Prototipazione virtuale di un manipolatore parallelo a 2 g.d.l. per applicazioni di disegno automatico

This work addresses the virtual prototyping of a two-degree-of-freedom (2\text{-DoF}) planar manipulator. The development of the model within the Simscape-Simulink environment was established based on the analysis of the geometric, dimensional, and mass characteristics of the components, aiming to achieve an accurate digital replica. Prior to solving the inverse kinematics, the workspace and the structural limits of the system arising from the kinematic singularities of the links were defined. To enable the manipulator to track geometric profiles and characters, a dedicated MATLAB script was implemented for generating linear, circular, and alphanumeric trajectories. This procedure, based on the discretization of Cartesian coordinate vectors and the application of kinematic relationships, allows for the derivation of the reference angular profiles for the motorized joints. The system dynamics are regulated by a PID control algorithm that receives the position reference as input and defines the actuation torques required to track the desired profile. The numerical simulations performed confirmed the effectiveness of the tuned control strategy, showing a high correspondence of the dynamic behavior with the expected data and outlining its operational limits. Indeed, the trajectory tracking error is on the order of a tenth of a millimeter, a deviation fully compatible with the specifications required for precision drawing applications.

Il presente lavoro riguarda la prototipazione virtuale di un manipolatore planare a due gradi di libertà (2 g.d.l.). Lo sviluppo del modello in ambiente Simscape-Simulink è stato impostato a partire dall'analisi delle caratteristiche geometriche, dimensionali e massive dei componenti, al fine di ottenerne un'accurata replica digitale. Previamente alla risoluzione della cinematica inversa, sono stati definiti lo spazio di lavoro e i limiti strutturali del sistema derivanti dalle singolarità cinematiche dei bracci. Per consentire al manipolatore il tracciamento di profili geometrici e caratteri, è stato implementato uno script MATLAB dedicato alla generazione di traiettorie lineari, circolari e alfanumeriche. Tale procedura, basata sulla discretizzazione dei vettori di coordinate cartesiane e sull'applicazione delle relazioni cinematiche, permette di ricavare i profili angolari di riferimento per i giunti motorizzati. La dinamica del sistema è regolata mediante un algoritmo di controllo PID che riceve in ingresso il riferimento di posizione e definisce le coppie di attuazione necessarie per l'inseguimento del profilo richiesto. Le simulazioni numeriche eseguite hanno confermato l'efficacia della strategia di controllo tarata, mostrando un'elevata rispondenza del comportamento dinamico rispetto ai dati attesi e delineandone i limiti operativi. L'errore nel tracciamento delle traiettorie si attesta infatti nell'ordine del decimo di millimetro, uno scostamento pienamente compatibile con le specifiche richieste per applicazioni di disegno di precisione.