Approccio geometrico per la distribuzione delle tensioni in un robot a cavi

I robot paralleli a cavi (CDPR) costituiscono una particolare categoria di robot che sfrutta la presenza di un certo numero di cavi per movimentare una piattaforma sulla quale viene montato l’end-effector. Ogni cavo è avvolto attorno a una puleggia attuata da un motore elettrico, grazie al quale è possibile avvolgere e svolgere i cavi. Quando il numero di cavi (e di conseguenza quello degli attuatori) è maggiore del numero di gradi di libertà, esiste un numero infinito di distribuzione delle tensioni dei cavi per una data traiettoria dell'end-effector. La risoluzione della ridondanza risulta essere particolarmente onerosa quando il calcolo deve essere fatto in tempo reale, motivo per cui esistono poche strategie riguardanti il controllo simultaneo e la distribuzione della tensione dei cavi di un robot sospeso ridondante. Il contributo di questa tesi è l'implementazione di un controllore feed-forward che incorpora un algoritmo di distribuzione delle tensioni non iterativo, basato su un approccio geometrico e compatibile con delle applicazioni in tempo reale . Questo approccio consente un corretto controllo di robot a cavi sospesi (CDPRs) ridondanti, in quanto non è richiesto ad alcun cavo di spingere sulla piattaforma mobile. I cavi sono infatti collegamenti flessibili che non possono trasmettere forze di compressione. Il loro vettore delle tensioni è considerato ammissibile se tutti i suoi valori rimangono non negativi e minori di un valore massimo accettabile che è generalmente scelto in fase di progettazione in base alle caratteristiche del progetto meccanico (materiale dei cavi, massa dell'end-effector ecc.). Il prototipo che è stato utilizzato nel laboratorio del dipartimento di ingegneria industriale dell'Università degli studi di Padova è un CDPRs dotato di quattro attuatori (dei motori elettrici in corrente continua) e quattro cavi per la movimentazione di una massa sferica di 3 kg. I motori presenti nel robot sono equipaggiati con dei resolvers per inviare i dati di posizione e velocità correnti al controller. Durante il lavoro di tesi è stato utilizzato l'ambiente di simulazione Matlab/Simulink. Per l'unità di controllo è stato utilizzato un "soft-PLC" ovvero un sistema composto da un PC e da un software che permette di ottenere le stesse funzionalità di un PLC tradizionale. Un altro aspetto che è stato approfondito in questa tesi è la sicurezza dei robot a cavi. E' di primaria importanza infatti assicurarsi che non ci siano rischi per le persone presenti nelle vicinanze dell'aera in cui opera il manipolatore. Nonostante l'ampio utilizzo di tali dispositivi in aree pubbliche affollate, di fatto, in questi sistemi non è attualmente disponibile alcuna strategia di emergenza. L'affidabilità di questo tipo di manipolatori rimane un problema. Al momento della rottura di uno dei cavi, lo spazio di lavoro del manipolatore cambia istantaneamente. E’ fondamentale dunque adottare una procedura di emergenza grazie alla quale sia possibile condurre l’end-effector in una posizione sicura (“Safe Point”) onde evitare comportamenti imprevedibili del robot, oscillazioni pericolose e ulteriori rotture dei rimanenti cavi. All’interno di questa tesi è stata descritta una strategia di recupero da attuare al momento della rottura di uno dei cavi in un CDPRs . La rottura del cavo è stata simulata mediante l’utilizzo di un’elettrocalamita. Sono stati poi illustrati i punti di forza e le criticità della strategia proposta.