A 2x(P)RUS-1x(P)RRS parallel kinematic machine for dynamic simulations

Motion simulators sector experienced a massive expansion starting from 1970, in the entertainment environment and even more in the industrial one. For what concerns amusement systems the aim is the reduced bulkiness and the maximum degree of simulation obtainable in this limited workspace. On the other hand in industrial level systems the objective is to be able to make as realistic as possible the feelings derived from speed and accelerations to the pilot, achieving this condition through the adoption of wider and wider workspaces with some reasonable limits given by costs and benefits analysis. Complex robotics systems have been developed more and more with the aim of those realistic simulations, which are then used with multiple purposes. From studies on human reactions, UAVs, pilots training and much much more. This thesis proposes a solution for the realisation of a parallel kinematic robot with 3 Degrees of Freedom; this robot is meant to be integrated in a more complex system with a total of 6 Degrees of Freedom for motion simulation. The work starts from the topological choice based on the technical specifications; successively a kinematic and dynamic study is performed, together with an optimization process of the geometrical parameters intended to maximize the workspace, thanks to a genetic algorithm. Then a multibody model of the system is developed and used to characterize the performances of the robot, and in order to properly dimension it. This process is completed with the actuators choice. After that, is presented the realisation through 3D printing of a fully working robot scaled model, with all the related electronics that in future will be used as test bench for the control logics development. In conclusion the full scale model is briefly introduced along with its main similarities and differences with respect to the scaled model.

Il settore dei simulatori di movimento ha sperimentato un periodo di grande espansione a partire dagli anni settanta, per quanto riguarda il segmento riguardante l’intrattenimento, e anche maggiormente per quanto riguarda quello industriale. Nei riguardi del settore dell’intrattenimento lo scopo rimane ridurre al minimo gli ingombri mantenendo la qualit`a della simulazione la migliore possibile in questi spazi ridotti. Per quanto riguarda invece i simulatori di livello industriale l’obiettivo risulta essere in grado di indurre sensazioni di velocita` ed accelerazione sul pilota che siano le piu` realistiche possibili, sfruttando grandi spazi di lavoro, principalmente limitati da analisi di Costo-Beneficio. Complessi sistemi robotici sono stati sviluppati nel tempo con lo scopo di ottenere queste simulazioni realistiche, utilizzate poi per molti diversi utilizzi: dallo studio delle reazioni umane, allo sviluppo di veicoli autonomi, all’allenamento dei piloti e molto altro. Questa tesi propone una soluzione per la realizzazione di un robot a cinematica parallela dotato di 3 gradi di liberta`; tale robot `e concepito per essere integrato in un sistema piu` ampio a 6 gradi di libert`a complessivi per la simulazione di guida. Il lavoro parte dalla scelta topologica, basata sulle specifiche tecniche; successivamente viene effettuato uno studio cinematico e dinamico, insieme ad un processo di ottimizzazione dei vari parametri geometrici volto alla massimizzazione del campo di lavoro, grazie all’utilizzo di un algoritmo genetico. In seguito un modello multibody del robot viene creato con l’intento di caratterizzare le prestazione del sistema e di dimensionarlo. Tale processo viene poi completato dalla scelta degli attuatori. Dopodich`e si presenta la realizazzione, tramite stampa 3D, di un modello funzionante, in scala, del robot, compresa la relativa elettronica, che sara` in futuro utilizzato come banco prova per il controllo. Infine viene esposta una breve introduzione al modello reale insieme a una breve descrizione delle differenze e somiglianze rispetto al modello in scala.