1 Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based” Dottorando:Paolo Pascutto 1 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA.

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1 1 Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based” Dottorando:Paolo Pascutto 1 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO. ANNO ACCADEMICO 2004/2005 Tutore:prof. Aldo Rossi 2 Co-turore:prof. Paolo Gallina 1 1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; pgallina@units.itpgallina@units.it Tel: +39 (040) 558 2540. pascutto@libero.it 2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova

2 2 Controlli Non Time Based NON Time based controllers: x d =x d (l) Pianificazione traiettoria rispetto ad una variabile l (non rispetto al tempo) che dipende dalle grandezze rilevanti per il task da compiere

3 3 T= Time delay = f(forza di interazione F c ) Teoria del DRC (Delayed Reference Control) a influenza forza di equilibrio

4 4 PD controlled system u PD x Planner Plant Interaction model xdxd x t e + -

5 5 PD controlled system + DRC block Plant DRC Block u PD x Planner Interaction model xdxd x t e + - + - T T t-T Interazione: F c T ritarda il segnale di riferimento x d

6 6 Effetti del DRC c Interazione: F c c (Dipendono dal tipo di interazione robot-ambiente) F c dipende dalla posizione: F c =F c (x) CASO 1 F c dipende dalla velocità : F c =F c ( ) CASO 2

7 7 Indice Analisi del DRC Rehabilitattion Machining - Taglio EPS - Prototipo 2gdl - Registrazione Terapia interazione “elastica” interazione “viscosa”

8 8 Interazione “elastica” Rehabilitattion - Prototipo 2gdl - Registrazione Terapia

9 9 Effetto del DRC Interazione elastica t T x d,x t Fc Durante il contatto - T cresce c x x d (t-T)= b (t-T) Contatto - xd(t-T) = costante

10 10 Applicazione: prototipo macchina per riabilitazione, 2gdl - Per la riabilitazione del braccio - A fili (senso di restrizione ridotto) - DRC (limitare la forza applicata al paziente)

11 11 Pianificazione della Traiettoria: t P1P1 P2P2 P1P1 F(t) x(t) A B -Memorizzazione x A, y B nelle diverse posizioni -Memorizzazione F A, F B nelle diverse posizioni - Interpolazione cubica posizioni (x A, x B ) - Interpolazione lineare forze (F A, F B )

12 12 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

13 13 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

14 14 Sistema per registrazione delle terapie riabilitative

15 15 Sistema per registrazione delle terapie riabilitative

16 16 Interazione “viscosa” Machining - Taglio EPS - Sviluppi Futuri: DVRC

17 17 Applicazione DRC: taglio di EPS EPS ArchettoHotwire Applicazioni: -Produzione di contenitori -Tecniche di prototipazione rapida

18 18 EPS Hotwire Cutting La qualità della superficie dipende da: -Geometria del filo, lunghezza, tensione, materiale, temperatura - Spessore EPS -Velocità di avanzamento dell’utensile

19 19 EPS Hotwire Cutting Velocità troppo alta Esiste una velocità ottima Velocità troppo bassa Esiste Forza di taglio ottima

20 20 Force – Velocity relationship Forza “ottima” Velocità critica

21 21 Schema del Test Setup Esperimenti: filo caldo mosso verso il materiale con velocità pianificata

22 22 Test Setup t T

23 23 Effetto del DRC - Moto libero: DRC limita la forza di taglio velocità pianificata - Fase di taglio:

24 24 Test Sperimentali Matlab - Simulink taglio

25 25 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 ?)

26 26 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

27 27 Tecniche di controllo di forza di tipo “Non Time Based” Dottorando:Paolo Pascutto 1 UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PADOVA DOTTORATO DI RICERCA IN MECCANICA APPLICATA, XIX CICLO. ANNO ACCADEMICO 2004/2005 Tutore:prof. Aldo Rossi 2 Co-turore:prof. Paolo Gallina 1 1 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Trieste, Via A. Valerio 10 - 34127, TS; pgallina@units.itpgallina@units.it Tel: +39 (040) 558 2540. pascutto@libero.it 2 Dip. di Meccanica Applicata, Università di Padova