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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO.
ANNO ACCADEMICO 2004/2005
Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based”
Dottorando: Paolo Pascutto1
Tutore: prof. Aldo Rossi2
Co-turore: prof. Paolo Gallina1
1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; [email protected] Tel: +39 (040) 558 [email protected]
2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova
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Controlli Non Time BasedNON Time based controllers:
xd=xd(l)
Pianificazione traiettoria rispetto ad una variabile l (non rispetto al tempo) che dipende dalle grandezze rilevanti per il task da compiere
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Teoria del DRC(Delayed Reference Control)
( ) ( )d d dx x l x t T= = −
T= Time delay = f(forza di interazione Fc)
0
( )t
cT F t dtα= ∫ a influenza forza di equilibrio
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PD controlled system
uPD
xPlanner Plant
Interactionmodel
xd
x
t e+ -
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PD controlled system + DRC block
Plant
DRC BlockpF
uPD
xPlanner
Interactionmodel
xd
x
t e+ -+ -
T
T
t-T
Interazione: FcT ritarda il segnale di
riferimento xd
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Effetti del DRC(Dipendono dal tipo di interazione robot-ambiente)
c
c
Fc dipende dalla posizione: Fc =Fc(x)CASO 1
Fc dipende dalla velocità : Fc =Fc( )CASO 2
x&
Interazione: Fc
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Indice
Machining- Taglio EPS
interazione
“viscosa”
Analisi del DRC
interazione
“elastica”
Rehabilitattion
- Prototipo 2gdl
- Registrazione Terapia
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Interazione “elastica”
Rehabilitattion
- Prototipo 2gdl
- Registrazione Terapia
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Effetto del DRCInterazione elastica
1cF α=
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
1
2
3
4
5
6
7
8
Time [s ]
t-T, T [s]
t-TT
t
T
xd,x
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
Time [s ]
Contact Force [N]
t
Fc
c
xd(t-T)= b(t-T)
Contatto
1cF α=
x
Durante il contatto
- T cresce
- xd(t-T) = costante
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Applicazione: prototipo macchina per riabilitazione, 2gdl
- Per la riabilitazione del braccio
- A fili (senso di restrizione ridotto)
- DRC (limitare la forza applicata al paziente)
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Pianificazione della Traiettoria:-Memorizzazione xA, yB nelle diverse posizioni-Memorizzazione FA, FB nelle diverse posizioni
- Interpolazione cubica posizioni (xA, xB)- Interpolazione lineare forze (FA, FB)
A B
tP1 P2 P1
F(t)x(t)
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Risultati:
-Test preliminari condotti in collaborazione con la scuola di fisioterapia di Trieste
-Risultati incoraggianti
Sviluppi:- Test clinici su pazienti
- Sistema di registrazione delle terapie
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Sistema per registrazione delle terapie riabilitative
Motivazioni
Acquisire dati numerici delle fisioterapie: possibilità di registrare forze e posizione degli arti.
Strumenti
2 sensori a 6dof Polhemus
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Sistema per registrazione delle terapie riabilitative
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Sistema per registrazione delle terapie riabilitative
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Interazione “viscosa”
Machining
- Taglio EPS
- Sviluppi Futuri: DVRC
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Applicazione DRC: taglio di EPSEPS
Archetto Hotwire
Applicazioni:
-Produzione di contenitori
-Tecniche di prototipazione rapida
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EPS Hotwire Cutting
La qualità della superficie dipende da:
-Geometria del filo, lunghezza, tensione, materiale, temperatura
- Spessore EPS
-Velocità di avanzamento dell’utensile
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EPS Hotwire Cutting
Velocità troppo alta
Esiste Forza di taglio ottima Esiste una velocità ottima
Velocità troppo bassa
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Force – Velocity relationship
Forza “ottima”
Velocità critica
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Schema del Test Setup
Esperimenti: filo caldo mosso verso il materiale con velocità pianificata
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Test Setup
T
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Effetto del DRC
velocità pianificata- Moto libero:
- Fase di taglio:
DRC limita la forza di taglio
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Test SperimentaliMatlab - Simulink
α
taglio
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Difetto :- La forza di quilibrio dipende da a e dai parametri che
identificano la relazione F-v.
Sviluppi Futuri:
- Studio di un DRC che consente di settare la forza di equilibriocon un solo parametro, indipendentemente dalla relazione F-v
(DVRC ?)
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Papers
L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Delayed Reference Control (DRC) applied torobotic interaction tasks”, IASME 2004, Udine
L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Force control systems for robot-assisted rehabilitation”, ROBTEP 2004, VyšnéRužbachy, 19. - 21. 5. 2004
P. Gallina, P. Pascutto, R. Mosca, “OPTIMIZED HOTWIRE CUTTING ROBOTIC SYSTEM FOR EXPANDABLE POLYSTYRENE FOAM”, AMST’05, Udine.
P. Pascutto, P. Gallina, L. Bregant, "Implementation of a DRC (Delayed Reference Control) for Robot-Assisted Rehabilitation", IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA
DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO.
ANNO ACCADEMICO 2004/2005
Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based”
Dottorando: Paolo Pascutto1
Tutore: prof. Aldo Rossi2
Co-turore: prof. Paolo Gallina1
1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; [email protected] Tel: +39 (040) 558 [email protected]
2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova