Identificazione della rigidezza dei giunti e modellazione dinamica di un robot industriale

The objective of this thesis is to determine the stiffness characteristics of a SCARA-type robot experimentally. By analyzing its vibrational properties, the system's dynamic behavior during operation has been examined in depth, to improve its performance and lay the groundwork for further research. A modal analysis methodology is employed, in which the robot was excited in a few static configurations using controlled impulsive forces. The resulting frequency responses were measured and processed to identify the natural frequencies and damping ratios of the kinematic chain, thus enabling the estimation of joint stiffnesses and damping coefficients. The parameters obtained experimentally were subsequently used for the development of a mathematical model capable of predicting the dynamic behavior of the robot throughout its entire workspace: particular attention was devoted to evaluating the coupling effects between the first two revolute joints, and a sensitivity analysis with respect to the inertial parameters made it possible to critically interpret the results obtained.

L’obiettivo della tesi è determinare sperimentalmente le caratteristiche di rigidezza di un robot di tipo SCARA. Attraverso l’analisi delle proprietà vibrazionali è stata approfondita la comprensione del comportamento dinamico del sistema durante le operazioni, al fine di migliorarne le prestazioni e di porre le basi per ulteriori sviluppi di ricerca. Viene impiegata una metodologia di analisi modale, nella quale il robot è stato eccitato in poche configurazioni statiche mediante forze impulsive controllate. Le risposte in frequenza risultanti sono state misurate ed elaborate per identificare le frequenze naturali e i rapporti di smorzamento della catena cinematica, consentendo così la stima delle rigidezze e dei coefficienti di smorzamento dei giunti. I parametri ottenuti sperimentalmente sono stati successivamente impiegati per lo sviluppo di un modello matematico in grado di prevedere il comportamento dinamico del robot nell’intero spazio di lavoro: particolare attenzione è stata posta nel valutare gli effetti di accoppiamento tra i primi due giunti rotoidali e un'analisi di sensibilità rispetto ai parametri inerziali ha permesso di interpretare criticamente i risultati ottenuti.