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:
Co-turore:
1
prof. Aldo Rossi2
prof. Paolo Gallina1
Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS;
[email protected]
Tel: +39 (040) 558 2540.
[email protected]
1
2
Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova
Controlli Non Time Based
NON 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
2
Teoria del DRC
(Delayed Reference Control)
xd  xd (l )  xd (t  T )
T= Time delay = f(forza di interazione Fc)
t
T    Fc (t ) dt
a influenza forza di equilibrio
0
3
PD controlled system
e
xd
t
Planner
+
u
PD
-
x
Plant
x
Interaction
model
4
PD controlled system + DRC block
t-T
t
+
Planner
-
e
xd
T
+
u
Plant
PD
-
x
x
Interaction
model
T
Interazione: Fc
Fp
DRC Block
T ritarda il segnale di
riferimento xd
5
Effetti del DRC
(Dipendono dal tipo di interazione robot-ambiente)
CASO 1
Fc dipende dalla posizione: Fc =Fc(x)
CASO 2
c
Fc dipende dalla velocità : Fc =Fc(x )
Interazione: Fc
c
6
Indice
Analisi del DRC
interazione
“elastica”
Rehabilitattion
Machining
- Taglio EPS
interazione
“viscosa”
- Prototipo 2gdl
- Registrazione Terapia
7
Interazione “elastica”
Rehabilitattion
- Prototipo 2gdl
- Registrazione Terapia
8
Effetto del DRC
Interazione elastica
8
t-T
T
7
Contatto xd,x
6
t-T, T [s]
5
xd(t-T)= b(t-T)
4
3
T
2
1
0
0
1
2
3
4
5
Time [s]
6
7
8
9
10
t
c
x
1.4
Fc
Durante il contatto
1.2
Fc 
Contact Force [N]
1
0.8
1

- T cresce
0.6
- xd(t-T) = costante
0.4
Fc  1
0.2
0
0
1
2
3
4
5
Time [s]
6
7
8
9
10
t

9
Applicazione: prototipo
macchina per riabilitazione, 2gdl
- Per la riabilitazione
del braccio
- A fili (senso di
restrizione ridotto)
- DRC (limitare la
forza applicata al
paziente)
10
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)
x(t)
P1
P2
F(t)
P1 t
A B
11
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
12
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
13
Sistema per registrazione delle
terapie riabilitative
14
Sistema per registrazione delle
terapie riabilitative
15
Interazione “viscosa”
Machining
- Taglio EPS
- Sviluppi Futuri: DVRC
16
Applicazione DRC: taglio di EPS
EPS
Archetto
Hotwire
Applicazioni:
-Produzione di contenitori
-Tecniche di prototipazione rapida
17
EPS Hotwire Cutting
La qualità della superficie dipende da:
-Geometria del filo, lunghezza, tensione, materiale,
temperatura
- Spessore EPS
-Velocità di avanzamento dell’utensile
18
EPS Hotwire Cutting
Velocità troppo alta
Esiste Forza di taglio ottima
Esiste una velocità ottima
Velocità troppo bassa
19
Force – Velocity relationship
Forza “ottima”
Velocità critica
20
Schema del Test Setup
Esperimenti: filo caldo mosso verso il materiale con
velocità pianificata
21
Test Setup
22
Effetto del DRC
- Moto libero:
velocità pianificata
- Fase di taglio:
DRC limita la
forza di taglio
23
Test Sperimentali
Matlab - Simulink

taglio
24
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 equilibrio
con un solo parametro, indipendentemente dalla relazione F-v
(DVRC ?)
25
Papers
L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Delayed Reference
Control (DRC) applied to
robotic interaction tasks”, IASME 2004, Udine
L. Bregant, P. Gallina, P. Pascutto, “Force control systems for
robot-assisted rehabilitation”, ROBTEP 2004, Vyšné
Ružbachy, 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.
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Tecniche di controllo di forza di
tipo “Non Time Based”
Dottorando:
Paolo Pascutto1
Tutore:
Co-turore:
1
prof. Aldo Rossi2
prof. Paolo Gallina1
Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS;
[email protected]
Tel: +39 (040) 558 2540.
[email protected]
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Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova