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

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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 Robot medici analisi dello stato dell arte * Progetti METAFORE e RIME 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 parte seriale 3 gradi di libertà 2 rot. + 1 trasl. Struttura cinematica ibrida giunti sferici parte parallela base moveable points modulare 4 assi lineari riconfigurabile 3 o 4 gradi di libertà ridondante giunto prismatico

4 Riconfigurabilità

5 3 g.d.l. Riconfigurabilità 3 g.d.l. rid. 4 g.d.l. 6 bielle su 3 motori 3 gdl solo traslazioni 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. asse rotaz. fisso

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

7 dq = JdS ds = KFche2-s.min-Z=1.3[m] 0.5 S K c f = Y [m] σ = σ J J +0.4e0 Analisi struttura parallela MAPPATURA INDICI DI PRESTAZIONE dq spostamento motori J matrice jacobiana ds spostamento e rotaz.. piattaforma F S forze e coppie sulla piattaforma che2-det-z=0.85[m] K matrice di rigidezza +1.0e0 +0.6e0 FF FC J +0.5e0 CF J +0.7e0 CC X [m] max min Y [m] 0.2 ( JFF) Fmax+ σmax( JFC) Cmax ( JFF) Fmax+ σmin( JFC) Cmax e0 indici di cedevolezza 0.3 separati* +0.8e0 +1.0e0 +1.4e0 Y [m] e0 +0.6e0 0 indici di isotropia -0.1 globali* X [m] X [m] c c σ = σ max min 0.1 che2-s.min-z=1[m] cond ( J ) det( J σ ( ) min J ) σ ( J ) max C = C CC = J CC C FC = J FC FF J FF ( J ) C + σ ( J ) CC max max CF F max ( J ) ( ) CC Cmax+ σmin JCF Fmax *I. Fassi, G Legnani., Tosi D., Kineto-Static Indexes for the Isotopic Design of Parallel Mechanisms, 33rd ISR October 7-11,2002

8 Analisi struttura parallela CONFIGURAZIONI SINGOLARI 3 & 4 gdl 4 gdl F m STUDIO DINAMICO 3 e 4 gdl corpi rigidi massa delle bielle scelta degli attuatori lineari modello dell attrito T T T ( M + J M J) q&& + J M Jq && + ( P + J F ) = 0 m p p n e SPAZIO DI LAVORO 7 biella Frid rid RECUPERO DEI GIOCHI RECUPERO 34 gdl DEI GIOCHI ~ Y [m] -λ Z=0.75[m] x600x250 inclinazione 1.80 piattaforma oppure 500x500x400 max e min X [m] 2 3F esterna applicata

9 Calibrazione struttura parallela 9modello parametrico M.C.P.C. 48 parametri di cui 36 interni 9sensori interni ed esterni inclinometri, ecoder sui giunti cardanici, 4 asse trascinato 9simulazione di calibrazione ELIMINAZIONE DEI PARAMETRI TRAMITE SVD* CALIBRAZIONE CON valori singolari S1 J s1 S SENSORI A FILO* S i L = J Si L S 2 J s 2 SVD L i L M M posa della soglia piattaforma parametri geometrici S n J sn *D.*G. Tosi, G. Legnani, Calibration of a Parallel-Serial Hybridwire Redundant Manipulator, Legnani, D. Tosi, G. Gritti, Optimization of a low-cost sensor based Proc. of ISR 2003, Chicago, 2-5 June 2003 calibration procedure for industrial robots, Proc. of ISR 2004, Paris 23-26/3/04

10 Progettazione Studi Progetto preliminari finale Assi lineari Telaio Piattaforma Polso seriale 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 RIGA OTTICA amax Vmax max : 50 m/s 2 max : 2 m/s Accuratezza : 5 µm Progettazione ASSE LINEARE

18 Progettazione ASSE LINEARE ASSORBITORI DINAMICI

19 Progettazione ASSE LINEARE ASSE LINEARE COMPLETO SOFFIETTO CATENA PORTA CAVI

20 Progettazione TELAIO PIASTRA DI RIFERIMENTO

21 Progettazione MONTAGGIO ASSI LINEARI LASER SENSORE

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: