Trajectory planning and control of cable-driven parallel robots

L’obiettivo di questo progetto è di investigare la pianificazione di traiettoria ed il controllo di robot paralleli a cavi al fine di migliorare le prestazioni del sistema. Rigidezza e destrezza sono indici di prestazione ampiamente utilizzati del progetto e controllo di sistemi robotici. Allo stato dell’arte, non esistono lavori relativi a sistemi a cavi adattativi riguardanti il controllo della posizione delle pulegge per ottenere indici di rigidezza e destrezza ottimali. Considerando un moto quasi-statico dell’organo terminale e trascurando la rigidezza attiva del sistema, è stato possibile proporre strategie di pianificazione di moto delle pulegge che massimizzino gli indici di destrezza e rigidezza elastica. E’ stato possibile massimizzare simultaneamente tali indici per alcuni casi di robot a cavi adattativi sfruttando la ridondanza dei sistemi analizzati. Per il progetto di robot a cavi paralleli non adattativi, è impossibile cambiare gli indici di destrezza e di rigidezza elastica per una certa posizione dell’organo terminale a causa dell’orientazione e della lunghezza dei cavi fissata; comunque, la rigidezza attiva può essere modificata cambiando la tensione dei cavi. L’incremento della tensione dei cavi può essere desiderabile a causa dell’aumento di rigidezza, del miglioramento delle prestazioni di inseguimento di traiettoria, più precisamente movimento e risposta ai disturbi; tuttavia, può aumentare il consumo energetico e portare a saturazione gli attuatori. Tipicamente i metodi di distribuzione delle tensioni operano mantenendo costante il valore di tensione minimo da applicare ai cavi. Tali valori sono scelti attraverso esperimenti per raggiungere le prestazioni di inseguimento della traiettoria desiderata, considerando anche le capacità degli attuatori. Per migliorare le prestazioni del sistema, viene proposto un metodo dinamico di controllo delle tensioni minime (DMTC). In questo approccio è possibile variare la tensione minima in tempo reale sulla base della rigidezza, della dinamica del sistema e del valore dell’errore ottenuto come feedback. Attraverso un semplice apparato sperimentale, è stato possibile confrontare il metodo tradizionale di distribuzione delle tensioni basato sulla tensione minima fissa ed il metodo proposto. I risultati sperimentali hanno mostrato che il metodo Dinamico di Controllo delle Tensioni Minime risulta più efficiente rispetto all'approccio tradizionale in termini di accuratezza e consumo energetico. Inoltre, un appropriato algoritmo di controllo può migliorare le prestazioni del sistema. Il controllo ottimo lineare quadratico riveste un ruolo fondamentale nel controllo di un robot a cavi parallelo fornendo tutti gli stati del sistema per la retroazione, incluse velocità e posizione, in aggiunta ai risultati ottimali. Un controllo ottimo lineare quadratico è stato progettato e testato. I risultati significativi sono quindi stati presentati e discussi.