• Dynamically Feasible Trajectories of Fully-Constrained Cable-Suspended Parallel Robots
  • Mottola, Giovanni <1990>

Subject

  • ING-IND/13 Meccanica applicata alle macchine

Description

  • Cable-Driven Parallel Robots employ multiple cables, whose lengths are controlled by winches, to move an end-effector (EE). In addition to the advantages of other parallel robots, such as low moving inertias and the potential for high dynamics, they also provide specific advantages, such as large workspaces and lower costs. Thus, over the last 30 years, they have been the object of academic research; also, they are being employed in industrial applications. The main issue with cable actuation is its unilaterality, as cables must remain in tension: if they become slack, there is a risk of losing control of the EE's pose. This complicates the control of cable-driven robots and is among the most studied topics in this field. Most previous works resort to extra cables or rigid elements pushing on the EE to guarantee that cables remain taut, but this complicates robot design. An alternative is to use the gravitational and inertial forces acting on the EE to keep cables in tension. This thesis shows that the robot's workspace can be greatly increased, by considering two model architectures. Moreover, practical limits to the feasibility of a motion, such as singularities of the kinematic chain and interference between cables, are considered. Even if a motion is feasible, there is no guarantee that it can be performed with an acceptable precision in the end-effector's pose, due to the inevitable errors in the positioning of the actuators and the elastic deflections of the structure. Therefore, a set of indexes are evaluated to measure the sensitivity of the end-effector's pose to actuation errors. Finally, the stiffness of one of the two architectures is modeled and indexes to measure the global compliance of the robot due to the elasticity of the cables are presented.
  • I robot paralleli a cavi impiegano cavi, la cui lunghezza è controllata da argani, per muovere un elemento terminale o end-effector (EE). Oltre ai vantaggi degli altri robot paralleli, come basse inerzie in movimento e la possibilità di raggiungere velocità e accelerazioni elevate, possono anche fornire vantaggi specifici, come ampi spazi di lavoro e costi inferiori. Pertanto, negli ultimi 30 anni, questi robot sono stati oggetto di ricerche accademiche e stanno trovando applicazione anche in campo industriale. Il problema principale dell'azionamento mediante cavi è che è unilaterale, poiché i cavi possono essere tesi ma non compressi: quando diventano laschi, si rischia di perdere il controllo della posa dell'EE. Questo complica il controllo dei robot ed è uno dei temi più studiati nel settore. Gli studi compiuti sinora ricorrono prevalentemente a cavi addizionali o a elementi rigidi che spingono sull'EE per garantire che i cavi rimangano tesi, ma questo complica la progettazione dei robot. Un'alternativa è sfruttare le forze gravitazionali e inerziali che agiscono sull'EE per mantenere i cavi in tensione. Questa tesi dimostra che, in questo caso, lo spazio di lavoro del robot può essere notevolmente aumentato, applicando questo concetto a due architetture modello. Inoltre, vengono considerati i limiti imposti all'effettiva realizzabilità di un movimento, come le singolarità della catena cinematica e l'interferenza tra i cavi. Anche se un movimento è fattibile, non è garantito che si possa eseguire con precisione accettabile, a causa degli inevitabili errori di posizionamento degli attuatori e delle deformazioni elastiche della struttura. Si valutano quindi alcuni indici per misurare la sensibilità della posizione dell'elemento terminale agli errori di azionamento. Infine, è modellata la rigidezza di una delle due architetture proposte e sono presentati indici per misurare la cedevolezza globale del robot dovuta all'elasticità dei cavi.

Date

  • 2019-03-29

Type

  • Doctoral Thesis
  • PeerReviewed

Format

  • application/pdf

Identifier

urn:nbn:it:unibo-24784

Mottola, Giovanni (2019) Dynamically Feasible Trajectories of Fully-Constrained Cable-Suspended Parallel Robots, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Meccanica e scienze avanzate dell'ingegneria , 31 Ciclo. DOI 10.6092/unibo/amsdottorato/9010.

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