Progetto e realizzazione di un manipolatore planare riconfigurabile a cinematica parallela

This thesis deals with the project, the building and the control of a robot. The robot itself is a parallel-kinematic machine (closed loop), with five rotational joints and two degrees of freedom, therefore called "PKM 5R 2DOF", as it is composed of five links - including the one which ideally joins the two ground revolute joints - and five rotational joints. The design of these robots, typically used in Pick & Place applications, machining or laser cutting, has been studied in scientific literature and it is available for industrial applications. The original element does not lie in the robot itself, but in the steps that brought to the its conception, which are, in particular: the kinematic optimization, based on the definition of a new kinetostatic performance index; the application of an "ad hoc" procedure for choosing a motoreducer, founded on the limit values of transmission ratio in function of simplified parameters. Moreover, the project has approached a study on the reconfigurability of this machine: it is intended for easy-replaceable links with a "flexible" or different length version; the chassis can be modified, in order to change the distance bethween the ground revolute joints of the manipulator. The interchangeability of links and the possibility to reconfigure the kinematic structure, make the robot ready for a comparison of control logics in different configurations and for the development of motion control techniques for flexible structures. This work is linked to mechatronic and applied mechanics fields.

Questo lavoro di tesi affronta la progettazione, la realizzazione ed il controllo di un robot. Il robot oggetto di studio è un manipolatore planare a cinematica parallela, a due gradi di libertà, definito sinteticamente PKM 5R 2DOF, essendo costituito da cinque link, compreso quello ideale che unisce le cerniere a terra e cinque giunti rotazionali. La realizzazione di questi robot, tipicamente utilizzati per applicazioni di Pick & Place, per la contornatura o per il taglio laser, è argomento studiato nella letteratura scientifica e disponibile per applicazioni industriali. L'elemento innovativo del lavoro di tesi non sta tanto nel robot in sé, quanto nelle fasi che ne hanno portato alla realizzazione, in particolare: l'ottimizzazione cinematica, fondata sulla definizione di un nuovo indice di prestazioni cinetostatiche; l'applicazione di una procedura di scelta ad hoc dei motoriduttori, fondata sul calcolo dei valori limite del rapporti di trasmissione in funzione di parametri semplificativi. Inoltre nel progetto sviluppato, si è affrontato uno studio di riconfigurabilità della macchina: è stato predisposto per avere link facilmente sostituibili con una versione "flessibile" o di lunghezza differente; il telaio può essere modificato, in modo da variare la distanza tra le cerniere a terra del manipolatore. L'intercambiabilità dei link e la possibilità di riconfigurare la struttura cinematica rendono il robot adatto al confronto di logiche di controllo nelle differenti configurazioni ed allo sviluppo di tecniche di controllo del moto in grande di strutture flessibili. Il lavoro svolto si inserisce nel settore della meccatronica e della meccanica applicata alle macchine.