASSE LINEARE


Progettazione

ASSE LINEARE

MAGNETI PERMANENTI

(SECONDARIO)


Progettazione

ASSE LINEARE

PRIMARIO


Progettazione

ASSE LINEARE

GUIDE LINEARI

CARRELLI A

RICIRCOLO DI SFERE


Progettazione

ASSE LINEARE


Progettazione

ASSE LINEARE

FRENO


Progettazione

ASSE LINEARE

  • RIGA OTTICA

  • amax :50 m/s2

  • Vmax :2 m/s

  • Accuratezza :5 mm


Progettazione

ASSE LINEARE

ASSORBITORI DINAMICI


Progettazione

ASSE LINEARE

ASSE LINEARE COMPLETO

SOFFIETTO

CATENA

PORTA CAVI


Progettazione

PIASTRA DI

RIFERIMENTO

TELAIO


Progettazione

LASER

SENSORE

MONTAGGIO ASSI LINEARI


Progettazione

MONTAGGIO POLSO

  • ampie rotazioni

  • gdl ridondanti

  • movimenti coordinati


Realizzazione

IMPIANTO ELETTRICO

  • Impianto di potenza

  • Controllore

  • Convertitori motori polso

  • I/O PLC gestione emergenze

  • Convertitori motori lineari

  • Interfaccia operatore


CHEOPE

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http://robotics.ing.unibs.it/pagine/pkm/cheope.wmv


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