Object-oriented modelling and simulation of parallel manipulators

Parallel manipulators are broadly applied in industry for a series of benefits they provide compared to other manipulators, such as high structural rigidity, low moving inertia, force/torque capacity, high accuracy and speed. Significant improvements in the performances of these machines can be achieved if it is possible to understand what are the effects of design choices on the interactions between mechanics, electronics and control. Moreover, potential design errors can be easily detected avoiding critical and sometimes expensive problems on the final systems. Thanks to simulations it is also possible to check if all project constraints are satisfied and if the manipulator will be able to meet the desired performance specifications. The aim of this paper is to describe the development of a library of models in Modelica language for virtual prototyping of two parallel manipulators: a Delta robot and a Stewart platform. Simulation results obtained with Dymola and their comparison with experimental measurements from tests on real manipulators are presented in this paper.

I manipolatori paralleli sono ampliamente utilizzati in applicazioni industriali per una serie di benefici che essi comportano a differenza di altri manipolatori; ad esempio forniscono alta rigidità meccanica, bassa inerzia, maggiori forze e coppie, alta accuratezza e velocità. Significativi miglioramenti nelle prestazioni di queste macchine possono essere ottenuti se è possibile conoscere come le scelte progettuali influscono sulle interazioni tra meccanica, elettronica e controllo. Inoltre potenziali errori di progetto possono essere facilmente identificati evitando critici e a volte costosi problemi nei sistemi finiti. Grazie alle simulazioni è anche possibile verificare se tutti i vincoli di progetto sono soddisfatti e se il manipolatore sarà in grado di soddisfare le specifiche sulle prestazione desiderate. Lo scopo di questo elaborato è quello di descrivere lo sviluppo di una libreria di modelli in linguaggio Modelica per la prototipazione virtuale di due manipolatori paralleli: un robot Delta e una piattaforma di Stewart. Vengono presentati in questo elaborato i risultati di simulazioni ottenute con Dymola e il loro confronto con dati sperimentali da test su manipolatori reali.