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Secchi C.
"Controllo basato su passività di sistemi robotici di manipolazione con ritardo "
 
Type Master Thesis
Author(s) Secchi C.
Title Controllo basato su passività di sistemi robotici di manipolazione con ritardo
Editor Università degli Studi di Bologna - Facoltà di Ingegneria - DEIS
Keywords Telemanipolazione, Controllo passivo, Variabili di Scattering, Robot a più gradi di libertà, Trasparenza
Abstract

La robotica e, più in generale, l'automazione industriale sono nate nell'ottica di dare un aiuto all'uomo nello svolgere il suo lavoro aumentandone la produttività e diminuendone il rischio. Si pensi, ad esempio, alle prime macchine a vapore oppure ai primi telai meccanici che hanno consentito, all'inizio del 1800, un notevolissimo incremento di produzione e un altrettanto notevole alleggerimento del lavoro umano. La telerobotica si pone proprio in quest'ottica di aiuto all'essere umano. Grazie a sistemi di telemanipolazione, infatti, oggi all'uomo è possibile manipolare sostanze tossiche o radioattive senza correre il minimo rischio, esplorare altri pianeti o gli abissi marini avendo la sensazione di essere là rimanendo sulla terra oppure arrivare in zone del corpo umano in cui ad un semplice chirurgo è impossibile arrivare. Le possibili applicazioni di un sistema di telemanipolazione sono limitate solo dalla fantasia.

Ovviamente i sistemi di telemanipolazione più interessanti sono quelli bilaterali, quelli in cui, cioè, il sistema locale influenza quello remoto e viceversa, dando così la sensazione all'operatore di trovarsi nell'ambiente remoto. A seconda del task che si deve compiere, occorre selezionare il tipo di sensazione che il sistema remoto ritorna all'operatore locale che può essere un'immagine trasmessa da una telecamera, un segnale acustico, un segnale tattile, oppure una sensazione di forza.

Uno dei problemi più critici da affrontare per l'implementazione di un sistema di telemanipolazione è quello del canale di trasmissione. E' ben noto, infatti, che un ritardo nel loop di controllo porta ad un comportamento instabile del sistema. Occorre, quindi, gestire il canale di trasmissione in modo opportuno per rendere il sistema utilizzabile. Nel corso della tesi si sono utilizzate le variabili di scattering per ottenere un canale stabile nel corso della tesi si verificherà la bontà di tale canale rispetto ad altri tipi di trasmissione sia tramite verifiche sperimentali che simulazioni.
Poiché, poi, il sistema remoto interagisce con un ambiente spesso non strutturato, cioé del quale non si conosce il modello, occorre implementare un tipo di controllo che garantisca la stabilità del sistema anche in caso di contatto. Il manipolatore non è più un sistema isolato e, quindi, non ha più senso pensare al controllo come un inseguimento di un set-point poiché, a causa dell'ambiente che potrebbe impedirglielo, non è detto che il plant riesca a raggiungere il suo obiettivo. Poiché l'interazione tra due oggetti non è altro che uno scambio di energia tra i due sistemai, è questo che ha senso controllare, cioè la relazione delle variabili che entrano in gioco nel contatto, la velocità e la forza.Nella tesi si utilizzeranno tali tecniche per implementare un sistema di telemanipolazione asintoticamente stabile.

Si confronteranno vari algoritmi di telemanipolazione sia da un punto di vista simulativo che sperimentale su semplici sistemi telerobotici a un grado di libertà cercando di capire quale sia il migliore. Si cercherà, poi, di implementare un sistema di telemanipolazione più complesso, basato su manipolatori a più di un grado di libertà. Infine, si cercherà di valutare la trasparenza dei sistemi di telemanipolazione, cioè il match tra le velocità e le forze del sistema locale e del sistema remoto.

La tesi è strutturata nel seguente modo:

  • Capitolo 1: Si introduce la nozione di telemanipolazione e si mostra, tramite alcune applicazioni, lo stato dell'arte della telerobotica. Si illustrano, in seguito, la struttura generale di un sistema di telemanipolazione e la terminologia ad esso associata.
  • Capitolo 2: Si introduce la teoria della passività e lo scattering. Tramite gli strumenti forniti da tale teoria si costruirà un canale passivo e, quindi, stabile, per il sistema di telemanipolazione.
  • Capitolo 3: Si illustra il problema dell'interazione con il mondo esterno e le possibili soluzioni per il controllo. Si introduce, poi, il concetto di equivalenza fisica del controllo e il controllo passivo.
  • Capitolo 4: Si illustrano vari tipi di sistemi di telemanipolazione implementandoli, sia in simulazione che da un punto di vista sperimentale, nel caso di un semplice sistema telerobotico a due gradi di libertà.
  • Capitolo 5: Si mostra come si sono estesi gli algoritmi del capitolo 4 al caso di sistemi di telemanipolazione a più gradi di libertà.
  • Capitolo 6: Si descrive la proprietà di trasparenza dei sistemi di telemanipolazione e se ne valuta la consistenza per i sistemi basati su controllo passivo.

Notes
Relatore:
Chiar.mo Prof. Ing. Claudio Melchiorri
Correlatori:
Chiar.mo Prof. Ing. Claudio Bonivento
Ing. Paolo Arcara
Document caf8.Document.pdf (4153414 bytes)
Year 2000


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